正文
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2017年11月9日，在金智科技于上海浦东
香格里拉大酒店
举行的公开交流活动上，
金智科技首席科学家、上海交通大学教授刘东先生
，就
主动配电网的案例和行业发展趋势
，作主题演讲。他提到：主动配电网代表未来配电网的发展方向，能够实现电力用户的灵活互动和配网双向潮流的主动控制，较传统配电网对分布式能源的并网消纳更为高效。
浙商证券电力设备与新能源研究团队
（郑丹丹团队）友情辑录如下。
大家下午好！
刚才徐总（
编者注：金智科技董事长徐兵先生
）讲了，金智在新能源、智慧城市有很多布局，最后都回到配电网上来做事情。配电网这几年概念、名词比较多，微网、增量配网、多能互补、能源互联网等这些很多新技术都集中配电网上。2008年我们在跟国际同行教授或者是著名电气企业交流的时候，他们就认为智能电网主要工作是在配网领域。经过快10年的发展，我们发现很多智能电网发展的核心动力和源头都来自于配网。我本人这么多年一直专注于配网，博士毕业以后一直在东方电子从事了七年的配网自动化工作，到交大以后还是围绕智能配电网的方向做研究。
从本身发展逻辑来看，配电网之所以在电力系统更加受到关注，有几个非常
关键的驱动力
。
其一，是分布式电源的接入。
大家知道，化石能源慢慢要被新能源和可再生能源替代。可再生能源除了水电以外，很多都是容量受限制的光、风，不管是农村还是城市，更多都是接入中压这个电压等级。
其二，是电动汽车的发展也有代替燃油汽车的趋势。
电动汽车不管是大巴还是小车，它的充放电也是集中在中低压配电网。
其三，就是以电力市场改革为主导的方向，也可以说是以客户为导向
。客户导向也就是说要充分满足客户本身的需求，比如客户有效益上的需求、价值方面的需求、便利性的需求，还有互联网经济发展之后，一些智慧的小终端就能实现电的买卖。增量配电网是把拿出来一部分新增的配电网进行市场化的改革，鼓励混合所有制经营。所有这些因素都聚焦在配电网上，不管是城网还是农网，本身的体量十分庞大。
从电网方面来说，我国的电力设备跟国际一流相比，在大电网上、继电保护、调度自动化、变电自动化方面都可以跟国际的同行平起平坐，甚至是领先于他们的。我们的继电保护比国外强，但是
唯独在配电网上面不如国外
。不管是从电网的一次的网架结构，还是电力公司运营的能力和电力公司供电水平和供电效率，各种供电指标跟国际对标都存在一个滞后的趋势。国网公司、南网公司也很重视这件事情，做了很多对标的事情，比如对标东京，对标新加坡，对标巴黎，从中找差距。
从技术本身来看，
我们国家配网自动化的覆盖率太低
。目前大的背景是发改委能源局提出2020年的配电网发展规划。当你的配电网络本身一次网架就比较薄弱，自动化、通信水平又比较低的时候，很多新技术难以推广。未来可以在这张白纸里面做事情，或者是很多新产品新技术可以推广，需要填补这个配网自动化覆盖率低的空白，这个地方市场空间比较大，想象力也比较丰富。
今天我的主题会围绕主动配电网这个概念，主动配电网是一个相对比较新又带有技术性、前瞻性、代表未来配电网发展方向。刚刚说的所有这些新的技术和新的理论的应用都可能会围绕这样一个概念展开。所以我今天非常高兴有机会来跟大家分享一下主动配电网的案例和围绕主动配电网的一些行业发展趋势，包括能源互联网和智能配电网的一些概念。
我从四个方面来做介绍：1、主动配电网内涵；2、国内外研究现状；3、技术案例；4、行业发展趋势。我会简单介绍一下上海交通大学承担的两个863项目，我们金智科技也是全程参与了这两个项目关键技术的研究。这两个主动配电网项目将引领未来技术发展方向，这两个项目对于未来配电网的影响力会越来越体现出来。最后发展趋势里面会介绍一下增量配网的一些概念，还包括能源互联网、国网公司最近半年发展的动态。
