訪談專家

劉東【上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院長聘教授】

徐丙垠【山東理工大學(xué)智能電網(wǎng)研究院院長】

馬士聰【中國電力科學(xué)研究院有限公司電力系統(tǒng)研究所副所長】

劉健【國網(wǎng)陜西電力科學(xué)研究院副院長】

目前國內(nèi)外現(xiàn)代智慧配電網(wǎng)發(fā)展出現(xiàn)了哪些新態(tài)勢？

劉東：配電網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的重要支撐點(diǎn)，“雙碳”目標(biāo)驅(qū)動的新型配電網(wǎng)將發(fā)生重大變革，其作用比以往任何時候都更加重要。配電網(wǎng)的有源化屬性、網(wǎng)格化結(jié)構(gòu)、交直流混聯(lián)、智能化運(yùn)維代表未來配電網(wǎng)的發(fā)展方向，能夠?qū)崿F(xiàn)電力用戶的靈活互動、配電網(wǎng)雙向潮流的主動控制、支撐輸電網(wǎng)協(xié)同調(diào)控。相較傳統(tǒng)配電網(wǎng)，現(xiàn)代智慧配電網(wǎng)對分布式新能源的并網(wǎng)消納更為高效。

歐洲新能源占比高，碰到問題要比我們早，其早已開始關(guān)注如何改變配電網(wǎng)的控制方式，實(shí)現(xiàn)控制水平、方法的提升。我國大規(guī)模發(fā)展新能源，建立現(xiàn)代智慧配電網(wǎng)將是一個非常重要的著力點(diǎn)，通過技術(shù)和機(jī)制創(chuàng)新，可以把配電網(wǎng)從傳統(tǒng)單向供電的電網(wǎng)轉(zhuǎn)變成可以感知電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)、進(jìn)行主動調(diào)節(jié)與控制的現(xiàn)代智慧配電網(wǎng)。

在配電網(wǎng)技術(shù)上，國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)以及高校等科研單位產(chǎn)-學(xué)-研-用協(xié)同攻關(guān)，初步建立了以“全局互動—區(qū)域互濟(jì)—源網(wǎng)互助”為特征的有源配電網(wǎng)協(xié)同控制與優(yōu)化技術(shù)體系，并研制了我國自主知識產(chǎn)權(quán)的有源配電網(wǎng)協(xié)同控制系統(tǒng)及系列控制裝置，突破了復(fù)雜不確定性智能配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃、安全運(yùn)行以及故障處理的技術(shù)瓶頸，為現(xiàn)代智慧配電網(wǎng)的建設(shè)打下了較好的技術(shù)基礎(chǔ)，但是，全面建成現(xiàn)代智慧配電網(wǎng)任重道遠(yuǎn)，需要砥礪前行，不斷探索實(shí)踐。

徐丙垠：隨著新能源發(fā)電比例的不斷提高，未來新型電力系統(tǒng)中的配電網(wǎng)地位舉足輕重，或許將成為主角。在羅馬剛剛結(jié)束的第27屆國際供電會議（CIRED2023）上，據(jù)意大利配電公司總經(jīng)理Antonio Cammisecra介紹，來自8個國家13個配電公司的調(diào)查結(jié)果表明，目前配電網(wǎng)注入的電量比例為22%，2050年將提升至66%。

隨著配電網(wǎng)中分布式電源、儲能裝置滲透率的不斷提高，配電網(wǎng)更容易實(shí)現(xiàn)功率就地平衡。未來配電網(wǎng)可隨時在大電網(wǎng)停運(yùn)時，以計(jì)劃孤島/微電網(wǎng)的形式給當(dāng)?shù)刎?fù)荷供電，對于電力系統(tǒng)抵御自然災(zāi)害與戰(zhàn)爭的破壞、提高配電網(wǎng)韌性具有重要的意義。

馬士聰：國內(nèi)外主要國家都在積極發(fā)展新能源，快速建設(shè)分布式電源，配電網(wǎng)呈現(xiàn)高比例新能源、高比例電力電子化、電氣化負(fù)荷快速增長等特征。在新型能源體系和新型電力系統(tǒng)建設(shè)需求下，配電網(wǎng)的作用定位和關(guān)鍵特性將發(fā)生深刻變化。

