能源互联网背景下配电网发展迎来新契机
——访中国电力科学研究院智能配电网首席专家马钊

/本刊记者 贾常艳/

能源互联网背景下配电网发展迎来新契机
——访中国电力科学研究院智能配电网首席专家马钊

/本刊记者 贾常艳/

马钊，博士，国家“千人计划”特聘专家，现任中国电力科学研究院智能配电网首席专家。主要研究方向为智能配电网规划和资产管理、风险管控、智能电器的设计研发及技术咨询、中低压直流配电网、能源互联网等。曾任国际咨询公司ATKINS首席咨询专家和技术总监；E.ON英国中部电力公司高级技术专家；ALSTOM英国高压开关公司高级工程师等职，具有34余年输配电行业科研、制造、运行、咨询多方面丰富的理论知识和实践经验。曾主导参与数项输配电设备研发和智能配电示范项目，为欧盟和多家国际著名公司提供技术咨询。曾任英国国家标准委员会（BSI）和国际电工委员会IEC 17A&17C委员，国际大电网（CIGRE）多个专委会委员和工作组成员；曾担任多个国际会议的技术委员会委员、分会议主席。曾荣获部级科技进步奖三次，IEE专业持续进步奖两次。

《关于促进智能电网发展的指导意见》提出，到2020年初步建成安全可靠、开放兼容、双向互动、高效经济、清洁环保的智能电网体系，形成有国际竞争力的智能电网装备体系；还提出要加紧研制和开发高比例可再生能源电网运行控制技术、主动配电网技术和智能电网大数据应用技术等，实现智能电网关键技术突破，促进智能电网上下游产业链健康快速发展。配电网是实现智能电网的关键环节，但我国配电网发展起步晚，各方面相对比较薄弱，特别是在当前新能源大力发展的形势下，对配电网的发展提出了更高的要求。为此，本刊专访了中国电力科学研究院智能配电网首席专家马钊，他根据当前我国配电网的发展现状分析了配电网发展的问题，指出了配电系统的关键技术并分析了未来我国配电系统发展的格局。

《电器工业》：新能源的发展、分布式电源的大量接入、电动汽车不断增长，对配电网的要求越来越高，使得传统配电网将面临诸多挑战。请您谈谈当前我国配电网的发展现状。

马钊：当前，我国的能源行业发展很快，我国在配电方面做了大量工作，配电系统有了很大的进步，比如，配电网网架结构的改造，低电压的整顿，高负荷变压器的更换，农村过载变压器的技术更新，提高可靠性的自动化方面等。配电网量大面广，加之我国幅员辽阔，东西部差距很大。与国内的超高压和国外的先进水平相比，我国配电网的发展还存在很大差距。长期以来我国配电网发展相对滞后，无论网架结构还是自动化水平都不能满足大量间歇式能源接入后的稳定运行，主要表现在：潮流双向流动带来源网双端不确定性；负荷双重角色导致配网调控能力不足；分布式能源的逐步渗透可能严重影响电压水平、短路电流和可靠性等现有的配电网架构很难满足未来用户对供电可靠性、电能质量和优质服务的要求。

配电网是支持需求侧响应管理，承载大量可再生能源和电动汽车等分布式能源的重要平台，是推动智能电网建设，解决能源、环境危机关键环节。现有的配电网架构很难满足未来用户对供电可靠性、电能质量和优质服务的要求。

配电网是支持需求侧响应管理，承载大量可再生能源和电动汽车等分布式能源的重要平台，是推动智能电网建设，解决能源、环境危机的关键环节。现有的配电网架构很难满足未来用户对供电可靠性、电能质量和优质服务的要求。

配电网是支持需求侧响应管理，承载大量可再生能源和电动汽车等分布式能源的重要平台，是推动智能电网建设，解决能源、环境危机的关键环节。2015年国家能源局发布《配电网建设改造行动计划（2015-2020年）》，2015～2020年，配电网建设改造投资不低于2万亿元，其中2015年投资不低于3000亿元，“十三五”期间累计投资不低于1.7万亿元。这使得配电网发展有了新的契机，未来配电网会有大的发展。

当前新能源的大量接入，使得配电网的不确定因素增加，对电能质量要求提高，加上互联网等新技术的发展、电源侧和负荷侧的新要求以及受电改大形势的推动，我国配电网的发展将面临前所未有的新挑战。

马钊：首先，在配电方面，网架结构最为重要。目前的网架结构大都是几十年前的标准，按照新的标准建设网架结构，对于新建的配电网来说应该用新的标准来要求。旧的网架结构主要是改造升级，增加自动化设施，提高可靠性，配网的终极目标就是要做到安全可靠、经济环保，达到这个目标可以说是世界一流的水平。

