智能配電網低碳化的規劃與實現

亢坤 宮倩倩

摘要：近年來，我國對電能的需求不斷增加，配電網建設越來越多。在碳中和重要發展目標及能源結構轉型的驅動下，電能的清潔化替代趨勢將愈加顯著，配電系統在促進新能源消納和用戶碳減排等方面發揮重要作用的同時，也將面臨新的挑戰。本文首先分析了智能配電網發展概述，其次探討了低碳微生態，最后就低碳化智能配電網規劃展望進行研究，以供參考。

關鍵詞：智能配電網;規劃;低碳

引言

隨著城市化建設的快速發展，供電能力是影響其發展質量的重要因素之一，同時，在人們日常生活中的地位也十分關鍵。如何加強城市供電能力，保證居民日常用電，推動電網企業實現可持續發展，是電網企業需要處理的重要問題。而只有城市電網進行科學合理的規劃，才可以滿足不斷增長的發展需求，使居民的基本用電得到滿足。然而，從目前實際電網建設情況來看，很多電力企業只關注眼前的問題，并沒有長遠發展的意識，這就導致我國電力成本的投資成本在逐漸增加，對其發展也造成了一定的約束。

1智能配電網發展概述

智能電網是由分布式節點組成的電力網絡，在智能子系統的普遍控制下運行，稱為智能微網。微網可以在并網模式、孤島模式或兩種模式下運行。隨著智能電網的出現，傳統的配電系統正面臨一個范式的轉變。分布式發電的概念是基于不同規模的能源，如內燃機、燃氣輪機、微型渦輪機、光伏發電、燃料電池和風力發電。其目的是為當地配電提供電力，或者向主電網注入足夠質量的電力。配電系統的智能運行有助于提高穩壓、效率、可靠性、可用性、電能質量，以及在故障條件下可能的運行。智能電網的分散式發電依賴于復雜的通信、控制和管理，這些都依賴于電力公司和用戶之間的大量數據和信息。這些海量的信息對于使電網在正常和緊急運行條件下更有效、更可靠、更安全、更獨立和更具支持性至關重要。智能電網提供了更大的能源輸送和電力流動的可能性。它允許電力和數字信息在公用事業和客戶之間的雙向流動。電網由智能儀表、傳感器、探測器、測量單元等支持，以批量或實時的方式收集數據。此外，智能電網涉及眾多的應用，這些應用都創造了大數據的來源，例如，配電系統電力市場和價格、通過電網和變電站管理動力傳輸和配電、智能負載轉換、管理可再生能源間歇性、電動汽車的需求管理、智能建筑中的電力管理、智能電表、有效的需求響應程序、智能資產管理、用于干擾記錄的相量測量單元（PMU）、能源消耗的匯總、公用事業公司的數據中心、負載和天氣狀況預報以及社交媒體程序，以便更有效地與客戶互動。這些數據需要有效的管理和分析，以便更好地控制決策，提高電網的可靠性，減少能源需求，提高運行效率，增加電網的能力。智能電網應用產生大量的數據，這些大數據有助于增強智能電網應用。大數據系統將以高效的方式存儲、處理和挖掘信息，以增強不同的智能電網服務。大數據通過實時信息交換，可以減少電網損耗，降低對主網的依賴，減輕高峰負荷，在突發事件發生時提供必要的系統支持，提高電網的可靠性、安全性和效率。

