10月8日10时20分，河北电力科学研究院科技园区（以下简称电力科技园区），秋日的阳光透过云层照射下来，落到光伏板上，一缕缕阳光瞬间转换成清洁绿色的电能，满足整个园区的用能需求。从园区智慧能源管控平台上可以看到，此时园区内分布式光伏发电及两台小型风机的发电功率是236千瓦，园区内用电负荷是207千瓦，园区用能全部来自清洁能源。
国网河北省电力有限公司聚焦绿色智慧微电网建设，持续攻关技术难题。河北电科院研发的风光储热一体化智慧微电网系统于3月底在电力科技园区落地，截至9月底发电量已超过28.4万千瓦时。其间有57天，园区清洁能源发电量超过园区用电量。这套智慧微电网在保障园区用能经济、可靠的同时，也为工业企业节能降碳、建设绿色园区提供了切实可行的解决方案。
锚定微网 十年接力创新攻关
占地61950平方米的电力科技园区于2013年建成，河北电科院十余个实验室近百个技术研发单元集中在此。2012年5月，河北电科院于园区建成前就启动了为园区量身定制的光储热一体化微电网示范工程。当时，国内微电网建设尚在探索，许多微电网项目都停留在单级电网阶段。河北电科院攻关交直流多级微电网的协调运行和控制关键技术，不仅在工程中接入了分布式光伏发电、地源热泵等多种电源形式，还提出了一种创新应用分级自主控制技术的交直流混合多级微电网协调控制方法，实现了对微电网电能的集中管理和分散控制。2014年11月，光伏发电、电力储能、地源热泵一体化交直流混合多级微电网示范工程在电力科技园区开始运行。
近年来，“双碳”目标持续推进，微电网备受各方关注。2022年8月，工信部、国家发展改革委、生态环境部联合发布《工业领域碳达峰实施方案》，明确提出加快工业绿色微电网建设。当年10月，一张全新的微电网在电力科技园区开始建设。
“这次，我们不仅想建设更绿色更低碳的微电网，还想通过智慧柔性调节实现微电网与大电网更加友好的互动，为前景广阔的工业园区微电网建设探路。”河北电科院新能源技术研究团队负责人胡雪凯介绍。
在这次的风光储热一体化智慧微电网系统建设中，新能源技术研究团队部署了488千瓦光伏发电系统、4千瓦风机、170千瓦时储能、冷热双功率地源热泵以及50千瓦能量路由器。为了让电能更可控，团队还自主开发了智慧能源管控平台，创新应用源网荷储信息感知和协调控制技术，向建设更加智慧更加绿色的微电网目标迈进。
持续创新 不断优化运行效果
智慧能源管控平台是园区智慧微电网系统的“中枢大脑”。河北电科院新能源技术研究团队通过平台为微电网设定了三种运行模式——经济模式、响应电网模式、离网模式。
团队最看重的是响应电网模式的设计。“我们深入分析大电网的负荷特点，预设了多个典型季节负荷场景，这样系统可自动根据天气匹配运行方式，主动为大电网削峰填谷，同时接收电网控制指令，实时响应电网调控需求。”胡雪凯说。在研发团队看来，微电网发展始终离不开大电网托底，微电网更加积极主动地响应大电网需求，有助于二者长远发展。那么如何推动这一模式更加精准地实现？
园区智慧微电网研发的另一个重点就是对分布式光伏发电的管理，“驯服”它就能更有效地控制微电网与大电网之间的能量流动。在电力科技园区，一台自主研发的主动支撑型（构网型）光伏逆变器承担起这一重任。它可以有效解决光伏发电的随机性、间歇性、波动性等问题，让分布式光伏发电可以根据电网需求进行柔性调节，而不再只有并、离网的简单选择。这台新型的逆变器不仅能满足微电网的建设需求，更是应对高比例新能源接入配电网新形势的一项创新成果。
今年年初，河北电科院高安全型高压链式储能系统研发成功，有效解决了多电芯或电池簇并联带来的能量损耗等问题，将能量转化效率提升到99%以上。该套储能系统配置了独立的液氮灭火系统，使系统运行稳定可靠性达到国内领先水平。这一成果也迅速应用到园区微电网建设中。
高效运行 打造低碳园区解决方案
3月26日，风光储热一体化智慧微电网在电力科技园区启用。
在这张微电网的支撑下，白天，电力科技园区依靠分布式光伏发电和风力发电运行，风光新能源发电量超出用电负荷时，智慧能源管控平台就会控制储能系统充电；夜间，分布式光伏无法发电时，储能系统开始放电，基本实现近零碳园区建设目标。与此同时，在大电网出现波动、电压失稳等情况时，园区微电网就会根据电力系统需求通过并、离网操作对大电网进行充放电，确保园区正常发供电并助力大电网稳定运行。
为了精准控制能量输送和匹配控制，河北电科院还在园区微电网中开发应用了能量检测管理系统。该系统应用能量监测及能效管理模块，改变园区不同单元的能源消耗占比，形成多级微电网协同运行的调度模式，以最大化互补效益为目标进行不同能源之间的调度优化，形成“多级子网、开放接入、灵活组合、规模可调”的园区供用电网络结构。
微电网的清洁能源有效支撑了园区日常运行，即使在夏季负荷高峰时段，清洁能源发电也能占到园区全部用能的67%。据了解，该微电网系统的设计运行年限为25年，在此期间将为园区提供超过1000万千瓦时的清洁电能，相当于节约近4000吨标准煤，减排9970吨二氧化碳。
园区微电网节能减排及智慧管控的显著效果吸引了众多外部单位的关注。年初以来，河北工业大学、北方工业大学等多家单位到电力科技园区实地调研。
“在工业企业日益增长的节能降碳需求下，绿色智慧的微电网正在加速发展。”胡雪凯表示，新能源技术研究团队将持续推进微电网优化升级，努力在这一领域打造出更实用的样板。
