智能微网是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。

21世纪初期，在世界范围内接连发生的几次大而积停电事故使大规模电力系统集中式发电的运行难度大、难以满足用户对电能质量的更高要求等弊端日益凸显。同时，能源危机、环境污染也受到全球关注，仅仅依靠扩大电网规模显然不能解决这些问题，于是分布式发电作为集中式发电的有效补充应运而生，它具有污染少、可靠性高、能源利用效率高、安装地点灵活等诸多优点，有效解决了大型集中电网的许多潜在问题。

但是，分布式电源具有间歇性、随机性、响应速度慢、惯性小等特点，不易控制，并网后容易引起电压波动和电压闪变，尤其是当大容量分布式电源并入中低压配电网时，要实现配电网的功率平衡，并保证供电可靠性和电能质量较为困难。

微网概念的提出旨在解决大规模、多类型分布式电源并网带来的技术、市场和政策上的问题，最大限度地发挥分布式发电技术在经济、能源和环境中的优势。欧洲以及美国、日本等很多国家都结合本国实际提出微网的概念并积极开展相关研究，到目前为比，微网在理论与应用上都取得了丰硕的成果，并逐渐向智能化方向发展，成为智能配电网的重要有机组成部分，是智能电网建设的重要内容。

2001年，美国电气可靠性技术解决方案联合会（CERTS）最早给出了微网的定义：微电网是一种由负荷和微型电源共同组成的系统，它可同时提供电能和热量；微电网内部的电源主要由电力电子器件负责能量的转换，并提供必需的控制；微电网相对于外部大电网表现为单一的受控单元，并可同时满足用户对电能质量和供电安全等的要求。随后，微网在许多国家得以大力发展，其定义也发生了演变。欧盟微电网项目给出的定义是：利用一次能源；使用微型电源，分为不可控、部分可控和全控三种，并可冷、热、电三联供；配有储能装置;使用电力电子装置进行能量调节。美国威斯康辛麦迪逊分校的R.H.Lasseter给出的概念是：微电网是一个由负载和微型电源组成的独立可控系统，对当地提供电能和热能。2009年3月我国在国网电力科学研究院召开的“微网技术体系研究”工作会议将微网定义为：微网是指以分布式发电技术为基础，靠分散型资源或用户的小型电站为主，结合终端用户电能质量管理和能源梯级利用技术形成的小型模块化、分散式供能网络。

尽管国内外对微网的定义不尽相同，但共同的观点是：微网是以分布式发电技术为基础，融合储能装置、控制装置和保护装置的一体化单元；靠近用户终端负荷；接入电压等级是配电网；能够工作在并网和自治两种模式、提高供电可靠性、集约应用分布式新能源、改善电能质量。

微网作为智能配电网的重要有机组成部分，在技术和装备上实现智能化是其基本要求。

关于智能微网的概念在国际上也尚未统一。认为智能微网是大型电力系统的现代化、小型化的形式，能够提供更高的供电可靠性，更易满足用户增长的需求，最大可能地利用清洁能源和促进技术的创新。Valence Energy认为智能微网是多种能源发电设备和终端用户设备的智能优化和管理，能够在实现持续发展目标的同时最大化投资效益。我国学者认为：智能微网即微网的智能化，通过采用先进的电力技术、通信技术、计算机技术和控制技术在实现微网现有功能的基础上，满足微网对未来电力、能源、环境和经济的更高发展需求。

通过智能微网的定义可以看出，智能微网具有以下特征：

(1)并网和独立两种运行模式。这是智能微网与带有负荷的分布式发电系统的本质区别。智能微网在并网运行时，可以对大电网起到削峰填谷的作用，是大电网稳定运行的有力支撑。当电网发生故障时，智能微网可以迅速从大电网中解列，独立运行，为政府、医院、交通枢纽等重要负荷持续供电，提高了供电可靠性。

(2)稳定。微网独立运行时，能够在稳态和暂态过程中实现功率平衡和电压/频率稳定，有效解决电压、谐波问题，避免间歇式电源对周围用户电能质量的直接影响。

(3)兼容。微网是实现分布式电源并网的最有效的方法，它将原来布局分散的可再生能源进行整合，并通过储能装置和控制保护装置实时平滑功率波动，维持供需平衡和系统稳定，能够有效克服分布式电源的随机性和间歇性缺点，解决分布式电源的接入问题。