第二，自动化水平是配电网发展必须要考虑的。单纯增加自动化设施是远远不够的，而应该从源头上考虑一二次设备的融合，从而从根本上提高自动化水平。

第三，应该关注新技术如微电网、直流配用电。

第四，应该关注主动配电系统，目前红火的能源互联网。不论叫什么名字，但主要内容应该是包括可再生能源、主动配电网、源网荷和储能，横向长远地考虑多种能源的综合技术。实现能源综合利用的长远目标。可再生能源的比重在逐步增加，但长远来看煤电也不是一时就能抛弃的，总的来说，我们的能源形势正从过去集中式向集中与分布式结合的方向发展，从化石能源逐渐减少到可再生能源逐渐成为能源主体发展，向分布式多源互用的方向发展。其中，储能是可再生能源发展的有力支撑。

第五，新的IT技术、云计算、大数据、物联网、深度机器学习，这在未来配电网的发展中也是非常重要的。这就需要专业、技术的融合与创新来满足更高的要求，迎接更高的挑战。

第六，电力电子设备网络化将会在配电系统中引起很大的变革。用户兼顾了制造生产者的身份，电力电子设备为生产者与用户提供了很好的桥梁，把数据和信息联接起来，实现对接入大规模分布式能源配电网的主动管理。未来随着电力电子设备成本的降低会有越来越多的应用。

第七，信息物理系统近年来得到了学术界的广泛关注和重视。一种典型的电力CPS 结构是，各种嵌入式设备对本地一次设备进行控制，控制中心通过在线调整控制系统参数，并在必要时直接控制物理设备来协调整个配电系统运行。基于这一结构，有学者提出“配电网信息物理融合保护系统”作为下一代配电网保护系统的基本架构，包括嵌入式计算设备、实时通信网络、电子式互感器和智能开关设备，实现保护之间信息交互与协作，最大程度地保证系统的可靠性。其中，物理电网相当于人的躯干，而信息系统则相当于神经系统，二者有机结合才能发挥最优效用。

国家重大体制的改革，使原国土资源部门的事权发生了根本性的变化，单纯的行政管理职能已转为对自然资源所有权的行使主体。为自然资源综合管理提供服务支撑，未知空间很大。

第八，配电资产管理要精益化、量化管理。如何提高经济效益，从粗放型到科学制度化的管理是非常重要的。

目前我们面临的两大任务就是开源和节流，即提高可再生能源的利用效率，解决环境，提高效率和经济效益。配电网的发展也应遵循这样的目的。

《电器工业》：请您谈谈未来主动配电系统的架构格局及发展趋势。

马钊：我认为未来智能电网的投资主要在配电网方面。随着可再生能源和分布式能源的不断渗透，以分布式可再生能源和微电网为重点的多元电力供应系统将逐渐改变传统配电网的形态。与传统配电网相比，未来配电网的主要变化为：① 具有间歇性和随机性的分布式能源接入配电网的容量不断增加，包括分布式发电和储能等；② 具有不确定性的、分散的用户可通过需求响应、智能电表和多种控制仪器调整自身的用电行为。对电网而言，分布式能源的接入将使配网自身以及输、配网之间产生双向的功率流动；用户的不确定性，以及负荷所具有发电和消费电能的双重身份，将使未来配电网与输电网和用户之间形成双向、互动的供需关系。因此，未来配电网将发展为兼容多种发电方式和新技术，支持可再生能源发电、电动汽车充放电及其他储能装置的灵活接入和退出，实现需求响应资源的优化管理和控制的配电系统。

未来配电网的发展方向，对配电系统提出了多方面的高级要求。未来配电系统的架构及格局的主要特征为：一、大电网和微电网相辅相成、协调发展的格局。未来电网将呈现大电网和微电网并存的格局。这一特征主要是由自然禀赋、能源分布、电源结构、电网自身的结构和负荷的分布特征等决定。一方面，电力资源与负荷中心的地理分布不匹配，而可再生能源在广域范围具有良好的时空互补性，发展一个规模适当的大电网是十分必要的。另一方面，在配电网侧，就地利用资源的分布式发电和面向终端用户的区域电网和微型电网将会大量出现，充电汽车及其他储能装置等将大规模存在，未来配电系统可能划分为多个独立运行的控制区域，可接有不同规模的虚拟电厂和微电网等。因此，以可再生能源发电为重要特点的能源革命，使电力生产和输送的模式从传统的集约式生产、大规模输送，转变为集约式生产、大规模输送与分布式生产、就地消纳相辅相成的模式，从而形成大电网和微电网并存的格局。

二、多个电压等级构成多层次环网状的主要网络结构。由于配电网具有多个电压等级，相应的环状结构将具有多层次性。具体的，可将配电网分为高压配电网、中压配电网和低压配电网三个层次。相邻各层次之间、同层次不同区域之间均可实现互联。因此，虽然未来配电网的典型结构尚未有标准，但多个电压等级构成多层次环网状结构值得关注，很可能将成为未来配电网的主要网络结构。

