論壇｜把握未來配電網(wǎng)高效運(yùn)行的關(guān)鍵
來源：中國電力報 時間：2024-02-28 14:40
侯慶峰 武賡
核心提要
●配電網(wǎng)與大電網(wǎng)需要更加緊密互聯(lián)，但此“互聯(lián)”并不一定是電氣聯(lián)系更緊密，而是強(qiáng)化運(yùn)行信息和價值信號的互動互通，這樣才能夠真正發(fā)揮配電網(wǎng)在支撐分布式可再生能源消納和系統(tǒng)運(yùn)行中的作用。
●未來新型電力系統(tǒng)背景下配電網(wǎng)發(fā)展模式將呈現(xiàn)潮流雙向化、網(wǎng)架分層分區(qū)化、分散資源可測可控化的特點(diǎn)。
●對于分布式發(fā)電、儲能、電動汽車、需求響應(yīng)資源等分散式資源進(jìn)行調(diào)度控制是實(shí)現(xiàn)未來配電網(wǎng)高效運(yùn)行的關(guān)鍵。
實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，推動可再生能源實(shí)現(xiàn)安全可靠替代，是未來一段時期內(nèi)我國電力行業(yè)發(fā)展的主要目標(biāo)。我國可再生能源的資源稟賦和能源分布格局，決定了我國需要堅(jiān)持可再生能源集中式和分布式開發(fā)并舉的發(fā)展路徑。電力系統(tǒng)的發(fā)展形態(tài)需要與能源結(jié)構(gòu)調(diào)整方式相適應(yīng)，未來新型電力系統(tǒng)建設(shè)也需要能夠適應(yīng)集中式和分布式可再生能源發(fā)展需求。配電網(wǎng)將成為支撐分布式可再生能源發(fā)展的重要物理平臺，將在新型電力系統(tǒng)建設(shè)中發(fā)揮舉足輕重的作用。
配電網(wǎng)與大電網(wǎng)的互聯(lián)關(guān)系
電網(wǎng)互聯(lián)仍是當(dāng)前階段解決可再生能源發(fā)展和利用問題的關(guān)鍵路徑。從國外能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和電網(wǎng)發(fā)展方式來看，在輸電網(wǎng)層面進(jìn)行更緊密的電網(wǎng)互聯(lián)是各國解決可再生能源消納的重要技術(shù)路徑。歐洲、美國均通過這樣的方式進(jìn)一步降低了系統(tǒng)運(yùn)行成本，提升了可再生能源的消納利用比例。歐洲輸電系統(tǒng)運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)（ENTSO-E）在2021年制定的10年電網(wǎng)規(guī)劃中，明確提出更緊密、更大范圍的電網(wǎng)互聯(lián)和建設(shè)歐洲統(tǒng)一電力市場是實(shí)現(xiàn)歐洲可再生能源發(fā)展和減碳目標(biāo)的重要手段。圍繞美國加州電力市場建立的西部不平衡市場，也說明了可再生能源經(jīng)濟(jì)消納需要依托于更大的物理電網(wǎng)平臺。在長時儲能沒有取得重大突破的前提下，特高壓多端柔性直流等具有安全可靠、控制靈活優(yōu)勢的先進(jìn)輸電技術(shù)，是我國實(shí)現(xiàn)高比例可再生能源遠(yuǎn)距離送電的重要技術(shù)手段。
配電網(wǎng)與大電網(wǎng)同樣需要更加緊密互聯(lián)，但此“互聯(lián)”并不一定是電氣聯(lián)系更緊密，而是強(qiáng)化運(yùn)行信息和價值信號的互動互通。隨著分布式可再生能源的快速發(fā)展，配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)將發(fā)生根本性的變化，“智能化”和“產(chǎn)消者”將成為未來配電網(wǎng)最主要的特征。配電網(wǎng)將逐步成為具有電力電量支撐能力的自治平衡單元，配電網(wǎng)與大電網(wǎng)之間的支撐關(guān)系也將發(fā)生變化，互聯(lián)可能并不體現(xiàn)在輸變電容量的增加上，而是體現(xiàn)在支撐交互能力上。一方面，自治性的配電網(wǎng)同樣需要更大的物理平臺消納利用本地的可再生能源，并在自身可再生能源出力不足時，通過與大電網(wǎng)互聯(lián)獲得電力供應(yīng)保障能力。