（作者系中國電力科學研究院配電研究所所長）

工業(yè)化進程迎來第三次工業(yè)革命，能源、環(huán)境呼喚可持續(xù)發(fā)展，智能電網(wǎng)成為新能源革命的推手，互聯(lián)網(wǎng)+能源——能源互聯(lián)網(wǎng)。

傳統(tǒng)配電網(wǎng)面臨挑戰(zhàn)

1）挑戰(zhàn)之一：不斷提高供電可靠性

2）挑戰(zhàn)之二：不斷提高電能利用效率

3）挑戰(zhàn)之三：不斷提高電網(wǎng)資產(chǎn)利用率

我國配電網(wǎng)主設備運行效率不高，從樣本區(qū)域來看，總體效率約在0.3左右。美國的配電線路運行效率約在0.44左右。在人口稀少、負荷極度分散的區(qū)域，設備輕載現(xiàn)象較為嚴重。

4）挑戰(zhàn)之四：主動應對大規(guī)模分布式電源接入

5）挑戰(zhàn)之五：主動應對大量電動汽車充電站/樁接入

（1）充電負荷不確定性影響：大量無序充電會加劇電網(wǎng)負荷峰谷差，加重電力系統(tǒng)負擔。

（2）電網(wǎng)運行優(yōu)化控制難度加大：充電時間與空間分布不確定性、隨機性等特征將加大電網(wǎng)控制難度。

（3）影響電能質量：電動汽車充電屬于非線性負荷，產(chǎn)生的諧波引起電能質量問題。

主動配電網(wǎng)及其進展

1）CIGRE 2020 戰(zhàn)略方向

戰(zhàn)略方向一：未來電力系統(tǒng)發(fā)展模式

研究未來大規(guī)模間歇性可再生能源（包括風能和太陽能）、遠方水電站、核電站接入主網(wǎng)；以及大量分布式小型電源接入中低壓配電網(wǎng)的電力系統(tǒng)發(fā)展模式。

戰(zhàn)略方向二：現(xiàn)有電力系統(tǒng)盡限利用

研究通過延長設備壽命，優(yōu)化電力系統(tǒng)規(guī)劃和發(fā)展決策，采用新技術盡可能地提高現(xiàn)有電力系統(tǒng)的利用效率。

戰(zhàn)略方向三：電力系統(tǒng)環(huán)境影響和可持續(xù)發(fā)展

研究降低環(huán)境影響，如降低二氧化碳排放量，減少對環(huán)境的沖擊等，和保持未來可持續(xù)發(fā)展的電力系統(tǒng)架構。

戰(zhàn)略方向四：電力系統(tǒng)發(fā)展的透明化

研究通過有效的途徑來確保電力企業(yè)與社會決策層進行溝通，推動電力系統(tǒng)發(fā)展的公開化和透明化。

2）CIGRE 2020技術專題研究方向

3）主動配電網(wǎng)的定義

主動配電網(wǎng)（ADN）是具有控制分布式能源（DER，Distributed Energy Resource）的本地系統(tǒng)；DER是由分布式發(fā)電（DG）、負荷、電動汽車（EV）和儲能（ESS）構成。配電系統(tǒng)運行商（DSO）能夠使用靈活的網(wǎng)絡拓撲結構來主動控制與管理潮流；實現(xiàn)各種優(yōu)勢資源整合，降低配電網(wǎng)投資，提升整個配電網(wǎng)的運行效率、經(jīng)濟性、可靠性和環(huán)境效益。

4）主動配電網(wǎng)關鍵技術

主動配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃技術；先進運行控制與管理技術；應對復雜性與不確定性技術。

（1）主動配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃方法

主動配電網(wǎng)理念影響著所有的規(guī)劃工作。分布式發(fā)電和需求側響應影響了負荷預測；對分布式資源的主動管理影響了系統(tǒng)的規(guī)劃設計。

多準則：使用多準則，解決分布式發(fā)電運營商與電網(wǎng)企業(yè)之間的矛盾，規(guī)劃階段考慮以優(yōu)化網(wǎng)絡運行、最大限度地提高效率和降低損失為目標的算法；

概率方法：概率方法更適于有DG和DER的配電網(wǎng)規(guī)劃；

考慮不確定性：政策驅動力（補貼或處罰）、監(jiān)管環(huán)境、燃料成本、間歇式發(fā)電(可再生能源)、DER的可用性、主動管理的成功度等不確定性因素；

多年度規(guī)劃：現(xiàn)有網(wǎng)絡向主動配電系統(tǒng)的過渡需要多年的時間，多年度規(guī)劃對于其制定一個發(fā)展時間表至關重要。

