如何看待配电网之“新”？

访谈专家

刘东

上海交通大学电子信息与电气工程学院长聘教授

徐丙垠

山东理工大学智能电网研究院院长

马士聪

中国电力科学研究院有限公司电力系统研究所副所长

刘健

国网陕西电力科学研究院副院长

目前国内外现代智慧配电网发展出现了哪些新态势？

刘东：配电网是实现能源转型的重要支撑点，“双碳”目标驱动的新型配电网将发生重大变革，其作用比以往任何时候都更加重要。配电网的有源化属性、网格化结构、交直流混联、智能化运维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、配电网双向潮流的主动控制、支撑输电网协同调控。相较传统配电网，现代智慧配电网对分布式新能源的并网消纳更为高效。

欧洲新能源占比高，碰到问题要比我们早，其早已开始关注如何改变配电网的控制方式，实现控制水平、方法的提升。我国大规模发展新能源，建立现代智慧配电网将是一个非常重要的着力点，通过技术和机制创新，可以把配电网从传统单向供电的电网转变成可以感知电网运行状态、进行主动调节与控制的现代智慧配电网。

在配电网技术上，国家电网、南方电网以及高校等科研单位产-学-研-用协同攻关，初步建立了以“全局互动—区域互济—源网互助”为特征的有源配电网协同控制与优化技术体系，并研制了我国自主知识产权的有源配电网协同控制系统及系列控制装置，突破了复杂不确定性智能配电网优化规划、安全运行以及故障处理的技术瓶颈，为现代智慧配电网的建设打下了较好的技术基础，但是，全面建成现代智慧配电网任重道远，需要砥砺前行，不断探索实践。

徐丙垠：随着新能源发电比例的不断提高，未来新型电力系统中的配电网地位举足轻重，或许将成为主角。在罗马刚刚结束的第27届国际供电会议（CIRED2023）上，据意大利配电公司总经理Antonio Cammisecra介绍，来自8个国家13个配电公司的调查结果表明，目前配电网注入的电量比例为22%，2050年将提升至66%。

随着配电网中分布式电源、储能装置渗透率的不断提高，配电网更容易实现功率就地平衡。未来配电网可随时在大电网停运时，以计划孤岛/微电网的形式给当地负荷供电，对于电力系统抵御自然灾害与战争的破坏、提高配电网韧性具有重要的意义。

马士聪：国内外主要国家都在积极发展新能源，快速建设分布式电源，配电网呈现高比例新能源、高比例电力电子化、电气化负荷快速增长等特征。在新型能源体系和新型电力系统建设需求下，配电网的作用定位和关键特性将发生深刻变化。

从新型电力系统的演化进程可见，未来电力需求将至少翻一番，对电网输送和配置能源电力的作用和能力将有更高的要求，配电网络从被动配送网络向主动平衡区域电力供需、支撑能源综合利用的资源配置平台转变；向上作为参与主网调控和交易的主体，向下作为虚拟电厂、分布式电源和综合能源系统、用电负荷和储能等市场参与主体的交易和调控平台，实现自治、平衡与安全。简而言之，“配电网主网化”趋势越来越明确，将呈现更强的“系统化”特征，配电网将转型为配电系统，交直流混联配电网、微电网、直流配电网等多种形态并存，要求其具备灵活配置与自治平衡能力，成为电力就地配置与供给的核心基础平台。

在“双碳”目标下，配电网升级面临哪些挑战，前景如何？

马士聪：既然配电网主网化，那么主网中存在问题也将出现在配电网中，比如，功角问题、频率问题、电压问题等。我们就不能只关注配电网的供电可靠性和电能质量等问题。对于配电网，未来应该称之为“配电系统”，因为其已经具备了主网的特性——有源、有荷、有网、有储。而且，配电网中利益主体多元，虚拟电厂、负荷聚合商、产消者等等不断涌现，电源类型、负荷类型也日益丰富，参与的主体多种多样，因此，配电系统的运行和管理要远比主网复杂，面临安全性、充裕性、经济性、可靠性以及体制机制等各方面挑战。

