适应新型电力的受端城市配电网构建思路探讨

樊庆慎 郑洁

（国网杭州供电公司 浙江杭州 310009）

1 背景

2020年9月，在第75 届联合国大会上，习近平主席向全世界承诺，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。2021年3月15日，在中央财经委员会第九次会议上，习近平总书记进一步提出要深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统，开启了能源发展的新篇章。

杭州电力系统规模位居国网系统省会城市第一，是浙江北部负荷中心，电力供应属于典型的受端城市。外部由超高压及特高压主供电源供入，内部水资源已基本开发完毕，光伏资源禀赋不足但仍有提升空间，电力系统调节能力相对不足，可控灵活资源仅靠需求响应支撑。

2 配电网存在的主要问题

配电网是新型电力系统建设的主战场，是实现清洁能源就近消纳、多元负荷聚合互动、信息物理全面融合、综合能源互联互通的关键环节。在能源低碳转型的背景下，配电网发展面临重大挑战。

2.1 大规模本地零碳电源分散接入，配电网适应能力不强

随着国家能源局关于整县（市、区）屋顶分布式光伏开发试点工作的深入推进和我省“十四五”实施“风光倍增计划”，预计全市“十四五”期间新增光伏发电装机容量1 200 000～2 000 000kW［1］。但是，现状配电网对大规模分布式光伏接入的适应力不足。一是杭州西部乡村配电网对新能源消纳能力不足。新能源资源与负荷需求往往在空间上逆向分布，临安、建德、淳安等县域乡村地区，农光、渔光、林光、屋顶光伏等资源禀赋优越，但是局部配电网消纳能力不足，在新能源及小水电大发时会引起倒送电甚至线路过载。二是随着新能源大规模并网，电力系统“双高”问题更加显著。新能源除了出力的随机性、波动性、反调峰特性及“大容量、小电量”等问题，还会引起配电网电压异常、频率波动、谐波畸变等问题，亟须加快多元融合高弹性配电网建设，强化配电网跨时空电力电量平衡能力和系统调节能力，提升配电网对新能源主体的适应力。

2.2 电力产销一体化及数字化趋势下，配电网互动能力不足

在能源互联网背景下，既是电力消费者、又是电力生产者的全新模式改变着能源电力的系统运行和服务形态，分布式电源、储能、电动汽车V2G、虚拟电厂、需求侧响应等多元新型负荷作为“电力产销者”［2］，将大规模参与电力生产及调峰、调频等系统辅助服务。数据作为核心生产要素的基础作用将充分彰显，发输配用全链条实现全息感知和协同控制。但是，当前源网荷储互动能力不足。一是目前公司内部对于源网荷储各侧资源的管理相对独立，互动不足，协同优化运行控制机制尚未建立。二是需求侧响应能力、储能调节能力尚未充分发挥。双碳目标驱动下，仅靠常规电源调节能力难以满足新型电力系统平衡调节要求，挖掘用户中蕴藏的巨大的可调节负荷容量，最大限度地发挥储能的调节作用，助力电力平衡由源随荷动的实时平衡向灵活资源参与的时空互补互济转变，支撑电网调度由自上而下调度模式向“源网荷储”一体化协同调度、大电网与微电网协同调度转变。

2.3 “双碳”目标下能耗约束趋严，配电网运行效能不高

“十四五”是我国实现碳达峰的关键时期，我市能源总量的增幅将被严格约束，根据杭州市能源发展规划，至2025年，全市能源消费总量控制在5000万t标准煤以内，年均增速控制在2.85%以内［3］，与“亚运会、大都市、现代化”重要窗口期的经济社会高速发展的矛盾将进一步显现，由此对能效水平提出了更高要求。同时，我市在能源结构优化和能效提升上起步较早，随着各项举措边际效应递减［4］，能效提升的难度更大。一是在能源电力领域，杭州电网峰荷短时重载、均荷长期轻载的矛盾一直存在，轻、重载设备并存，配电网运行效率有待提升。二是工业、建筑、交通、农业、居民等其他领域需要电网企业体现责任担当，协助政府开拓新思路、新方案，进一步推动传统高耗能行业的电能替代，结合工业“绿色园区”“零碳工厂”“零碳乡村”等，推进直流配电、氢电耦合、微电网等新技术应用，促进电源多能互补、电网经济运行，提升配电网综合能效水平［5］。

