孫建龍，諸曉駿，歸三榮，李　琥，韓　俊，喬黎偉，趙宏大

（1.國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，南京　210008；2.東南大學(xué) 電氣工程學(xué)院，南京　210096）

主動(dòng)配電網(wǎng)DSM技術(shù)在德國(guó)的發(fā)展

孫建龍1，諸曉駿2，歸三榮1，李琥1，韓俊1，喬黎偉1，趙宏大1

（1.國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，南京210008；2.東南大學(xué) 電氣工程學(xué)院，南京210096）

德國(guó)電力系統(tǒng)發(fā)達(dá)，其電網(wǎng)是歐洲輸電協(xié)調(diào)聯(lián)盟（UCTE）中最大的電網(wǎng)和電力供應(yīng)的重要樞紐。其發(fā)電能源主要為煤炭、核能及天然氣，還有水電、風(fēng)電等，其中風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量居世界第一。德國(guó)電網(wǎng)主網(wǎng)架采用380 kV/220 kV超高壓輸電網(wǎng)，電力投資在德國(guó)工業(yè)部門(mén)的投資中一直保持前4位，在歷年的電力總投資中，電網(wǎng)投資所占比例超過(guò)50%。

德國(guó)作為歐洲電力大國(guó)，自主動(dòng)配電網(wǎng)概念提出之際，就實(shí)施了多項(xiàng)經(jīng)濟(jì)、政策和技術(shù)手段進(jìn)行主動(dòng)配電網(wǎng)的研究和改造，其對(duì)應(yīng)的電力需求側(cè)管理技術(shù)也隨之大為發(fā)展。

1　技術(shù)發(fā)展背景

1.1德國(guó)主動(dòng)配電網(wǎng)發(fā)展情況

主動(dòng)配電網(wǎng)（active network distribution，AND）的基本定義是：通過(guò)使用靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)管理潮流，以便對(duì)局部的DER進(jìn)行主動(dòng)控制和主動(dòng)管理的配電系統(tǒng)。AND是一種兼容電網(wǎng)、分布式發(fā)電及需求側(cè)管理等多類(lèi)型技術(shù)的全新開(kāi)放式配電系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。主動(dòng)配電網(wǎng)的技術(shù)理念將系統(tǒng)運(yùn)行中的信息價(jià)值及電網(wǎng)—用戶(hù)之間的互動(dòng)能力提升至一個(gè)新高度，強(qiáng)調(diào)在整個(gè)配電網(wǎng)層面內(nèi)借助主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)管理（active network management，ANM）實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)可再生能源的主動(dòng)消納及多級(jí)協(xié)調(diào)利用，最終促進(jìn)電能低碳化轉(zhuǎn)變及電網(wǎng)資產(chǎn)利用效率的全方位提高。

德國(guó)在過(guò)去的幾年中，已經(jīng)深入開(kāi)展了主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)研究及示范工程建設(shè)，同時(shí)積極參與歐盟FP6主導(dǎo)的ADNIE（active distribution network）示范工程，其核心理念是利用自動(dòng)化技術(shù)、信息通信以及電力電子等新技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)大規(guī)模接入分布式電源（distributed generation，DG）的配電網(wǎng)進(jìn)行主動(dòng)管理。示范工程的實(shí)例表明，通過(guò)主動(dòng)配電網(wǎng)管理技術(shù)，可以使得DG在配電網(wǎng)的接入更加容易，網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況也更加優(yōu)化。

1.2德國(guó)主動(dòng)配電網(wǎng)中的電力需求側(cè)管理

對(duì)于德國(guó)的主動(dòng)配電網(wǎng)而言，其中接入了大量的分布式電源、電動(dòng)汽車(chē)等波動(dòng)性負(fù)荷，同時(shí)加大了電力電子設(shè)備、通信技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，因此，德國(guó)主動(dòng)配電網(wǎng)中的需求側(cè)管理技術(shù)涉及到了更為高級(jí)和廣泛的內(nèi)容，包括配電變電站、饋線和用戶(hù)功能的集成自動(dòng)化，涉及到配電網(wǎng)的監(jiān)視、控制、保護(hù)、電壓無(wú)功控制、故障隔離與恢復(fù)供電和與用戶(hù)負(fù)荷有關(guān)的負(fù)荷控制和遠(yuǎn)方讀表等。

