深度｜主动配电网内涵、现状及未来发展趋势

2017年11月9日，在金智科技于上海浦东香格里拉大酒店举行的公开交流活动上，金智科技首席科学家、上海交通大学教授刘东先生，就主动配电网的案例和行业发展趋势，作主题演讲。他提到：主动配电网代表未来配电网的发展方向，能够实现电力用户的灵活互动和配网双向潮流的主动控制，较传统配电网对分布式能源的并网消纳更为高效。

浙商证券电力设备与新能源研究团队（郑丹丹团队）友情辑录如下。

大家下午好！配电网这几年概念、名词比较多，微网、增量配网、多能互补、能源互联网等这些很多新技术都集中配电网上。2008年我们在跟国际同行教授或者是著名电气企业交流的时候，他们就认为智能电网主要工作是在配网领域。经过快10年的发展，我们发现很多智能电网发展的核心动力和源头都来自于配网。我本人这么多年一直专注于配网，博士毕业以后一直在东方电子从事了七年的配网自动化工作，到交大以后还是围绕智能配电网的方向做研究。

从本身发展逻辑来看，配电网之所以在电力系统更加受到关注，有几个非常关键的驱动力。

其一，是分布式电源的接入。大家知道，化石能源慢慢要被新能源和可再生能源替代。可再生能源除了水电以外，很多都是容量受限制的光、风，不管是农村还是城市，更多都是接入中压这个电压等级。

其二，是电动汽车的发展也有代替燃油汽车的趋势。电动汽车不管是大巴还是小车，它的充放电也是集中在中低压配电网。

其三，就是以电力市场改革为主导的方向，也可以说是以客户为导向。客户导向也就是说要充分满足客户本身的需求，比如客户有效益上的需求、价值方面的需求、便利性的需求，还有互联网经济发展之后，一些智慧的小终端就能实现电的买卖。增量配电网是把拿出来一部分新增的配电网进行市场化的改革，鼓励混合所有制经营。所有这些因素都聚焦在配电网上，不管是城网还是农网，本身的体量十分庞大。

从电网方面来说，我国的电力设备跟国际一流相比，在大电网上、继电保护、调度自动化、变电自动化方面都可以跟国际的同行平起平坐，甚至是领先于他们的。我们的继电保护比国外强，但是唯独在配电网上面不如国外。不管是从电网的一次的网架结构，还是电力公司运营的能力和电力公司供电水平和供电效率，各种供电指标跟国际对标都存在一个滞后的趋势。国网公司、南网公司也很重视这件事情，做了很多对标的事情，比如对标东京，对标新加坡，对标巴黎，从中找差距。

从技术本身来看，我们国家配网自动化的覆盖率太低。目前大的背景是发改委能源局提出2020年的配电网发展规划。当你的配电网络本身一次网架就比较薄弱，自动化、通信水平又比较低的时候，很多新技术难以推广。未来可以在这张白纸里面做事情，或者是很多新产品新技术可以推广，需要填补这个配网自动化覆盖率低的空白，这个地方市场空间比较大，想象力也比较丰富。

今天我的主题会围绕主动配电网这个概念，主动配电网是一个相对比较新又带有技术性、前瞻性、代表未来配电网发展方向。刚刚说的所有这些新的技术和新的理论的应用都可能会围绕这样一个概念展开。所以我今天非常高兴有机会来跟大家分享一下主动配电网的案例和围绕主动配电网的一些行业发展趋势，包括能源互联网和智能配电网的一些概念。

我从四个方面来做介绍：1、主动配电网内涵；2、国内外研究现状；3、技术案例；4、行业发展趋势。我会简单介绍一下上海交通大学承担的两个863项目，我们金智科技也是全程参与了这两个项目关键技术的研究。这两个主动配电网项目将引领未来技术发展方向，这两个项目对于未来配电网的影响力会越来越体现出来。最后发展趋势里面会介绍一下增量配网的一些概念，还包括能源互联网、国网公司最近半年发展的动态。

首先是主动配电网的内涵。我们配电网发展不管是网络结构上还是自动化上跟国际对比都有很大的落差。刚才提到分布式电源，不管是风还是光，它表现出的是一种间歇性特性和不确定性特性，我们认为这些新能源接入之后，会给电网带来一定的冲击。本来电网本身就不太强壮，你再进来捣乱，对配电网的影响是非常巨大的。

配电网的一些新的挑战，主要体现为四个方面。

第一，以前配电网从变电站出来的电到用户是单向的，现在分布式电源发电会带来电流的反向流动，造成很大的不确定性。以前的电从电厂出来之后，就从高电压输电网、变电站到配电网。但是现在不一样，因为这个分布式电源大量接入，电源有很多类型，有光伏的、小燃气压缩机的，还有储能电池的。未来如果电动车真的大规模应用，单个车的容量可能很小，但是如果这个城市里面的车都变成大规模行驶的电动车，如果是电动车的电池还可以反向给电网供电的话，也会带来电流的反向流动，电网有一个最基本的术语叫“潮流”，就是电网的功率流动方向。这个潮流的方向流动给电网带来第一个不确定性是源网双端都不确定。本来电力公司一般发展都有一个很好的发电计划，有一个运行方式，传统的按照明天预测运行。但是现在情况不一样，潮流会带来很大不确定性，调度员的运行方式安排里面，他可能不太确定明天如何安排电网触力和如何安排用户的平衡，这个还是我们国家统一调度的方式带来的问题。如果是市场化的话，不管是发电商的报价还是售电商、购电商和用户报价，这个不确定性带来的问题是巨大的，因为明天我不知道供求关系是怎么回事，就跟做股票一样，如果预测不准的话，明天投资可能就惨了，会产生很多问题。所以潮流双向流动带来不确定性。