另一方面，大系統(tǒng)也需要自治性的地方電網(wǎng)或者配電網(wǎng)給予一定的支撐，包括頻率、電壓、轉(zhuǎn)動慣量等。在局部電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，配電網(wǎng)能夠及時隔離故障，避免故障范圍擴(kuò)大。因此，配電網(wǎng)運(yùn)營商對于配電網(wǎng)內(nèi)部資源的調(diào)度控制、信息監(jiān)測的加強(qiáng)，以及配電網(wǎng)和大電網(wǎng)互補(bǔ)支撐方式的變化，都需要配電網(wǎng)和大電網(wǎng)建立更加高效的數(shù)據(jù)和控制信息傳遞方式。只有大電網(wǎng)和配電網(wǎng)之間實(shí)現(xiàn)更精細(xì)化、更加及時的信息交互，才能真正發(fā)揮配電網(wǎng)在支撐分布式可再生能源消納和系統(tǒng)運(yùn)行中的作用。
未來配電網(wǎng)發(fā)展模式呈現(xiàn)新特點(diǎn)
大量分布式電源接入將使得中低壓配電網(wǎng)形態(tài)和結(jié)構(gòu)發(fā)生根本性變革。未來配電網(wǎng)發(fā)展的主要目標(biāo)方向是最大程度地接納分布式可再生能源，對包括分布式可再生能源、用戶側(cè)儲能、電動汽車等在內(nèi)的分散式資源進(jìn)行有效管理，支撐本地電力供應(yīng)保障和大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。電源型資源的大規(guī)模接入將會使配電網(wǎng)逐步呈現(xiàn)有源化特征。未來新型電力系統(tǒng)背景下配電網(wǎng)發(fā)展模式將呈現(xiàn)以下主要特點(diǎn)。
潮流雙向化。以分布式電源為主的“電源型”資源大量接入，使得中低壓配電網(wǎng)成為分布式可再生能源消納的主要物理平臺。在第27屆國際供電會議（CIRED2023）上，一份來自8個國家、13個配電公司的調(diào)查結(jié)果表明，目前配電網(wǎng)注入的電量比例為22%，2050年將提升至66%。在我國，山東、河北等多個地區(qū)局部電網(wǎng)分布式光伏發(fā)電裝機(jī)占本地負(fù)荷的比重超過100%。潮流雙向化意味著傳統(tǒng)配電網(wǎng)的功能發(fā)生了根本性改變，帶有輸電網(wǎng)性質(zhì)的資源配置作用更加凸顯。但是超高比例分布式電源接入使得低壓配電網(wǎng)及聯(lián)絡(luò)輸電網(wǎng)和低壓系統(tǒng)的中壓系統(tǒng)，調(diào)度運(yùn)行管理更加復(fù)雜。分布式可再生能源出力波動，可能引起變壓器過載、過電壓或者電壓暫降等問題，大量逆變器等電力電子設(shè)備在低壓系統(tǒng)中的接入，產(chǎn)生的諧波會呈現(xiàn)高密度、分散化、全網(wǎng)化趨勢，影響低壓系統(tǒng)供電臺區(qū)的供電質(zhì)量。因此，隨著低壓配電網(wǎng)的有源化，中低壓配電網(wǎng)內(nèi)部的系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測、估計(jì)和運(yùn)行狀態(tài)控制將不可或缺。配電網(wǎng)運(yùn)營需要配電網(wǎng)內(nèi)部不斷提升功率和電壓在線監(jiān)測水平，配置自動電壓控制設(shè)備，通過內(nèi)部能量優(yōu)化和控制策略，實(shí)現(xiàn)分布式電源有功功率預(yù)測、控制和電壓調(diào)節(jié)。配置有源或無源濾波裝置，對中低壓配電網(wǎng)層面的諧波進(jìn)行監(jiān)測和控制，可以有效保證電能質(zhì)量。
