“最懂你”的配电网

撰文/记者 李姗

如果你觉通得手机远程控制家里电器开关很厉害，那么同已投运的多源协同的主动配电网运行关键技术研究及示范项目相比，简直弱爆了。

该项目研究的主动配电网，走在国际前沿。其“主动”和“智能”的贴心程度，堪称“最懂你”的配电网。

从用电侧来说，能帮你调节空调温度、灯的亮度、适时烧好洗澡水、就像“电力管家”一样，结合你的用电习惯，为你贴身定制最优供电策略。从供电侧来说，可以协调好多种分布式能源安全入网、就近消纳。

分布式能源“集散地”

初进隐匿于闹市的贵州电力职业技术学院，除了坐落于红枫湖畔的地理优势，并不会让人感觉有何特别之处，然而这所外表看似普通的高校，实则内藏玄机、别有洞天，可是说是贵州用电最“清洁”、最“智能”的高校之一。

“我觉得我们学校用的电特别的‘炫酷’，和其他学校都不一样。”贵州电力职业技术学院电气工程及其自动化专业的学生刘阳指着耸立的风力发电机自豪地说，现在学校用电都是“自产自销”。

抬头看去，在红枫湖畔的绿地区域、实验楼南侧的平台分别有2台100千瓦水平轴风力发电机小型风力发电机，面朝红枫湖屹立，与贵州常见的高山风电形成对比，着实让人感觉新鲜，成为秀美红枫湖的景中景。

“如果只是风电，着实小瞧了我们学校。”刘阳说，记者看到的风力发电机仅是冰山一角，该校区就像一个分布式能源的“集散地”，除了风力，还汇集了众多清洁能源和新能源——如光伏、水电，天然气。

在贵州电力职业技术学院的实训楼、2号学生公寓、4号学生公寓的屋顶上，还“藏”着向太阳要能源的光伏组件。

记者爬上实训楼顶，看到蓝色的光伏板分两排整齐排列、在这里向下看去，还能看到学生公寓楼顶的光伏板贪婪地吸收着阳光。

“利用混凝土结构屋面安装光伏组件既可起着隔热作用，又可以节省用地面积。”贵州电力设计研究院的项目经理阮志衡介绍。

同时，校园内还有冷热电三联供系统，将为学校宾馆、部分教学楼、学生公寓提供冷负荷和热水。

该系统以天然气为燃料，供应来源于槽车运输LNG供气站，将来考虑贵阳城市天然气管网接入。      

据介绍，冷热电三联供是实现发电、制冷、供热等多种功能的先进能源系统，根据国外的经验，冷热电三联供系统的一次能源利用率可达到60%～90%，是提高一次能源利用效率的最有效途径。

阮志衡向记者介绍了冷热电三联供系统的工作流程：冬季，燃气内燃机发电承担基本电力负荷，不足电量由城市电网补充；内燃机发电后的高温烟气和缸套水驱动吸收式热泵机组并深度回收烟气和缸套水余热供热，承担基本热负荷，不足热量由原宾馆风冷热泵空调补充；同时生活热水负荷由生活热水换热器承担基本负荷，并增加热水储罐，平抑热水负荷波动。夏季，燃气内燃机发电承担基本电力负荷，不足电力由城市电网补充；内燃机发电后的高温烟气和缸套水驱动溴化锂吸收式热泵机组供冷，承担基本冷负荷，不足冷量由宾馆原有风冷热泵空调补充；同时集装箱燃气发电机组附近设置一套换热器承担生活热水的基本负荷，并增加热水储罐，平抑热水负荷波动。

“此外，我们同时在学校内还建设了电动汽车充电系统、储能系统。”阮志衡说。

为何要在一个学校内同时建设涵盖绝大多数重要类型的分布式电源？据了解，这些电源并非各不相干，而是通过主动配电网及其控制系统，实现对配电网及配电终端，以及分布式能源站、水电、太阳能发电、风电、储能、电动汽车电池充电等分布式能源设备进行协同交互控制，实现分布式电源的高度兼容与资产的高效利用。

