國(guó)網(wǎng)白銀供電公司 楊 建 辛世金 徐 清 魏立保 張 盼 張生慨

電力是我國(guó)碳排放量最大的行業(yè)。碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，配電網(wǎng)作為城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的重要基礎(chǔ)設(shè)施以及聯(lián)系能源生產(chǎn)和消費(fèi)的關(guān)鍵樞紐，是實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的基礎(chǔ)平臺(tái)。為推動(dòng)能源電力低碳清潔高效轉(zhuǎn)型，分布式可再生能源、微電網(wǎng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、電動(dòng)汽車高比例接入配電網(wǎng)，提高了系統(tǒng)靈活性、能源消納和智能化，但改變了配電系統(tǒng)發(fā)展模式，使未來配電網(wǎng)形態(tài)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜化。因此，研究雙碳目標(biāo)下新型配電網(wǎng)發(fā)展模式及策略具有重要意義。

基于此，文獻(xiàn)[1]分析了我國(guó)智能電網(wǎng)政策、技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施等方面存在的發(fā)展問題，并介紹了如何在資源與環(huán)境約束條件下，改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、提高生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)最小社會(huì)成本滿足最大經(jīng)濟(jì)的發(fā)展策略；文獻(xiàn)[2]為順應(yīng)配電網(wǎng)未來管理模式，提出了基于智能計(jì)量系統(tǒng)的配電網(wǎng)監(jiān)測(cè)與狀態(tài)估計(jì)方法，根據(jù)配電系統(tǒng)不同層級(jí)狀態(tài)估計(jì)精度性能構(gòu)建了互連不同電壓等級(jí)評(píng)估模型；文獻(xiàn)[3]針對(duì)電動(dòng)汽車充電問題進(jìn)行了電網(wǎng)智能化研究，并驗(yàn)證了所提優(yōu)化方案能夠高效地調(diào)配充電資源，縮短平均充電行程時(shí)長(zhǎng)；文獻(xiàn)[4]針對(duì)電網(wǎng)設(shè)計(jì)了一種高效智能化的分布式經(jīng)濟(jì)調(diào)度策略，實(shí)現(xiàn)方便、維護(hù)成本低和魯棒性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。

文獻(xiàn)[1-4]針對(duì)未來電網(wǎng)智能化發(fā)展進(jìn)行了規(guī)劃分析，并且提出了相應(yīng)的智能化改善策略，但并沒有涉及“雙碳”戰(zhàn)略對(duì)電網(wǎng)的影響，為此，本文對(duì)雙碳目標(biāo)下新型配電網(wǎng)發(fā)展進(jìn)行了研究，在配電網(wǎng)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上展望了新型配電網(wǎng)未來發(fā)展模式和策略。

1 “雙碳”目標(biāo)對(duì)配電網(wǎng)影響

傳統(tǒng)配電網(wǎng)是以用戶負(fù)荷地理全覆蓋供電為目標(biāo)進(jìn)行網(wǎng)架建設(shè)粗放型服務(wù)平臺(tái)。21世紀(jì)，隨著用電質(zhì)量需求的不斷提高，配電網(wǎng)以高供電可靠性為目標(biāo)進(jìn)入精細(xì)化規(guī)劃階段，致力于打造自動(dòng)化優(yōu)質(zhì)服務(wù)平臺(tái)。雙碳目標(biāo)下，配電網(wǎng)系統(tǒng)能源供應(yīng)朝著清潔、低碳、智能化、電力電子化發(fā)展，未來配電網(wǎng)將呈現(xiàn)出高級(jí)形態(tài)智能服務(wù)平臺(tái)。高級(jí)形態(tài)下，分布式電源、微電網(wǎng)、虛擬電廠、交直流混合配電等新技術(shù)加入配電網(wǎng)[5]。