從新型電力系統(tǒng)的演化進(jìn)程可見，未來電力需求將至少翻一番，對電網(wǎng)輸送和配置能源電力的作用和能力將有更高的要求，配電網(wǎng)絡(luò)從被動配送網(wǎng)絡(luò)向主動平衡區(qū)域電力供需、支撐能源綜合利用的資源配置平臺轉(zhuǎn)變；向上作為參與主網(wǎng)調(diào)控和交易的主體，向下作為虛擬電廠、分布式電源和綜合能源系統(tǒng)、用電負(fù)荷和儲能等市場參與主體的交易和調(diào)控平臺，實(shí)現(xiàn)自治、平衡與安全。簡而言之，“配電網(wǎng)主網(wǎng)化”趨勢越來越明確，將呈現(xiàn)更強(qiáng)的“系統(tǒng)化”特征，配電網(wǎng)將轉(zhuǎn)型為配電系統(tǒng)，交直流混聯(lián)配電網(wǎng)、微電網(wǎng)、直流配電網(wǎng)等多種形態(tài)并存，要求其具備靈活配置與自治平衡能力，成為電力就地配置與供給的核心基礎(chǔ)平臺。

在“雙碳”目標(biāo)下，配電網(wǎng)升級面臨哪些挑戰(zhàn)，前景如何？

馬士聰：既然配電網(wǎng)主網(wǎng)化，那么主網(wǎng)中存在問題也將出現(xiàn)在配電網(wǎng)中，比如，功角問題、頻率問題、電壓問題等。我們就不能只關(guān)注配電網(wǎng)的供電可靠性和電能質(zhì)量等問題。對于配電網(wǎng)，未來應(yīng)該稱之為“配電系統(tǒng)”，因?yàn)槠湟呀?jīng)具備了主網(wǎng)的特性——有源、有荷、有網(wǎng)、有儲。而且，配電網(wǎng)中利益主體多元，虛擬電廠、負(fù)荷聚合商、產(chǎn)消者等等不斷涌現(xiàn)，電源類型、負(fù)荷類型也日益豐富，參與的主體多種多樣，因此，配電系統(tǒng)的運(yùn)行和管理要遠(yuǎn)比主網(wǎng)復(fù)雜，面臨安全性、充裕性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性以及體制機(jī)制等各方面挑戰(zhàn)。

徐丙垠：常規(guī)的配電自動化系統(tǒng)主要針對中壓配電網(wǎng)的監(jiān)控與故障處理，很少覆蓋低壓配電網(wǎng)，幾乎不涉及負(fù)荷側(cè)，難以實(shí)現(xiàn)分布式電源管理、虛擬發(fā)電廠、需求響應(yīng)等高級應(yīng)用功能，也不能為其他系統(tǒng)提供配電網(wǎng)的全景數(shù)據(jù)。

目前的配電自動化系統(tǒng)是一個主從式集中控制系統(tǒng)，對于解決好終端之間的對等通信與數(shù)據(jù)安全交換問題、支持分布式自治控制功能尚沒有形成強(qiáng)大的能力?，F(xiàn)代智慧配電網(wǎng)是配電自動化系統(tǒng)的擴(kuò)展、升級與提高，具備良好的安全性與開放性，能夠更好地支持面向智能配電網(wǎng)與主動配電網(wǎng)的各種應(yīng)用，是配電自動化系統(tǒng)發(fā)展的新階段。配電網(wǎng)升級會直接帶動傳感器、電力二次設(shè)備以及信息通信（ICT）產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。更重要的是，未來的電力物聯(lián)網(wǎng)提供一個安全開放的數(shù)據(jù)交換、運(yùn)行控制與管理平臺，將電力設(shè)備、電力運(yùn)行人員與用戶隨時隨地連接起來，將推動分布式發(fā)電、儲能、電動車、智能家電、數(shù)據(jù)分析服務(wù)、系統(tǒng)運(yùn)維服務(wù)、電力系統(tǒng)調(diào)峰輔助服務(wù)、電力交易服務(wù)、高效綜合能源利用等新設(shè)備、新業(yè)務(wù)、新商業(yè)模式的發(fā)展，會圍繞電力系統(tǒng)形成一個巨大的產(chǎn)業(yè)鏈。

目前不同地區(qū)的配電網(wǎng)升級應(yīng)如何展開？

劉?。?/strong>對于一些負(fù)荷密度很低的偏遠(yuǎn)地區(qū)，建設(shè)中壓交流配電網(wǎng)滿足零星用戶的生活用電需求顯得非常不經(jīng)濟(jì)，因其不僅供電半徑很長使電壓質(zhì)量難以保障，線路損耗很高，而且線路總長度很長，往往還需要跨越高山和河流，故障率較高，維護(hù)工作量也很大，但是售電回報(bào)卻很低。

當(dāng)儲能技術(shù)進(jìn)步到一定程度以后，在充分權(quán)衡技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，對于負(fù)荷密度很低的偏遠(yuǎn)地區(qū)，電網(wǎng)企業(yè)可以探索建設(shè)基于儲能的低壓直流微電網(wǎng)，并采用光伏等分布式電源充電實(shí)現(xiàn)就地能量平衡的供電模式，解決超長中壓交流配電線路帶來的問題。

