配电网的未来发展之路

张传坤，牛文东，赵舒铭，张远镇，牛子凡，孙子涵

（1.克兰菲尔德大学，英国 贝德福德郡 MK430AL；2.国家电网有限公司技术学院分公司，山东 济南 250002；3.石家庄铁道大学，河北 石家庄 050043；4.国网淄博供电公司，山东 淄博 255000；5.天津理工大学，天津 300384；6.山东理工大学，山东 淄博 255000）

0 引言

随着新能源开发、传输、存储、转换等技术的迅猛发展以及互联网、智能终端、大数据、云平台等技术在能源领域的不断应用， 电力物联网作为传统功能延续、新功能开发承载主体的优越性逐渐显现。特别是在新技术不断涌现、 新主体爆发增长和国家再电气化政策的背景下， 配电物联网已经成为一个多能源汇集、供用能交互、多形式管控、多信道互联的有效平台。 国网公司发布的《配电物联网建设方案》和各省、自治区、直辖市陆续制定颁布了配套落地措施， 为解决目前配电物联网发展中遇到的难题起到了及时有效的指导作用。 在这样的背景下，发、输、变、 配、 用同时完成是传统电力系统运行的基本特点，这一电能传输的传统链条，正在被快速发展的储能和新技术部分地旁路或短接。因此，进一步探讨未来配电网的发展趋势和应用前景， 拓展配电物联网的功能，具有迫切的现实意义和深远的历史意义。

1 储能和新技术对配电网影响

人类对于储能的梦想以及梦想实现的探索，从来就没有停止过。储能对于人类用能的影响，远远超过其本身。

1.1 能源供给方式的改变促进了储能及配电网的发展

电能和其他化石类能源开发利用不同， 电能利用的发展历程， 除了不断提高开发效率和利用率之外，还一直伴随着储能的探索史，电池储能、飞轮储能、抽水储能、山洞空气压缩包储能、热储能及冰储能等。但因为成本、量值安全性等原因而发展速度缓慢，一直没有得到重视。随着全球化石燃料的逐渐枯竭，新能源的应用转换平台难以满足现实需求，人们对于储能技术表现出前所未有的热忱［1］。 政府和民间大量投资进行研究， 于是出现了全球范围内新材料的应用及电动汽车的爆炸式增长， 但电动汽车只是储能技术的一个应用，更大的应用是电网储能、平衡峰谷、分布式电源储能等，从而对电力工业的发展产生深远影响，而对于配电网的影响将更加明显，如图1 所示。

图1 未来电力系统诸要素关系图

1.2 新技术和政策是储能及配电网发展的加速器

配电网是电力系统的末梢神经，是连接发电厂、输电网与用户之间的纽带， 是远方电源电力落地的基础，但储能技术的发展将让这一现状完全改变，并在一定程度上决定着配电网的未来发展之路。 特别是地处偏远、 电力负荷密度低、 临时性或间歇性用电、备用电源等，将由储能设备或储能+分布式电源的方式提供电力供应，这样的供电方式将更加经济、方便和安全。即使电力负荷大的场所，也可能因为线路走径受限（如大城市的市区、高山深谷水系阻隔地区等） 而选择储能设备供电或储能+分布式电源供电，特别是随着氢燃料电池、高能量密度化学电池、光伏、风能、地热、核能设备小型化等技术的成熟应用，这一趋势将会加快发展。

近期， 国家电力储能补贴政策和地方电力储能配套政策逐步开始实施，如《苏州工业园区绿色发展专项引导资金管理办法》 明确了对绿色发展项目给予补贴，江苏镇江电网总功率为1.01×105kW、总容量2.02×105kW·h 储能电站已经正式并网投运，为镇江电网配备了超级“充电宝”。

2 配电网结构的发展趋势

随着储能和分布式电源的发展，特别是国家政策的改变，支持大用户直购，鼓励发展售电服务公司，允许增量配电网向社会资本放开，提出“管住中间、放开两头”的体制架构，促使未来的配电网将逐渐展现出不同于以往传统结构的特点［2-3］，逐渐变得松散智能。

