能源互聯(lián)網(wǎng)視角下的未來配電網(wǎng)發(fā)展

能源互聯(lián)網(wǎng)視角下的未來配電網(wǎng)發(fā)展摘要：當前，我國經(jīng)濟進入新的發(fā)展時期，國家電網(wǎng)公司提出建設(shè)具有中國特色國際領(lǐng)先能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略目標。為適應(yīng)能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，傳統(tǒng)意義上傳輸電力的配電網(wǎng)將發(fā)展為具有承擔電、氣、冷、熱等多能量相互轉(zhuǎn)化、替代與利用功能的新型配電網(wǎng)絡(luò)。通過分析能源互聯(lián)網(wǎng)的特征、發(fā)展現(xiàn)狀及其對未來配電網(wǎng)發(fā)展形態(tài)的影響，結(jié)合配電網(wǎng)發(fā)展各個時期特征及電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀，對面向能源互聯(lián)網(wǎng)的未來配電系統(tǒng)發(fā)展形態(tài)、驅(qū)動因素和演化路徑進行了展望。將配電網(wǎng)的發(fā)展劃分為4個階段，提出了未來配電網(wǎng)的發(fā)展目標、發(fā)展路徑和重點任務(wù)。在此基礎(chǔ)上，為了能夠綜合評估配電網(wǎng)的發(fā)展階段和水平，統(tǒng)一協(xié)調(diào)整合可調(diào)動的能源資源，提出了面向能源互聯(lián)網(wǎng)的未來配電系統(tǒng)綜合評估體系和方法，使得能源供應(yīng)能夠更廣泛地滿足市場的消費需求。關(guān)鍵詞：能源互聯(lián)網(wǎng)；未來配電網(wǎng)；發(fā)展形態(tài)；演化路徑引言隨著人們對能源供給、綠色環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展等問題的日益重視，在尋找傳統(tǒng)化石能源的替代品時，可再生能源成為當前世界有效解決能源供給和環(huán)境惡化之間矛盾的較好選擇，尤其以風電、光伏為代表的可再生能源（新能源）產(chǎn)業(yè)得到迅猛發(fā)展。但該類可再生能源因受天氣影響存在間歇性輸出的局限，其接入對傳統(tǒng)電網(wǎng)的穩(wěn)定運行及負荷調(diào)度帶來巨大的挑戰(zhàn)，也給更大規(guī)模利用該類清潔能源帶來較大限制。如何將可再生能源電力在電網(wǎng)中的比重提升到更高等級以使電網(wǎng)接納更多的清潔能源成為行業(yè)的難題，隨著能源互聯(lián)網(wǎng)概念的誕生，看到有效解決該類問題的新途徑。1面向能源互聯(lián)網(wǎng)的主動配電網(wǎng)設(shè)計原則面向能源互聯(lián)網(wǎng)的主動配電網(wǎng)技術(shù)要遵循兩大原則，即分布式能源消納原則和間歇式能源消納原則。所謂分布式能源消納原則指的是提升主動配電網(wǎng)的滲透率，建立點消納、線消納和面消納模式，完善用電管理，加強運行控制，并落實能量優(yōu)化功能工作。其中的點消納需要用配電變壓器來構(gòu)成"點〃單元，然后在單個點單元消納中配送間歇式能源，從而形成完整的點消納模式。建立線消納模式則需要用配電變電站中的饋線來構(gòu)成"線〃單元，間歇式能源可以在單個饋線單元和多個饋線單元里進行消納，而且不會把間歇式能源發(fā)電功率倒送到變電站的層面，此時線消納模式已構(gòu)成。間歇式能源消納原則主要是指增加間歇式能源的并網(wǎng)能量，控制電網(wǎng)投資成本，降低間歇式能源消納對高電壓系統(tǒng)的負面影響，并通過運用點消納模式。2面向能源互聯(lián)網(wǎng)的未來配電網(wǎng)演化路徑2.1配電網(wǎng)發(fā)展路徑世界上第一個商用電網(wǎng)是由安迪生于1882年建立的，此階段由于電壓等級較低，發(fā)電容量受限，決定了電能只能在較短的距離內(nèi)傳輸。配電網(wǎng)在起步階段也受到發(fā)電條件的限制，因此火電廠也只能建設(shè)在用電負荷的短距離范圍內(nèi)，配電網(wǎng)的組建依靠小型發(fā)電廠和負荷端連接起來。配電網(wǎng)以交流輸電為主導(dǎo)，經(jīng)過半個世紀的發(fā)展，達到輸電電壓220kV等級、單機發(fā)電容量200MW等級的初級階段。2.2智能配電網(wǎng)規(guī)劃流程和規(guī)劃方法配電網(wǎng)規(guī)劃是典型的復(fù)雜系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃問題，屬于非線性規(guī)劃問題。配電網(wǎng)規(guī)劃將統(tǒng)一的規(guī)劃問題解耦為兩個子問題：變電站選址定容和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。變電站選址定容階段，通過將變電站和負荷的網(wǎng)架抽象為聯(lián)系兩者之間的直線，減小了負荷距離，體現(xiàn)了降低網(wǎng)損的規(guī)劃目標；網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃階段，將變電站選址定容子問題的規(guī)劃結(jié)果作為已知量，按照已知條件進行網(wǎng)架的規(guī)劃。