近年來，分布式可再生能源高比例接入配電網(wǎng)改變的線路潮流，且功率平衡趨于概率化。同時(shí)可再生能源的不確定性加大了配電網(wǎng)管控難度，提高了配電網(wǎng)電力電子化水平，需要進(jìn)一步提高配電網(wǎng)安全性。新型電力系統(tǒng)下，配電網(wǎng)主體多元化、能源流向多樣化，要求配電網(wǎng)具有強(qiáng)大的承載力和調(diào)控力，保證能源消納及多元化負(fù)荷“即插即用”需求。隨著新能源裝機(jī)數(shù)量的持續(xù)增加，為提高電力系統(tǒng)投入產(chǎn)需效益，確保配電網(wǎng)高效可持續(xù)發(fā)展。能源轉(zhuǎn)型融合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將海量數(shù)據(jù)與多利益主體集成與配電網(wǎng)平臺(tái)完成運(yùn)行調(diào)度和電能交易使配電網(wǎng)更加開放。節(jié)能高效、綠色低碳的發(fā)展理念成為配電網(wǎng)核心目標(biāo)。

相比于傳統(tǒng)配電網(wǎng)系統(tǒng)，新型配電網(wǎng)系統(tǒng)呈現(xiàn)出綠色、高效、可靠、智能化發(fā)展趨勢(shì)，具有如下特征：具有主動(dòng)消納能源及優(yōu)化調(diào)度各種資源以保障負(fù)荷供電的能力；具有源-網(wǎng)-荷一體協(xié)調(diào)優(yōu)化與互動(dòng)能力；具備先進(jìn)電力電子設(shè)備和信息與通信技術(shù)支撐能力?；诖恕半p碳”目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，未來智能配電網(wǎng)突破了原有電力基礎(chǔ)設(shè)施與特征，發(fā)展為集收集、傳輸、存儲(chǔ)分配于一體的新型電力系統(tǒng)。

2 新型配電網(wǎng)發(fā)展模式及策略分析

不同時(shí)期配電網(wǎng)發(fā)展側(cè)重點(diǎn)不同，“雙碳”目標(biāo)下，配電網(wǎng)正處于從中級(jí)形態(tài)向高級(jí)形態(tài)的過渡階段，增加了許多不確定及多元化因素，為實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)精準(zhǔn)規(guī)劃，需要全面掌握配電網(wǎng)未來發(fā)展模型。本文通過指出未來智能配電網(wǎng)發(fā)展演化模式，從電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)和基礎(chǔ)共性四個(gè)領(lǐng)域分析技術(shù)其路線，具體如圖1。

圖1 新型配電網(wǎng)演化模式及技術(shù)路線

2.1 電源側(cè)

“雙碳”目標(biāo)下，大規(guī)模開發(fā)利用可再生能源是我國(guó)新能源發(fā)展的必然趨勢(shì)。新能源高比例接入配電網(wǎng)背景下，風(fēng)、光可再生能源的隨機(jī)性、波動(dòng)性和間歇性引起了功率雙向流動(dòng)、電壓波動(dòng)加大、電能質(zhì)量凸顯等問題，多種能源交互不僅影響了系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，還增加了運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，限制了新能源并網(wǎng)，且提高了發(fā)電功率預(yù)測(cè)難度，同時(shí)系統(tǒng)機(jī)組備用容量不足或線路發(fā)生故障時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致備用電力不能輸送到指定負(fù)荷區(qū)域。

為解決上述存在的難題，未來新型配電源側(cè)需要發(fā)展態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)技術(shù)、發(fā)電支撐控制技術(shù)、虛擬同步控制技術(shù)、并網(wǎng)仿真技術(shù)、調(diào)頻調(diào)峰控制技術(shù)、多能交互隨機(jī)優(yōu)化調(diào)度技術(shù)和風(fēng)光儲(chǔ)優(yōu)化互補(bǔ)協(xié)同控制，以模擬電網(wǎng)運(yùn)行軌跡，實(shí)現(xiàn)發(fā)電單元主動(dòng)規(guī)劃、及時(shí)調(diào)整、負(fù)荷精準(zhǔn)預(yù)測(cè)、發(fā)電設(shè)備和負(fù)荷自動(dòng)交互、能量供需平衡，保證新型配電網(wǎng)供電可靠、安全穩(wěn)定運(yùn)行、靈活調(diào)控的同時(shí)提高系統(tǒng)兼容性問題，保障新能源發(fā)電經(jīng)濟(jì)高效并網(wǎng)?？紤]可再生能源發(fā)電優(yōu)化分日前靜態(tài)和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)兩階段調(diào)度，依據(jù)仿真技術(shù)對(duì)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行建模分析，靈活應(yīng)對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行變化。

2.2 電網(wǎng)側(cè)

