双碳目标下新型配电网发展研究

国网白银供电公司 杨 建 辛世金 徐 清 魏立保 张 盼 张生慨

电力是我国碳排放量最大的行业。碳达峰碳中和目标驱动下，配电网作为城乡经济社会的重要基础设施以及联系能源生产和消费的关键枢纽，是实现双碳目标的基础平台。为推动能源电力低碳清洁高效转型，分布式可再生能源、微电网、储能系统、电动汽车高比例接入配电网，提高了系统灵活性、能源消纳和智能化，但改变了配电系统发展模式，使未来配电网形态结构更加复杂化。因此，研究双碳目标下新型配电网发展模式及策略具有重要意义。

基于此，文献[1]分析了我国智能电网政策、技术和基础设施等方面存在的发展问题，并介绍了如何在资源与环境约束条件下，改善电网结构、提高生产率，实现最小社会成本满足最大经济的发展策略；文献[2]为顺应配电网未来管理模式，提出了基于智能计量系统的配电网监测与状态估计方法，根据配电系统不同层级状态估计精度性能构建了互连不同电压等级评估模型；文献[3]针对电动汽车充电问题进行了电网智能化研究，并验证了所提优化方案能够高效地调配充电资源，缩短平均充电行程时长；文献[4]针对电网设计了一种高效智能化的分布式经济调度策略，实现方便、维护成本低和鲁棒性强等优势。

文献[1-4]针对未来电网智能化发展进行了规划分析，并且提出了相应的智能化改善策略，但并没有涉及“双碳”战略对电网的影响，为此，本文对双碳目标下新型配电网发展进行了研究，在配电网现状的基础上展望了新型配电网未来发展模式和策略。

1 “双碳”目标对配电网影响

传统配电网是以用户负荷地理全覆盖供电为目标进行网架建设粗放型服务平台。21世纪，随着用电质量需求的不断提高，配电网以高供电可靠性为目标进入精细化规划阶段，致力于打造自动化优质服务平台。双碳目标下，配电网系统能源供应朝着清洁、低碳、智能化、电力电子化发展，未来配电网将呈现出高级形态智能服务平台。高级形态下，分布式电源、微电网、虚拟电厂、交直流混合配电等新技术加入配电网[5]。

近年来，分布式可再生能源高比例接入配电网改变的线路潮流，且功率平衡趋于概率化。同时可再生能源的不确定性加大了配电网管控难度，提高了配电网电力电子化水平，需要进一步提高配电网安全性。新型电力系统下，配电网主体多元化、能源流向多样化，要求配电网具有强大的承载力和调控力，保证能源消纳及多元化负荷“即插即用”需求。随着新能源装机数量的持续增加，为提高电力系统投入产需效益，确保配电网高效可持续发展。能源转型融合互联网技术，将海量数据与多利益主体集成与配电网平台完成运行调度和电能交易使配电网更加开放。节能高效、绿色低碳的发展理念成为配电网核心目标。

相比于传统配电网系统，新型配电网系统呈现出绿色、高效、可靠、智能化发展趋势，具有如下特征：具有主动消纳能源及优化调度各种资源以保障负荷供电的能力；具有源-网-荷一体协调优化与互动能力；具备先进电力电子设备和信息与通信技术支撑能力。基于此“双碳”目标驱动下，未来智能配电网突破了原有电力基础设施与特征，发展为集收集、传输、存储分配于一体的新型电力系统。

2 新型配电网发展模式及策略分析

不同时期配电网发展侧重点不同，“双碳”目标下，配电网正处于从中级形态向高级形态的过渡阶段，增加了许多不确定及多元化因素，为实现配电网精准规划，需要全面掌握配电网未来发展模型。本文通过指出未来智能配电网发展演化模式，从电源侧、电网侧、用户侧和基础共性四个领域分析技术其路线，具体如图1。

图1 新型配电网演化模式及技术路线

2.1 电源侧

“双碳”目标下，大规模开发利用可再生能源是我国新能源发展的必然趋势。新能源高比例接入配电网背景下，风、光可再生能源的随机性、波动性和间歇性引起了功率双向流动、电压波动加大、电能质量凸显等问题，多种能源交互不仅影响了系统稳定运行，还增加了运行风险，限制了新能源并网，且提高了发电功率预测难度，同时系统机组备用容量不足或线路发生故障时，也会导致备用电力不能输送到指定负荷区域。

为解决上述存在的难题，未来新型配电源侧需要发展态势预测技术、发电支撑控制技术、虚拟同步控制技术、并网仿真技术、调频调峰控制技术、多能交互随机优化调度技术和风光储优化互补协同控制，以模拟电网运行轨迹，实现发电单元主动规划、及时调整、负荷精准预测、发电设备和负荷自动交互、能量供需平衡，保证新型配电网供电可靠、安全稳定运行、灵活调控的同时提高系统兼容性问题，保障新能源发电经济高效并网。考虑可再生能源发电优化分日前静态和实时动态两阶段调度，依据仿真技术对发电机组进行建模分析，灵活应对配电网运行变化。

2.2 电网侧

新型配电网电网侧发展主要侧重于柔性直流电网技术、柔性交流输电技术和多能互联技术。十八届IET 交直流输电国际会议（ACDC 2022）上，中国南方电网公司李立浧院士指出了双碳目标要求下，直流输电与电力电子要持续开展创新实践、研发硬核技，才能不断适应新型电力系统要求。目前，我国柔性直流电网还处于起步阶段，相关运行经验还不成熟。为保障其安全可靠、灵活方便运行，需要采用建模与仿真技术模拟其运行过程，并通过控制与保护技术保障与大电网连接和交换功率。我国能源分布不均衡性，为特高压统一潮流控制器技术电网应用发展提供了契机，柔性直流输电技术实现了远距离大容量高效低耗输电。

基于互联网技术将使配电网实现主动分析协调功能。未来其发展方向主要有配电网主动管控形态及进化趋势、分布式能源接纳能力评估分析、高比例新能源并网的优化运行、配电网主动控制与管理技术智能化分析，以及应对电力市场变化的响应技术。基于“互联网+”的直流配电网的关键技术，在于直流电网设计运行控制、关键设备及运行管理、故障机理及保护、潮流优化控制和能量调度等方面的研究。为提高配电网接纳多种不确定性能源能力和遇到灾变时的恢复能力，还需提高配电网弹性能力，如资源优化配置及调度技术、弹性评估及规划运行策略等方面。

2.3 用户侧

新型配电网模式下，用户侧还需建立管理成本补偿机制和激励机制，以实现经济调控、提高用户参与度，使配电网友好协调发展。电力营销融合服务技术，提高服务涵盖范围，对无法基于移动作业平台服务实现的业务调高移动支撑面，以满足新型配电网作业需求。

2.4 基础共性

智能化发展背景下，新能源高比例加入配电网增加了电力电子技术和电工新材料的应用。电工新材料包括装备绝缘材料、高效新能源材料及器件和节能材料。未来具有可关断性的量碳化硅电力电子器件，凭借提高变换器开关频率和缩小磁性元件体积等特性迎来了这一领域的新挑战。

现阶段，配电网业务量日益增长，以往薄弱的通信网络传输宽带已无法满足智能电力建设需求，需进一步加快大容量骨干光传输网、电力光纤到户和电力无线宽带工程项目的建设，灵活组网，构建科学先进水平的电力通信网络。同时，增加调度、运检、管理和客服方面的人工智能化，智能预测功率负荷、基于大量数据和辅助决策功能实现智能监测、评估运行状态和客服自动应答，推动配电网安全高效协调智能化发展。