主動配電網(wǎng)當前面臨的挑戰(zhàn)及發(fā)展建議

引 言

2006年，國際大電網(wǎng)會議配電及分布式發(fā)電委員會成立了C6.11工作組，該工作組在 2008年首次提出了主動配電網(wǎng)的概念。主動配電網(wǎng)（ADN）的基本含義為：可將發(fā)電機、分布式能源、負荷、儲能裝置等進行主動控制；配電網(wǎng)運行人員可以根據(jù)電網(wǎng)靈活的網(wǎng)絡結構，對網(wǎng)絡進行重構改變潮流的分布；分布資源可以根據(jù)需要向系統(tǒng)提供輔助服務支持 [1]。面對資源緊缺的現(xiàn)狀，主動配電網(wǎng)一經(jīng)提出，就得到了國內(nèi)外學者甚至政府的高度重視。截止到 2013年，包括德國、美國、英國等 11個國家先后開展了 24個創(chuàng)新性的ADN項目[2]，我國也密切關注ADN技術的發(fā)展，并先后于 2012、2014年設立了兩個 863項目，在佛山、貴州、廈門等地建立了示范工程。文中分別從主動配電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)的主要差別、當前所面臨的挑戰(zhàn)以及一些合理的解決方案三個方面進行闡述。

1 與傳統(tǒng)配電網(wǎng)的主要差別

主動配電網(wǎng)接入了大量的分布式能源，其運行方式靈活多樣，相對于傳統(tǒng)配電網(wǎng)有很大差別。

1.1 負荷不確定性

傳統(tǒng)電網(wǎng)(TDN) 依賴不斷擴大的電網(wǎng)容量，利用較大的電網(wǎng)容余度來應對負荷的不確定性，即單一通過供電側解決負荷的增加問題，整個中低壓配電網(wǎng)可視為電力系統(tǒng)的 被動負荷。隨著分布式能源的不斷接入，配電網(wǎng)中電源不再單一， 大量分布式電源可參與電網(wǎng)調節(jié)。ADN 主要采用主動管理技術，通過主動電壓調整、主動潮流管理及需求側管理等方式， 有效減少負荷波動及負荷增加對電網(wǎng)結構及容量的影響。

1.2 保護策略

在 TDN 中電流為單向流動，而在ADN 中含有大量分布式電源，電流有可能會雙向流動，導致 TDN 中的保護方案在ADN 中不適用。配網(wǎng)保護在ADN 中面臨很多新的問題，如自動開關之間的配合，開關與熔斷器之間的協(xié)調及部分區(qū)域有可能會發(fā)生孤島運行等。文獻 [3] 通過收集所在線路的實時數(shù)據(jù)， 利用后臺處理判斷線路故障并控制保護動作。

1.3 需求側管理

ADN 中具有大量的分布式電源、分布式儲能及可控負荷。

(1) 分布式電源主要包括風能、太陽能等可再生能源 ；

(2) 分布式儲能一般包括鉛酸電池、飛輪儲能等；

(3) 可控負荷一般包括電動汽車、空調等。

由于在ADN 中可調資源較為豐富，其容量相對于配電網(wǎng)占比已相當可觀，因此可以利用主動控制在保證電網(wǎng)安全的前提下，盡可能增加新能源的消納，提高電網(wǎng)的運行效率。

1.4 資產(chǎn)管理

配電網(wǎng)處于電網(wǎng)末端，擁有龐大的資產(chǎn)設備，TDN 中對于資產(chǎn)的管理主要以安全、技術為指導。隨著智能電網(wǎng)建設的不斷完善、環(huán)境污染壓力的不斷增加以及電力市場的逐漸完善，各電力公司之間的競爭會越來越激烈，因此促使各大電力公司開始注重資產(chǎn)管理，其資產(chǎn)管理的理念已從比較單一的以電網(wǎng)安全、技術為主，轉變?yōu)榫C合考慮安全、技術、經(jīng)濟、環(huán)境等因素的綜合管理。對于ADN 的資產(chǎn)管理要求建立比較完善的資產(chǎn)全壽命周期管理體系，提高資產(chǎn)利用的效率和質量。

2 面臨的挑戰(zhàn)

主動配電網(wǎng)作為一種新興的配電網(wǎng)架構，可以較好地消納可再生能源，提高電網(wǎng)的運行效率，但在實際項目推進過程中遇到了眾多挑戰(zhàn)。