針對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)被賦予的新特點(diǎn)，主動(dòng)配電網(wǎng)中的需求側(cè)管理技術(shù)也需要進(jìn)行革新和發(fā)展。需求側(cè)管理技術(shù)需要在用電側(cè)實(shí)施適當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)、政治和技術(shù)手段，對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)中分布式電源、電動(dòng)汽車(chē)等給電網(wǎng)造成不穩(wěn)定不確定因素的負(fù)荷進(jìn)行管理和控制，平衡負(fù)荷，提高電能可靠性；同時(shí)，加大對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)中自動(dòng)化技術(shù)的研究和投資，在配電側(cè)引入先進(jìn)的通信和自動(dòng)化技術(shù)，加強(qiáng)負(fù)荷側(cè)和配電側(cè)的信息交流，對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行結(jié)構(gòu)和能量?jī)?yōu)化。

2　德國(guó)主動(dòng)配電網(wǎng)需求側(cè)管理技術(shù)介紹

2.1分布式發(fā)電技術(shù)

德國(guó)是世界上繼美國(guó)、中國(guó)、俄羅斯和日本之后的第五大能源消費(fèi)國(guó)，其自然資源相對(duì)貧乏。煤炭、石油、天然氣、核能是支持德國(guó)經(jīng)濟(jì)生活的四大能源支柱，可再生能源亦得到了較大增長(zhǎng)。在以下領(lǐng)域德國(guó)處于全球的領(lǐng)先地位：①風(fēng)力發(fā)電總裝機(jī)能力全球領(lǐng)先，在歐洲眾國(guó)中，風(fēng)力渦輪機(jī)利用最多的是德國(guó)和西班牙；②新建光伏發(fā)電能力增長(zhǎng)最快，歐洲的太陽(yáng)能電池板基地93%建立在德國(guó)，在累計(jì)總裝機(jī)能力方面與日本并列全球第一；③德國(guó)的太陽(yáng)能利用設(shè)施在歐洲規(guī)模最大、增長(zhǎng)最快。根據(jù)《可再生能源優(yōu)先法》和一系列相關(guān)政策，德國(guó)計(jì)劃到2020年，可再生能源發(fā)電量能占到總發(fā)電量的20%。

2008年，德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部與環(huán)境部在智能電網(wǎng)基礎(chǔ)上推出為期4年的技術(shù)創(chuàng)新促進(jìn)計(jì)劃E?Energy，提出打造新型能源網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)綜合數(shù)字化互聯(lián)以及計(jì)算機(jī)控制和監(jiān)測(cè)的目標(biāo)。2011年8月，德國(guó)第六能源研究計(jì)劃決定2011—2014年撥款34億歐元，重點(diǎn)資助與能源產(chǎn)業(yè)相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)，包括可再生能源、能源效率、能源儲(chǔ)存系統(tǒng)、電網(wǎng)技術(shù)以及可再生能源在能源供應(yīng)中的整合等。

德國(guó)供電領(lǐng)域的《可再生能源法》明確了可再生能源發(fā)展目標(biāo)，即到2020年，利用可再生能源發(fā)電比例至少達(dá)到35%，2050年達(dá)到80%，同期可再生能源占最終能源消費(fèi)從18%提高到60%。為了高效運(yùn)用可再生能源，德國(guó)政府加強(qiáng)了技術(shù)上的研發(fā)和創(chuàng)新。不僅企業(yè)可以從事可再生能源發(fā)電，每個(gè)大樓的每個(gè)家庭都有可并網(wǎng)的地下電纜。凡是家庭利用可再生資源發(fā)電沒(méi)有用完的，可以輸入電網(wǎng)，并獲得收入。目前，德國(guó)已經(jīng)著手研究進(jìn)一步升級(jí)智能電網(wǎng)，以平衡風(fēng)能和太陽(yáng)能的產(chǎn)量波動(dòng)，有效利用分布于全國(guó)幾十萬(wàn)家庭的太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)和小型燃?xì)獍l(fā)電機(jī)。

德國(guó)的可再生能源發(fā)展計(jì)劃積極響應(yīng)了主動(dòng)配電網(wǎng)的實(shí)施，其相關(guān)的平衡需求側(cè)相應(yīng)的技術(shù)、優(yōu)化用戶(hù)側(cè)用電方式的政策等為新能源接入大電網(wǎng)、實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)可再生能源的主動(dòng)消納及多級(jí)協(xié)調(diào)利用、促進(jìn)電能低碳化轉(zhuǎn)變及電網(wǎng)資產(chǎn)利用效率的全方位提高的主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃目標(biāo)做了重要保障。

2.2電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)

