盛万兴：主动配电网关键技术及其发展展望

（作者系中国电力科学研究院配电研究所所长）工业化进程迎来第三次工业革命，能源、环境呼唤可持续发展，智能电网成为新能源革命的推手，互联网+能源——能源互联网。传统配电网面临挑战1）挑战之一：不断提高供电可靠性2）挑战之二：不断提高电能利用效率3）挑战之三：不断提高电网资产利用率我国配电网主设备运行效率不高，从样本区域来看，总体效率约在0.3左右。美国的配电线路运行效率约在0.44左右。在人口稀少、负荷极度分散的区域，设备轻载现象较为严重。4）挑战之四：主动应对大规模分布式电源接入5）挑战之五：主动应对大量电动汽车充电站/桩接入（1）充电负荷不确定性影响：大量无序充电会加剧电网负荷峰谷差，加重电力系统负担。（2）电网运行优化控制难度加大：充电时间与空间分布不确定性、随机性等特征将加大电网控制难度。（3）影响电能质量：电动汽车充电属于非线性负荷，产生的谐波引起电能质量问题。主动配电网及其进展1）CIGRE 2020 战略方向战略方向一：未来电力系统发展模式研究未来大规模间歇性可再生能源（包括风能和太阳能）、远方水电站、核电站接入主网；以及大量分布式小型电源接入中低压配电网的电力系统发展模式。战略方向二：现有电力系统尽限利用研究通过延长设备寿命，优化电力系统规划和发展决策，采用新技术尽可能地提高现有电力系统的利用效率。战略方向三：电力系统环境影响和可持续发展研究降低环境影响，如降低二氧化碳排放量，减少对环境的冲击等，和保持未来可持续发展的电力系统架构。战略方向四：电力系统发展的透明化研究通过有效的途径来确保电力企业与社会决策层进行沟通，推动电力系统发展的公开化和透明化。2）CIGRE 2020技术专题研究方向技术专题1：主动配电网（ADN）（C3,C4,C6）技术专题2：信息的大规模交换（B5,C6,D2）技术专题3：电力电子HVDC的集成（B1,B2,B4,C1,C4,C6）技术专题4：储能装置的大规模安装（C1,C4,C6）技术专题5：各种新系统的运行与控制（C2,C6,B5）技术专题6：保护的新概念（C4,C6,B5）技术专题7：规划的新概念（C1,C3,C4,C6,B2,B5）技术专题8：新工具的技术性能（C1,C4,C6）技术专题9：地下设施的增加（B1,B2,B4,C1,C3,C4）技术专题10：股东知情权的需要（B1,B2,C1,C3,C6）3）主动配电网的定义主动配电网（ADN）是具有控制分布式能源（DER，Distributed Energy Resource）的本地系统；DER是由分布式发电（DG）、负荷、电动汽车（EV）和储能（ESS）构成。配电系统运行商（DSO）能够使用灵活的网络拓扑结构来主动控制与管理潮流；实现各种优势资源整合，降低配电网投资，提升整个配电网的运行效率、经济性、可靠性和环境效益。4）主动配电网关键技术主动配电网优化规划技术；先进运行控制与管理技术；应对复杂性与不确定性技术。（1）主动配电网优化规划方法主动配电网理念影响着所有的规划工作。分布式发电和需求侧响应影响了负荷预测；对分布式资源的主动管理影响了系统的规划设计。多准则：使用多准则，解决分布式发电运营商与电网企业之间的矛盾，规划阶段考虑以优化网络运行、最大限度地提高效率和降低损失为目标的算法；概率方法：概率方法更适于有DG和DER的配电网规划；考虑不确定性：政策驱动力（补贴或处罚）、监管环境、燃料成本、间歇式发电(可再生能源)、DER的可用性、主动管理的成功度等不确定性因素；多年度规划：现有网络向主动配电系统的过渡需要多年的时间，多年度规划对于其制定一个发展时间表至关重要。自动化与信息通信（ICT）规划：实现安全可靠的信息通信，配电系统与SCADA、GIS、通信和自动化系统的协调发展。在配电系统规划的同时，考虑通信系统的路径，新建线路时需与通信电缆协同规划。保护策略设置：大量分布式电源的接入，增加系统短路电流水平，一些情况下保护策略需改造。目前大多国际标准规定，在故障情况下分布式电源应响应断开，以确保现有保护正常工作，大多数标准对计划孤岛和非计划孤岛均不允许。修订保护方案，考虑主动运行因素，使保护装置能与变电站通信，以避免DER的意外孤岛运行和不必要的断开；对保护系统进行仿真，以抓住网络重构和特殊孤岛运行情况下可靠性改进的机会。（2）先进运行控制与管理技术——高级量测高级量测体系（AMI）是一个用来量测、收集、储存、分析和运用用户用电/用能信息的完整网络处理系统。（3）先进运行控制与管理技术——信息通信其关键技术是：开放式通信体系；多种通信方式的一体化组网技术；低成本、高可靠分布式通信技术；通信网络安全与防护技术。（4）先进运行控制与管理技术——分布式电源并网并网对象是分布式电源、储能、微电网和EV充电站（桩）。并网技术是双向保护、功率平衡、稳定控制、电能质量和虚拟电厂。（5）先进运行控制与管理技术——主动管理主动管理是通过分布式电源运营管理和主动控制，实现分布式发电、储能和柔性负荷的主动管理，加大配电网对可再生能源的接纳能力，提升配电网资产利用率，延缓配电网升级投资，提高用户的用电质量和供电可靠性。（6）先进运行控制与管理技术——需求响应

