余贻鑫：集成高比例风能和太阳能发电的智能配电网

 2017年9月15日，由中国可再生能源学会可再生能源发电并网专委会主办的第一届可再生能源并网技术与政策论坛在北京隆重召开，会议以“新能源与电网协调发展”为主题，围绕战略与规划、政策与机制、并网和消纳、储能及应用等议题，探讨可再生能源快速发展中的热点问题与对策，促进我国可再生能源事业快速发展。本届论坛邀请国家能源局等政府部门领导、能源电力领域院士和资深专家就再生能源发展战略、规划、政策、技术等问题发表主旨演讲。北极星电力网全程直播本届论坛。

 会上，余贻鑫院士主题分享《集成高比例风能和太阳能发电的智能配电网》。余贻鑫院士主要从四方面进行阐述：1)能源革命的实现高度依赖未来高比例、分布式可再生能源的开发与利用；2）集成高比例分布式电源的配电网；3）智能配电网中与DER相关的R&D挑战性问题；4）微网是perfect。

 以下为电力头条APP为您带来的致辞实录：

 各位领导、各位专家，我听了前面几位主旨报告，大家思路方向实际上是一致的，涉及一些具体数据可能多少有些差别。我这个题目更多涉及一些技术问题。

 第一个是能源革命的实现高度依赖未来高比例、分布式可再生能源的开发与利用。首先高比例可再生能源，如果风能和太阳能在50%以上，那肯定应该算是高比例的风能和太阳能。这个可再生能源当中，关于水电煤气，水电对我们电力系统来说是传统的，核电也是一个传统的，风能和太阳能高比例之后带来问题多一些。

 分布式电源，重点是分布式发电和分布式储能，那么需求响应也可以起到潜在的分布式电源，但是没算作分布式电源的定义。太阳能、风能的挑战是很大的，有三个性质，第一个是间歇性，一天24小时，它都在变化。第二个是不确定性，因为根本不可能用概率来描述，实验室重复不了，所以实际上是不确定性。第三是多变的，每天跟每天可能不一样，所以这样给电网带来了很大的挑战。

 聚焦分布式问题的研究，应该注意和加强，如果再不注意，电网可能要耽误整个国家的能源转型。

  实际上对两种模式也做了研究，一种模式就地消纳，就在负荷中心开发风能和太阳能，一种规模大规模远距离输送。现在风能、太阳能是波动的，必须得调节它，目前主要就是火电，主要靠火电作为调节容量，火电为调节容量情况下，大规模远距离输送风能和太阳能，实际上无法实现能源革命所必须的高比例可再生能源。我们做出来这是一个例子了，就是三种模式，一种是大规模远距离输送，一种就是纯粹的就地消纳，一种东部地区依赖双重，一种是西北往东北送，还是大规模远距离输送，再加上就地开发，三种模式做出来数据最大的负荷中心的可再生能源渗透率，大规模远距离输送单一模式，只能送过来10%左右。如果是纯粹的就地消纳，在负荷中心开发风能和太阳能，可以到30%左右。如果西部继续往东部送，东部也开发，大概总计渗透率就是20%左右，这是在以火电为调节容量的情况下。

 实际上西部往东部送时，经过长距离输电线，电力系统上个世纪20年代到50年代叫互联电力系统，每个区是一个控制区域，叫功率平衡区。各个区之间的连在线上的功率不能频繁的变化，一个是技术原因，每个区域要优化是需要时间，尤其火电机组的停机跟启动。再有各地方也有利益，而实际上互联网也是这么一种思维。这是第一。

 第二全社会成本分析，因为国际上都是电网平价，电网平价问题，中国电价实际上不是很科学，用户便宜，居民用户是末梢，应该是贵一些，可是现在比大用户要便宜，这种情况不合理的。所以用全社会成本来分析，包括可靠性成本、投资、运行费用等等这些都算进去，之后做出来的结论是，东部地区的分布式光伏发电的单位电能供电成本已经或即将优于光伏火电大规模远距离输送模式。

 同时我们也研究到底怎么样才能保证高比例渗透，采用就地开发模式和消纳的话，风电和光伏比例达到60%以上。

 第二部分集成高比例分布式电源，集成高比例分布式电源，除去刚才说的分布式发电之外，还有需求响应，这个我就不详细说了。那么，电气车辆，分布式电源它的渗透率对电网技术的影响有哪些问题是需要关注的。