隨著石油資源的日漸枯竭以及全球氣候變暖的日趨加劇，發(fā)展新能源汽車(chē)已是大勢(shì)所趨，而電動(dòng)汽車(chē)正以其在節(jié)能、環(huán)保方面的優(yōu)勢(shì)，成為新能源汽車(chē)研究的熱點(diǎn)。作為主動(dòng)配電網(wǎng)中未來(lái)比重越來(lái)越龐大的負(fù)荷，電動(dòng)汽車(chē)接入電網(wǎng)的隨機(jī)性和間歇性將使電力系統(tǒng)運(yùn)行的復(fù)雜程度大大增加。

若能對(duì)靈活機(jī)動(dòng)性的汽車(chē)充電負(fù)荷進(jìn)行合理控制，主動(dòng)配電網(wǎng)也將從中獲益，甚至可借助V2G技術(shù)（vehicle?to?grid）將電動(dòng)汽車(chē)中的電能反調(diào)入網(wǎng)，提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。但電能作為一種特殊的商品，具有發(fā)、用同時(shí)的特點(diǎn)，電動(dòng)汽車(chē)的普及無(wú)疑將給整個(gè)電力系統(tǒng)（電力的產(chǎn)、配等）帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。

德國(guó)電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)研發(fā)基礎(chǔ)較好，在各種電動(dòng)汽車(chē)包括燃料電池汽車(chē)的研發(fā)示范上都進(jìn)行過(guò)很多實(shí)踐。德國(guó)政府正在研究通過(guò)不同方案和機(jī)構(gòu)來(lái)推動(dòng)建立高效的汽車(chē)充電網(wǎng)絡(luò)。柏林市2009年宣布，將免費(fèi)提供土地，在市區(qū)繁華地段建設(shè)至少550個(gè)充電站。戴姆勒汽車(chē)公司與RWE能源公司合作，從2012年開(kāi)始，在德國(guó)國(guó)內(nèi)新建至少500個(gè)充電站。同時(shí)，德國(guó)也一直致力于研發(fā)電動(dòng)汽車(chē)新技術(shù)和管理新方法，使之投入主動(dòng)配電網(wǎng)后，最大程度地減小電網(wǎng)波動(dòng)和電能質(zhì)量的不穩(wěn)定。

2.3新能源互聯(lián)項(xiàng)目

2014年7月底，中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司在美國(guó)華盛頓舉辦的電氣與電子工程師學(xué)會(huì)、電力與能源協(xié)會(huì)2014年會(huì)上提出，構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)，連接“一極一道”（北極、赤道）大型能源基地，適應(yīng)各種集中式、分布式電源，推動(dòng)智能電網(wǎng)在全球廣泛應(yīng)用，強(qiáng)化能源與電力技術(shù)創(chuàng)新，最終實(shí)現(xiàn)洲內(nèi)聯(lián)網(wǎng)、洲際聯(lián)網(wǎng)和全球互聯(lián)。而在極力推動(dòng)可再生能源發(fā)展的德國(guó)，其低碳、環(huán)保的發(fā)展邏輯和中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)提出的能源互聯(lián)概念深度契合。

德國(guó)是歐洲可再生能源領(lǐng)域的代表國(guó)家，如果電網(wǎng)更大程度互聯(lián)，就可以進(jìn)一步優(yōu)化電力利用效率，消納未來(lái)更大規(guī)模的新能源電力。德國(guó)和歐洲北海岸線的其他歐盟國(guó)家，如：法國(guó)、比利時(shí)、荷蘭、盧森堡、丹麥、瑞典、愛(ài)爾蘭和英國(guó)等建立了歐洲超級(jí)電網(wǎng)（super grid），可以把海上風(fēng)電場(chǎng)的長(zhǎng)期投資成本減少約1/4，并且已經(jīng)至少有21家公司參與了這個(gè)計(jì)劃（friends of the super grid）。德國(guó)的太陽(yáng)能光伏電站（含大型和分布式）和英國(guó)的海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)、比利時(shí)和丹麥的波浪能發(fā)電站和挪威的水力發(fā)電站連成一片，有望徹底解決變幻莫測(cè)的天氣所導(dǎo)致的新能源發(fā)電不穩(wěn)定性和發(fā)電成本過(guò)高等問(wèn)題。此前歐盟承諾“到2020年，20%電力來(lái)源于可再生能源”，而超級(jí)電網(wǎng)被看作是實(shí)現(xiàn)這個(gè)諾言的重要步驟。