通過兩者之間的不斷迭代，反復(fù)求解，得出最優(yōu)的規(guī)劃結(jié)果。通過減少兩個子問題之間的聯(lián)系來降低整個規(guī)劃問題的復(fù)雜度。能源互聯(lián)網(wǎng)下的配電網(wǎng)規(guī)劃也面臨同樣的難題，甚至因為分布式電源、柔性負荷（含電動汽車和儲能）等，使配電網(wǎng)規(guī)劃問題更加困難，所以也同樣需要解耦。解耦的基本原則為：將規(guī)劃全過程分解為電力電量平衡規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。與單一能源規(guī)劃相比，能源互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)劃不僅為一個多目標優(yōu)化問題，還面臨著更多的復(fù)雜性和不確定性，包括更多的優(yōu)化對象，如在CCHP系統(tǒng)中，熱電比例、蒸汽壓力、冷熱水溫度、管網(wǎng)的直徑和長度等都是待確定的變量；各能源耦合和轉(zhuǎn)換帶來復(fù)雜的約束關(guān)系；能源輸入和輸出中存在多重不確定性和相關(guān)性，比如能源輸入中風能、太陽能等能源的不確定性和能源服務(wù)中各種用能需求的不確定性，同時輸入輸出之間還可能存在時間或空間上的某種相關(guān)性，如氣象變化將同時對風電、光伏發(fā)電和用戶的冷熱需求造成影響；各能源的服務(wù)半徑和動態(tài)特性的差異使優(yōu)化模型在時間和空間尺度的選擇上難以把握。2.3主動配電網(wǎng)綜合規(guī)劃技術(shù)配電網(wǎng)計劃的目的不只是滿足電力需求，更是在滿足相關(guān)要求的同時找到低成本的安全運行方式，找到相對最佳的電力網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方式。傳統(tǒng)的配電網(wǎng)計劃相對保守，沒有對配電系統(tǒng)的大規(guī)模分布式發(fā)電訪問的影響進行考量，也沒有考量配電網(wǎng)的主動管理和柔性控制的特性。與以往的配電網(wǎng)計劃有所差異的是，主動配電網(wǎng)計劃是基于概率的負荷預(yù)測和差別化設(shè)計，在考慮斷續(xù)性的可再生能源發(fā)電和其最佳分配、負荷需求提升等多方面因素的基礎(chǔ)上來進行規(guī)劃和設(shè)計，從而保證電力網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定的運行。3案例分析為驗證所提出的綜合評估體系和評估方法的有效性和可行性，以某主動配電網(wǎng)示范工程為例進行綜合評估分析。該示范工程為某城市能源互聯(lián)網(wǎng)綜合試點示范配套項目，通過試點工程建設(shè)，實現(xiàn)配電網(wǎng)所在地區(qū)的“6個主動〃，即電網(wǎng)公司側(cè)的主動規(guī)劃、主動管理、主動控制、主動服務(wù)以及用戶側(cè)的主動響應(yīng)和分布式新能源發(fā)電側(cè)的主動參與。該主動配電網(wǎng)的綜合評分為0.756,隸屬于“發(fā)展期〃，進一步分析各一級指標評估結(jié)果：“安全可靠〃評分為0.8，主要是冷熱電互聯(lián)程度和儲能裝置指標得分較低；“優(yōu)質(zhì)高效〃評分為0.9,在該項上示范工程各項指標得分都較為出色；“綠色低碳〃評分為0.8，由于出現(xiàn)棄光情況及消費終端電能替代工作處于發(fā)展階段，在清潔能源消納率和電能占終端能源比指標上得分稍低；“智能互動〃評分為0.5,能源綜合管理平臺和需求響應(yīng)系統(tǒng)尚處于建設(shè)當中，互動負荷即源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)方面還有待提升。可見評估分值與示范工程的發(fā)展建設(shè)情況相吻合。結(jié)語能源互聯(lián)網(wǎng)涉及的學(xué)科領(lǐng)域非常廣泛，如材料、控制、通信、管理、信息等方面，各學(xué)科和領(lǐng)域之間不斷交叉融合，各種新技術(shù)和新應(yīng)用不斷出現(xiàn)，隨之帶來各種新的問題和挑戰(zhàn)，對其相關(guān)產(chǎn)品及系統(tǒng)的檢測與評價技術(shù)的要求也日益提高，檢測認證行業(yè)面臨前所未有的挑戰(zhàn)。本文基于能源互聯(lián)網(wǎng)典型應(yīng)用及關(guān)鍵產(chǎn)品，在關(guān)鍵系統(tǒng)評價、產(chǎn)品檢測與共性測試技術(shù)等方面進行了研究和闡述，并系統(tǒng)地介紹了STIEE在檢測評價技術(shù)的相關(guān)研究和實踐情況，寄希望給檢測認證行業(yè)和產(chǎn)業(yè)提供參考。參考文獻趙海，蔡巍，王進法，等.能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計與拓撲模型[J].電工技術(shù)學(xué)報，2015,30(11):30-36.徐瑋，于海平.淺談面向能源互聯(lián)網(wǎng)的主動配電網(wǎng)技術(shù)[J].自動化應(yīng)用，2019:118-119.高