從商業(yè)模式上，電網(wǎng)企業(yè)的配電業(yè)務(wù)可以向協(xié)助用戶建設(shè)基于儲能的低壓直流微電網(wǎng)，并提供儲能元件的充放電管理服務(wù)轉(zhuǎn)換。隨著儲能技術(shù)的逐步成熟，基于儲能的低壓直流微電網(wǎng)與電動汽車一樣，必然會受到用戶的青睞。

馬士聰：東部發(fā)達(dá)地區(qū)的配電網(wǎng)主網(wǎng)化特征將越來越明顯。中西部地區(qū)目前主要還是在電源端發(fā)力，但未來也會步入配電網(wǎng)主網(wǎng)化的階段，需要提前籌劃，早做準(zhǔn)備。

新型電力系統(tǒng)下，配電系統(tǒng)有哪些創(chuàng)新技術(shù)、政策機(jī)制和商業(yè)模式？

劉東：在傳統(tǒng)配電網(wǎng)中解決配電自動化關(guān)鍵問題，在有源配電網(wǎng)中解決新能源并網(wǎng)帶來的能源消納難題，面向未來解決配電網(wǎng)數(shù)字孿生的信息物理融合問題，是我一直關(guān)注的三大問題。配電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型是現(xiàn)代智慧配電網(wǎng)建設(shè)的信息支撐，而數(shù)字孿生是其中的技術(shù)核心，在電力行業(yè)全流程都有巨大的應(yīng)用潛力，數(shù)字孿生技術(shù)將在配電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)診斷與預(yù)測、生產(chǎn)業(yè)務(wù)調(diào)試、配電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃、配電網(wǎng)運(yùn)行分析與控制等方面有更多應(yīng)用實(shí)踐。數(shù)字孿生技術(shù)將在真實(shí)物理空間和虛擬數(shù)字空間搭建‘信息—物理—人’交互的系統(tǒng)，創(chuàng)造新型配電網(wǎng)的“元宇宙”。配電網(wǎng)數(shù)字孿生技術(shù)的重點(diǎn)不在于打造外表的三維展示效果，更重要的是能在虛擬數(shù)字空間中實(shí)現(xiàn)對未來發(fā)展趨勢的推演，而要實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)不同應(yīng)用場景下的孿生推演，則要重點(diǎn)攻關(guān)配電網(wǎng)和相關(guān)設(shè)備的信息物理融合建模、多時間尺度仿真與形態(tài)演進(jìn)技術(shù)。

劉?。?/strong>基于儲能的低壓直流微電網(wǎng)是未來配電網(wǎng)的主要形態(tài)。

儲能技術(shù)的進(jìn)步會對配電網(wǎng)的形態(tài)產(chǎn)生革命性的影響。小規(guī)模功率型儲能技術(shù)的成熟，將對平抑新能源和負(fù)荷的間歇性與波動性起到重要作用，能大大提高并網(wǎng)型新能源的消納能力。而大規(guī)模能量型儲能技術(shù)的成熟，則有可能徹底改變配電網(wǎng)的形態(tài)，從傳統(tǒng)的中壓交流互聯(lián)型配電網(wǎng)發(fā)展成為基于儲能的低壓直流配電網(wǎng)，并且以分散式新能源補(bǔ)充能量實(shí)現(xiàn)自給自足，或采取換電方式補(bǔ)充能量。

徐丙垠：未來配電網(wǎng)是一個更加智能、靈活、主動的有源配電網(wǎng)，其對控制技術(shù)提出了更高的要求。現(xiàn)在發(fā)布的國際電工標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)模型，主要覆蓋了變電站自動化、配電自動化與分布式電源等部分的應(yīng)用，還有相當(dāng)一部分應(yīng)用沒有標(biāo)準(zhǔn)模型。

在網(wǎng)絡(luò)安全方面，相關(guān)技術(shù)需滿足公用網(wǎng)中終端與用戶的訪問需求，終端需具備邊緣計(jì)算功能，能夠?qū)崿F(xiàn)分布式自治控制，終端之間能夠進(jìn)行實(shí)時對等通信。

運(yùn)用大數(shù)據(jù)與AI技術(shù)分析所獲取的海量感知數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行、電力設(shè)備故障預(yù)警與用戶行為分析、市場風(fēng)險控制等高級應(yīng)用，對提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全可靠性與運(yùn)行效率、改善用戶服務(wù)質(zhì)量具有十分重要的意義。