(4)灵活。智能微网可以作为大电网的一个受控单元，实现分布式电源的“即插即用”，而且可根据用户需求灵活提供定价不同、级别不同的电能质量，满足用户多样化的需求。

(5)经济。微网作为可再生能源发电的有效载体能够显著提高可再生能源的利用效率，同时微网与中小型热电联产相结合，通过实现温度对口、梯级利用和能质匹配，减少不同能源形态的转换，满足用户供电、供热、制冷、湿度控制和生活用水等多种需求，从而显著提高能源利用效率，优化能源结构，减少污染排放，实现节能降耗的目标，而且微网实现了市场交易和资产配置的统一管理。

智能微网的结构因负荷需求不同而不同，但其基本单元包含分布式电源（微能源）、储能装置、管理系统以及负荷，其中大多数微能源与电网的接口都要求是基于电力电子技术设计的，以保证微网以单个系统方式运行的柔性和可靠性。其结构如图1所示。

微网具有并网和独立（孤岛）两种稳定运行状态及相应的两种过渡运行状态——微网并网过渡状态和微网解列过渡状态。各种运行状态及其之间的相互转化如图2所示。

智能微网可视为一个小型的电力系统，其供电安全性、保护与控制等问题同样需要关注，但智能微网与传统的电网在功能、结构上存在诸多不同，因此关注的重点与研究方法也截然不同。为了实现各种分布式电源的无缝接入，智能微网需要解决一系列复杂的问题，主要包括：智能微网运行特性；智能微网自身的保护与控制；智能微网的并网标准；智能微网的运行控制与能量管理。

由于智能微网具有并网和孤岛两种运行状态，因此其运行特性也包括两方面：一方面是智能微网孤岛运行时，其自身的运行特性。微网中存在的多种能源输入（光、风、氢、天然气等）、多种能源输出（电、热、冷）、多种能量转换单元（光/电、热/电、风/电、交流/直流/交流）以及多种运行状态（并网、独立）使得微网的动态特性相对于单个的分布式发电系统而言更加复杂，除了各分布式发电单元的动态特性外，网络结构与网络类型（直流微网或交流微网）也将在一定程度上影响着微网的动态特性；另一方面是智能微网并网运行时，其与外部电网的相互作用。它涉及微网对大电网的电压、功角和频率稳定运行的作用机理和对应措施的研究、微网与大电网控制系统及故障过程相互作用机理的研究和微网所引起的大电网电能质量的研究等多个方面，是实现含智能微网的大电网系统安全稳定运行的理论基础。

有文献在理论层而建立了微网分析的理论体系，包括：微网与大电网相互作用机理、分布式储能在微网中的作用机理、微网全过程仿真理论、含微网新型配电系统的规划理论、微网优化运行理论。也有研究从微网的多种运行状态角度出发，将微网与大电网的相互作用机理分为两类：一是探讨微网在独立或并网两种稳态运行状态下，微网与外网配电网及其公共连接点处以波形畸变和随机波动为特征的稳态电能质量扰动产生机理和分布规律；二是探讨在微网并网与解网、微电源投退与切换、负荷冲击、故障等暂态过程中，电压或电流短时严重偏离其额定值或理想波形的暂态电能质量扰动产生机理和传播特性。有文献为了能够对微网的运行特性进行深入的理论和实验研究，建立了一个小型实验室微网系统。该系统中的分布式电源采用光伏模拟单元和风机模拟单元，通过电力电子变换装置并入微网。系统以蓄电池为储能装置，并通过双向逆变器并入微网，用以维持微网的暂态功率平衡。当微网联网运行时，以外电网电压和频率为参考，蓄电池双向逆变器、光伏并网逆变器和风机并网逆变器采用恒功率控制；孤岛运行时，双向逆变器的控制策略切换为恒电压、恒频率控制，用以提供微网电压和频率参考。实验结果表明，该系统可以稳定地工作在联网模式和孤岛模式，并可实现二者之间的平滑切换，提高了能量供给的可靠性。

控制和保护装置是智能微网的基本组成部分。智能微网是一个遍布中小型电源和负荷的有源网络，其内部潮流是双向流动，而且并网和孤岛运行状态下的短路电流大小差异很大，因此其保护定值和机理发生了根本性变化，保护控制还要能够基于本地信息对电网中的事件做出自主反应，例如：对于电压跌落、故障、停电等，发电机应当利用本地信息自动转到独立运行方式，而不是像传统方式中由电网调度统一协调。研究智能微网自身的保护控制问题是实现实时平滑功率波动、维持供需平衡和系统稳定的基础。