自動化與信息通信（ICT）規(guī)劃：實現(xiàn)安全可靠的信息通信，配電系統(tǒng)與SCADA、GIS、通信和自動化系統(tǒng)的協(xié)調發(fā)展。在配電系統(tǒng)規(guī)劃的同時，考慮通信系統(tǒng)的路徑，新建線路時需與通信電纜協(xié)同規(guī)劃。

保護策略設置：大量分布式電源的接入，增加系統(tǒng)短路電流水平，一些情況下保護策略需改造。目前大多國際標準規(guī)定，在故障情況下分布式電源應響應斷開，以確?，F(xiàn)有保護正常工作，大多數(shù)標準對計劃孤島和非計劃孤島均不允許。

修訂保護方案，考慮主動運行因素，使保護裝置能與變電站通信，以避免DER的意外孤島運行和不必要的斷開；對保護系統(tǒng)進行仿真，以抓住網(wǎng)絡重構和特殊孤島運行情況下可靠性改進的機會。

（2）先進運行控制與管理技術——高級量測

高級量測體系（AMI）是一個用來量測、收集、儲存、分析和運用用戶用電/用能信息的完整網(wǎng)絡處理系統(tǒng)。

（3）先進運行控制與管理技術——信息通信

其關鍵技術是：開放式通信體系；多種通信方式的一體化組網(wǎng)技術；低成本、高可靠分布式通信技術；通信網(wǎng)絡安全與防護技術。

（4）先進運行控制與管理技術——分布式電源并網(wǎng)

并網(wǎng)對象是分布式電源、儲能、微電網(wǎng)和EV充電站（樁）。并網(wǎng)技術是雙向保護、功率平衡、穩(wěn)定控制、電能質量和虛擬電廠。

（5）先進運行控制與管理技術——主動管理

主動管理是通過分布式電源運營管理和主動控制，實現(xiàn)分布式發(fā)電、儲能和柔性負荷的主動管理，加大配電網(wǎng)對可再生能源的接納能力，提升配電網(wǎng)資產(chǎn)利用率，延緩配電網(wǎng)升級投資，提高用戶的用電質量和供電可靠性。

（6）先進運行控制與管理技術——需求響應

（7）應對復雜性與不確定性技術——虛擬量測

配電網(wǎng)規(guī)模龐大、設備眾多、數(shù)據(jù)量大，全節(jié)點量測、傳輸投入巨大。狀態(tài)估計通過冗余量測提升數(shù)據(jù)質量，通過合理推斷修正數(shù)據(jù)錯誤；虛擬量測通過現(xiàn)有量測推斷非量測量，旨在提升數(shù)據(jù)完備性。

（8）應對復雜性與不確定性技術——風險評估

（9）應對復雜性與不確定性技術——態(tài)勢感知

態(tài)勢感知技術：在特定的時空環(huán)境下感知某個/某些元素，理解其含義，并對其未來發(fā)展趨勢進行預測；分為感知、理解和投射三個層次；適用于數(shù)據(jù)規(guī)模較大、時變非線性系統(tǒng)。

（10）國內(nèi)外相關研究與應用現(xiàn)狀——ADN目前的實施水平

（CIGRE 調查結果）2007-2008年，14個國家27份調查問卷，分析全球22個先進ADN示范項目發(fā)現(xiàn)：目前ADN的發(fā)展水平還較低；通信手段差別較大，少數(shù)公司使用DER的遙控通訊手段，很少一部分能將控制延伸到低壓網(wǎng)。

促進未來ADNs發(fā)展的關鍵因素：新的投資回報/監(jiān)管框架，以促進電力企業(yè)采用ADNs；研究和發(fā)展（包括公共資助的示范項目），標準化；需求增長和環(huán)境因素只是采用ADNs的次要因素。

（11）國內(nèi)外相關研究與應用現(xiàn)狀——德國

德國政府2011年永久關閉裝機容量總計8.5GW的8座核反應堆。截止 2010 年底，德國的太陽光伏（PV）電池板裝機總量達到17 300 MW。據(jù)相關資料表明，天氣理想時全德國的太陽能發(fā)電和風能發(fā)電的總量相當于 28 座核電站的發(fā)電總量。目前德國已有約 0.9%的家庭使用太陽能發(fā)電裝置。

（12）國內(nèi)外相關研究與應用現(xiàn)狀——日本

日本2020年太陽能發(fā)電2800萬kWh，2030年5300萬kWh。東京電力2010年安裝2000萬部智能電表，2020年約5000萬部。此外，還包括能源使用的可視化，家電及熱水器控制，供應方根據(jù)能源需求狀況促使消費者進行消費調整的需求響應，電動汽車與家庭結合，蓄電系統(tǒng)優(yōu)化設計，充電系統(tǒng)及交通系統(tǒng)等。