三、交直流系统并存的混合运行方式。许多研究成果表明，由传统的单一交流配电网络逐步发展成交直流混合的配电网络，有助于形成交流和直流系统的优势互补，提高配电系统的控制灵活性和运行可靠性。

四、配电系统与信息系统高度融合的物理信息网络。物理配电网与信息系统高度融合，不仅仅是在物理系统的基础上提升信息化程度，而应当在改进电网物理结构和提升信息化程度之间取得平衡。

五、融合多元能源、实现供需互动的能源互联网。能源互联网以大量分布式可再生能源为能源生产主体，终端对象是具备产生电能和使用电能双重身份的用户。这两个因素决定了配电系统是能源互联网建设的关键。为了满足能源互联网体系的需求，配电网应当提供以下三个功能：①DER的即插即用功能。当用户并网或离网时，配网能够识别用户的状态和属性，并对用户做出相应的配置。② 信息交互功能。当用户向配网发出服务请求时，配网能够作出响应并提供相应服务。③能源管理功能。配网能够适应分布式能源和用户之间复杂的随机特性，实现多种能源的动态管理和优化，保证系统的可靠运行和经济利益最大化。与此同时，能源互联网可以通过节能环保和信息消费的跨界融合，提供更多的服务，衍生出新的商业模式、新的服务方式、新的产业形态。

《电器工业》：请您谈谈对未来配电系统发展的建议。

马钊：对于目前国内说的主动配电网的概念，更确切地讲应该叫主动配电系统。具有分布式可再生能源、柔性负荷并能用电网主动调控的系统叫做主动配电系统。主动配电系统是未来智能配电系统的发展趋势。当前欧美国家的配电系统建设对我们的发展有指导价值，但是，我们应该根据我们的国情对配电系统的建设有计划地制定科学合理的发展政策，综合利用多种科技创新成果，对于未来的发展，本人建议：

1）政策方面，整体大环境是很好的，是利于行业发展的，但监管方面应该做好措施，补贴不是长久的；商业模式、生产系统也至关重要。应当结合我国国情，针对资源分布和地区差异，制定健康的、良性发展的财政扶持和政策导向。

2）规划先行，开展大数据背景下智慧城市的综合资源规划和能源互联网的研究与实践。加大核心技术的研发投入；此外，示范项目是必要的，但要实实在在的，要把示范项目做成可复制的模板，考虑到普遍性和实际情况。国外示范试点项目经验值得我们借鉴。

3）标准的建立。合理规划，均衡发展分布式能源和集中式能源；明确交流与直流配电网、微电网的定位和边界条件，分区域、分阶段设立差异化的发展标准；标准直接影响产品质量，高质量产品更好地支撑主动配电系统。在技术方面，应当综合利用多种科技创新成果和灵活的管理控制方式，协同攻关技术难题。

4）设备的研发，挖掘高端产能。未来我们需要更多智能设备的支撑，IPv6、CPS、传感器等，这是不可逆的大趋势。因此我们应该更加注重设备的研发与创新。高端产能待挖掘。经济学中的“微笑曲线”理论应该引起重视，即曲线的底端是制造，左边的高点是设计和研发，右边的高点是品牌、营销。其含义是，产品的高附加值更多地体现在两端，即设计研发和品牌营销的环节上。我国的电工制造行业应该改变以前测绘仿造的方式，将重点放在新产品研发，挖掘高端产能上，创造出真正意义上拥有自主知识产权的中国品牌。

5）电力公司的新角色。传统电力公司如何适应从销售能源到提供能源解决方案的转变？需未雨绸缪，与各方携手搭建平台，用创新的商业模式，分享这一新蓝海的红利，方能实现转型路径从必然到自由的跨越。传统电力公司要实现成功转型，需要打造新型能力。未来人们的能源消费模式，将在能源流基础上，叠加信息流、数据流，电力公司成为一个输配电平台的集成服务商、优化商，由电网来统筹所有的输配售电服务，提供一站式服务，让用户能够以极简的消费体验，得到更优质的能源服务。这种平台化将导致传统线性的能源产业链重组为多边关系的价值网络，供应商与用户往往同时具有生产、消费、销售多重角色，面对全新的生态和挑战。要实现这些创新，生态系统中的合作企业就要打破传统的商业模式，通过聚合用户资源、输配资源和技术资源，提供更多新产品、新服务、新盈利模式甚至投融资模式。最终达到用户价值创新、数据价值创新、能效价值创新。

6）注重人才的培养。未来配电系统的发展需要更多高技术高水平的复合型人才。如何利用现代技术把技术传承下去，需要综合素质更高、知识更系统的人才。人才是行业发展的基础保障，国家应该重视。