首先是主动配电网的内涵。我们配电网发展不管是网络结构上还是自动化上跟国际对比都有很大的落差。刚才提到分布式电源，不管是风还是光，它表现出的是一种间歇性特性和不确定性特性，我们认为这些新能源接入之后，会给电网带来一定的冲击。本来电网本身就不太强壮，你再进来捣乱，对配电网的影响是非常巨大的。
配电网的一些新的挑战
，主要体现为四个方面。
第一，以前配电网从变电站出来的电到用户是单向的，现在分布式电源发电会带来电流的反向流动，造成很大的不确定性。
以前的电从电厂出来之后，就从高电压输电网、变电站到配电网。但是现在不一样，因为这个分布式电源大量接入，电源有很多类型，有光伏的、小燃气压缩机的，还有储能电池的。未来如果电动车真的大规模应用，单个车的容量可能很小，但是如果这个城市里面的车都变成大规模行驶的电动车，如果是电动车的电池还可以反向给电网供电的话，也会带来电流的反向流动，电网有一个最基本的术语叫“潮流”，就是电网的功率流动方向。这个潮流的方向流动给电网带来第一个不确定性是源网双端都不确定。本来电力公司一般发展都有一个很好的发电计划，有一个运行方式，传统的按照明天预测运行。但是现在情况不一样，潮流会带来很大不确定性，调度员的运行方式安排里面，他可能不太确定明天如何安排电网触力和如何安排用户的平衡，这个还是我们国家统一调度的方式带来的问题。如果是市场化的话，不管是发电商的报价还是售电商、购电商和用户报价，这个不确定性带来的问题是巨大的，因为明天我不知道供求关系是怎么回事，就跟做股票一样，如果预测不准的话，明天投资可能就惨了，会产生很多问题。所以潮流双向流动带来不确定性。
第二就是负荷双重角色导致配网调控能力不足。
所谓的负荷就是消耗能源的，现在不一样，风力发电以后，储能应用于很多家庭为主体的一个用电单元，他可能在不需要用电的时候可以把电送上去，可以通过光伏储存。还有电动车，如果说这两天不外出，这个电池在低谷充，高峰可以放出去，符合双重角色，就是专门的术语叫
Prosumer
，
Prosumer
就是
Product
加上
Consumer
这两个词，既是生产者又是消费者，所以这个双重角色也给配电网控制带来很多问题。
第三个问题是分布式电源的大量投入引起配网侧备用能力配置问题，这也是电网公司非常关心的。
从事电网工作的人员都知道电网要留多少备用容量，比如做规划的时候变压器选多大容量，供电线路的电缆要选多粗，这个线的大小都跟投资有关。留的容量很大，利用率较低，就会造成浪费，所以这个给电网规划带来的难题，给电力公司本身带来很大的压力。举一个例子，就是上海世博会的时候，世博会当时很多馆甚至是零碳馆，我去参观过英国馆，它可以里面自己供电，不要外面供电的。还有很多场馆空调用的是燃气空调，没有用电空调。但是我们之前做负荷预测的没有考虑这个问题，这个场馆这么大，如果按照常规的负荷预测就会造成很大的浪费。备用能力到底有多大，要保证电网不能停电，用户发电是不管的，电力公司要满足全网社会公司的供电可靠性要求，但是电力公司的经济性如何保证呢？
第四个方面是配网设备利用率比较低带来的资源浪费。
这个是前几年中国工程院到各个供电公司宣传时做的一个调研，调研报告中说，我们国家是发展中国家，不停在建配网设备，建的过程中，电力公司留容量比较富裕。因为很多新区没有规划好时路要先修好，电要先供到，三通一平全部弄好。但是实际上它的负荷发展很慢，用户在开发区里面真正把场地全用起来，马力开足比较慢，这就造成电网设备的负载率低的现象。虽然整个设备利用率较低，电网比较薄弱，但是在局部上又有很多地方的变压器在负荷高峰的时候经常越限，专业术语叫“热点”，总体上设备闲置利用率低，局部又过载，发展很不平衡。
