全球能源行业目前正经历重大变革，电网是这一转型的关键组成部分。日本构建智能电网系统的路径，源于经济产业省（METI）在 2011 年东日本大地震后启动的电力体制改革。该改革旨在建立更稳定的电力供应体系、降低成本，并为零售电力供应商提供更合理的选择。
由于需求增长低迷、可再生能源（RES）装机容量不断上升以及改革推进，日本电力行业也正经历重大变化。目前，可再生能源并入电网正在压低电力批发市场价格、发电厂的容量系数及其收入，原因是边际成本趋近于零。这导致成本回收的可预测性下降，发电企业投资建设发电厂的意愿也随之减弱。
为鼓励发电投资，并确保短期和长期备用/容量具有可预测性和效率，日本建立了对电源进行公平补偿的市场机制，按 kWh、kW、ΔkW 和环境价值进行细分。从 ΔkW 价值的角度推动负瓦特交易（DR：需求响应），这有利于能源来源多元化，并保障容量/备用安全。
日本 53 GW 的光伏装机目标可满足约 33% 的峰值需求，但仍存在频率波动、发电过剩、输电容量不足以及输电网转动惯量不足等关键问题。为解决这些问题并提高可再生能源装机容量，日本探索了多种应对措施，包括高效利用电池储能系统（BESS）、电动汽车（EV）和热泵热水器（HPWH）。
近年来，日本电力系统因地震、台风和强降雨等自然灾害而屡遭破坏。为从大规模自然灾害中恢复，有必要建立能够通过技术措施、持续运营支持和经营管理实现恢复的电力系统。
日本的“3E + S”计划旨在实现非间歇性、智能且灵活的电力系统，并大幅提高可再生能源的并网比例，以满足“3E + S”标准。
日本智能电网的实施进展显著。日本电气学会（IEE）指出，智能电网是一种整合控制技术、信息交换、分布式计算、传感器和输电设备的电力系统，通过整合可再生能源（RES）来实现可持续的高效、经济可行的电力供应和安全性。为避免光伏限电，一个可行的解决方案是高效利用需求侧的可控设备来平衡供需。
自 2010 年以来，多个与智能电网相关的国家项目获得了政府支持。其中值得关注的项目包括“下一代输配电网络优化控制研发（R&D）项目”，该项目重点示范下一代输配电网控制，强调采用面向需求响应的新型控制方法来平衡供需。该项目由日本主要电力公司、大型制造商和大学共同参与，历时六年。
新岛（Nii-Jima）示范项目的可再生能源发电容量约为 1,000 kW，自 2014 年起一直在现场测试配电与协调能源管理系统（EMS）。分散协调的 EMS 包括由电网运营商运营的区域中央控制系统和集成分布式能源控制系统，与现有的需求预测系统和柴油发电机组控制系统协同运行。
新岛项目展示了先进技术，可缓解可再生能源的波动性，优化其并网，同时确保可靠且具成本效益的电力供应。
总之，日本致力于推进智能电网技术并优化可再生能源并网，已在智能电网实施方面取得重大进展。通过将可再生能源并入电网，日本能够确保可靠且具成本效益的电力供应，同时缓解可再生能源的波动性。
虚拟电厂（VPP）是一种通过物联网整合来管理供需组合的系统，使客户能够平衡和控制其设备。这一集成系统如同发电厂一样运作，提供替代备用（RR）和上网电价替代备用（RR-FIT）等平衡能力。如果 VPP 响应速度快，则可对应频率遏制备用（FCR）、同步频率遏制备用（S-FRR）和频率恢复备用（FRR）。
从运行角度看，日本电力系统因自然灾害和可再生能源（RES）大规模并网而面临扰动。为确保电力系统的韧性，日本一直在研发虚拟电厂（VPP）、智能电网和超级微电网等概念。超级微电网被定义为在明确界定的电力边界内由互联负荷和分布式能源（DER）组成的群体，作为一个可控实体运行。
在日本，超级微电网的基本概念与美国相似，但额外强调其不应对主网的运行造成不利影响，例如正常运行条件下的频率控制。超级微电网因能在自然灾害期间维持业务连续性和增强韧性而受到关注，尽管其成本高于传统电网。
日本一些值得关注的超级微电网项目包括八户市项目，该项目涵盖生物质热电联产、电池、光伏（PV）、小型风力发电，以及八户市政府和部分学校的负荷。该项目通过两个公共连接点接入东北电力（Tohoku EPCO）电网，并已在紧急状态下利用实际负荷成功实现孤岛运行，在正常条件下实现二氧化碳排放极低的经济互联运行。
位于仙台市的东北福祉大学超级微电网项目同样得到 NEDO 支持，提供六个等级的电力质量：普通、高 A、B1、B2、B3 和直流，分别由不同回路供应。该系统除燃气发动机发电机组外，还包括熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）和光伏，以提供备用电力。
尽管经过若干升级，该超级微电网仍在持续运行，并在 2011 年一次停电期间为东北福祉大学提供了两天的电力和热能。
来源：Khac Nam，越南能源杂志能源领域专家