2.1 更灵活

配电网在所有电力负荷的覆盖面上将不再像现在这样必不可少， 而且在结构上将逐渐由紧密变松散，供、受电双方将不再泾渭分明，电能流向将改变以往由电源侧向负荷侧流动的单一模式而趋于复杂多变。虽然担负电能远距离输送、调配的特高压输电网将得到超常规发展，并为未来的配电网、电力供应站提供电力供应、电流汇聚与分配、充电服务等能源供应支撑，但随着末端电力供应模式的多样化，配电网从覆盖面上的表现必将逐步式微， 仅就电力传输而言，只需担负给连续用电大户提供电力供应、微电网联接和输电网功能延伸的作用，传统配网、松散联接的微网、孤立微网将并存，表现出极大的结构灵活性，用户将有更多的用电模式的自由选择权。

2.2 智能化

未来的配电网需具有热插、热拔的功能，能够承担更大的负荷波动、更加柔韧健壮与智能，实现快速自动切除故障单元和自愈，满足交直流混接，这一切都和配电网智能化密不可分。 因为各种分布式电源将随时与电网进行能量交换， 且用户越来越高可靠性的需求， 需要新的信息传输和控制技术、 传感设备、大数据、云储存、智能开关等来支撑这些功能的实现［4-5］，形成各类传感器和采集设备组成的感知层、由接入网络和接入单元组成的传输层、 由管理服务和各类应用组成的应用层的三层架构配电物联网［6］。 配电网本身亦通过强大的储能功能、 交换功能、信道功能和独立性，展示未来配电物联网的特性。星罗棋布的微电网将通过或强或弱的电气联系与大的配电网联络。 因此，配电物联网须具有自身的宽范围负荷平衡、继电保护自动远控联调、自我健康状况检测、短路电流阻尼、故障隔离、快速自愈、微储能与集中储能相结合、多信道融合等功能，成为有机整体。

2.3 多网混合

目前， 我们生活在各种网络之中， 例如电视专网、宽带专网、电网、燃气网、自来水管网、供暖管网、污水管网等，这种各自为政的网络，显然不是未来智慧生活想要的样子。就目前可预见的技术水平，有线传输对于大容量、快速度、经济性传输而言还是必须的。 随着国网公司《配电物联网建设方案》的深入实施，当信号网络合并、供暖以热量计费、各种计量数据实时上传等进入生活，将信号网络、电网、各种计量接入融为一体，实行一网进户、一网进企，集中管控，智慧集约，是未来的发展趋势，配电网将成为未来能源、信号载体的智能物联网的一部分。

3 配电网未来功能与要求

3.1 多模式用能催生配电网能源转化平台等功能提升

随着技术的发展， 能源转换模式灵活性不断增加，用户可以根据需要选择能源转换路径最短、效率最高、最经济的用能模式，或将几种用能模式组合应用。相应用户用电模式的选择也将多样化，可根据地理环境、用途、经济性、安全性等需求进行选择。如对于热电联产单位， 在合理半径之内选择热网还是电网，选择热（冰）储能还是电储能，在电储能模式上选择高能电池还是抽水储能。但就目前可预料的未来，电网依然是重要能源转换平台的优先选项， 而且重要的党政机关、军工、企事业单位、化工、矿山、冶炼等对供电可靠性需求高且用电量大的单位， 依然会保持与电网的密切联系［7－9］，以电为中心的能源转换平台如图2 所示。

图2 以电为中心的能源转换平台

随着发售电价格及用电服务的逐步放开， 电费及相关费用结算的多样化、 复杂性将迅速显现，因此，搭建功能强大、公平开放、接口兼容、安全可靠的统一结算平台，将十分迫切与必要。该平台将集地区调度、能源交易、结算清分、信息服务等功能于一体，实现强大业务支撑。

3.2 供用电安全管理要求提高

多元化的用能方式、多主体参与、多网络融合和开放性的配电物联网结构框架， 需要政府组建专业的、相对独立的组织进行供用能安全管理。安全管理人员应考取相应资质， 并进行供用能情况的监督与指导。同时，非政府的售电服务公司的工作人员将活跃在各类供用电及其他用能现场， 进行安全供用电服务。政府应当在相关标准化及应急处置等方面，提前策划，未雨绸缪，避免混乱，为所有市场主体的未来发展提供开放有序、安全经济、公平公正、方便快捷的管理和技术服务。

4 结束语

未来配电物联网组成要素之多将远超传统配电网，诸要素之间关系将越来越复杂，能源配置地位越来越显著，深刻影响电网管理模式、工作场景和各类切身体验，并催生大批新生产业，成为社会发展的重要支撑。