浅谈未来配电网的架构与格局

宣科

（1.国网黑龙江省电力有限公司哈尔滨供电公司黑龙江哈尔滨150010）

摘要：基于国内外电网技术的研究热点，从大电网和微电网、多个电压等级、交直流系统并存、配电系统与信息系统高度融合等6个方面，对未来配电网的架构与格局进行了探讨。

关键词：未来配电网；架构；格局；

引言

化石能源的枯竭，温室效应和环境污染的日益严重，严重威胁了人类社会的可持续发展。为了改变旧的、粗放式、不可持续的能源生产与消费模式，一场以发展可再生能源和优化能源结构为主题的能源革命正在全球范围内积极展开。电网作为承载能源革命的基础性平台，对能源革命具有重大的推动作用。未来的电网将发展成为大规模新能源电力的输送和分配的智能电网，成为能源、电力、信息综合服务体系的支撑平台。配电网是支持需求侧响应管理，承载大量分布式发电(distributedgeneration，DG)和电动汽车等分布式能源(distributedenergyresources,DER)的重要平台，是推动智能电网建设、解决能源危机的关键环节。

1未来配电网的架构与格局

未来配电网的发展方向，对配电系统提出了多方面的高级要求。未来配电系统的架构及格局的主要特征为：1）大电网和微电网相辅相成、协调发展的格局；2）多个电压等级构成多层次环网状的主要网络结构；3）交直流系统并存的混合运行方式；4）配电系统与信息系统高度融合的物理信息网络；5）融合多元能源、实现供需互动的能源互联网。

1.1大电网和微电网相辅相成、协调发展的格局

未来电网将呈现大电网和微电网并存的格局。这一特征主要是由能源分布、电源结构和电网自身的结构决定。一方面，电力资源与负荷中心的地理分布不匹配，而可再生能源在广域范围具有良好的时空互补性，发展一个规模适当的大电网是十分必要的。另一方面，在配电网侧，就地利用资源的分布式发电和面向终端用户的区域电网和微型电网将会大量出现，充电汽车及其他储能装置等将大规模存在，未来配电系统可能划分为多个独立运行的控制区域，可接有不同规模的虚拟电厂和微电网等。因此，以可再生能源发电为重要特点的能源革命，使电力生产和输送的模式从传统的集约式生产、大规模输送，转变为集约式生产、大规模输送与分布式生产、就地消纳相辅相成的模式，从而形成大电网和微电网并存的格局。

1.2多个电压等级构成多层次环网状的主要网络结构

在传统电网中，发电机主要以同步式发电机为主，其自身具有惯性、具备频率调控能力。然而未来配电网中，大量DG将主要通过逆变器并网发电，此类电源的频率调节能力较弱。此外，DER的波动性、随机性大大增大了配网电压控制的难度。国外研究表明，采用灵活可控的环网状结构，可实现对DER进行灵活调度和管理，实现大量接纳、优化配置、充分利用不同类型DER。此外，一旦局部发生故障，可通过有效的隔离手段和网络重构手段，使配电网受到最小的影响。环状网络对提高系统运行可靠性、优化电能的配置、提高资源利用效率均具有促进作用。由于配电网具有多个电压等级，相应的环状结构将具有多层次性。具体的，可将配电网分为高压配电网、中压配电网和低压配电网3个层次。相邻各层次之间、同层次不同区域之间均可实现互联。因此，虽然未来配电网的典型结构尚未有标准，但多个电压等级构成多层次环网状结构值得关注，很可能将成为未来配电网的主要网络结构。

1.3交直流混合运行方式

由于分布式电源、储能设备和负荷中存在大量直流设备，未来配电系统将从传统单纯的交流配电网络进化成交直流混合的配电系统。直流配电网的发展，主要受到以电力电子技术为支撑的分布式能源和负荷的驱动。通过与交流电网进行对比分析，直流配电网在输送容量、可控性以及提高供电质量等方面具有更好的性能，可以快速地控制有功、无功功率，减少电力电子变流器在直流驱动型的发电或用电设备中的使用，协调大电网与分布式电源之间的矛盾，有效地提高供电容量与电能质量，降低电能损耗和运行成本，充分发挥分布式能源的价值和效益，提高能源利用率。此外，直流电网不存在交流电网固有的稳定性问题。因此，兼具可靠性、安全性、稳定性、经济性的直流配电网具有巨大的市场潜力和经济价值。

1.4物理配电网与信息系统高度融合

智能配电网的一个重要基础，是通过新的计算、通信和传感技术，实现信息系统和电网中一、二次设备之间紧密的融合协作。其中，物理电网相当于人的躯干，而信息系统则相当于神经系统，二者的有机结合才能发挥最优效用。

需要注意的是，单纯的强调信息化建设不一定能发挥系统的最大效能。优化电网的结构和运行模式、提升电气设备性能，以及采用新功能的设备，可能对于解决电网问题更为有效可靠。发展具有自适应功能的保护设备，提升基于本地信息保护的技术性能，有助于实现保护自身的价值最大化，提高电网的安全可靠性和综合效益。

因此，物理配电网与信息系统高度融合，不仅仅是在物理系统的基础上提升信息化程度，而应当在改进电网物理结构和提升信息化程度之间取得平衡。

1.5融合多元能源、实现供需互动的能源互联网

为了解决电力系统目前面临的挑战，能源互联网应运而生。它是以互联网技术及其他信息技术为基础，以分布式可再生能源为主要一次能源的网络系统。在能源互联网中，发电设备、电网设备、用户之间能够进行实时的信息交换。通过系统侧和本地侧的协同管理，实现对电、天然气、太阳能、风能、生物质能、冷热电联供、煤气化生产、地热、储能(包括电动车)等能源的综合规划利用，以最佳方式保障能源稳定供应。并根据不同消费载体的能源用量、时间段、使用形式等，将天然气、电能转化为汽、电、热等能量，实现能源的优化补给和调度。以近年来不断发展的冷热电联供为例，分布于用户端的发电机在发电过程中，通过各种余热利用设备对余热进行回收利用，从而实现系统效率最优和能源价值最大化利用。能源互联网以大量分布式可再生能源为能源生产主体，终端对象是具备产生电能和使用电能双重身份的用户。这两个因素决定了配电系统是能源互联网建设的关键。为了满足能源互联网体系的需求，配电网应当提供以下3个功能：1)DER的即插即用(plugandplay)功能。当用户并网或离网时，配网能够识别用户的状态和属性，并对用户做出相应的配置。2）信息交互功能。当用户向配网发出服务请求时，配网能够作出响应并提供相应服务。3）能源管理功能。配网能够适应分布式能源和用户之间复杂的随机特性，实现多种能源的动态管理和优化，保证系统的可靠运行和经济利益最大化。与此同时，能源互联网可以通过节能环保和信息消费的跨界融合，提供更多的服务，衍生出新的商业模式、新的服务方式、新的产业形态。

结语

综合上述5个方面，未来配电网将支持大量分布式可再生能源，实现智能化运行和一体化信息管理，成为能量流、信息流、业务流融合的能源互联网，为用户提供实时交易和自由选择，实现能源供需模式的科学平衡。然而，这一发展目标受到技术、经济、体制和政策等多方面因素的综合影响。因此，有必要结合能源结构发展、产业技术驱动和政策体制改革等3个方面的趋势，进一步综合评估未来配电网的发展趋势、机遇和挑战。

参考文献

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