汪文琦1, 宋莉君2
1.中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司1，陕西 市名 西安 邮政编码 710054
0 引言
当前，全球进入互联网和数字经济时代，能源革命和数字革命融合发展趋势日益明显。作为能源革命中心环节的电网，从技术特征和功能形态上看，正向能源互联网演进。在此背景下，传统的配电网管理模式、技术手段，已经无法满足社会经济发展、能源互联网对配电网转型发展的要求，无法满足人民群众美好生活的用电需求。
近年来以互联网为代表的新一代信息通信技术不断发展渗透，车联网、健康、家居、智能硬件、可穿戴设备等消费市场需求日益活跃，为传统产业发展形成以人为中心的、信息物理深度融合的联通互动、数字孪生、虚实交融的新业态指明了方向。能源管理作为互联网技术应用改造的关键领域，在实现配电网可观可控的基础上，提升信息数据的集成与应用能力，实现信息通信系统与配电系统的融合，从本质上提升配电网建设、运维、管理水平，适应精益化的运维管理要求，适应快速变化的业务服务需求，满足能源转型需求。因此，智能配电网将成为未来配电网发展的新思路、新模式、新焦点。
1 能源互联网环境下的配电系统技术特征
能源互联网实质是以电力系统为核心与纽带，以风能、太阳能等可再生能源与天然气为主要一次能源，以大规模、多形式分布式电源与储能系统广泛接入为特点，以云计算、大数据等先进信息通信技术为能源利用和管理手段的电力系统、交通系统、天然气系统、信息通信系统在内的多系统高度融合的能源综合管控系统，以实现多种能源协调互补、源–网–荷–储协同互动，最终实现整个能源系统的“清洁替代”与“电能替代”。
与传统配电网相比，作为未来智能能源体系重要组成部分，能源互联网环境下的配电系统具有以下新特征：
（1）多种能源协调互补
面向能源互联网的配电系统广泛增加了风能、太阳能、生物质能等多种分布式可再生能源发电方式，使得配电网由无源网络向有源配电系统发生了巨大转变。同时，通过能源结构科学配比，并利用多种能源在时空分布与动态特性的互补特点，实现能源清洁化的同时保证能源供应的安全与稳定。
（2）源–网–荷–储协同互动
利用能源路由器与智能能源管理系统，通过对分布式电源和能源需求侧中柔性可控的多种能源负荷主动管理，辅以多种类、多形式储能方式相配合，实现能源互联网条件下的配电系统源–网–荷–储协 同互动，实现能源需求与生产供给协调优化及资源优化配置。
（3）多种系统高度融合
电力系统作为以能源互联网核心与枢纽，通过电动汽车并网技术实现配电系统与交通系统融合；通过天然气发电与电转气技术等实现配电系统与天然气系统融合；通过冷、热、电三联供技术实现配电系统与热(冷)能系统融合。上述系统所涉及的多种大量分布式物理设备则是利用能源路由器结合信息通信系统，实现能量流与信息流融合。
（4）海量分布式设备广域互联
能源互联网环境下的配电系统通过将广域、海量分布式能源、储能与柔性负荷等分布式设备深度互联，实现端对端多元化能源共享和能源开放市场，提高需求侧资源管理精细化程度以及综合能源系统 经济运行水平。
2 能源互联网环境下配电系统设计关键问题
研究能源互联网的核心内涵及基本框架，能源互联网环境下配电系统设计有以下几方面建议重点关注并深入探索。
（1）交直流混合配电网
随着基于电力电子技术的柔性互联项目在配电系统中各电压等级的试点示范广泛应用，配电系统正在从传统交流系统向交直流混合的智能柔性配电系统演化。柔性配电网络有利于配电网满足各类型分布式电源、储能、柔性负荷的灵活接入和高效运行。同时，柔性互联也使得直流配电网更好地与交流配电网混合运行，配电网络结构将从传统放射型转变为多端闭合互联网络，并进一步向多层、多级、多环的复杂网络方向发展，进而呈现出多元融合与多态混合的新形态。
