连接能源生产与消费，新型配电网如何构建？

2022年11月10日，以“绿色革命 电网侧用户侧多元融合”为主题的“绿色能源管理”会客厅直播栏目在能见·麒麟学院举行。本场直播由能见科技副总经理曹开虎主持，中国电科院系统所前瞻室主任、中国电机工程学会电力系统专委会秘书长马士聪；施耐德电气电网解决方案资深架构师杨立璠等业内权威专家与企业伙伴围绕“新型电力系统下配电网如何重构”“高质量城市配电网建设”“新型配电网关键产品如何创新”等议题进行了讨论。

参与讨论的嘉宾认为，新能源发电的不确定性、低边际成本特性，使得新能源高占比场景中，电力电量总量充盈与时空不平衡矛盾突出。对此，需要加快配电网数字化、智能化转型，满足电力用户对配电网智能化、高可靠性的需求，同时加快构建促进新能源消纳的电价市场机制，在机制设计时需要考虑新能源与常规电源以及与用户的配合机制，协调市场内多利益主体，实现价值提升和价值创造。

新型电力系统重构配电网

党的二十大报告提出，积极稳妥推进碳达峰碳中和，立足我国能源资源禀赋，坚持先立后破，有计划分步骤实施碳达峰行动，深入推进能源革命，加强煤炭清洁高效利用，加快规划建设新型能源体系，积极参与应对气候变化全球治理。

在马士聪看来，随着新能源占比的提高，电力系统所要应对的扰动也随之增强，且客观存在（体现在电源侧、电网侧、负荷侧），由传统法规、标准和技术构建的电力系统难以在如此扰动下可靠供电。

据国网能源院预测，2060年我国全社会用电量约为15.7万亿千瓦时，电源总装机将达到约 80亿千瓦。其中，非化石能源装机占比和发电量占比均达到约90%，新能源装机规模将超过50 亿千瓦，装机占比超过60%，发电量占比接近60%。由此可见，新能源占比电量供应比例将飞速提升。

在构建以新能源为主体的新型电力系统大背景下，电网的运行和调度需要适应“源网荷储”协同互动的非完全实时平衡模式。

配电网是电网的重要组成，且直面终端用户，是服务民生的重要公共基础设施，也是保证供电质量、提高电网运行效率、创新用户服务的关键环节。

新型电力系统下，配电网将面临更多挑战。首先，配网结构及运行工况的日趋复杂将为用电可靠性带来严峻考验。

其次，在新型电力系统的发展进程中，电气设备、发电机节点、负荷节点数量均成倍增长，进而对随之而来的数据计算和储存提出更大需求。与此同时，配电网的复杂性为应对数据辨识处理也带来新的难题。

从新能源大规模发展角度，负荷侧的峰谷差正被不断拉大，当前国内的电力系统灵活性调节能力亟待提升。

从电网演进趋势看，中东部新能源主要依靠分布式开发接入配电网。截止2021年底，我国分布式风电装机约1千万千瓦，分布式光伏装机约1.1亿千瓦。据预测，2030年分布式新能源发电将超过3亿千瓦，配电网呈现更强的“系统化”特征，交直流混联配电网、微网、直流配网等多种形态并存，要求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。 

目前，配电网呈现出高渗透可再生能源、高比例电力电子设备、高增长电力负荷需求等特征，“双碳”目标下，未来配电网的关键特性将发生深刻变化。

产品创新助力高质量城市配电网建设

在配电网建设中，城市配电网是发展的重点。

杨立璠指出，从现状来说，城市配电网的挑战更加严峻，不仅要持续提升供电保障能力，而且要加快提高接入高比例清洁能源与电力电子装置的能力。

“整个城市配电网的应用非常复杂，亟需解决配电网运营管理效率低、故障难定位、研判恢复效率低、部分城市配电网抵御自然灾害设防水平偏低等系列难题。而数字化技术正是打通价值链与实物链、重塑城市配电网的关键利器。”杨立璠表示。

“人工智能、数字孪生、交直流混合电网，将是重塑配电网的三把‘利器’。人工智能技术，可以在规划设计、保护控制、运行管理等不同层面发挥重要作用，比如新能源出力预测和负荷预测、接地故障识别、断路器健康预测、非侵入负荷识别与分解等不同场景；数字孪生技术，通过建模和数据映射，显著提升电网数据的可视性、互动性、智能性；交直流混合电网技术，则可更加有效地提升分布式能源接入的能力和效率。”杨立璠说。

此外，“虚拟电厂”系统通过先进通信技术和控制架构，可实现地理位置分散的各种能源设备的聚合和协调优化。 

马士聪认为，对应城市配电网，发展“虚拟电厂”十分必要。“第一，可以通过聚合用户侧可控负荷，提高电网可调控容量占比，提升新能源并网承受能力；第二，将分布式新能源聚合成一个实体，通过协调控制、智能计量和源荷预测，解决分布式新能源接入成本高和无序并网的问题，提高分布式新能源的接纳能力；第三，通过聚集分布式电源、储能设备和可控负荷，实现冷、热、电整体能源供应效益最大化。由于新能源高比例的接入，配电网配电系统未来承担的作用会越来越大。”