源荷互动趋势下的用户微电网形态初探

导语：在传统电力系统中，发电、电网和用户构成了一个以源随荷动为核心的调节体系。随着新能源和弹性资源的融入，这一体系正向着清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、灵活智能的新型电力系统转型。这种转变不仅催生了源荷互动的新范式，还推动了用户侧电力系统的演进，使其形成一种具备自我发电及能源储存等资源配置的新型能源供需结构。

本文旨在探讨在源荷互动趋势下，用户侧电力系统如何通过采纳微电网的业务和技术形态，实现更高效、可靠的能源管理和服务，以便更好地满足用户侧电力系统对可靠性、高效性、经济性和低碳性的要求。

（来源：微信公众号“朗新研究院” 作者：曹雪峰 镇华）

源荷互动的必然趋势与挑战

随着碳达峰、碳中和进程加快推进，新能源开发集中式与分布式并举，电能替代的广度和深度不断拓展，电力负荷持续增长。用户侧电力系统中的可调负荷、电动汽车、分布式光伏等新要素进入规模化发展阶段，为新型电力系统发展提供了重要支撑。用户不再只是能源的被动接受者，也正逐渐变成能源管理的积极参与者。

大量分布式发电接入所带来的波动性和间歇性，叠加用户侧如充电桩及储能等高负荷用电设备引发的负荷曲线特性变化，使得电力系统的运行模式更加复杂。传统用户侧运行管理是将预设的规则和人工操作相结合，只能控制配电网中负责电能传输和分配的部分一次设备，难以应对新形势下复杂的运行调控需求。

目前的需求响应方式由于响应速度较慢，无法及时有效地平衡供需关系。导致在紧急情况下电网运行仍然面临风险，无法迅速调整局部运行模式以匹配实时供需。

随着我国电力市场建设进程的持续推进，以分布式光伏、分散式风电、储能等分布式电源和可调节负荷为代表的单一技术类新型经营主体，也需要一个更加灵活、能够快速响应市场价格信号的源荷互动机制，帮助降低系统整体的运行成本，实现技术价值最大化。

源荷互动正是在业态发展、技术进阶、市场升级的多重融合背景下应运而生，它强调电力系统中发电资源和用户负荷协同参与系统调节，实现双向互动和动态平衡。通过数字化技术和智能化设备实现能源使用的精细化管理、对市场价格信号和供需变化的灵活响应，从而提高能源使用的经济性和环境友好性。

源荷互动在实现过程中，面临四个核心技术领域的挑战，这些技术挑战既相互独立又相互关联，是构建源荷互动技术体系所必须突破的瓶颈：

(一）能源供给形态日益多元化

在应对新能源带来挑战的同时，多种能源形式（如电、热、冷、氢）在用户侧的发展进程也在加快。需要深入研究多能间的耦合与协调，平衡不同能源的互补性，保障供应的稳定性和经济性。

（二）用户侧资源难以有效调控

源荷互动系统的整体运行要求对用户侧多种资源进行精准调节和控制，既要满足调节的实时性、可靠性和经济性，又要考虑资源的技术特性、响应能力、控制方式和通信协议的较大差异。

（三）支撑智能调度的数据处理方法欠缺

源荷互动的调度决策依赖海量实时采集和处理的数据，这些数据来源广泛且更新频率快，多源异构的复杂特性对数据处理方法提出了高要求。仅依靠人工方法难以平衡计算精度和响应速度，需要开发基于人工智能和大数据技术的智能调度算法，实现策略的自适应学习能力。

（四）系统安全风险不断加大

用户侧系统拓扑结构日趋复杂，系统安全风险显著提升。需要引入新技术保障设备的安全运行，且提供故障定位、隔离和快速恢复的能力。同时大量IT设施的接入也带来新的信息安全挑战，需要建立多层级的安全防护体系。

面对这些技术挑战，传统的用户侧电力系统迫切需要向更智能化的形态演进。智能微电网以新能源为主要电源，具备一定的智能调节和自平衡能力，平时不仅可独立运行也可与大电网联网运行。能在源荷互动的复杂情境下，尤其是应对新能源波动、契合用户侧需求变化以及强化网络安全等方面发挥积极效能，从而为源荷互动的高效实现开辟新径。

微电网形态对源荷互动的赋能

微电网作为一种先进的配电系统组织形态，在传统配电网管理功能基础上升级拓展，可以有效应对新形势下的各类挑战，为源荷互动提供多维度的技术支撑：

（一）多源适应管理

以电力系统为核心，统筹管理分布式电源、储能设备和可调节负荷，通过实时电能质量监测和先进电力电子技术，实现各种电源的无缝接入。建立分级分层的管理体系，实现不同电源的动态优化组合，提升整体利用效率。应预留其他能源形式（冷、热、氢）的转换接口，为未来多能互补奠定基础。