（13）國內(nèi)相關研究與應用現(xiàn)狀

國家電網(wǎng)：863計劃主動配電網(wǎng)關鍵技術研究及示范；以電網(wǎng)低碳化為特征智能電網(wǎng)綜合集成技術研究與示范；未來配電網(wǎng)技術發(fā)展趨勢-國際合作與跟蹤研究；面向大規(guī)模分布式電源與多樣性負荷接入的主動配電網(wǎng)協(xié)調規(guī)劃技術研究與應用。

南方電網(wǎng)：主動配電網(wǎng)的間歇式能源消納及優(yōu)化技術研究與應用；多源協(xié)同的主動配電網(wǎng)運行關鍵技術研究及示范。

高等院校：北京交通大學的國家能源主動配電網(wǎng)研發(fā)中心；湖南大學的含分布式能源的輻射狀配電網(wǎng)最優(yōu)潮流；上海交通大學的基于饋線控制誤差（FCE）的主動配電網(wǎng)協(xié)調控制方法以及多時間尺度分層協(xié)調控制方法。

（14）國內(nèi)相關研究與應用現(xiàn)狀——廈門

福建海西廈門島：系統(tǒng)最大負荷不低于120MW，清潔能源種類不少于3類：冷熱電聯(lián)產(chǎn)機組不低于150MW、垃圾焚燒發(fā)電不低于2MW、多點接入光伏發(fā)電總量不低于60kW、電動汽車集中充放電站容量不低于5MW、移動式儲能車規(guī)模不小于1MW/2MWh。示范工程完成后可實現(xiàn)100%全額消納可再生能源，核心區(qū)供電可靠率不低于99.99%。

（15）國內(nèi)相關研究與應用現(xiàn)狀——佛山

廣東佛山三水區(qū)：4條饋線建設規(guī)?；尤敕植际侥茉吹呐潆娋W(wǎng)實施主動管理，能夠自主協(xié)調控制。實現(xiàn)主動配電網(wǎng)在正常工況下以及故障工況下的消納與協(xié)調控制能力的驗證，并作為間歇性能源在配網(wǎng)消納中的示范，保證 5.5MWp間歇式能源及 1.1MWh 儲能系統(tǒng)的接入，實現(xiàn)間歇式能源 100% 消納，實現(xiàn)供電可靠率 99.99% 以上。

未來配電網(wǎng)發(fā)展展望

未來配電網(wǎng)發(fā)展主題是可靠、高效、綠色。

1）分布式電源與微電網(wǎng)大規(guī)模應用

2）一二次能源綜合利用

基于系統(tǒng)能效技術，通過能源生產(chǎn)、儲運、應用與回收循環(huán)四環(huán)節(jié)能量和信息的耦合，形成能量輸入和輸出跨時域的實時協(xié)同，實現(xiàn)系統(tǒng)全生命周期的最優(yōu)化和能量的增效，能效控制系統(tǒng)對各能量流進行供需轉換匹配，梯級利用、時空優(yōu)化、以達到系統(tǒng)能效最大化，最終輸出一種自組織的高度有序的高效智能能源。

3）智能配電網(wǎng)發(fā)展前景：能源互聯(lián)網(wǎng)

能源互聯(lián)網(wǎng)是一種在現(xiàn)有電網(wǎng)基礎上通過先進的電力電子技術和信息技術，融合了大量分布式可再生能源發(fā)電裝置和分布式儲能裝置，能夠實現(xiàn)能量和信息雙向流動的對等電力互聯(lián)共享網(wǎng)絡。

能源互聯(lián)網(wǎng)的研究和建設首先是從配用電端開始的。

4）互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源

通過互聯(lián)網(wǎng)促進能源系統(tǒng)扁平化，推進能源生產(chǎn)與消費模式革命，提高能源利用效率，推動節(jié)能減排。加強分布式能源網(wǎng)絡建設，提高可再生能源占比，促進能源利用結構優(yōu)化。加快發(fā)電設施、用電設施和電網(wǎng)智能化改造，提高電力系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。

5）智慧城市

城市智能配電網(wǎng)為智慧城市各個系統(tǒng)輸送充足能量和海量信息，是智慧能源系統(tǒng)的主要載體，可以全面監(jiān)測感知城市能源供需情況、能耗指標，做到合理調配和使用電、油、氣以及光伏、風電等能源資源，實現(xiàn)能源供給均衡、提高能源利用效率、減少排放。

（本文根據(jù)“2015第四屆分布式發(fā)電與微電網(wǎng)技術大會”演講PPT編輯而成）

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