目前，“能源互聯(lián)網(wǎng)”在不少?lài)?guó)家形成了新的創(chuàng)業(yè)生態(tài)圈。德國(guó)的Green Packet公司同美國(guó)的O?power，新西蘭的Power?shop等創(chuàng)業(yè)公司，都是基于開(kāi)放的售電端活躍市場(chǎng)和節(jié)能增效的大背景出現(xiàn)的新型能源公司。這一概念下的“能源互聯(lián)網(wǎng)”，呈現(xiàn)的是前所未有的互聯(lián)網(wǎng)激情和各行各業(yè)的主動(dòng)融合。電力作為一種24 h不斷變化價(jià)格的新型商品成為電動(dòng)汽車(chē)、智能家居及互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等多個(gè)行業(yè)的交叉點(diǎn)，引領(lǐng)著需求側(cè)管理、主動(dòng)配電網(wǎng)這些純能源概念不斷與互聯(lián)網(wǎng)思維及用戶(hù)端產(chǎn)生結(jié)合。

另外，以德國(guó)為代表的歐洲和北非國(guó)家合作的DESERTEC項(xiàng)目，試圖把阿爾及利亞、突尼斯、利比亞和摩洛哥等北非國(guó)家豐富的光熱、光伏發(fā)電資源通過(guò)跨海電網(wǎng)輸送到意大利和西班牙南部，與歐洲大電網(wǎng)相連，以最終實(shí)現(xiàn)對(duì)可再生能源的更大規(guī)模利用。

整個(gè)歐洲已把發(fā)展可再生能源作為目標(biāo)，為了達(dá)到電力供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，所有成員國(guó)必須接受電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)合作的條件。這是一種互惠互利、互相制衡的局面。歐盟各成員國(guó)的能源組成不同，只有讓不同類(lèi)型的發(fā)電單元配合默契，才能創(chuàng)造出長(zhǎng)久的平衡與和諧。

2.4德國(guó)加入的Dispower項(xiàng)目

Dispower（Distributedgenerationwithhigh penetration of renewable energy sources）是由來(lái)自德國(guó)、法國(guó)及荷蘭等11個(gè)國(guó)家的38家研究機(jī)構(gòu)和電力企業(yè)在歐盟第五框架計(jì)劃下于2001—2005年之間完成的一個(gè)項(xiàng)目。

Dispower項(xiàng)目的主要目標(biāo)是為歐洲電力系統(tǒng)向更加分散的發(fā)電方式與更加面向市場(chǎng)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變提供支持。項(xiàng)目對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定與控制、電能質(zhì)量與用電安全、電網(wǎng)穩(wěn)定與控制設(shè)備的測(cè)試、分布式發(fā)電技術(shù)在區(qū)域供電系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)、低壓電網(wǎng)中的分布式電源運(yùn)行與電能質(zhì)量管理等11個(gè)方面進(jìn)行了深入研究，不但開(kāi)發(fā)了用于規(guī)劃、運(yùn)行控制、培訓(xùn)仿真、能量預(yù)測(cè)與電能交易的新的方法和工具，而且在多種不同電壓水平的配電網(wǎng)絡(luò)中建立了用于新型控制策略和用于DER元件開(kāi)發(fā)、測(cè)試和驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。目前，Dispower項(xiàng)目的許多成果已經(jīng)被成功的融入到歐洲各個(gè)供電地區(qū)不斷發(fā)展的分布式發(fā)電系統(tǒng)中，并為未來(lái)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化奠定了基礎(chǔ)。

3　其他新方法

主動(dòng)配電網(wǎng)中的需求側(cè)管理不僅包括對(duì)分布式電源、電動(dòng)汽車(chē)接入的負(fù)荷進(jìn)行的管理和主動(dòng)配電網(wǎng)的自動(dòng)化控制，還包括調(diào)動(dòng)需方積極參與激勵(lì)電價(jià)、冷熱儲(chǔ)能、自備電源協(xié)調(diào)等措施和管理方法。

（1）德國(guó)廣泛使用的一種ECMS系統(tǒng)是歐盟第五框架計(jì)劃下的重點(diǎn)項(xiàng)目，針對(duì)終端用戶(hù)的電力設(shè)備，提供可編程的自動(dòng)用電管理方案，利用配電網(wǎng)絡(luò)作為通信介質(zhì)，有效降低成本，可減少總電力需求1%～4%，減少1.5%～5.0%的二氧化碳排放，節(jié)約2%～8%的發(fā)電項(xiàng)目投資。