设备利用率低，一方面是规划问题，还有就是运行优化的问题。但是日本不一样，日本是发达国家，基本上负荷比较稳定，它的网架比我们灵活，我们国家一般是手拉手，就是两个电源，有一个电源停了另外一个电源可以供电。我国大部分都是两个电源，较少有三个电源的，但是日本不一样，日本平均供电5—6个电源点，它是一个网状结构，最后形成一个扇形结构，联络点非常多，所以可以把过载的部分负荷移出去，就是负荷可以分解到不同的小的供电区段里面去。当然日本规划做得比较好，最主要是通过电网灵活的调节能力和转供能力，实现了配电网的设备利用率很高的目标，它的效率比较高，保证每个变压器性能运行在接近最佳的状态上，平均可以到百分之六十几的负载率。而我们国家只能到百分之三十多，这主要网络结构的问题。
未来分布式电源并入配电网之后，整个
电网的形态变化有两个趋势
。
第一个就是分布式电源渗透率越来越高。
随着分布式电源未来发展越来越好，分布式电源在发展中的比例会越来越高。这个比例我们国家现在还看不出来，但是已经看到趋势了，前几天江苏省公司的一个科技项目在交流的时候发现，江苏省今年的光伏接入，每天的增长量非常大，当然现在看对电网的影响还不大，但是未来压力就很大了。所以我们那天主动配电网的一个项目在江苏省公司验收的时候，专家们都认为这个东西真的是很必要，我们说这个可能是未来的事情，他们说不是的，现在已经有影响了。
欧洲发达国家，举德国的例子，德国光伏风电的比例已经达到50%，甚至有些岛70%、80%全部是分布式电源。分布式电源在国际上已经是一个常态化的东西，但在我国没有感受到。不过我相信分布式电源加上电动车在未来5—10年的发展会很快。分布式能源渗透率会越来越高，运行的稳定性、电压的波动、电能质量、倒送功率等问题会特别突出。
第二个是我们的设备、控制、运行、用户互动化的智能化水平，随着“互联网+”的发展、通讯技术的进步，水平会越来越高。
这也是好的一方面。包括在上市公司里面很多搞自动化的厂家，本身对自动化设备的生产能力要求越来越高。
具体表现在几个方面，我们分成三个类，一个是传统配电网，既没有考虑分布电源的接入，也没有太多的所谓自动化控制水平，就是说上一个开关变压器，加一点简单的保护。第二种就是当前正在建设的，2020年之前国家发改委能源局规划的配网自动化覆盖率达到90%以上，这个是要求在城网和农村电网都有一定的覆盖率，这个是当前配电网，解决自动化率覆盖低的问题和设备利用率比较低的问题。在这里面配网自动化在当前配电网里面是建设的一个主体，配电网自动化到2020年之前应该要达到一个很好的水平，现在只有三年的时间，这方面的设备缺口还是非常巨大的。
面向未来，我们认为现代化的配电网是对分布式电源渗透率非常高的背景情况下，要求对电源和负荷两端，通过网的调节来实现主动控制，所以我们称之为是主动配电网的形态。主动配电网的形态是智能电网发展到一个高级阶段所面临的一个技术发展的新的形态。这个是我们主动配电网和配电网自动化和传统配电网之间的三个定位，是面向未来的一个技术应用。
主动配电网解决传统配电网四个方面难解决的一些问题。
第一个是资源配置问题。
如果说源荷两端变化很大，资源配置到底电力公司留多少，这是规划设计的问题。
第二个是资源系统的问题。
规划、设计好了，但是因为在运行和调度过程中，波动性的分布电源特性，加上用户的负荷也是不停的变，带来资源的协调、控制层面上的问题，属于控制的缺失。