第二就是负荷双重角色导致配网调控能力不足。所谓的负荷就是消耗能源的，现在不一样，风力发电以后，储能应用于很多家庭为主体的一个用电单元，他可能在不需要用电的时候可以把电送上去，可以通过光伏储存。还有电动车，如果说这两天不外出，这个电池在低谷充，高峰可以放出去，符合双重角色，就是专门的术语叫Prosumer，Prosumer就是Product加上Consumer这两个词，既是生产者又是消费者，所以这个双重角色也给配电网控制带来很多问题。

第三个问题是分布式电源的大量投入引起配网侧备用能力配置问题，这也是电网公司非常关心的。从事电网工作的人员都知道电网要留多少备用容量，比如做规划的时候变压器选多大容量，供电线路的电缆要选多粗，这个线的大小都跟投资有关。留的容量很大，利用率较低，就会造成浪费，所以这个给电网规划带来的难题，给电力公司本身带来很大的压力。举一个例子，就是上海世博会的时候，世博会当时很多馆甚至是零碳馆，我去参观过英国馆，它可以里面自己供电，不要外面供电的。还有很多场馆空调用的是燃气空调，没有用电空调。但是我们之前做负荷预测的没有考虑这个问题，这个场馆这么大，如果按照常规的负荷预测就会造成很大的浪费。备用能力到底有多大，要保证电网不能停电，用户发电是不管的，电力公司要满足全网社会公司的供电可靠性要求，但是电力公司的经济性如何保证呢？

第四个方面是配网设备利用率比较低带来的资源浪费。这个是前几年中国工程院到各个供电公司宣传时做的一个调研，调研报告中说，我们国家是发展中国家，不停在建配网设备，建的过程中，电力公司留容量比较富裕。因为很多新区没有规划好时路要先修好，电要先供到，三通一平全部弄好。但是实际上它的负荷发展很慢，用户在开发区里面真正把场地全用起来，马力开足比较慢，这就造成电网设备的负载率低的现象。虽然整个设备利用率较低，电网比较薄弱，但是在局部上又有很多地方的变压器在负荷高峰的时候经常越限，专业术语叫“热点”，总体上设备闲置利用率低，局部又过载，发展很不平衡。

设备利用率低，一方面是规划问题，还有就是运行优化的问题。但是日本不一样，日本是发达国家，基本上负荷比较稳定，它的网架比我们灵活，我们国家一般是手拉手，就是两个电源，有一个电源停了另外一个电源可以供电。我国大部分都是两个电源，较少有三个电源的，但是日本不一样，日本平均供电5—6个电源点，它是一个网状结构，最后形成一个扇形结构，联络点非常多，所以可以把过载的部分负荷移出去，就是负荷可以分解到不同的小的供电区段里面去。当然日本规划做得比较好，最主要是通过电网灵活的调节能力和转供能力，实现了配电网的设备利用率很高的目标，它的效率比较高，保证每个变压器性能运行在接近最佳的状态上，平均可以到百分之六十几的负载率。而我们国家只能到百分之三十多，这主要网络结构的问题。

未来分布式电源并入配电网之后，整个电网的形态变化有两个趋势。

第一个就是分布式电源渗透率越来越高。随着分布式电源未来发展越来越好，分布式电源在发展中的比例会越来越高。这个比例我们国家现在还看不出来，但是已经看到趋势了，前几天江苏省公司的一个科技项目在交流的时候发现，江苏省今年的光伏接入，每天的增长量非常大，当然现在看对电网的影响还不大，但是未来压力就很大了。所以我们那天主动配电网的一个项目在江苏省公司验收的时候，专家们都认为这个东西真的是很必要，我们说这个可能是未来的事情，他们说不是的，现在已经有影响了。

欧洲发达国家，举德国的例子，德国光伏风电的比例已经达到50%，甚至有些岛70%、80%全部是分布式电源。分布式电源在国际上已经是一个常态化的东西，但在我国没有感受到。不过我相信分布式电源加上电动车在未来5—10年的发展会很快。分布式能源渗透率会越来越高，运行的稳定性、电压的波动、电能质量、倒送功率等问题会特别突出。

第二个是我们的设备、控制、运行、用户互动化的智能化水平，随着“互联网+”的发展、通讯技术的进步，水平会越来越高。这也是好的一方面。包括在上市公司里面很多搞自动化的厂家，本身对自动化设备的生产能力要求越来越高。