（7）应对复杂性与不确定性技术——虚拟量测配电网规模庞大、设备众多、数据量大，全节点量测、传输投入巨大。状态估计通过冗余量测提升数据质量，通过合理推断修正数据错误；虚拟量测通过现有量测推断非量测量，旨在提升数据完备性。（8）应对复杂性与不确定性技术——风险评估

（9）应对复杂性与不确定性技术——态势感知态势感知技术：在特定的时空环境下感知某个/某些元素，理解其含义，并对其未来发展趋势进行预测；分为感知、理解和投射三个层次；适用于数据规模较大、时变非线性系统。（10）国内外相关研究与应用现状——ADN目前的实施水平（CIGRE 调查结果）2007-2008年，14个国家27份调查问卷，分析全球22个先进ADN示范项目发现：目前ADN的发展水平还较低；通信手段差别较大，少数公司使用DER的遥控通讯手段，很少一部分能将控制延伸到低压网。促进未来ADNs发展的关键因素：新的投资回报/监管框架，以促进电力企业采用ADNs；研究和发展（包括公共资助的示范项目），标准化；需求增长和环境因素只是采用ADNs的次要因素。（11）国内外相关研究与应用现状——德国德国政府2011年永久关闭装机容量总计8.5GW的8座核反应堆。截止 2010 年底，德国的太阳光伏（PV）电池板装机总量达到17 300 MW。据相关资料表明，天气理想时全德国的太阳能发电和风能发电的总量相当于 28 座核电站的发电总量。目前德国已有约 0.9%的家庭使用太阳能发电装置。（12）国内外相关研究与应用现状——日本日本2020年太阳能发电2800万kWh，2030年5300万kWh。东京电力2010年安装2000万部智能电表，2020年约5000万部。此外，还包括能源使用的可视化，家电及热水器控制，供应方根据能源需求状况促使消费者进行消费调整的需求响应，电动汽车与家庭结合，蓄电系统优化设计，充电系统及交通系统等。（13）国内相关研究与应用现状国家电网：863计划主动配电网关键技术研究及示范；以电网低碳化为特征智能电网综合集成技术研究与示范；未来配电网技术发展趋势-国际合作与跟踪研究；面向大规模分布式电源与多样性负荷接入的主动配电网协调规划技术研究与应用。南方电网：主动配电网的间歇式能源消纳及优化技术研究与应用；多源协同的主动配电网运行关键技术研究及示范。高等院校：北京交通大学的国家能源主动配电网研发中心；湖南大学的含分布式能源的辐射状配电网最优潮流；上海交通大学的基于馈线控制误差（FCE）的主动配电网协调控制方法以及多时间尺度分层协调控制方法。（14）国内相关研究与应用现状——厦门福建海西厦门岛：系统最大负荷不低于120MW，清洁能源种类不少于3类：冷热电联产机组不低于150MW、垃圾焚烧发电不低于2MW、多点接入光伏发电总量不低于60kW、电动汽车集中充放电站容量不低于5MW、移动式储能车规模不小于1MW/2MWh。示范工程完成后可实现100%全额消纳可再生能源，核心区供电可靠率不低于99.99%。（15）国内相关研究与应用现状——佛山广东佛山三水区：4条馈线建设规模化接入分布式能源的配电网实施主动管理，能够自主协调控制。实现主动配电网在正常工况下以及故障工况下的消纳与协调控制能力的验证，并作为间歇性能源在配网消纳中的示范，保证 5.5MWp间歇式能源及 1.1MWh 储能系统的接入，实现间歇式能源 100% 消纳，实现供电可靠率 99.99% 以上。未来配电网发展展望未来配电网发展主题是可靠、高效、绿色。1）分布式电源与微电网大规模应用

2）一二次能源综合利用基于系统能效技术，通过能源生产、储运、应用与回收循环四环节能量和信息的耦合，形成能量输入和输出跨时域的实时协同，实现系统全生命周期的最优化和能量的增效，能效控制系统对各能量流进行供需转换匹配，梯级利用、时空优化、以达到系统能效最大化，最终输出一种自组织的高度有序的高效智能能源。3）智能配电网发展前景：能源互联网能源互联网是一种在现有电网基础上通过先进的电力电子技术和信息技术，融合了大量分布式可再生能源发电装置和分布式储能装置，能够实现能量和信息双向流动的对等电力互联共享网络。能源互联网的研究和建设首先是从配用电端开始的。4）互联网+智慧能源通过互联网促进能源系统扁平化，推进能源生产与消费模式革命，提高能源利用效率，推动节能减排。加强分布式能源网络建设，提高可再生能源占比，促进能源利用结构优化。加快发电设施、用电设施和电网智能化改造，提高电力系统的安全性、稳定性和可靠性。5）智慧城市城市智能配电网为智慧城市各个系统输送充足能量和海量信息，是智慧能源系统的主要载体，可以全面监测感知城市能源供需情况、能耗指标，做到合理调配和使用电、油、气以及光伏、风电等能源资源，实现能源供给均衡、提高能源利用效率、减少排放。（本文根据“2015第四届分布式发电与微电网技术大会”演讲PPT编辑而成）★★★广而告之★★★各位读者：为更好地服务新能源从业者之间的交流和学习，及时传递业内新闻、技术动态及工程项目等信息，《电气技术》杂志社特开设了QQ群“分布式发电与微电网”（QQ群号为245059743）。本群需要实名认证，并请讲本人备注名称改为“单位简称+名字”请搜索群号或扫描下方二维码进入！