“所有这些全部属于国家863项目——集成可再生能源的主动配电网研究及示范课题下的多源协同的主动配电网运行关键技术研究及示范项目，也是贵州电网参与的第一个863项目。”多源协同的主动配电网运行关键技术研究及示范项目负责人李庆生说。

实现能源互联网的技术支撑

“说得简单一点，这个项目主要研究的是主动配电网，你所看到的风电、光伏等是为了项目需要丰富接入分布式电源的种类。” 阮志衡介绍。

随着以风电、光伏发电等分布式电源在配电网中的渗透率日趋升高，对配电网控制提出的一系列新挑战，如配电网潮流双向流动；故障难以快速定位并隔离；随机性、波动性和反调峰特性引起电网电压越限，峰谷差变大；间歇式能源的价值利用率不高，电网需求侧响应能力不足。这一系列问题，使得传统配电网确定性规划和运行控制理论不再完全适用，难以满足现代配电网的发展要求。

为何会出现这样的情况？李庆生解释，这是由于当前配电网和分布式电源的特点导致的。

配电网指的是在电力网中起分配电能作用的网络。如果把电网主网比作人体的“主动脉”，那么，配电网就是四通八达的“毛细血管”，用户则处于这些毛细血管的最末端。电由大型发电厂发出，流经主网，通过配电网送到用户，就如血从心脏流出，流经主动脉，通过毛细血管输送至全身一样。电流自上而下流动，就如同大河衍变成小河，再从小河衍变成小溪。在传统的配电网中，线路选型、设备选型、相应的继电保护、潮流控制、计量，考虑的都是单方向流动的特点。

分布式电源的出现，使得用户可以不再被动地接受电网输送的“血液”补给，而是具有了“造血”的能力。但随着分布式电源不断增多，“造血”的量不断增加，其分散性、不稳定性、间歇性的特点，则使得这些新造“血液”不能平缓、定量、持续地输入“毛细血管”。当分布式电源增多到一定的程度，就会影响传统配电网的特性。这意味着，传统配电网的保护、控制策略将失效，电网的供电可靠性将受到影响。

为对日益增长的分布式电源加以有效控制，主动配电网的研究被提上日程。国务院发布的《推进“互联网+”行动的指导意见》中提出要“突破主动配电网等关键技术”。

“电网与互联网技术的结合，将促使智能电网进一步升级，在未来的电网中，内涵核心是信息系统与物理系统的高度融合，要将其具体实现还要靠主动管理技术。” 参与多源协同的主动配电网运行关键技术研究及示范项目研究的博士黄玉辉说。

该示范项目主要研究含多能源协同的主动配电网的规划、运行与决策关键技术。建立主动配电网的规划运行互动决策系列规范和技术体系。开发相应的核心装置与应用支持系统，并在贵州贵阳市清镇红枫建成一套集可再生能源的高效低碳冷热电联供、光伏、储能、