 集成高比例分布式的太阳能和风能电源对配电网的价值，一个就是电网互联的价值，其中可能包括可靠性、能量交易、电压质量，分布式电源和电网集成的价值，包括韧性，韧性我们现在需要注意，一个现在大家在讨论公开的是说气候变化，带来了很多恶劣天气，像台风这些影响，实际上里面还包含战备在里面，我们一定要注意。那么分布式电源跟电网集成的时候，所带来的韧性方面的效益是非常明显的。第二是电压支撑，第三他们是配电优化，第四减少排放，第五需求响应，第六降低损耗。

 价值是有了，挑战性也是有的。配电网集成高比例分布式电源的基础，咱们重点说的是可再生能源集成的一些问题，第一个网络现代化，第二通讯标准和互联规则，这个互联规则包括国家层面的，当然也全球IEEE，IEC，也包括公司的一些标准，包括信息模型，可操作性和赛博安全，我们现在是说信息安全。第三是集成的规划和运行，这里就包括输电系统运营商，独立系统运行的员配电系统运营商和分布式能源的集成规划与运行。最后需要国家有明智的政策和强有力的监管。

 第五集成式电源相关的配电网现代化问题，关于电压的问题，系统运营商解决中央电压控制问题，分布式电压的拥有者解决自己直接电压控制问题，交互解决就是广域电压控制。

 实际上将来分布式电源一进来以后，因为它数量太大，这个我们现在不要低估这事，这个数量增长后，会带来很多难办的事。我举一个例子，比如说小配电网里面进来好多分布式光伏，将来保证配电网运行安全，包括节点电压，要保证重要负荷供电的连续性和韧性，保证联络线路上面的计划安排与集群内的优化问题，这是需要做很多分析研究的。那么，在计划阶段，包括规划阶段，你要检查大量的方案，比如说分布式的太阳能，随着天气的变化，它是怎么变的，你都要去检查。然后等你运行的时候，要做分析，那个量也是非常大的。所以我觉得我们关于智能电网的研究，现在要赶快启动起来，深入研究这些问题。

 应该说微电网和大电网无缝连接那是完美的。实际上微网有一些很基本的原则，它必须为了使它能够以连网的方式和孤网这两种模式运行，断开的时候微网很重要特性能够自己协调自己内部的功率平衡。

 那么微电网的作用不是目前一下导出多少微电网，微电网首先可以帮助局部平衡负荷和发电，具有这种要求的地方先用。第二微电网跟大电网的互联，可以提供比大电网单独供电更高的可靠性，这个可以想象，我们UPS，实际上微电网那个分布式发电机接到电网这儿，如果用户一个是电网公司供电，一个是分布式发电供电，分布式发电相当于UPS，电网停电了，还有一路供电。如果电网公司供电可靠性是4个9，分布式电源两个9，那个负荷节点可靠性变成6个9，对提高可靠性作用明显的。

 再一个就是灾难来临时，能够保持对一些重要负荷供电，帮助电网恢复启动。这个微电网这儿多说一下，刚才我说了大电网是互联电力系统，里面分成若干区，区内自己优化。实际上微电网也是在这样一个思想的指导下提出来的，微电网我们称它为好市民。微电网里面装了能源管理系统，跟大电网一样，大电网每个控制区有自己的管理系统，微电网也是一样的。

 所以，微电网是互联大电网思想或者理念，向配电网的一种下放，只不过这样，互联大的电力系统联络线上的功率，现在正负800千伏联络线是不能变化的，因为连接的系统要做好自己的优化、平衡，有些大量的火电机组，而微网里面装的一些是小机组，小机组反映速度比较快，启停也都比较快，微电网跟系统联络线上的功率变化可以相对频繁，但是基本理念我认为是一致的。

 智能配电网很重要，它是分布式智能的基础设施，不是完全的集中控制。配电网主动配电网和微电网的关键区别在于只要断开，与较大系统的联系，能够进行孤岛运行的协调控制，这是微网跟配电网的区别。一开始微网数量会相对少，但是随着发展将来会越来越普遍。这里就带来一个原则，终端用户控制，跟电网控制的一体化问题，未来的系统结构必须支持现代结构所不能支持的两个基本要素，终端用户控制和总体配电系统控制要综合考虑。