2低碳微生態

碳中和在配電網中最顯著的特征是分布式電源的高滲透接入，利用風能、太陽能等清潔能源滿足負荷用電需求，從而降低發電側的碳排放量。然而，“碳中和區”作為一個具有自循環功能的系統，不等于風機、光伏的簡單安裝和并網發電，以“風光儲直柔”為核心的低碳微生態架構，可能是未來構建“碳中和區”較為可行的整體性方案。其中，風機、光伏等分布式電源作為清潔能量轉化裝置是“碳中和區”成立的必要條件;儲能系統是平抑峰谷波動的主體，用來保證“碳中和區”的靈活性裕度;直流配電環節的加入可以省去直流設備和交流主網間數目眾多的變換裝置，對電能轉換環節的能效提升有重要意義;柔性設備在提高電網響應控制水平的同時，可以賦予碳中和更多時空調節上的靈活性。風機、光伏發電設備隨著成本的降低和體積的小型化，在配電系統中的安裝可行性和普及程度越來越高，并網控制技術的日益成熟和多種能源間的互補特性也將進一步提升新能源滲透率，但是仍存在以下2個方面的問題：一是在負荷側目前以用戶自行投建為主，呈現無序、分散、容量小等特點;二是電能轉化受風速、光照、溫度等自然因素影響較大，具有顯著的間歇性和波動性。然而，隨著配電側可再生能源并網技術標準和政策規范的陸續出臺，低能耗建筑逐步將風機、光伏建造納入總體設計方案，虛擬同步機等技術推廣應用后對分布式電源并網兼容性的有效改善，“碳中和區”將獲得更加可靠可控的新能源支撐。儲能系統通過優化調節充放電特性，可以在時間上有效改善分布式電源和負荷間功率不匹配的情況，它的調節能力在很大程度上決定了所在區域的對外碳特性，是維持當前“碳中和區”約束邊界穩定的關鍵系統。儲能裝置自身在要求高能量密度、低轉化損失之外，需要進一步考慮能量存儲介質和方式的低碳化，電制氫儲能技術日益得到關注和發展。電氫轉化不僅可以實現零碳排放，而且氫作為重要的工業原料和二次能源的有效補充，電解制氫也有助于消納過剩的分布式發電。因此，以電制氫為代表的新型儲能系統，以及氫能和電能之間相互獨立而又較為高效的綜合利用機制，將成為低碳微生態的重要組成部分。

3低碳化智能配電網規劃展望

3.1智能配電網信息傳感網絡

面向低壓配電物聯網，通過智能設備內置通信芯片和操作系統的方式，統一物聯網協議標準，適應寬帶載波、微功率無線、NB-IoT等多種物聯網通信技術，實現智能設備與智能配變終端的方便、快捷互聯。

3.2大數據對配電系統的挑戰

（1）為眾多應用開發新穎安全的數據挖掘和數據處理方案，以提高智能電網的可靠性;（2）開發有效管理海量數據的新計算方法;（3）提高服務和應對日益增加的分散式發電的能力;（4）促進客戶層面的電力市場發展，例如加強以市場為本的需求回應和以客戶為本的服務;（5）正常和緊急情況下配電網絡的安全和經濟運行。

3.3碳排放權交易

電力碳排放權交易市場作為電力市場的衍生體，在能源互聯趨勢下將具備海量終端、多邊接入和平等參與等新特征，為實現能源領域更加廣泛的碳源減排和碳匯增容創造新條件，從而成為加速智能配電網碳中和進程的有效手段。通過制定安全高效的碳排放權結算與出清規則，利用經濟層面的轉移支付方式，對地區間的異質互補性資源進行統籌協調，將對配電網規劃中不同利益主體的投資行為形成積極引導。同時，資本的流通不僅會讓各地域的碳排放權交易更加緊密，也會反作用到配電網規劃的實體層面。

結語

綜上所述，“碳達峰、碳中和”作為國家重要戰略決策，決定了中國能源利用體系未來發展的價值方向。風機、光伏等分布式電源的高比例滲透是能源清潔化轉型的重要支撐點，為配電網實現碳中和創造了條件，同時對先進裝備的制造能力、安全穩定的生態建設和高效協同的控制方法提出了新挑戰，將對智能配電網規劃理論和技術變革產生深刻影響。

參考文獻

[1]劉智慧，王煒，戴亮等.基于智能配電網關鍵技術的城市配電網規劃研究[J].電力系統裝備，2019（01）：53-54.

[2]張祥龍.基于智能配電網關鍵技術的城市配電網規劃探究[J].通信電源技術，2020，v.37;No.197（05）：134-135.

[3]鄧裕文.基于智能配電網關鍵技術的城市配電網規劃[J].中國戰略新興產業，2018（46）：36，38.

[4]谷曉峰.智能配電網關鍵技術的城市配電網規劃[J].科技創新導報，2017（28）：87-88.