据介绍，该课题2014年启动，今年1月投运，3月即将迎来验收。

智能电力管家

主动配电网就像一个智能电力管家，不仅“主动”，还很“聪明”、“体贴”。

本次示范项目开发了两套子控制系统，第一套子控制系统由主动配电网全局运行决策系统、协同交互控制器、分布式电源控制管理单元及其对应的分布式电源组成。

第二套子控制系统由负荷主动管理系统、用户智能终端、智能控制设备，如智能插座、智能红外控制器、智能开关，及其对应的控制电器，如热水器、空调、灯光、电视组成。

李庆生介绍，通过这两套系统，可以让主动配电网具有实现协调优化管理的管控中心，具备一定分布式可控资源，有较为完善的可观可控水平。

“可观性”体现在主动配电网控制中心可以监测到主网、配电网和用户侧的负荷和分布式电源的运行情况，在此基础上利用态势感知技术预测其发展状态，提出优化协调控制策略。

“可控性”主要是对分布式电源、储能、负荷等的灵活有效控制上。当优化协调控制策略制定出来以后，通过控制中心能够实现有效的执行。

“通俗地讲，主动配电网就像‘千里眼’，有更大的可观测范围，能掌握更多信息。” 李庆生说。

目前，对电网的监测范围只能到配电网，没有办法知道用户更多的实际用电信息，比如，什么时候洗衣服、开空调、更不可能知道用户的用电行为习惯，比如，洗澡常用水温多少度、白天用电多还是晚上用电多、爱看电视还是爱玩电脑……主动配电网却可以精确地知道这些信息。

更让人惊叹地是，用户还能通过下载专门开发的App，在其服务平台上，结合自身或家庭的实际情况，设定用电方案，是节能型、平衡型、还是舒适型。

李庆生解释，对价格比较敏感的用户可以设定成节能型，比如在冬季用电高峰期的时候，主动配电系统会将其空调的温度稍微调低几度，节约下来的电力可以供给其他对稳定性要求更高的用户。相应地，选择节能型的用户其支付的电价也会相对低一些。

同时，还能通过自动采集到的信号，进行数据分析掌握相关信息，为用户提供最优用电方案。供电企业事先可以将网络和负荷准备好，提醒用户在合适的时机选择用电。用户可以随时查询实时的电价，帮助其调整用电行为，节省电费支出，还可以查询到周边分布式电源有哪些，自主选用，实现一定区域内的电力资源最优分配。

主动配电网的“主动”,还体现在对有可能出现的危险进行预判，并制定一定应对策略，通过控制中心有效执行，而不是像传统配电网只能在故障发生后才被动地采取措施。

“随着分布式发电发展和电力市场建立，将出现一批售电公司分为负荷、发电和发用聚合体，组织起来参与电力市场。作为连接用户与输电网的重要配网基础，不仅承担配电调度员职责，还将肩负市场经营者的重任。主动配电网的目标是确保电网安全稳定运行，增加现有配电网可再生能源容纳能力。”李庆生称。

六大创新点国际领先

“我们研究的课题非常前沿。”李庆生介绍，课题在主动配电网控制与运行、规划优化、故障隔离与快速恢复等方面提出了具备国际先进水平的六个创新点。

第一，提出了主动配电网规划中考虑用户互动、一二次协调、储能优化配置等综合优化规划模型及求解方法，

第二，提出了分布式电源动态渗透率、反向容载比和容载比修正系数、分布式能源可信出力、可转供线路和可转供电率等新的概念，建立了配网规划的主动化水平新评价体系。

第三，提出了一种适用于主动配电网的余热回收蓄能型冷热电联供装置及其运行方法。

第四，提出主动配电网区域内自治——区域间交互——全局优化的协同交互控制技术。

第五，提出集风、光、水、气、储等多种分布式能源在配网中联合优化运行及冷、热、电交互影响的协调优化控制方法。

第六，提出基于同步相位链式纵联判据的主动配电网的分布式故障定位、故障隔离与非故障区域快速供电恢复方法 。

黄玉辉说：“尽管目前限于政策、资金、技术等方面的问题，主动配电网还处于示范阶段，但展望未来，主动配电网将为智慧城市服务。”

智慧城市以广泛覆盖和深度互联的通信信息网络为基础，全面感知基础设施、环境、能源等方面信息，能够整合能源、交通、水资源等城市运行各个核心系统，为城市运营和各类资源优化配置提供智能决策与响应，提高有限资源的运行和利用效率。

主动配电网能为智慧城市的各个系统输送充足能量和海量信息，是智慧能源系统的主要载体。主动配电网可以全面监测感知城市能源供需情况、能耗指标，做到合理调配和使用电、油、气以及光伏、风电等能源资源，实现能源供给均衡、提高能源利用效率、减少排放，做到促进城市绿色发展，保证城市用电安全可靠，丰富城市服务内涵。