第三个是管理上的缺失。
管理上就是电力公司本身有正常的内部的一整套的体系，它的运检、发策、营销、调度，还有未来市场，这些方面会带来很多资源管理上的一些困难。这么多不同的系统，怎么样把信息系统进行汇集，怎么把资源进行协调和管理。一个是本身日常的管理，包括能源的管理，包括多种能源形态的管理，包括气、油，包括交通网等，都会带来很多预测方面的问题。
第四个是服务的缺失。
这个服务大家听的比较多的就是综合能源服务商，服务的问题不简单是电力公司的，特别是在电力市场化改革的趋势下，客户的资源服务是一个非常重要的因素。所以综合能源服务商未来可能是在自己增量配网的园区里面，或者是一个综合能源的提供服务商，或者提供所谓合同能源管理的这种管理方式。还有售电公司、当地的检修维护公司，有很多这样的资源服务，这给电力公司的资源服务也带来很多新的问题，这些问题都是传统电网所面临的主要的问题。
主动配电网是由国际大电网会议（
CIGRE
）的一个
C6
工作组在2009年提出的概念。
主动配电网是一个可以综合控制分布式能源，包括分布式发电、柔性负载和储能，使用灵活的网络结构，实现潮流的有效管理，使得分布式能源在其满足监管和接入准则基础上承担对系统的一定的支撑作用。
所以主动配电网简单来说就是两个
Active
，第一个就是有分布电源，
Active
。
第二个
Active
就是主动管理和主动控制。
一个是有源，一个是主动，是主动配电网最基本、最核心的两个东西。
还有
四个主要特征
，是我们这次课题项目总结出来的。
第一个是具备一定比例的分布式可控资源；
比如说储能，可以集中式储能，也可以分散式储能。另外就是地热发电的，热水出来以后，在有些局部地区可以把热水直接冲进发动机，因为底下这个是稳定的，这个也是可调节的资源。第二个是可调节资源就是未来的电用电子设备，未来发展过程当中，柔性开关也是这几年国际、国内重点攻关的。柔性开关不像传统开关，要么开要么断，要么有电要么没电，它通过电子设备控制之后可以通10%的电、50%的电、100%的电，它可以连续调节，也是可控资源。可控资源在电网当中一定要有这些可以一定比例的技术。
第二种是网络拓扑可灵活调节的配电网。
所谓拓扑就是电网结构，当开关供电范围，比如通过很多可以互联互通的区域，可以通过开关的开合状态，可以调节它供电的范围，所以拓扑也是可以通过联络开关调节实现。
第三个是较为完善的可观可控水平。
可观就是可以全部被观察，可控是所有的关键节点被控制到，可以被调节，这个要有完善的可观可控水平。
第四个就是实现协调优化管理的运营中心
，这个是区别于传统配电网的四个主要特征。
主动配电网和过去传统的配电网和微网有很多差异。
传统配电网具备基本的一个能量的传送能力，对它的自动化的水平和分布电源接入的保护要求比较苛刻。
对比一下微网，微网和主动配电网这两个概念都是近期新的一些名词或者概念。
微网是在一定区域里面把一些局部的分布式能源组织起来形成一个小型的自治的网络，自我管理和自治。
最基本的概念，因为分布式电源波动性和随机性比较大，我认为这是一个调皮的孩子，这个调皮的孩子对电网来说是不受欢迎的，微网比较好，通过它把几个调皮的孩子集中在一起以后加以储能或者就地进行一些局部的管理和治理措施，微网能源管理系统和微网的资源调节，在很小的范围里面把它变成一个很好的孩子。就是内部可以调皮捣蛋，但是在并网这个点上叫
PCC
