能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的配電系統(tǒng)發(fā)展分析

楊 珂

（北京中恒博瑞數(shù)字電力科技有限公司，天津 300392）

0 引 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)于能源的依賴越來(lái)越強(qiáng)，能源安全已經(jīng)成為遏制我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要問(wèn)題。然而，煤炭、石油、天然氣等不可再生資源越來(lái)越緊張，造成的污染嚴(yán)重影響了人們的生活質(zhì)量。因此，發(fā)展清潔能源和新能源成為未來(lái)能源發(fā)展的主要方向[1-5]。在能源革命和互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃的背景下，能源互聯(lián)網(wǎng)的概念應(yīng)運(yùn)而生，是以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，多個(gè)能源與網(wǎng)絡(luò)輸送結(jié)構(gòu)結(jié)合，最終滿足多元化的消費(fèi)者，而形成的復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

1 能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)及其發(fā)展分析

為了解在能源互聯(lián)網(wǎng)的背景下，配電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，須對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行整體的結(jié)構(gòu)和特性的分析，從而掌握能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展對(duì)于配電系統(tǒng)的整體影響。另外，從不同的視角而言，能源互聯(lián)網(wǎng)對(duì)于配電系統(tǒng)中其他組成的影響側(cè)重點(diǎn)不同，因此對(duì)于能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的配電系統(tǒng)的影響研究要進(jìn)一步明確能源互聯(lián)網(wǎng)的特征和發(fā)展趨勢(shì)。

1.1 能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

在能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)下，建立的配電系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)“源”到“荷”的全面優(yōu)化，能夠提升整個(gè)配電系統(tǒng)的運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的連接和數(shù)據(jù)傳輸，最大程度上實(shí)現(xiàn)資源的最優(yōu)配置。電力系統(tǒng)中的能源架構(gòu)如圖1所示。

圖1 電力系統(tǒng)中的能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

在上述的能源互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，首先出現(xiàn)了分布式電源，主要是水電、風(fēng)電、潮汐發(fā)電等多元化的清潔能源，是能源互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的重要特征。另外，能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)下的能源輸送系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)能源流和信息流的雙向傳輸，從而構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)能源傳輸渠道。而配電網(wǎng)系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)能源的調(diào)度和調(diào)配，提高能源的利用率，實(shí)現(xiàn)能源的合理及時(shí)分配。

相比于傳統(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)而言，互聯(lián)網(wǎng)背景下的電力能源結(jié)構(gòu)更加注重資源的流動(dòng)性，側(cè)重不同系統(tǒng)之間的互動(dòng)，將會(huì)有更多的分布式能源、微電網(wǎng)、電動(dòng)汽車以及新的儲(chǔ)能方式出現(xiàn)。

1.2 能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展分析

在能源互聯(lián)網(wǎng)的背景下，實(shí)現(xiàn)供給端的能源與消費(fèi)者的相互流動(dòng)，逐漸打破不同能源類型之間的界限，提高配電系統(tǒng)的利用效率，是能源互聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)。但是，能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，需要經(jīng)過(guò)不同的階段。

（1）發(fā)展初期。能源互聯(lián)網(wǎng)側(cè)重于基礎(chǔ)設(shè)備的建設(shè)，會(huì)出現(xiàn)更多的分布式能源，但仍然以傳統(tǒng)的能源為主。

（2）發(fā)展中期。此時(shí)能源互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)備已經(jīng)構(gòu)建完成，進(jìn)一步發(fā)展分布式能源，并開(kāi)始進(jìn)行資源的調(diào)度和互聯(lián)網(wǎng)信息的管理。

（3）發(fā)展后期。能源互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)已經(jīng)建設(shè)完成，并得到進(jìn)一步的發(fā)展，更多的分布式能源已經(jīng)進(jìn)入市場(chǎng)，開(kāi)啟了新能源的使用模式，出現(xiàn)更多的智能化傳輸設(shè)備和技術(shù)，使得能源數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)雙流通。

