能源互联网视角下的未来配电网发展

能源互联网视角下的未来配电网发展

刁孟琦

国网河北省电力有限公司深州市供电分公司 河北深州 053800

摘要：当前，我国经济进入新的发展时期，国家电网公司提出建设具有中国特色国际领先能源互联网企业的发展战略目标。为适应能源互联网的发展，传统意义上传输电力的配电网将发展为具有承担电、气、冷、热等多能量相互转化、替代与利用功能的新型配电网络。通过分析能源互联网的特征、发展现状及其对未来配电网发展形态的影响，结合配电网发展各个时期特征及电网发展现状，对面向能源互联网的未来配电系统发展形态、驱动因素和演化路径进行了展望。将配电网的发展划分为4个阶段，提出了未来配电网的发展目标、发展路径和重点任务。在此基础上，为了能够综合评估配电网的发展阶段和水平，统一协调整合可调动的能源资源，提出了面向能源互联网的未来配电系统综合评估体系和方法，使得能源供应能够更广泛地满足市场的消费需求。

关键词：能源互联网；未来配电网；发展形态；演化路径

引言

随着人们对能源供给、绿色环保和可持续发展等问题的日益重视，在寻找传统化石能源的替代品时，可再生能源成为当前世界有效解决能源供给和环境恶化之间矛盾的较好选择，尤其以风电、光伏为代表的可再生能源(新能源)产业得到迅猛发展。但该类可再生能源因受天气影响存在间歇性输出的局限，其接入对传统电网的稳定运行及负荷调度带来巨大的挑战，也给更大规模利用该类清洁能源带来较大限制。如何将可再生能源电力在电网中的比重提升到更高等级以使电网接纳更多的清洁能源成为行业的难题，随着能源互联网概念的诞生，看到有效解决该类问题的新途径。

1面向能源互联网的主动配电网设计原则

面向能源互联网的主动配电网技术要遵循两大原则，即分布式能源消纳原则和间歇式能源消纳原则。所谓分布式能源消纳原则指的是提升主动配电网的渗透率，建立点消纳、线消纳和面消纳模式，完善用电管理，加强运行控制，并落实能量优化功能工作。其中的点消纳需要用配电变压器来构成“点”单元，然后在单个点单元消纳中配送间歇式能源，从而形成完整的点消纳模式。建立线消纳模式则需要用配电变电站中的馈线来构成“线”单元，间歇式能源可以在单个馈线单元和多个馈线单元里进行消纳，而且不会把间歇式能源发电功率倒送到变电站的层面，此时线消纳模式已构成。间歇式能源消纳原则主要是指增加间歇式能源的并网能量，控制电网投资成本，降低间歇式能源消纳对高电压系统的负面影响，并通过运用点消纳模式。

2面向能源互联网的未来配电网演化路径

2.1配电网发展路径

世界上第一个商用电网是由安迪生于1882年建立的，此阶段由于电压等级较低，发电容量受限，决定了电能只能在较短的距离内传输。配电网在起步阶段也受到发电条件的限制，因此火电厂也只能建设在用电负荷的短距离范围内，配电网的组建依靠小型发电厂和负荷端连接起来。配电网以交流输电为主导，经过半个世纪的发展，达到输电电压220kV等级、单机发电容量200MW等级的初级阶段。

2.2智能配电网规划流程和规划方法

配电网规划是典型的复杂系统优化规划问题，属于非线性规划问题。配电网规划将统一的规划问题解耦为两个子问题：变电站选址定容和网络规划。变电站选址定容阶段，通过将变电站和负荷的网架抽象为联系两者之间的直线，减小了负荷距离，体现了降低网损的规划目标；网络规划阶段，将变电站选址定容子问题的规划结果作为已知量，按照已知条件进行网架的规划。通过两者之间的不断迭代，反复求解，得出最优的规划结果。通过减少两个子问题之间的联系来降低整个规划问题的复杂度。能源互联网下的配电网规划也面临同样的难题，甚至因为分布式电源、柔性负荷（含电动汽车和储能）等，使配电网规划问题更加困难，所以也同样需要解耦。解耦的基本原则为：将规划全过程分解为电力电量平衡规划和网络规划。与单一能源规划相比，能源互联网的规划不仅为一个多目标优化问题，还面临着更多的复杂性和不确定性，包括更多的优化对象，如在CCHP系统中，热电比例、蒸汽压力、冷热水温度、管网的直径和长度等都是待确定的变量；各能源耦合和转换带来复杂的约束关系；能源输入和输出中存在多重不确定性和相关性，比如能源输入中风能、太阳能等能源的不确定性和能源服务中各种用能需求的不确定性，同时输入输出之间还可能存在时间或空间上的某种相关性，如气象变化将同时对风电、光伏发电和用户的冷热需求造成影响；各能源的服务半径和动态特性的差异使优化模型在时间和空间尺度的选择上难以把握。

2.3主动配电网综合规划技术

配电网计划的目的不只是满足电力需求，更是在满足相关要求的同时找到低成本的安全运行方式，找到相对最佳的电力网络设计方式。传统的配电网计划相对保守，没有对配电系统的大规模分布式发电访问的影响进行考量，也没有考量配电网的主动管理和柔性控制的特性。与以往的配电网计划有所差异的是，主动配电网计划是基于概率的负荷预测和差别化设计，在考虑断续性的可再生能源发电和其最佳分配、负荷需求提升等多方面因素的基础上来进行规划和设计，从而保证电力网络安全稳定的运行。

3案例分析

为验证所提出的综合评估体系和评估方法的有效性和可行性，以某主动配电网示范工程为例进行综合评估分析。该示范工程为某城市能源互联网综合试点示范配套项目，通过试点工程建设，实现配电网所在地区的“6个主动”，即电网公司侧的主动规划、主动管理、主动控制、主动服务以及用户侧的主动响应和分布式新能源发电侧的主动参与。该主动配电网的综合评分为0.756，隶属于“发展期”，进一步分析各一级指标评估结果：“安全可靠”评分为0.8，主要是冷热电互联程度和储能装置指标得分较低；“优质高效”评分为0.9，在该项上示范工程各项指标得分都较为出色；“绿色低碳”评分为0.8，由于出现弃光情况及消费终端电能替代工作处于发展阶段，在清洁能源消纳率和电能占终端能源比指标上得分稍低；“智能互动”评分为0.5，能源综合管理平台和需求响应系统尚处于建设当中，互动负荷即源网荷储协调方面还有待提升。可见评估分值与示范工程的发展建设情况相吻合。

结语

能源互联网涉及的学科领域非常广泛，如材料、控制、通信、管理、信息等方面，各学科和领域之间不断交叉融合，各种新技术和新应用不断出现，随之带来各种新的问题和挑战，对其相关产品及系统的检测与评价技术的要求也日益提高，检测认证行业面临前所未有的挑战。本文基于能源互联网典型应用及关键产品，在关键系统评价、产品检测与共性测试技术等方面进行了研究和阐述，并系统地介绍了STIEE在检测评价技术的相关研究和实践情况，寄希望给检测认证行业和产业提供参考。

参考文献

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