有文献从宏观角度分析了微网保护的策略：对交流微网的保护，从是否依赖于通信的角度进行分析，提出构造微网开关站的思路；阐述了网络化数字微网保护是以通信为基础，构建微网级的通信网络，利用微网多处的电流电压信息进行综合分析判断，从而实现对微网的保护；提出微网独立与并网运行时的两种保护策略，一是设计一个统一的保护策略，使得独立与并网运行时保护都有效;二是设置限制条件，使得独立或并网运行时只有一种保护有效。

目前，国际上与微网相关的标准主要有各国关于分布式电源并网的技术规定、电能质量标准等，尚无专门的智能微网并网运行标准正式颁布，只有一些关于建立微网标准体系的参考建议。

由于智能微网中含有风能、太阳能等分布式电源，随机性较大，承受扰动的能力相对较弱，尤其是在孤岛运行状态下，运行的安全性可能面临更高的风险，因此有效的运行控制与能量优化管理是智能微网研究的核心内容。

微网能量管理系统（EMS）与传统能量管理系统的关键区别在于：由于微网内集成热负荷和电负荷，微网EMS需要热电匹配；能够自由与电网进行能量交换；微网EMS能够提供分级服务，特殊情况下可牺牲非关键负荷或延迟对其需求响应，为关键负荷提供优质电力保障。

有研究指出目前应用较为成熟的智能微网控制方法有三类：基于电力电子技术的“即插即用”与“对等”的控制思想；基于功率管理系统的控制；基于多代理技术的微网控制方法。有文献将微网控制分为单元级与系统级两个层次，指出微网控制的研究需要分别对单元级和系统级控制器及管理系统进行建模，从而建立系统整体运行控制和能量优化管理模型。目前，已开发的微网EMS可以具备热能利用；对采暖通风和空调系统的管理；控制系统；与配电网进行能量交互，提供无功支持和热备用；分级服务，保障重要负荷用电等功能。但在高级能量管理方面仍需改善：发展高级控制策略，协调用户控制系统；基于实时电价的快速需求侧响应；完善监测系统，包括智能预警和市场信息；完善数据采集和处理技术；快速故障定位、隔离和服务恢复技术；网络重构和保护技术；综合考虑环境效益、经济效益的调度决策技术；决策可视化技术。

实现智能微网涉及众多技术领域，主要从通信、传感与计量、分析、设备等几个方面总结智能微网的关键技术。

提供两大基本功能，使微网自身、多个微网以及微网与配电网之间的信息交换变得实时互动：统一开放的通信标准，使交互双方能够对信息进行识别和重组；逗兼容的物理媒介，使开放的通信设施连接各种智能电子设备（IED）、智能电表、控制中心、电力电子装置、保护系统以及终端客户，创建“即插即用”的环境。

高级的通信技术将在智能微网中得到广泛使用：带电力线（BPL）接入技术，是一种连接到家庭的宽带接入技术，利用现有交流配电网的中、低压电力线路，传输和接入Internet的宽带数据业务，能够实现如远程抄表、负荷控制、数据分析、电能质量监测、设备监视、分布式发电监控等电力服务，还能实现Internet宽带接入、视频传输、病毒防御、故障诊断等用户网络服务，可以说，BPL技术发展迅速，是未来智能微网通信技术的主导力量；无线通信技术，包括目前发展迅速的WiFi技术、新兴的3G和WiMax技术以及正在开发的无线网格网络（WMN）技术都可以引入微网，实现各设备间及其与能量管理的无线通信。

基于数字通信技术的高级传感和计量技术能够迅速在网络各节点进行数据采集和数据融合，诊断智能微网的健康度和完整度，同时具备自动抄表、消费计额、窃电检测等功能，并能缓解电力阻塞，提供需求侧响应和新的控制策略。

高级传感技术是微网智能化技术的重要组成部分，具有很好的应用前景。例如，无线传感网络是由密集型、低成本、随机分布的节点组成，具有很强的自组织性和容错能力，不会因为某些节点在恶意攻击中的损坏而导致整个系统的崩溃。将无线传感技术引入微网，可有效提高微网的安全防御能力，并为微网实现自治提供有效基础。

目前国内主要采用机电式电表进行电能计量，对用户侧计量数据采集精细度不够，数据没有被充分利用。高级量测体系（AMI）已经在国外得到了广泛应用，许多国家已经安装了智能电表。AMI能够实现电能计量、记录“三表”（电表、气表和水表）消费信息，并且能够双向通信进行远程阅读。

