主动配电网当前面临的挑战及发展建议

引 言

2006年，国际大电网会议配电及分布式发电委员会成立了C6.11工作组，该工作组在 2008年首次提出了主动配电网的概念。主动配电网（ADN）的基本含义为：可将发电机、分布式能源、负荷、储能装置等进行主动控制；配电网运行人员可以根据电网灵活的网络结构，对网络进行重构改变潮流的分布；分布资源可以根据需要向系统提供辅助服务支持 [1]。面对资源紧缺的现状，主动配电网一经提出，就得到了国内外学者甚至政府的高度重视。截止到 2013年，包括德国、美国、英国等 11个国家先后开展了 24个创新性的ADN项目[2]，我国也密切关注ADN技术的发展，并先后于 2012、2014年设立了两个 863项目，在佛山、贵州、厦门等地建立了示范工程。文中分别从主动配电网与传统电网的主要差别、当前所面临的挑战以及一些合理的解决方案三个方面进行阐述。

1 与传统配电网的主要差别

主动配电网接入了大量的分布式能源，其运行方式灵活多样，相对于传统配电网有很大差别。

1.1 负荷不确定性

传统电网(TDN) 依赖不断扩大的电网容量，利用较大的电网容余度来应对负荷的不确定性，即单一通过供电侧解决负荷的增加问题，整个中低压配电网可视为电力系统的 被动负荷。随着分布式能源的不断接入，配电网中电源不再单一， 大量分布式电源可参与电网调节。ADN 主要采用主动管理技术，通过主动电压调整、主动潮流管理及需求侧管理等方式， 有效减少负荷波动及负荷增加对电网结构及容量的影响。

1.2 保护策略

在 TDN 中电流为单向流动，而在ADN 中含有大量分布式电源，电流有可能会双向流动，导致 TDN 中的保护方案在ADN 中不适用。配网保护在ADN 中面临很多新的问题，如自动开关之间的配合，开关与熔断器之间的协调及部分区域有可能会发生孤岛运行等。文献 [3] 通过收集所在线路的实时数据， 利用后台处理判断线路故障并控制保护动作。

1.3 需求侧管理

ADN 中具有大量的分布式电源、分布式储能及可控负荷。

(1) 分布式电源主要包括风能、太阳能等可再生能源 ；

(2) 分布式储能一般包括铅酸电池、飞轮储能等；

(3) 可控负荷一般包括电动汽车、空调等。

由于在ADN 中可调资源较为丰富，其容量相对于配电网占比已相当可观，因此可以利用主动控制在保证电网安全的前提下，尽可能增加新能源的消纳，提高电网的运行效率。

1.4 资产管理

配电网处于电网末端，拥有庞大的资产设备，TDN 中对于资产的管理主要以安全、技术为指导。随着智能电网建设的不断完善、环境污染压力的不断增加以及电力市场的逐渐完善，各电力公司之间的竞争会越来越激烈，因此促使各大电力公司开始注重资产管理，其资产管理的理念已从比较单一的以电网安全、技术为主，转变为综合考虑安全、技术、经济、环境等因素的综合管理。对于ADN 的资产管理要求建立比较完善的资产全寿命周期管理体系，提高资产利用的效率和质量。

2 面临的挑战

主动配电网作为一种新兴的配电网架构，可以较好地消纳可再生能源，提高电网的运行效率，但在实际项目推进过程中遇到了众多挑战。

2.1 配电网网架基础薄弱

目前我国配电网网架结构比较薄弱，截止到 2014 年，在国网公司辖区内配电自动化总体的覆盖率为 20%[3]，仅仅是在个别一线城市配电网可以做到可观可控，因此建设ADN 需要投入较大的资金去完善配网自动化设备。另外我国配电网电压序列一般为110/35/10/0.4 kV，相对于国外 400/225/20/0.4 kV（巴黎），在电缆运行温度、安装空间及电缆使用寿命等多方面均处于劣势。再次从配电网结构来说，当前北京配电网的结构仅相当于国际一流城市 80 年代的水平，因此我国配电网网架结构仍需做进一步研究。

2.2 电力市场未开放

我国的上网电价仍然实行政府定价方式，基本上所有的发电上网电价都采用单一电量电价方式，但不同的发电方式其上网电价水平存在差异，其中水电最低，其次是煤电、核电、气电、生物质发电，风电和太阳能光伏等上网电价则相对较高。由于政府主导电价，其价格几乎不变，因此 ADN 中各响应资源由于获得的收益较小，无法参与电网调节。我国现阶段也在积极推进电力改革，电力市场的建设也在稳步推进，只有建立完善的电力市场，主动配电网才能得到较大发展。

2.3 利益主体目标不一致

主动配电网主要牵连到多方利益，如电力企业、用电服务商、分布式能源投资商、配电网居民用户及社会利益（主要是环境利益）等。

(1) 电力企业需要在保证系统安全、稳定运行的前提下， 提高系统运行效率并获得收益；

(2) 用电服务商则通过各种技术手段为用户或者电力公司提供各种经济运行的方案，用户或者电力公司给予一定的经济回报；

(3) 分布式能源投资商则尽可能提高储能装置的利用率或者分布式发电的上网率；

(4) 居民用户通过参与用电服务商提供的需求侧响应方案进行电网调节，并获得一定的电价补偿或直接的经济收益 ；

(5) 社会利益是指电力系统要尽可能多的接纳可再生能源，减少污染物的排放。

由于每个参与的主体所考虑的出发点不同，因此在实际运行过程中，会造成难以协调各方利益，导致项目难以推进的局面。

3 发展建议

为了达到开放互动、安全可靠、清洁环保、高效经济的智能电网目标，立足我国电力发展实际，提出了一些建议。

3.1 加快推进电力市场建设

完善的电力市场是大力发展主动配电网的前提，只有通过动态电价才能最大限度的发挥主动配电网主动控制、主动调节的特点。电网的建设容量以往取决于电网峰值负荷，每年电网的峰值负荷出现的时段往往较短，因此会造成全年设备负荷率较低的问题，通过主动配电网可以有效减小电网的峰值负荷与峰谷差，提高电网的运行效率。

3.2 加强需求侧管理

智能电网最鲜明的特点是 源- 网- 荷- 储 之间信息的双向交互，其中 荷- 储 为需求管理的范畴。分布式电源、分布式储能及用户可控负荷容量的增加，特别是电动汽车的兴起，使得用户可控负荷的容量迅速提高。2013 年美国全年的需求响应资源满足了 7.2% 的峰值负荷，约为 7 200 MW[4]。

3.3 加强资产管理

随着我国经济发展的速度放缓，电力需求增长也随之变慢，电力企业要提升盈利能力，实现企业社会责任的关键是资产管理技术。如对设备的健康状况跟踪，提前预防故障，或是进行有针对性的保养以提高其使用年限。另外也可以采用先进的技术来降低配电网的线损率。

4 结 语

本文首先介绍了主动配电网与传统配电网的主要区别，其主要是从应对负荷的不确定性、保护策略、需求管理、资产管理四方面进行阐述。其次，结合我国实际分别从网架结构、电力市场、参与主体三个角度，讨论了当前主动配电网建设所面临的挑战。最后给出应加快推进电力市场建设、加强需求管理建设、加强资产管理三条建议。每一次技术的变革都会遇到众多挑战，相信随着技术的进步，电力系统会变得更加安全、稳定、清洁、高效。