 第二必须能够支持高比例的分布式电源，适应各种比例，以提高系统的整体性、效率和灵活性。智能配电网与分布式电源相关的挑战问题。一个我觉得就是灵活的电网结构，这个需要从早规划，这个灵活的电网结构，包括一些可控设备的功能自动化，电力电子装置，这都帮着电网结构灵活。那么应该说结构方面有一些趋势，第一是集成大量的分布式电源，这些分布式电源可能是家家户户，因此将来可能是环形的二次或者低压配网。第二个是直流环形目线。第三是如何集成分布式能源，这里有故意的孤岛微网等等措施，最后如何应对双向潮流。

 第二个挑战性，通讯标准和互联的规则问题，首先通讯的问题解决。第二个标准化，标准的缺乏会抑制各运行单位发电、输电、配电和电力消费者之间的数据交换，阻碍系统的完全优化，使系统效率降低。因此互操作性标准非常重要，互操作性标准使电力系统所有元件出现协调，使即插即用成为可能。还有一个情况就是为了涵盖电网外部的系统，比如说智能能源网，或者叫能源互联网，智能交通网，这些数据进来，产生大量的有利的数据，但也会遇到新的安全问题，这是第二个挑战。

 第三个集成的规划和运行，这里包括两方面，第一方面是电网目前的运行状态不足以支持分布式电源，首先基于逆变器的可再生能源发电日益增加的驱使下，电网兼容性的标准需要做很大的改变。因为原来我们都是发电机发电，这是一个方面。第二个方面就是当分布式电源的渗透率增加的时候，运行优化的挑战也会非常突出。所以需要有适合协调配电网决策的先进控制系统结构，有适应于接纳分布式电源，并能识别最优负荷和电源的好模型，连模型，连案例我们现在都缺了，这个集成的规划和运行第二个方面就是行为指标，智能电网行为指标也有待深入研究。

 第四个方面就是政策和监管，就目前的结构，和电力公司的收入模型，不是用来促进和捕捉分布式能源价值的，这些模式，就不是支持这些分布式能源价值。所以应该使电能作为一种商品的市场价值得到合理的体现，这是其一。其二现在是不能从分布式电源发展中得到明显好处的，掌管能量平衡的实体，对分布式电源进行调度，国际上现在也是这么一个情况。而这个智能电网发展一个很重要的基本原则，必须使所有参与部门都能受益，否则就没积极性这个也是需要改革的。最后一个要建立一个好的商务模型，极其重要，因为他们能够为容量规划和电网运行的投资，以及分布式电源科学的发挥作用提供依据。

 最后简单说一下智能配电网和能源互联网，能源互联网这个词最初是从Lifjin第三次工业革命里面见到的，他是这样宣称的，人类社会必将迈进一个新的时代，届时可再生能源和互联网技术将融合以创造一套强大的新基础设施，即他所谓的第三次工业革命。这次愿景当中，数以亿级的人们会从他们的家中、办公室和工厂可再生能源中生产绿色能源，并在能源互联网中，他们彼此分享，就是彼此分享能源。

 能源互联网是指综合能源网，这里包括气这些网络都进来了。我也是支持这方面研究的，这是智能电网发展的一个重要方向。但是从技术经济、社会因素、难易程度等多方面进行综合考虑，能源互联网或者智能的综合能源网，最可能的实现路径应该是终端能源系统，首先是终端能源系统，实现能源互联网，进一步发展到区域综合能源系统，再进一步发展到全域综合能源系统。

 最后，互联电力系统1925年到1950年，就提出了互联的标准，它符合互联，符合开放，符合对等，符合分享。这就是智能电网，互联网的四项基本原则。互联网是70年代以后才提出来的，都是电机系的事，相互影响。电网早已经有这种思维了，从智能电网研究开始，直接就从互联网过来，互联电力系统过来，现在也可以说互联网影响太大，又提出能源互联网，能源互联网基本的理念和智能电网完全一致的，这是我的个人看法，谢谢大家，希望指正。