3 受端城市新型配电网构建思路

受端城市新型配电网构建应推进电力系统运行柔性化转变，将传统电力系统向混合系统转变，将电力平衡向大规模储能和灵活互动资源参与的时空互补互济转变，将控制模式向大电网与微电网协同控制转变，实现电网高品质运行。

3.1 推进大规模零碳资源开发，实现配电网适应能力升级

加快标准网架构建，以高弹性配电网规划为引领，构建“双源双环、多向互联”［6］的10（20）kV高可靠性网架和配变低压联络自动化，提高配电网承载力和自愈力。配电网络互联结构如图1所示。向高弹性配电网转变，将配电网布局从空间的“单轴”向时空的“双轴”演进，推进电网侧、电源侧、用户侧储能建设，以电网弹性提升带动源网荷储各侧发力，促进源网荷储一体化及多能互补；向全感知、全自愈配电网转变［7］，强化全时全线全电压感知能力，推广台区智能融合终端、配变低压联络自动化、故障自动研判和馈线分级保护技术，打造全感知全自愈配电网，实现中低压故障“秒级自愈”；向有源配电网转变，适应以新能源为主体的未来配电网形态，满足大规模分布式新能源并网需求，应用光伏插座、多元微网等技术，城网逐步满足上级变电站“全停全转”、农网全面实现“互通互济”。

图1 配电网络互联结构图

3.2 推进源网荷储全要素数字化，实现产销互动能力升级

积极融入杭州数字化改革浪潮，全面推进杭州能源大数据中心建设，推动能源数据价值创造，服务政府治理精准施策、能源清洁低碳转型，进一步实现煤炭、油气、电力、热力等各类能源数据在线采集和融通应用。同时，围绕构建“大网—配网—微电网”分级分层调控运行模式［8］及智能安全防护体系，一是开展大电网全要素功率弹性平衡、基于多能协同的分布式能源控制等新型调控技术研究，二是开展多层级电网调度运行协同体系、分布式新能源协同分级管理体系等新型调控体系构建，三是开展基于新一代调度系统的智慧调控平台、基于新一代调度系统的分布式新能源技术支撑系统等新型调控平台建设。推动传统调度运行体系向新型调度运行体系转变，实现新能源出力精准预测、新能源故障实时处置、新能源消纳可靠保障，构建“源网荷储”协同调控运行新模式，如图2所示。

图2 源网荷储协同运行模式图

3.3 推进“双碳”目标下低碳转型，实现社会能效水平升级

加快推广多能协同新模式，大幅提升清洁能源在终端能源消费领域占比，支持多能互补项目建设，探索微电网、“新能源+储能”“汽电联动”“光氢汽联动”，以及多能耦合等能源供应和交互模式在工业园区、商业楼宇、未来社区等场景的创新应用，发挥电力纽带作用，实现多能互补，提升综合能效。提升终端电气化水平，密切跟踪“两高”企业调整和转移情况，严格用户并网准入，严格执行差别性电价政策，同时，完善综合能源服务，以能效提升、分布式新能源开发利用为重点，开展楼宇建筑能源托管、供冷供暖、智能运维等服务。推进充电基础设施建设，助力绿色出行，科学规划、适度超前开展充电设施布局，构建绿色出行体系，助力专用网、公用网、基础网“三网协同”的城市充电生态网络。同时，开展有序充电、智能引导等新技术开发及应用，推广具有智能有序充电技术的充电机，运用实际有效的经济或技术措施，引导、控制电动汽车进行错峰充电，推动实现城市“分钟级”充电圈。图3 为电动汽车充电负荷特性图。

图3 电动汽车充电负荷特性图

4 结语

新型配电系统的建设应融合先进信息通信技术、智能控制技术、综合能源技术和用户互动技术，深度挖掘“源网荷储”资源潜力，逐步形成柔性、刚性与韧性并济、互联电网与微电网并存、交流与直流混联、集中调度与自治决策协调的弹性配电网“生命体”。同时，从“供应清洁化、电网新型化、用能高效化”三大路径着手，推动受端城市逐步实现电力碳达峰。