新型配電網(wǎng)電網(wǎng)側(cè)發(fā)展主要側(cè)重于柔性直流電網(wǎng)技術(shù)、柔性交流輸電技術(shù)和多能互聯(lián)技術(shù)。十八屆IET 交直流輸電國(guó)際會(huì)議（ACDC 2022）上，中國(guó)南方電網(wǎng)公司李立浧院士指出了雙碳目標(biāo)要求下，直流輸電與電力電子要持續(xù)開展創(chuàng)新實(shí)踐、研發(fā)硬核技，才能不斷適應(yīng)新型電力系統(tǒng)要求。目前，我國(guó)柔性直流電網(wǎng)還處于起步階段，相關(guān)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)還不成熟。為保障其安全可靠、靈活方便運(yùn)行，需要采用建模與仿真技術(shù)模擬其運(yùn)行過程，并通過控制與保護(hù)技術(shù)保障與大電網(wǎng)連接和交換功率。我國(guó)能源分布不均衡性，為特高壓統(tǒng)一潮流控制器技術(shù)電網(wǎng)應(yīng)用發(fā)展提供了契機(jī)，柔性直流輸電技術(shù)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離大容量高效低耗輸電。

基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將使配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)分析協(xié)調(diào)功能。未來其發(fā)展方向主要有配電網(wǎng)主動(dòng)管控形態(tài)及進(jìn)化趨勢(shì)、分布式能源接納能力評(píng)估分析、高比例新能源并網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行、配電網(wǎng)主動(dòng)控制與管理技術(shù)智能化分析，以及應(yīng)對(duì)電力市場(chǎng)變化的響應(yīng)技術(shù)。基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的直流配電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，在于直流電網(wǎng)設(shè)計(jì)運(yùn)行控制、關(guān)鍵設(shè)備及運(yùn)行管理、故障機(jī)理及保護(hù)、潮流優(yōu)化控制和能量調(diào)度等方面的研究。為提高配電網(wǎng)接納多種不確定性能源能力和遇到災(zāi)變時(shí)的恢復(fù)能力，還需提高配電網(wǎng)彈性能力，如資源優(yōu)化配置及調(diào)度技術(shù)、彈性評(píng)估及規(guī)劃運(yùn)行策略等方面。

2.3 用戶側(cè)

新型配電網(wǎng)模式下，用戶側(cè)還需建立管理成本補(bǔ)償機(jī)制和激勵(lì)機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)調(diào)控、提高用戶參與度，使配電網(wǎng)友好協(xié)調(diào)發(fā)展。電力營(yíng)銷融合服務(wù)技術(shù)，提高服務(wù)涵蓋范圍，對(duì)無法基于移動(dòng)作業(yè)平臺(tái)服務(wù)實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)調(diào)高移動(dòng)支撐面，以滿足新型配電網(wǎng)作業(yè)需求。

2.4 基礎(chǔ)共性

智能化發(fā)展背景下，新能源高比例加入配電網(wǎng)增加了電力電子技術(shù)和電工新材料的應(yīng)用。電工新材料包括裝備絕緣材料、高效新能源材料及器件和節(jié)能材料。未來具有可關(guān)斷性的量碳化硅電力電子器件，憑借提高變換器開關(guān)頻率和縮小磁性元件體積等特性迎來了這一領(lǐng)域的新挑戰(zhàn)。

現(xiàn)階段，配電網(wǎng)業(yè)務(wù)量日益增長(zhǎng)，以往薄弱的通信網(wǎng)絡(luò)傳輸寬帶已無法滿足智能電力建設(shè)需求，需進(jìn)一步加快大容量骨干光傳輸網(wǎng)、電力光纖到戶和電力無線寬帶工程項(xiàng)目的建設(shè)，靈活組網(wǎng)，構(gòu)建科學(xué)先進(jìn)水平的電力通信網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，增加調(diào)度、運(yùn)檢、管理和客服方面的人工智能化，智能預(yù)測(cè)功率負(fù)荷、基于大量數(shù)據(jù)和輔助決策功能實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)測(cè)、評(píng)估運(yùn)行狀態(tài)和客服自動(dòng)應(yīng)答，推動(dòng)配電網(wǎng)安全高效協(xié)調(diào)智能化發(fā)展。