（4）成熟時(shí)期。能源互聯(lián)網(wǎng)的智能化平臺(tái)和系統(tǒng)使得多元化的能源與消費(fèi)者實(shí)現(xiàn)更高靈活度的教育，能源與消費(fèi)之間實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的平衡。

通過(guò)對(duì)上述不同階段的能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)分析可知，以電力系統(tǒng)為核心的能源互聯(lián)網(wǎng)目前的工作重心是將我國(guó)多元化的分布式能源通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與配電系統(tǒng)相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)能源與消費(fèi)的進(jìn)一步聯(lián)系。雖然由于技術(shù)條件的限制，遏制了我國(guó)的能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，但是隨著新能源技術(shù)不斷的提升，設(shè)備的成熟度進(jìn)一步提高，能源互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域和范圍不斷的擴(kuò)大，未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)將實(shí)現(xiàn)不同類型系統(tǒng)的融合。同時(shí)，電力系統(tǒng)將是整個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵所在，是連接能源供給側(cè)與消費(fèi)者之間的橋梁。

未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將有更多的電動(dòng)汽車和分布式新能源的接入，使得多元化、多種類的微電網(wǎng)發(fā)展迅速。未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)更加側(cè)重市場(chǎng)需求，提高配電系統(tǒng)的效率，實(shí)現(xiàn)資源的最優(yōu)化配置，并且對(duì)于用戶的精準(zhǔn)化、個(gè)性化服務(wù)將是未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)的工作重點(diǎn)。總之，未來(lái)的能源互聯(lián)網(wǎng)通過(guò)先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)之間的平衡、穩(wěn)定協(xié)調(diào)運(yùn)行。

2 能源互聯(lián)網(wǎng)背景下配電系統(tǒng)的特征

在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下，配電系統(tǒng)內(nèi)使用的電動(dòng)汽車、分布式可生電源、儲(chǔ)能設(shè)備等負(fù)載的電力資源不斷增加，大負(fù)荷電力資源分散接入配電網(wǎng)，改變了配電網(wǎng)的管理模式，傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)受到?jīng)_擊，不能夠?qū)崿F(xiàn)電力負(fù)荷動(dòng)態(tài)平衡和協(xié)調(diào)。因此，在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的配電系統(tǒng)具備以下特征。

（1）電力資源管理更高效。在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的配電系統(tǒng)，能夠依托大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)、區(qū)塊鏈技術(shù)靈活高效地管控電力資源，分析配電系統(tǒng)中的大量負(fù)荷用戶數(shù)據(jù)信息，積極高效地調(diào)度相應(yīng)的負(fù)荷資源，使得能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的供給側(cè)能夠容納更多的分布式清潔能源，并且智能分配需求側(cè)的電力資源，從而保證雙方資源平衡。

（2）電力資源多樣化。在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下，產(chǎn)生了較多的分散式可調(diào)度負(fù)荷能源，供電側(cè)中主要有風(fēng)能、太陽(yáng)能、潮汐能以及生物能等清潔能源，需求側(cè)主要包括電動(dòng)汽車、移動(dòng)負(fù)荷、儲(chǔ)能等負(fù)荷。由于出現(xiàn)了多種多樣的負(fù)荷資源，導(dǎo)致傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)不能高效進(jìn)行電力資源的調(diào)度，加大配電系統(tǒng)對(duì)于負(fù)荷預(yù)測(cè)和電力資源供給平衡的難度。

（3）負(fù)荷調(diào)控更加智能化。由于負(fù)荷能源的多樣性，就需要在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的配電系統(tǒng)能夠自動(dòng)化、智能化進(jìn)行負(fù)荷的調(diào)控。而在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的配電系統(tǒng)是基于互聯(lián)網(wǎng)與先進(jìn)的信息管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠借助相應(yīng)的大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，提高配電系統(tǒng)中能量節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)度，進(jìn)行供電與需求兩側(cè)的資源調(diào)度，從而實(shí)現(xiàn)雙方資源的柔性管理。