（2）德國(guó)政府參股成立了德國(guó)能源署，由其在社會(huì)上組織建立一個(gè)包括供應(yīng)商、大型商場(chǎng)、住宅開(kāi)發(fā)商、社會(huì)團(tuán)體等組成的節(jié)能聯(lián)盟，利用大量的政府延伸職能來(lái)教育用戶(hù)開(kāi)展節(jié)能。節(jié)能聯(lián)盟利用所有向商業(yè)和公眾宣傳節(jié)能的機(jī)會(huì)和各種渠道（如：學(xué)校、示范工程、營(yíng)業(yè)執(zhí)照、機(jī)動(dòng)車(chē)登記、網(wǎng)站、信函等），同時(shí)開(kāi)展能源審計(jì)、展覽展示、提供低息或無(wú)息貸款進(jìn)行設(shè)備改造，直接幫助或激勵(lì)用戶(hù)提高能效水平。

（3）通常，價(jià)格是用戶(hù)選擇節(jié)能設(shè)備或節(jié)能措施的最主要障礙，因此，各國(guó)對(duì)電力用戶(hù)的激勵(lì)措施在很大程度上集中于經(jīng)濟(jì)方面。在德國(guó)，對(duì)采用太陽(yáng)能發(fā)電的單位或家庭，電力公司允許其多余電量上網(wǎng)，每千瓦時(shí)補(bǔ)助0.05歐元（平時(shí)電費(fèi)0.1歐元/kWh）。

（4）德國(guó)西門(mén)子和英國(guó)天然氣集團(tuán)（BG）共同參與了德國(guó)PPC公司新一輪高達(dá)1 200萬(wàn)歐元的電網(wǎng)融資活動(dòng)。PPC公司專(zhuān)門(mén)從事電力線載波通信系統(tǒng)的研發(fā)，并幫助公用事業(yè)公司收集能源消耗時(shí)的數(shù)據(jù)，包括天然氣、水資源的使用情況。此外，該公司也為客戶(hù)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，幫助客戶(hù)合理分配能源消耗。隨著電網(wǎng)改造工作的持續(xù)推進(jìn)，推廣智能電能表已成為發(fā)展主動(dòng)配電網(wǎng)的重要內(nèi)容之一，其也是緩解電力供需矛盾、節(jié)能降耗、提高社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的有效手段。德國(guó)西門(mén)子智能電能表已經(jīng)在澳大利亞及意大利等國(guó)家獲得規(guī)模應(yīng)用。到2014年，僅澳大利亞EnergieAG公司將部署400 000臺(tái)西門(mén)子智能電能表。在意大利，西門(mén)子正在以每個(gè)月近60 000用戶(hù)的部署速度幫助消費(fèi)者安裝智能電能表。

4　結(jié)束語(yǔ)

德國(guó)是世界上主動(dòng)配電網(wǎng)發(fā)展的典范，尤其在需求側(cè)管理方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。其能夠兼顧各方利益，充分調(diào)動(dòng)各方積極性，通過(guò)較為完善的經(jīng)濟(jì)、政治政策和發(fā)達(dá)的科學(xué)技術(shù)方法，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)的積極、有序、可持續(xù)發(fā)展。我國(guó)雖然在主動(dòng)配電網(wǎng)的需求側(cè)管理中取得了一些進(jìn)展，但仍需在政策體系、管理機(jī)制和科研實(shí)力上進(jìn)一步優(yōu)化。學(xué)習(xí)借鑒以德國(guó)為代表的歐洲國(guó)家開(kāi)展主動(dòng)配電網(wǎng)和電力需求側(cè)管理的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)促進(jìn)我國(guó)電網(wǎng)進(jìn)行深入發(fā)展、建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。D

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The DSM development applied in active distribution network in Germany

SUN Jian?long1，ZHU Xiao?jun2，GUI San?rong1，LI Hu1，HAN Jun1，QIAO Li?wei1，ZHAO Hong?da1
（1.Jiangsu Province Economic and Technology Research Institute of State Grid Corporation，Nanjing 210008，China；2.Southeast University，Nanjing 210096，China）

在介紹德國(guó)電力系統(tǒng)基本情況和能源需求的基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述了德國(guó)近幾年主動(dòng)配電網(wǎng)及其在電力需求側(cè)管理項(xiàng)目上的最新進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)，包括分布式電源和電動(dòng)汽車(chē)接入的主動(dòng)配電網(wǎng)項(xiàng)目、能源互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目、Dispower項(xiàng)目等。

德國(guó)主動(dòng)配電網(wǎng)；電力需求側(cè)管理；分布式電源；電動(dòng)汽車(chē)；能源互聯(lián)

Based on the present situation of the German power system and energy needs，this article focuses on the latest developments trends of active distribution network and it's demand side management，including active distribution network program takingdistributedgenerationsandelectricvehiclesinto consideration，program about the energy interconnection，dispower project and so on.

active distribution network in German；demand side management；distributed generations；electric vehicles；ener?gy interconnection

F416.61；TM72

E

2014-10-14