微网融合了电能生产者和消费者，需要向运行机构提供实时电力信息以平衡电能供需。作为电网尤其是配电网智能化的实现环节，AMI在微网智能化中不可或缺。此外，微网包含商业用户、社区用户以及部分中小型工业用户，用户端口技术作为通向用户室内的网关，也在微网中起着积极作用。

高级分析技术是高级能量管理的功能化，是实现智能微网自治运行的工具，包括系统性能监测与模拟、测量分析系统、综合预测系统、实时潮流分析和市场模拟系统。

1）系统性能监测与模拟：泣埃时监测微网内各节点电气参数；褂民据实时数据验证完善离线系统模型；硬基于在线或模拟故障的微网稳定/恢复最优策略。

2）测量分析系统：检测电压或电流的瞬时值；分析微网暂态过程；监测微网紧急事件；支持实时状态估计；改进微网动态模型；提供更好的数据可视化平台。

3）综合预测系统

4）实时潮流分析：可视化展示安全运行限制区域；给出最优协调方案，扩大安全运行区域，减少输电阻塞，最优化损耗管理，改进系统规划分析。

5）市场模拟系统：为微网经济性分析与控制模拟各种市场因素（如市场成员的不同特点、动态学习能力和自我判断决策能力以及成员间的相互作用），并提供开放的程序开发环境实现软件升级与信息共享。

1）高级电力电子技术。目前电力电子技术在微网中的应用体现在：将分布式电源和储能的并网接口；提供本地电源控制和保护；孤岛/反孤岛检测。

高级电力电子技术能够极大地提高微网性能。例如：统一潮流控制器能够全面改善微网的无功补偿和潮流控制；配电网静止无功补偿器或动态无功补偿器能够有效提供电压支撑，抑制电压闪变，缓解分布式发电并网的影响；快速转换开关能够提供稳定的功率，实现微网在并网/离网2种模式下的无缝转换。

材料技术的快速发展加速推动电力电子技术向高频化和智能化发展。并网接口研发和应用的加强有助于降低分布式发电成本，接口控制的完善以及谐波治理有助于改善电能质量，辅助提高微网的经济、稳定运行水平。

2）超导电力技术。作为21世纪关键的前瞻技术，超导电力技术已在电缆、变压器、限流器和储能等方面进入试运行阶段，尤其是超导电缆已于2008年4月在美国投入商业运行，通过3根138kV电缆可同时满足30万户家庭用电需求。超导电力技术是解决电力安全、高品质供电、高密度供电和高效率输电等难题的新技术途径，将其引入微网能有效保障优质电力服务，降低输电损耗，减少占地，降低电磁污染，从而为微网的高效运行提供保障。

3）新型储能技术。储能技术是微网实现自治的重要部分，按照能量转化形态可分为物理、电磁、电化学和相变储能4种类型。微网内集成了大量高渗透率的可再生能源发电单元，由于其固有的随机性和间歇性，将会带来电压和频率的稳定性、低电压穿越、电能质量和经济性等问题。由于各种储能技术在功率范围、响应时间、转化效率以及技术成熟度等方面的差异，因此发展不同储能单元之间的联合控制技术是解决上述问题、实现微网智能化转变的重要环节。

智能微网是集分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置于一体的小型电力系统，具有并网和独立两种运行能力，稳定、兼容、灵活、经济。目前，关于智能微网的研究主要集中在其运行特性、保护与控制、并网标准、运行控制与能量管理等方面。在我国，智能微网将作为实现充分利用可再生能源、节能降耗、改善偏远农村生活用电水平、提高电网防灾抗灾能力的有效措施得以广泛应用。

智能电网和微网作为新生事物其内涵也在不断丰富和深化中。以“坚强”为物质基础、以“互动”为核心特征、以“智能”为技术支撑的智能电网将在中国的经济建设、能源利用和环境保护等方面发挥越来越重要的作用。微网作为智能电网的重要组成部分，扮演着实现电网支撑、防震减灾、提高能效、节能降耗、农村电气化等角色，实现智能是微网发展的客观要求。智能微网通过将先进的信息技术、控制技术与电力技术相融合，不仅能够提供更高的电力可靠性、满足用户多种需求，还能实现能源效益、经济效益和环境效益的最大化，是未来智能配电网新的组织形式。