徐丙垠：常规的配电自动化系统主要针对中压配电网的监控与故障处理，很少覆盖低压配电网，几乎不涉及负荷侧，难以实现分布式电源管理、虚拟发电厂、需求响应等高级应用功能，也不能为其他系统提供配电网的全景数据。

目前的配电自动化系统是一个主从式集中控制系统，对于解决好终端之间的对等通信与数据安全交换问题、支持分布式自治控制功能尚没有形成强大的能力。现代智慧配电网是配电自动化系统的扩展、升级与提高，具备良好的安全性与开放性，能够更好地支持面向智能配电网与主动配电网的各种应用，是配电自动化系统发展的新阶段。配电网升级会直接带动传感器、电力二次设备以及信息通信（ICT）产业的发展。更重要的是，未来的电力物联网提供一个安全开放的数据交换、运行控制与管理平台，将电力设备、电力运行人员与用户随时随地连接起来，将推动分布式发电、储能、电动车、智能家电、数据分析服务、系统运维服务、电力系统调峰辅助服务、电力交易服务、高效综合能源利用等新设备、新业务、新商业模式的发展，会围绕电力系统形成一个巨大的产业链。

目前不同地区的配电网升级应如何展开？

刘健：对于一些负荷密度很低的偏远地区，建设中压交流配电网满足零星用户的生活用电需求显得非常不经济，因其不仅供电半径很长使电压质量难以保障，线路损耗很高，而且线路总长度很长，往往还需要跨越高山和河流，故障率较高，维护工作量也很大，但是售电回报却很低。

当储能技术进步到一定程度以后，在充分权衡技术经济性的基础上，对于负荷密度很低的偏远地区，电网企业可以探索建设基于储能的低压直流微电网，并采用光伏等分布式电源充电实现就地能量平衡的供电模式，解决超长中压交流配电线路带来的问题。

从商业模式上，电网企业的配电业务可以向协助用户建设基于储能的低压直流微电网，并提供储能元件的充放电管理服务转换。随着储能技术的逐步成熟，基于储能的低压直流微电网与电动汽车一样，必然会受到用户的青睐。

马士聪：东部发达地区的配电网主网化特征将越来越明显。中西部地区目前主要还是在电源端发力，但未来也会步入配电网主网化的阶段，需要提前筹划，早做准备。

新型电力系统下，配电系统有哪些创新技术、政策机制和商业模式？

刘东：在传统配电网中解决配电自动化关键问题，在有源配电网中解决新能源并网带来的能源消纳难题，面向未来解决配电网数字孪生的信息物理融合问题，是我一直关注的三大问题。配电网数字化转型是现代智慧配电网建设的信息支撑，而数字孪生是其中的技术核心，在电力行业全流程都有巨大的应用潜力，数字孪生技术将在配电网设备状态诊断与预测、生产业务调试、配电网发展规划、配电网运行分析与控制等方面有更多应用实践。数字孪生技术将在真实物理空间和虚拟数字空间搭建‘信息—物理—人’交互的系统，创造新型配电网的“元宇宙”。配电网数字孪生技术的重点不在于打造外表的三维展示效果，更重要的是能在虚拟数字空间中实现对未来发展趋势的推演，而要实现配电网不同应用场景下的孪生推演，则要重点攻关配电网和相关设备的信息物理融合建模、多时间尺度仿真与形态演进技术。

刘健：基于储能的低压直流微电网是未来配电网的主要形态。

储能技术的进步会对配电网的形态产生革命性的影响。小规模功率型储能技术的成熟，将对平抑新能源和负荷的间歇性与波动性起到重要作用，能大大提高并网型新能源的消纳能力。而大规模能量型储能技术的成熟，则有可能彻底改变配电网的形态，从传统的中压交流互联型配电网发展成为基于储能的低压直流配电网，并且以分散式新能源补充能量实现自给自足，或采取换电方式补充能量。