馬士聰：新型電力系統(tǒng)是一個各參與主體、各關(guān)鍵要素都能和諧健康生長的生態(tài)系統(tǒng)，是一個以電力系統(tǒng)為樞紐平臺的多行業(yè)和多能源耦合協(xié)同的信息物理社會巨系統(tǒng)，是一個以電力系統(tǒng)為平臺的新型能源體系。新型電力系統(tǒng)更是一個在現(xiàn)有電力系統(tǒng)基礎(chǔ)上新舊技術(shù)結(jié)合，用新政策法規(guī)、新體制機(jī)制、新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、新產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)構(gòu)建的賦予新理念的系統(tǒng)。新型配電系統(tǒng)的構(gòu)建需要形態(tài)結(jié)構(gòu)因地制宜，有輻射供電網(wǎng)絡(luò)、交直流混合、集中與分散式供電結(jié)合等多種形式；調(diào)控體系有集中式調(diào)控、分層分區(qū)管控模式，形成“可觀、可知、可調(diào)控、可交易”的平臺型主動配電網(wǎng)，為體制機(jī)制設(shè)計(jì)提供空間。

配電網(wǎng)升級有哪些需要堅(jiān)持的原則，有哪些需要注意的問題？

劉?。?/strong>大道至簡的智慧，對于配電網(wǎng)的研究與實(shí)踐也具有指導(dǎo)意義。在配電網(wǎng)建設(shè)過程中，將問題復(fù)雜化是最常見的錯誤做法，這不僅造成巨額浪費(fèi)，也給運(yùn)行和維護(hù)帶來困難。

由于配電網(wǎng)具有點(diǎn)多面廣的特點(diǎn)，不宜刻意追求復(fù)雜和時髦，要設(shè)法將復(fù)雜的問題簡單化,因?yàn)楹唵稳菀卓煽?、可靠才能?shí)用。在面向工程應(yīng)用時，如果理論研究過于復(fù)雜、理想，也將脫離工程實(shí)際，但是完全靠經(jīng)驗(yàn)也不可靠，需要搭建起“學(xué)院派”和“經(jīng)驗(yàn)派”之間的橋梁，面向工程需要實(shí)實(shí)在在地簡化工程分析方法，使之便于工程師們使用，同時也確保得到的盡管不是“全局最優(yōu)”，但卻也是令人滿意的工程實(shí)踐結(jié)果。

提高供電可靠性是配電網(wǎng)升級的關(guān)鍵所在，對配電網(wǎng)故障處理技術(shù)和管理措施要有全方位的解決方案。例如，在提升單相接地故障處理的實(shí)踐中我提出了“摸清家底、補(bǔ)齊短板、筑牢站內(nèi)三道防線、站內(nèi)站外協(xié)調(diào)配合、加強(qiáng)系統(tǒng)測試、提升管理水平”的36字“藥方”，看似簡單，但在工程實(shí)際應(yīng)用中是完全可行和有效的。用簡單辦法解決配電網(wǎng)問題，打造簡單配電網(wǎng)，應(yīng)該成為明確的原則。

徐丙垠：現(xiàn)代智慧配電網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)所有電力設(shè)備、運(yùn)行管理人員和用戶的互聯(lián)互通，其中的終端與信息處理系統(tǒng)要做到即插即用；軟件設(shè)計(jì)應(yīng)打破過去一個廠家包辦的封閉式做法，將應(yīng)用軟件通過開放式應(yīng)用程序接口訪問底層數(shù)據(jù)，使其像智能手機(jī)一樣，支持第三方App接入。

智慧配電網(wǎng)的建設(shè)離不開數(shù)字化。配電網(wǎng)數(shù)字化要采用IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)，解決數(shù)字設(shè)備的即插即用與互聯(lián)互通問題。業(yè)界有種看法，認(rèn)為IEC 61850太復(fù)雜，不適合用于配電網(wǎng)。這主要是基于變電站自動化應(yīng)用IEC 61850的經(jīng)驗(yàn)與印象。事實(shí)上，應(yīng)用IEC 61850的復(fù)雜程度取決于應(yīng)用的規(guī)模及其所采用的通信影響協(xié)議。對于簡單的功能，IEC 61850的應(yīng)用也很簡單。而且隨著多對多通信協(xié)議（MQTT）、點(diǎn)對點(diǎn)通信協(xié)議（CoAP）等物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的應(yīng)用，IEC 61850的通信映射也更加直接、簡單。目前，IEC 61850在廣東電網(wǎng)配電自動化系統(tǒng)中已有較大范圍的應(yīng)用，效果良好。國內(nèi)的一些用戶側(cè)配電物聯(lián)網(wǎng)、光儲電站系統(tǒng)也有成功應(yīng)用IEC 61850的案例。