论坛｜把握未来配电网高效运行的关键

来源：中国电力报 时间：2024-02-28 14:40

侯庆峰 武赓　　

　　核心提要

　　●配电网与大电网需要更加紧密互联，但此“互联”并不一定是电气联系更紧密，而是强化运行信息和价值信号的互动互通，这样才能够真正发挥配电网在支撑分布式可再生能源消纳和系统运行中的作用。

　　●未来新型电力系统背景下配电网发展模式将呈现潮流双向化、网架分层分区化、分散资源可测可控化的特点。

　　●对于分布式发电、储能、电动汽车、需求响应资源等分散式资源进行调度控制是实现未来配电网高效运行的关键。

　　实现“双碳”目标，推动可再生能源实现安全可靠替代，是未来一段时期内我国电力行业发展的主要目标。我国可再生能源的资源禀赋和能源分布格局，决定了我国需要坚持可再生能源集中式和分布式开发并举的发展路径。电力系统的发展形态需要与能源结构调整方式相适应，未来新型电力系统建设也需要能够适应集中式和分布式可再生能源发展需求。配电网将成为支撑分布式可再生能源发展的重要物理平台，将在新型电力系统建设中发挥举足轻重的作用。

配电网与大电网的互联关系

　　电网互联仍是当前阶段解决可再生能源发展和利用问题的关键路径。从国外能源结构调整和电网发展方式来看，在输电网层面进行更紧密的电网互联是各国解决可再生能源消纳的重要技术路径。欧洲、美国均通过这样的方式进一步降低了系统运行成本，提升了可再生能源的消纳利用比例。欧洲输电系统运营商网络（ENTSO-E）在2021年制定的10年电网规划中，明确提出更紧密、更大范围的电网互联和建设欧洲统一电力市场是实现欧洲可再生能源发展和减碳目标的重要手段。围绕美国加州电力市场建立的西部不平衡市场，也说明了可再生能源经济消纳需要依托于更大的物理电网平台。在长时储能没有取得重大突破的前提下，特高压多端柔性直流等具有安全可靠、控制灵活优势的先进输电技术，是我国实现高比例可再生能源远距离送电的重要技术手段。

　　配电网与大电网同样需要更加紧密互联，但此“互联”并不一定是电气联系更紧密，而是强化运行信息和价值信号的互动互通。随着分布式可再生能源的快速发展，配电网的结构形态将发生根本性的变化，“智能化”和“产消者”将成为未来配电网最主要的特征。配电网将逐步成为具有电力电量支撑能力的自治平衡单元，配电网与大电网之间的支撑关系也将发生变化，互联可能并不体现在输变电容量的增加上，而是体现在支撑交互能力上。一方面，自治性的配电网同样需要更大的物理平台消纳利用本地的可再生能源，并在自身可再生能源出力不足时，通过与大电网互联获得电力供应保障能力。另一方面，大系统也需要自治性的地方电网或者配电网给予一定的支撑，包括频率、电压、转动惯量等。在局部电网出现故障时，配电网能够及时隔离故障，避免故障范围扩大。因此，配电网运营商对于配电网内部资源的调度控制、信息监测的加强，以及配电网和大电网互补支撑方式的变化，都需要配电网和大电网建立更加高效的数据和控制信息传递方式。只有大电网和配电网之间实现更精细化、更加及时的信息交互，才能真正发挥配电网在支撑分布式可再生能源消纳和系统运行中的作用。

未来配电网发展模式呈现新特点

　　大量分布式电源接入将使得中低压配电网形态和结构发生根本性变革。未来配电网发展的主要目标方向是最大程度地接纳分布式可再生能源，对包括分布式可再生能源、用户侧储能、电动汽车等在内的分散式资源进行有效管理，支撑本地电力供应保障和大电网安全稳定运行。电源型资源的大规模接入将会使配电网逐步呈现有源化特征。未来新型电力系统背景下配电网发展模式将呈现以下主要特点。

　　潮流双向化。以分布式电源为主的“电源型”资源大量接入，使得中低压配电网成为分布式可再生能源消纳的主要物理平台。在第27届国际供电会议（CIRED2023）上，一份来自8个国家、13个配电公司的调查结果表明，目前配电网注入的电量比例为22%，2050年将提升至66%。在我国，山东、河北等多个地区局部电网分布式光伏发电装机占本地负荷的比重超过100%。潮流双向化意味着传统配电网的功能发生了根本性改变，带有输电网性质的资源配置作用更加凸显。但是超高比例分布式电源接入使得低压配电网及联络输电网和低压系统的中压系统，调度运行管理更加复杂。分布式可再生能源出力波动，可能引起变压器过载、过电压或者电压暂降等问题，大量逆变器等电力电子设备在低压系统中的接入，产生的谐波会呈现高密度、分散化、全网化趋势，影响低压系统供电台区的供电质量。因此，随着低压配电网的有源化，中低压配电网内部的系统运行参数监测、估计和运行状态控制将不可或缺。配电网运营需要配电网内部不断提升功率和电压在线监测水平，配置自动电压控制设备，通过内部能量优化和控制策略，实现分布式电源有功功率预测、控制和电压调节。配置有源或无源滤波装置，对中低压配电网层面的谐波进行监测和控制，可以有效保证电能质量。

　　网架分层分区化。低压配电网将形成更加清晰、分层分区的互联网架结构，需要更加规范的规划体系，包括供电台区间互联及通过换相开关实现的相线间联络，满足低压配电网自愈性要求；调节台区间或者相间负荷不平衡程度，保证低压系统稳定运行。与现有中低压配电网规划模式不同，对于中低压配电网分层分区判断将成为中低压配电网规划的关键。在规划层面，需要根据不同区域的分布式能源资源，合理确定配电网分层分区结构，以最小化功率缺额等作为规划分层分区的主要依据。在运行层面，从系统角度来看，逐步形成“主配协同—配间协调—局部自律”的运行格局，实现配电网与大电网间的协同运行、配电网与配电网间互补协调运行、配电网内部自治平衡运行。配电网单位对外参与系统整体调度，一方面接受集中层上级调度指令调节有功/无功功率，增强电网灵活性，另一方面控制逆变器模拟同步机提供惯量支撑，改善系统稳定性；对内协调分部层单元个体控制，采用一致性算法优化有功功率互济分配，设计自适应策略实现各分部层电网的并网电压控制。

　　分散资源可测可控化。对于分布式发电、储能、电动汽车、需求响应资源等分散式资源进行调度控制是实现未来配电网高效运行的关键。大数据、信息技术及人工智能技术在中低压配电网层面的应用，能够做到及时掌握电网状态，尽早发现薄弱环节，保证高比例分布式可再生能源运行的安全性。一方面，建设完善由海量小微传感器构成的智能化感知体系，实现对配电网电气量和其他相关环境数据的采集。由于低压系统规模远远大于其他电压等级电网，其底层感知技术应具备泛在部署条件，满足低成本、高可靠、低运维需求等特点。另一方面，需要依托大数据技术对分散式资源的能量管理进行辅助决策。传统调控方法基于物理模型，建模及实践均需详细的系统参数，对于大体量的分散资源实施具有较大难度，需要通过强化学习等人工智能技术，在不确定性环境中做出顺序决策以最大化累积奖励的机器学习方法，其以历史数据为基础，通过反馈学习找到最优策略，最终应用到在线场景中。

　　（侯庆峰单位为中国南方电网有限责任公司北京分公司、武赓单位为电力规划设计总院）

责任编辑：闫弘旭