（4）能源價(jià)值得到提升。由于能源背景下的配電系統(tǒng)能夠依靠互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，通過(guò)對(duì)于用戶和企業(yè)的用電行為進(jìn)行分析，將配電系統(tǒng)中的多元負(fù)荷資源進(jìn)行合理化、平衡化處理，從而實(shí)現(xiàn)用戶和供電企業(yè)的間接關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)不同時(shí)間、不同區(qū)域的定制電價(jià)服務(wù)，從而提高了清潔能源利用率和使用價(jià)值。

（5）配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更靈活。傳統(tǒng)配電系統(tǒng)是考慮到負(fù)荷問(wèn)題，多數(shù)是采用最大負(fù)荷方案進(jìn)行配網(wǎng)規(guī)劃，并未考慮電網(wǎng)負(fù)荷資源削峰填谷的作用，在進(jìn)行選址的過(guò)程中，僅僅是考慮最大的飽和負(fù)荷，但是由于不同時(shí)間、不同區(qū)域的電力使用情況不同，就會(huì)造成電力資源和投資浪費(fèi)。而在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的配電系統(tǒng)，需要有更加靈活的管控能力，通過(guò)大數(shù)據(jù)信息平臺(tái)，分析用戶的用電習(xí)慣和實(shí)際需求，靈活接入配電系統(tǒng)或使用相關(guān)儲(chǔ)能裝置。同時(shí)，要研究、分析配電系統(tǒng)的電壓節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行適量適時(shí)的電壓調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)電力供應(yīng)的平穩(wěn)運(yùn)行，保證配電系統(tǒng)的靈活結(jié)構(gòu)。

3 能源互聯(lián)網(wǎng)對(duì)配電系統(tǒng)發(fā)展的影響

在能源互聯(lián)網(wǎng)的背景下，對(duì)于配電系統(tǒng)的影響是多種多樣的，隨著能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，還會(huì)涌現(xiàn)出更多的新型因素。在配電系統(tǒng)建設(shè)的過(guò)程中，更加注重配電網(wǎng)的可擴(kuò)展性，降低配電系統(tǒng)的成本，并且注重模塊化設(shè)計(jì)，為更多的分布式能源和電源設(shè)備的接入預(yù)留相應(yīng)的接口，從而實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)系統(tǒng)與其他服務(wù)系統(tǒng)的相連。在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下有更多的新型因素的出現(xiàn)，因此配電系統(tǒng)在規(guī)劃和設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮更多的因素，根據(jù)能源互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，可以將能源互聯(lián)網(wǎng)背景下影響配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的因素主要分為電源側(cè)、需求側(cè)以及輸配側(cè)3類。

3.1 能源互聯(lián)網(wǎng)背景下對(duì)配電系統(tǒng)電源側(cè)的影響

隨著更多的分布式能源和微電網(wǎng)的不斷發(fā)展，使得在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的配電系統(tǒng)需要從單項(xiàng)傳輸轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向傳輸，更需要增加互聯(lián)技術(shù)和相應(yīng)的柔性的儲(chǔ)能設(shè)備。能源互聯(lián)網(wǎng)背景下對(duì)配電系統(tǒng)電源側(cè)的影響主要如下：一是日益增加的接入節(jié)點(diǎn)，使得配電系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化的方案難以確定；二是更多分布式電源的接入使得配電系統(tǒng)面臨著雙向潮流的問(wèn)題；三是多元化的電源結(jié)構(gòu)，使得配電系統(tǒng)從單一的電源類型向多種電源類型進(jìn)行轉(zhuǎn)換；四是配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)往往影響著電網(wǎng)的損耗。

3.2 能源互聯(lián)網(wǎng)背景下對(duì)配電系統(tǒng)需求側(cè)的影響

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)和能源供給方式的變化，同時(shí)出現(xiàn)了多樣化的消費(fèi)模式和消費(fèi)行為，使得配電系統(tǒng)需求側(cè)的行為發(fā)生變化。相比于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)而言，能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的配電系統(tǒng)開(kāi)始側(cè)重與其他能源系統(tǒng)進(jìn)行交換，并且隨著微電網(wǎng)和新能源汽車的快速發(fā)展，需求側(cè)的用戶用能行為與互動(dòng)模式發(fā)生了改變，主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)。一是智能示范樓宇模式。二是多元化用電的發(fā)展。三是智能工業(yè)園模式。