2.1 配電網(wǎng)網(wǎng)架基礎薄弱

目前我國配電網(wǎng)網(wǎng)架結構比較薄弱，截止到 2014 年，在國網(wǎng)公司轄區(qū)內(nèi)配電自動化總體的覆蓋率為 20%[3]，僅僅是在個別一線城市配電網(wǎng)可以做到可觀可控，因此建設ADN 需要投入較大的資金去完善配網(wǎng)自動化設備。另外我國配電網(wǎng)電壓序列一般為110/35/10/0.4 kV，相對于國外 400/225/20/0.4 kV（巴黎），在電纜運行溫度、安裝空間及電纜使用壽命等多方面均處于劣勢。再次從配電網(wǎng)結構來說，當前北京配電網(wǎng)的結構僅相當于國際一流城市 80 年代的水平，因此我國配電網(wǎng)網(wǎng)架結構仍需做進一步研究。

2.2 電力市場未開放

我國的上網(wǎng)電價仍然實行政府定價方式，基本上所有的發(fā)電上網(wǎng)電價都采用單一電量電價方式，但不同的發(fā)電方式其上網(wǎng)電價水平存在差異，其中水電最低，其次是煤電、核電、氣電、生物質發(fā)電，風電和太陽能光伏等上網(wǎng)電價則相對較高。由于政府主導電價，其價格幾乎不變，因此 ADN 中各響應資源由于獲得的收益較小，無法參與電網(wǎng)調節(jié)。我國現(xiàn)階段也在積極推進電力改革，電力市場的建設也在穩(wěn)步推進，只有建立完善的電力市場，主動配電網(wǎng)才能得到較大發(fā)展。

2.3 利益主體目標不一致

主動配電網(wǎng)主要牽連到多方利益，如電力企業(yè)、用電服務商、分布式能源投資商、配電網(wǎng)居民用戶及社會利益（主要是環(huán)境利益）等。

(1) 電力企業(yè)需要在保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行的前提下， 提高系統(tǒng)運行效率并獲得收益；

(2) 用電服務商則通過各種技術手段為用戶或者電力公司提供各種經(jīng)濟運行的方案，用戶或者電力公司給予一定的經(jīng)濟回報；

(3) 分布式能源投資商則盡可能提高儲能裝置的利用率或者分布式發(fā)電的上網(wǎng)率；

(4) 居民用戶通過參與用電服務商提供的需求側響應方案進行電網(wǎng)調節(jié)，并獲得一定的電價補償或直接的經(jīng)濟收益 ；

(5) 社會利益是指電力系統(tǒng)要盡可能多的接納可再生能源，減少污染物的排放。

由于每個參與的主體所考慮的出發(fā)點不同，因此在實際運行過程中，會造成難以協(xié)調各方利益，導致項目難以推進的局面。

3 發(fā)展建議

為了達到開放互動、安全可靠、清潔環(huán)保、高效經(jīng)濟的智能電網(wǎng)目標，立足我國電力發(fā)展實際，提出了一些建議。

3.1 加快推進電力市場建設

完善的電力市場是大力發(fā)展主動配電網(wǎng)的前提，只有通過動態(tài)電價才能最大限度的發(fā)揮主動配電網(wǎng)主動控制、主動調節(jié)的特點。電網(wǎng)的建設容量以往取決于電網(wǎng)峰值負荷，每年電網(wǎng)的峰值負荷出現(xiàn)的時段往往較短，因此會造成全年設備負荷率較低的問題，通過主動配電網(wǎng)可以有效減小電網(wǎng)的峰值負荷與峰谷差，提高電網(wǎng)的運行效率。

3.2 加強需求側管理

智能電網(wǎng)最鮮明的特點是 源- 網(wǎng)- 荷- 儲 之間信息的雙向交互，其中 荷- 儲 為需求管理的范疇。分布式電源、分布式儲能及用戶可控負荷容量的增加，特別是電動汽車的興起，使得用戶可控負荷的容量迅速提高。2013 年美國全年的需求響應資源滿足了 7.2% 的峰值負荷，約為 7 200 MW[4]。

3.3 加強資產(chǎn)管理

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展的速度放緩，電力需求增長也隨之變慢，電力企業(yè)要提升盈利能力，實現(xiàn)企業(yè)社會責任的關鍵是資產(chǎn)管理技術。如對設備的健康狀況跟蹤，提前預防故障，或是進行有針對性的保養(yǎng)以提高其使用年限。另外也可以采用先進的技術來降低配電網(wǎng)的線損率。

4 結 語

本文首先介紹了主動配電網(wǎng)與傳統(tǒng)配電網(wǎng)的主要區(qū)別，其主要是從應對負荷的不確定性、保護策略、需求管理、資產(chǎn)管理四方面進行闡述。其次，結合我國實際分別從網(wǎng)架結構、電力市場、參與主體三個角度，討論了當前主動配電網(wǎng)建設所面臨的挑戰(zhàn)。最后給出應加快推進電力市場建設、加強需求管理建設、加強資產(chǎn)管理三條建議。每一次技術的變革都會遇到眾多挑戰(zhàn)，相信隨著技術的進步，電力系統(tǒng)會變得更加安全、穩(wěn)定、清潔、高效。