未来能源电力系统究竟什么模样？

一、变革——混合型进化模式

当前正值世界能源产业调整期，全球能源电力领域发生深刻变化。世界各国开始在政策层面鼓励低碳生产、可再生能源的使用及能源的高效利用，可再生能源和分布式电源大量接入配电网，配电网用户日益增加，由此激发了用户对电网的新需求。同时，信息科技与通信技术迅猛发展，电力大数据应用广泛，电网全寿命周期亟需更新投资，利用基于市场的方法控制电网阻塞势在必行。

目前，市场规划与管理机制也正向着公平、成本效益好的方向演变，现有及新建电力设施的稳定性、持续性及其对环境开始产生各种影响。此外，世界上仍有大量人口用电不足，电力的基础保障作用未得到充分发挥。

上述因素共同作用，正推动全球能源系统向着面对不同挑战风险、不同管理方式、不同条件状况的资源—市场混合型模式转变。在2020年及以后（甚至到2040年），电网将至少向着两种模式发展。其一是互联大电网，即采用大电网连接不同国家的能源市场，负荷区域和大型集中式可再生发电站之间大传输功率的互联大电网的重要性将不断提升。其二是主动配电网，大量小型及大型包含分散式发电厂、储能、有功用户参与的自我供给配电网的簇拥出现，使得必须采用主动配电网管理有功和无功。

国际大电网会议（CIGRE）C6在今年年会的主旨报告《电力大变革——未来电力系统》中明确提出，由于大量互联电网的加入，主动配电网被视为解决日益突出的环保、经济等问题的方法，因此未来电力系统很可能以上述两类模式的混合形式出现。

二、挑战——未来关键技术难题

技术是开启电力能源新世界大门的钥匙。未来，主动配电网不断发展，在配电网电压等级和更高电压等级网络中，将产生双向潮流与数据流。那么，如何建立合理的智能控制技术来实现大量小型电源之间的协调，是一个新的技术挑战。对此问题，CIGRE C6中国及亚太委员会主席、国家“千人计划”特聘专家马钊给出了答案。他认为，首先需要获取数据信息，安装大量的智能电表和需求侧响应电表。同时，还需要研究合理的配电网结构，确保其能为当地的能量平衡提供更好的保障。另外，由于市场和制度正潜移默化地向高效管理、公平公正、成本回收的方向进化，以市场为导向的分布式发电（如虚拟电厂）控制技术也是应对该项挑战的可能方法之一。

先进测量与监测设备的使用及对信息交换的大量需求，催生了传感技术及大数据应用。在系统的运行、保护、检修及全寿命管理等过程中，需要新的量测参数、网架信息、通信技术及相关新式算法。同时，交换数据的识别及其相关需求增多，故障恢复与转供规划方法，网络安全与准入控制，也是亟待解决的问题。

CIGRE C6还关注了在各电压等级下，直流技术与电力电子应用的增长及其在电能质量、系统控制、系统安全及系统标准化方面的影响。例如，在交流电网发生故障时，直流和基于电力电子的发电站在动态响应和性能方面，较传统发电厂和交流线路有显著区别。许多情况下，如何选用适当的设计和控制方法增强全网可靠性，是需要考虑的重要问题。高压直流电网是一种全新的电网形式，建立完善的高压直流电网，需要灵活使用制造业的各种设备，建立相应的标准及电网技术准则，并逐步完善各项标准和网络节点。同时，不同制造商提供的设备也应该具有互换性，如何满足日益增长的终端直流供电的需求（例如居民用户和商业建筑等）也是挑战之一。

为协调分布式能源，储能系统发挥着越来越重要的作用，同时也带来了许多技术问题。在建设问题，包括先进材料、安装成本和建设成本下降，环境影响的降低，充放电周期效率提升、重量减轻且尺寸密度提升，全生命周期评价模型的研发等。在运行和网络方面，包括各电压等级下储能的影响、静态稳定建模和动态仿真、充放电管理、与可再生能源联合运行的混合系统、孤岛管理、削峰能力、需求侧管理技术协调运行等。此外还有抽水蓄能和电池储能的发展。

三、趋势——走向综合能源系统

目前，我国的主动配电系统尚处于前期探索和试点阶段，发展潜力巨大。未来配电网将是非线性、大数据、多元化的复杂大系统。它有高渗透率的可再生能源、多维非线性的随机系统、海量多源的离散大数据、动态多时空差异的源与负荷，并承担更多的绿色环保社会义务，具备更高的服务要求。

未来配电网还将是现代电网与互联网的融合。因此，必须从技术集成与创新，转变为技术融合与创新，实现知识、学科、技术的深度融合，包括现代电网技术与信息通信技术融合、高电压技术与微电子技术融合、交直流电网融合、一二次设备融合。其中，大功率电力电子技术、传感器网络技术是电网技术融合的桥梁。

未来配电网的另一个特征是数据驱动型创新。互联网的本质是信息的互联处理，而信息以数据为载体。电力行业蕴藏大量数据资源，并有巨大的数据价值需求。云大物深技术的应用将不断深入，资产、运维、调度和用户侧管理各环节均需要各种电网信息，电网管理也将依托大量信息的高效采集和综合利用。

未来的主动配电网，将向能源互联网方向发展，并最终发展成综合能源系统。综合能源系统基于系统能效和互联网技术，以现有电网为基础，整合不同质能源，涵盖集成的供电、供气、供暖、供冷、供氢和电气化交通等能源系统，以及相关的通信和信息基础设施。它通过先进的电力电子技术和信息技术，融合大量分布式可再生能源发电装置和分布式储能装置，通过能源生产、储运、应用与回收循环四环节能量和信息的耦合，形成能量输入和输出跨时域的实时协同，实现系统全生命周期的最优化和能量增效，能效控制系统对各能量流进行供需转换匹配，并实行梯级利用、时空优化、以达到系统能效最大化，最终形成高度有序的现代综合高效智能能源。