4 能源互聯(lián)網(wǎng)背景下配電系統(tǒng)發(fā)展的建議

4.1 加大國(guó)家政策的支持力度

雖然我國(guó)能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)不斷地加快，電力行業(yè)的發(fā)展環(huán)境較好，對(duì)于未來(lái)智能化的配電系統(tǒng)發(fā)展有促進(jìn)的作用，但是能源互聯(lián)網(wǎng)下的配電系統(tǒng)政策補(bǔ)貼不長(zhǎng)久，商業(yè)模式和監(jiān)管措施較模糊。因此，需要加大對(duì)于配電系統(tǒng)發(fā)展支持的力度，根據(jù)不同地區(qū)、不同資源分布的配電網(wǎng)絡(luò)，制定良好的財(cái)政支持和監(jiān)管制度，通過(guò)政策的引導(dǎo)，促進(jìn)未來(lái)配電系統(tǒng)的發(fā)展。

4.2 加大技術(shù)和設(shè)備的研發(fā)力度

未來(lái)智能化配電系統(tǒng)離不開(kāi)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，因此需要核心技術(shù)的研發(fā)投入，預(yù)先開(kāi)展配電系統(tǒng)的資源規(guī)劃，切實(shí)將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與配電系統(tǒng)的發(fā)展相互結(jié)合，綜合利用多種創(chuàng)新成果，改善更加靈活的管理控制方式，便于攻克技術(shù)難關(guān)。此外，還要不斷開(kāi)發(fā)和研究更多的高端設(shè)備，夯實(shí)配電系統(tǒng)發(fā)展的基礎(chǔ)條件，使用更多的智能化、自動(dòng)化設(shè)備，更加注重設(shè)備的創(chuàng)新和改造，注重設(shè)備的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。同時(shí)，將配電系統(tǒng)的發(fā)展與電力銷售相互捆綁，并將設(shè)計(jì)研發(fā)與品牌的銷售相互結(jié)合，開(kāi)發(fā)出先進(jìn)的配電設(shè)備，打造知名品牌。

4.3 實(shí)現(xiàn)電力企業(yè)的轉(zhuǎn)型

要想實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，完成智能化的改造，就需要電力企業(yè)完成新角色的轉(zhuǎn)變，從傳統(tǒng)的能源銷售轉(zhuǎn)變到能源解決方案，創(chuàng)造新的商業(yè)模式，從而實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電力公司的轉(zhuǎn)變。隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展，人們對(duì)于能源的消費(fèi)模式，從傳統(tǒng)的被動(dòng)供給模式轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒘鳌?shù)據(jù)流的選擇模式，電力公司不僅為用戶提供能源，而且成為了輸配電平臺(tái)，包括能源的選購(gòu)、配電系統(tǒng)的優(yōu)化以及最后售電的服務(wù)，為公司和用戶提供一站式的服務(wù)，保證更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)質(zhì)量。

5 結(jié) 論

能源互聯(lián)網(wǎng)能夠解決不可再生資源和污染問(wèn)題，是未來(lái)能源系統(tǒng)的重要形式。而電力系統(tǒng)是能源互聯(lián)網(wǎng)的核心網(wǎng)絡(luò)，配電系統(tǒng)是能源互聯(lián)網(wǎng)的重要載體，在能源互聯(lián)網(wǎng)的背景下，大力發(fā)展智能配網(wǎng)系統(tǒng)，可以推動(dòng)未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。本文主要研究電力行業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)，總結(jié)能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。在此研究的基礎(chǔ)上，分析了在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的配電系統(tǒng)的新特征，并且從電源側(cè)、需求側(cè)以及輸配側(cè)等3個(gè)方面，詳細(xì)地分析了能源互聯(lián)網(wǎng)對(duì)于配電系統(tǒng)的影響，并結(jié)合當(dāng)前配電系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀，提出了促進(jìn)配電系統(tǒng)發(fā)展的建議。