点，就是微网的并网点上，这个并网的特性表现出一个非常守纪律的、一个有良好素养的好孩子的概念在里面，所以微网是解决这个问题。所以这样来说，微网要求他可以解决分布式电源的一些不确定性或者波动性的问题，它的好处就是它可以自我管理。但是它也存在一些问题，就是它的范围比较有限，只能在局部的范围里面。但是对于主动配电网来说，可以在更大范围里面，可以在10千伏的线路或者20千伏的配电网线路上，形成很多个区域里面，实现对一个微网管理，对多个微网管理，也可以实现不进微网的分布式电源，直接进入配电网的管理。所以主动配电网是带来这样一个好处，对管辖的范围和它的控制能力都比传统的微网有很大的发展的空间。分布式电源并网解决的能力也比微网大大提高。
微网和主动配电网是可以相辅相成的，两个之间可以进行有效的连接，微网可以采取独立的公网运行，也可以采取并网运行，这方面有很多的技术是相通的，可以进行调节的。
国际上的，主动配电网刚才提到
CIGRE
C6
这个组，是国际大电网会议里面在
09
年提出这个概念，在
10
年、
12
年、
13
年最新提出一系列关于主动配电网的报告以及研究发展方向，在国际上的日、美、澳、英、法、德，包括美国电科院，加拿大这些地方都做了很多这样的前期研究，主要是对配网的规划、运行管理各个方面展开深入研究，欧盟大概从
10
年—
14
年陆陆续续做了很多示范工程。今年春天我参加了
CIGRE
都柏林大会，会上介绍了很多主动配电网示范工程。这里面我们国家需要借鉴的东西比较多，总的来说他们的需求比我们大，刚才说他们分布式并网的渗透率达到
50%
以上，这个要求更大。但是还是有很多问题有待进一步研究，我们国家起步是从“
973
”的一个项目，叫分布式发电能源系统的相关技术研究，这是天大、交大、清华几个学校最早开始参与研究的。除此之外还有一些关于微网、光伏、自动配网的很多
863
项目都围绕主动配电网基本概念和关键技术进行了深度研究，取得了一些成果。
这个就是我们国内的近几年有关主动配电网方面的一些
863
、
973
科学支撑计划，做了很多前期的研究，应该有五年的时间，智能电网第一期的五年计划基本已经结束，现在第二期的五年计划已经开始做了。
2012年我们提出主动配电网的间歇式能源消纳及优化研究与应用，这是国家863项目，这个项目当时是广东电网公司牵头，交通大学作为主要的技术支撑单位，一共七个任务交大负责了其中的三个半的任务，包括主动配电网对间歇式能源的多层级分层消纳模式研究及现场验证任务，相关的技术成果也是作为我们自动化配电网国内最早的一批成果出来。在广东电网公司承担了电能增量的管理，另外上海航天有一个储能的项目任务，中间有一个示范工程是广东电网公司牵头的。这个目标就是要以一个示范工程为例，形成一个主动配电网对间歇式能源的多级分层消纳的模式，来解决分布式电源并网的问题。佛山的一个山水工业园解决两个大的工业园区的供能，它的屋顶是光伏。
重要的成果在于最早提出一些主动配电网能量管理系统，一系列控制器和符合储能的系统，这也是它的一个解决目标，这个是当时的七个任务之间的关联关系，其中最基本的技术研究是主动配电网的信息控制策略研究，然后我们提出多级分层消纳模式，点、线、面三个层次分层消纳。在此基础上还有一些综合规划的技术和负荷储能的技术。负荷储能是解决两个问题，一个是功率性的储能，一个是能量性储能。功率储能就是解决瞬间的波动，功率可以一倍、两倍、三倍、五倍放电，能量储能就是持续很长一段时间，持续一段时间能量消耗控制。电能质量解决一些谐波，还有一些电能质量、电压突变的问题。后面两个就是协调控制和能量管理，主要就是解决主动配电网控制系统，怎么样来利用一些控制的手段、方法以及策略，来解决刚才所说的主动配网的这种灵活的主动化管理的机制。最后在示范工程做了一些应用。