（二）调控与负荷管理

具备实时数据采集、边缘计算与云端优化相结合的能力，实现图模、数模一体化分析；提供实时的调度建议和动态调整调度策略；整合生产信息系统和天气预测系统，动态调整用电设备的运行模式，基于电价信号和电网状态进行智能化用电优化，提升用户行为的响应能力。

（三）自愈与安全保护

在外部电网故障时通过分布式潮流调整和多路径备用电源切换，优先保障关键负荷的供电稳定；在内部故障时提供智能检测和定位能力，能够快速隔离故障区域并重构系统拓扑。依靠分布式架构，微电网不仅增强了局部自愈能力，还显著提升了网络安全性和抗扰性。

微电网通过多源适应管理、智能调控和自愈保护等核心能力，为源荷互动提供了多方位的技术支撑。可以帮助实现能源的优化配置和高效利用，为用户侧电力系统带来更高的灵活性和可靠性。然而，要充分发挥微电网在源荷互动中的赋能作用，还需结合具体应用场景的实际需求，分阶段推进建设内容。

如何建设用户微电网

在实际建设用户微电网系统时需要因地制宜、分类施策，根据不同类型用户（工业园区、商业综合体、居民社区等）在负荷特性、用能模式和运营管理等方面的实际需求制定差异化建设方案。通过总结国内典型微电网项目的建设经验，建议采用“规划设计－分步实施－持续优化”的建设思路，逐步推进项目的改造、升级和优化等各项工作。项目建设单位可以在项目生命周期中引入以下关键要素：

（一）系统规划与仿真分析

引入《GB/T42731-2023微电网技术要求》《NB/T10148-2019微电网规划设计导则》《GB/T51341-2018微电网工程设计标准》等一系列标准规范，开展系统整体规划。

对负荷需求、发电资源情况进行分析，初步确定系统架构，建立微电网仿真模型。对系统稳态和暂态特性进行验证分析，评估网架多模式运行的承载稳定性和经济性；优化网架拓扑布局、科学补强薄弱环节，支持多电源的无缝接入；完成潮流及短路电流等基础计算分析，补充继保与安自系统的可靠性计算分析。

（二）基础设备选型优化

优化电力一二次设备选型与配置方案，提升系统对新能源出力波动以及负荷变化潮流的灵活调控能力。在设备选型时考虑支持多种能源输入（光、风、燃气、氢）、多种微电源类型（同步、异步、燃料电池）、多种交/直流功率变换、多种运行状态（并网，离网）的设备。

对于一次设备，优先选择具备灵活并网能力的，比如储能变换器及直流柔性互联设备等；对于二次设备，选择对暂态过程的应变能力强的，其重点是可以提供双向过流保护、低电压穿越、频率保护和孤岛保护等保护功能；配置故障自愈控制策略，可以常态化监测运行情况，实现故障快速隔离和系统重构。

（三）智能感知与数据管理基础建设

由于设备电力电子化特征明显，故障时间尺度进一步缩短，对安全控制的响应速度要求进一步提高。因此需要设计低延迟网络通信和组网方案，在通信规约上，支持实时监控和周期采集两套模式，灵活适应不同维度的运行数据需求，实现智能监测分析；在数据管理方面，实现数模一体化的动态模型管理，并支持图形化展示和编辑。

（四）云边协作的智能协调体系构建

在边缘端部署实时协调算法执行模块，以“自动化保护控制”方式构建可靠的边缘协调运行单元，实现就地的快速控制。在云端与边缘端之间建立调控算法更新机制，并在启动新协调算法时做好安全校核和数据边界与物理边界的分区。需对微电网内故障隔离、自愈、负荷转供、并离网控制的执行过程进行紧密协调与精细化管控。

（五）运营管理体系完善

引入电网安全运行的管理机制，建立专业化的能源管理组织架构，制定运行维护规程和应急处置流程。构建包括值班、运维和数据分析的完善运营体系。使用数字化系统结合电价信号和电网状态数据，通过负荷优化、需求响应和市场化交易等手段，提升运营经济性和系统资源效率。

结语

在源荷互动趋势引领下，建设用户微电网是由技术进步和市场需求共同推动的重要变革之一。以新能源为代表的电力领域新型经营主体，通过创新的商业模式和服务体系推动微电网从技术概念走向项目实践。不仅催生了电力系统改造所需的一二次设备的市场空间，同时也激发了支撑微电网运营的先进数字化解决方案的需求。伴随这一进程，相关产品和服务将持续优化并趋于成熟，最终成为未来新建项目的标准配置。

在新型电力系统框架内，用户微电网与主网之间将紧密协作、安全互动、可靠协同，共同构筑起新型电力系统的有机整体，实现源荷高效互动。未来，用户微电网的协调管理机制有望扩展到交通领域的弹性源荷单元管理及工业领域的余热利用等多种场景，实现跨领域的融合与互动。