徐丙垠：未来配电网是一个更加智能、灵活、主动的有源配电网，其对控制技术提出了更高的要求。现在发布的国际电工标准数据模型，主要覆盖了变电站自动化、配电自动化与分布式电源等部分的应用，还有相当一部分应用没有标准模型。

在网络安全方面，相关技术需满足公用网中终端与用户的访问需求，终端需具备边缘计算功能，能够实现分布式自治控制，终端之间能够进行实时对等通信。

运用大数据与AI技术分析所获取的海量感知数据，可以实现电力系统优化运行、电力设备故障预警与用户行为分析、市场风险控制等高级应用，对提高电力系统的运行安全可靠性与运行效率、改善用户服务质量具有十分重要的意义。

马士聪：新型电力系统是一个各参与主体、各关键要素都能和谐健康生长的生态系统，是一个以电力系统为枢纽平台的多行业和多能源耦合协同的信息物理社会巨系统，是一个以电力系统为平台的新型能源体系。新型电力系统更是一个在现有电力系统基础上新旧技术结合，用新政策法规、新体制机制、新标准规范、新产业基础构建的赋予新理念的系统。新型配电系统的构建需要形态结构因地制宜，有辐射供电网络、交直流混合、集中与分散式供电结合等多种形式；调控体系有集中式调控、分层分区管控模式，形成“可观、可知、可调控、可交易”的平台型主动配电网，为体制机制设计提供空间。

配电网升级有哪些需要坚持的原则，有哪些需要注意的问题？

刘健：大道至简的智慧，对于配电网的研究与实践也具有指导意义。在配电网建设过程中，将问题复杂化是最常见的错误做法，这不仅造成巨额浪费，也给运行和维护带来困难。

由于配电网具有点多面广的特点，不宜刻意追求复杂和时髦，要设法将复杂的问题简单化,因为简单容易可靠、可靠才能实用。在面向工程应用时，如果理论研究过于复杂、理想，也将脱离工程实际，但是完全靠经验也不可靠，需要搭建起“学院派”和“经验派”之间的桥梁，面向工程需要实实在在地简化工程分析方法，使之便于工程师们使用，同时也确保得到的尽管不是“全局最优”，但却也是令人满意的工程实践结果。

提高供电可靠性是配电网升级的关键所在，对配电网故障处理技术和管理措施要有全方位的解决方案。例如，在提升单相接地故障处理的实践中我提出了“摸清家底、补齐短板、筑牢站内三道防线、站内站外协调配合、加强系统测试、提升管理水平”的36字“药方”，看似简单，但在工程实际应用中是完全可行和有效的。用简单办法解决配电网问题，打造简单配电网，应该成为明确的原则。

徐丙垠：现代智慧配电网可以实现所有电力设备、运行管理人员和用户的互联互通，其中的终端与信息处理系统要做到即插即用；软件设计应打破过去一个厂家包办的封闭式做法，将应用软件通过开放式应用程序接口访问底层数据，使其像智能手机一样，支持第三方App接入。

智慧配电网的建设离不开数字化。配电网数字化要采用IEC 61850标准，解决数字设备的即插即用与互联互通问题。业界有种看法，认为IEC 61850太复杂，不适合用于配电网。这主要是基于变电站自动化应用IEC 61850的经验与印象。事实上，应用IEC 61850的复杂程度取决于应用的规模及其所采用的通信影响协议。对于简单的功能，IEC 61850的应用也很简单。而且随着多对多通信协议（MQTT）、点对点通信协议（CoAP）等物联网协议的应用，IEC 61850的通信映射也更加直接、简单。目前，IEC 61850在广东电网配电自动化系统中已有较大范围的应用，效果良好。国内的一些用户侧配电物联网、光储电站系统也有成功应用IEC 61850的案例。