交直流混合配电网的应用可在节省一次设备投资、减少变压器损耗、减少无功补偿设备、提升系统运行效率、提升系统供电能力、便于各类电源及负荷灵活接入、提供系统供电可靠性、满足敏感负荷的高质量供电需求等方面满足能源互联网发展需求。
（2）主动配电网
主动配电网是可以主动控制和管理分布式能源的配电系统。主动配电网利用先进的通信与信息技术和电力电子设备，对大规模接入分布式能源的配电网进行主动管理，能够自主协调控制不同类型、规模的分布式能源单元，在积极消纳可再生能源的同时保证电力系统的安全经济运行。以前期优化的规划设计为基础，在运行中实施主动控制和灵活的市场运营方案调节电能平衡;同时，采用全局优化、局部自治的思想来控制配电网的运行，并通过市场手段调节用户的用电行为。主动配电网构建结构灵活，能够灵活接入分布式能源、实现智能微网的协同互动，以提高能量传输网络的优化配置能力。针对电力系统实际运行状态的主动配电网，能够改善用户的供电可靠性和电能质量，提高配网设备的利用率，延缓配电网的升级投资，是解决分布式能源与微小能源生产的大规模可靠接入和消纳的有效途径，是配电网发展的高级阶段。
（3）微电网
微电网是一种将分布式电源、负荷、储能装置、变流器以及监控保护装置有机整合在一起的小型发配电系统。凭借微电网的运行控制和能量管理等关键技术，可以实现其并网或孤岛运行、降低间歇性分布式电源给配电网带来的不利影响，最大限度地利用分布式电源出力，提高供电可靠性和电能质量。将分布式电源以微电网的形式接入配电网，被普遍认为是利用分布式电源有效的方式之一。微电网作为配电网和分布式电源的纽带，使得配电网不必直接面对种类不同、归属不同、数量庞大、分散接入的(甚至是间歇性的)分布式电源。
微电网的运行特性既与其内部的分布电源特性以及负荷特性有关，也与其内部的储能系统运行特性密切相关，同时还与配电网相互作用，尤其在微电网渗透率比较高的情况下，这种相互作用将直接影响到供电可靠性。随着微电网渗透率的增加，即使系统大部分负荷主要由微电网承担时，由于微电网自身的稳定性和可靠性都要优于分布式电源，因此微电网渗透率的增加可以持续减少系统的平均停电次数与停电时间，提高系统的可靠性。
传统配电网一般呈辐射状，稳定运行状况下，沿馈线潮流方向，电压逐渐降低，有功、无功负荷随时间的变化会引起电压波动，线路末端波动较大，如果负荷集中在系统末端附近，电压的波动会更大。当微电网接入传统电网后，尤其是当微电网接入馈线末端时，由于馈线上的传输功率的减小以及微电源输出的无功支持，沿馈线各负荷节点处的电压将被抬高，总体上将有利于提升配电网的供电质量。配电网对微电网的主要不利影响是不平衡电压和电压骤降这两个电压质量问题。当配电网故障时，连接微电网和配电网的隔离设备会断开，使微电网处于孤岛运行状态。当配电网发生短时扰动时，未达到孤岛运行条件时，微电网在公共耦合点维持不平衡的电压，如果没有补偿措施，失衡电压可能导致电机负荷和敏感装置的不正常运行，将给微电网的稳定运行带来问题。
3 结语
面向能源变革发展和提高电力服务水平的需求，需要通过赋予配电网设备灵敏准确的感知能力及设备间互联、互通、互操作功能，构建高度灵活和智能协作的配电网络体系，实现对配电网的全面感知、实时传输、高效处理和智能应用，助推配电管控方式、经营模式、服务体系的全面变革，为经济增长方式转变、人民生活质量提升以及经济社会可持续发展提供有力支撑。