網(wǎng)架分層分區(qū)化。低壓配電網(wǎng)將形成更加清晰、分層分區(qū)的互聯(lián)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，需要更加規(guī)范的規(guī)劃體系，包括供電臺區(qū)間互聯(lián)及通過換相開關(guān)實(shí)現(xiàn)的相線間聯(lián)絡(luò)，滿足低壓配電網(wǎng)自愈性要求；調(diào)節(jié)臺區(qū)間或者相間負(fù)荷不平衡程度，保證低壓系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。與現(xiàn)有中低壓配電網(wǎng)規(guī)劃模式不同，對于中低壓配電網(wǎng)分層分區(qū)判斷將成為中低壓配電網(wǎng)規(guī)劃的關(guān)鍵。在規(guī)劃層面，需要根據(jù)不同區(qū)域的分布式能源資源，合理確定配電網(wǎng)分層分區(qū)結(jié)構(gòu)，以最小化功率缺額等作為規(guī)劃分層分區(qū)的主要依據(jù)。在運(yùn)行層面，從系統(tǒng)角度來看，逐步形成“主配協(xié)同—配間協(xié)調(diào)—局部自律”的運(yùn)行格局，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)與大電網(wǎng)間的協(xié)同運(yùn)行、配電網(wǎng)與配電網(wǎng)間互補(bǔ)協(xié)調(diào)運(yùn)行、配電網(wǎng)內(nèi)部自治平衡運(yùn)行。配電網(wǎng)單位對外參與系統(tǒng)整體調(diào)度，一方面接受集中層上級調(diào)度指令調(diào)節(jié)有功/無功功率，增強(qiáng)電網(wǎng)靈活性，另一方面控制逆變器模擬同步機(jī)提供慣量支撐，改善系統(tǒng)穩(wěn)定性；對內(nèi)協(xié)調(diào)分部層單元個體控制，采用一致性算法優(yōu)化有功功率互濟(jì)分配，設(shè)計(jì)自適應(yīng)策略實(shí)現(xiàn)各分部層電網(wǎng)的并網(wǎng)電壓控制。
分散資源可測可控化。對于分布式發(fā)電、儲能、電動汽車、需求響應(yīng)資源等分散式資源進(jìn)行調(diào)度控制是實(shí)現(xiàn)未來配電網(wǎng)高效運(yùn)行的關(guān)鍵。大數(shù)據(jù)、信息技術(shù)及人工智能技術(shù)在中低壓配電網(wǎng)層面的應(yīng)用，能夠做到及時掌握電網(wǎng)狀態(tài)，盡早發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，保證高比例分布式可再生能源運(yùn)行的安全性。一方面，建設(shè)完善由海量小微傳感器構(gòu)成的智能化感知體系，實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)電氣量和其他相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集。由于低壓系統(tǒng)規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他電壓等級電網(wǎng)，其底層感知技術(shù)應(yīng)具備泛在部署條件，滿足低成本、高可靠、低運(yùn)維需求等特點(diǎn)。另一方面，需要依托大數(shù)據(jù)技術(shù)對分散式資源的能量管理進(jìn)行輔助決策。傳統(tǒng)調(diào)控方法基于物理模型，建模及實(shí)踐均需詳細(xì)的系統(tǒng)參數(shù)，對于大體量的分散資源實(shí)施具有較大難度，需要通過強(qiáng)化學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)，在不確定性環(huán)境中做出順序決策以最大化累積獎勵的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，其以歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過反饋學(xué)習(xí)找到最優(yōu)策略，最終應(yīng)用到在線場景中。
?。ê顟c峰單位為中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司北京分公司、武賡單位為電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院）
責(zé)任編輯：閆弘旭
