智能配电网低碳化的规划与实现

亢坤 宫倩倩

摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，配电网建设越来越多。在碳中和重要发展目标及能源结构转型的驱动下，电能的清洁化替代趋势将愈加显著，配电系统在促进新能源消纳和用户碳减排等方面发挥重要作用的同时，也将面临新的挑战。本文首先分析了智能配电网发展概述，其次探讨了低碳微生态，最后就低碳化智能配电网规划展望进行研究，以供参考。

关键词：智能配电网;规划;低碳

引言

随着城市化建设的快速发展，供电能力是影响其发展质量的重要因素之一，同时，在人们日常生活中的地位也十分关键。如何加强城市供电能力，保证居民日常用电，推动电网企业实现可持续发展，是电网企业需要处理的重要问题。而只有城市电网进行科学合理的规划，才可以满足不断增长的发展需求，使居民的基本用电得到满足。然而，从目前实际电网建设情况来看，很多电力企业只关注眼前的问题，并没有长远发展的意识，这就导致我国电力成本的投资成本在逐渐增加，对其发展也造成了一定的约束。

1智能配电网发展概述

智能电网是由分布式节点组成的电力网络，在智能子系统的普遍控制下运行，称为智能微网。微网可以在并网模式、孤岛模式或两种模式下运行。随着智能电网的出现，传统的配电系统正面临一个范式的转变。分布式发电的概念是基于不同规模的能源，如内燃机、燃气轮机、微型涡轮机、光伏发电、燃料电池和风力发电。其目的是为当地配电提供电力，或者向主电网注入足够质量的电力。配电系统的智能运行有助于提高稳压、效率、可靠性、可用性、电能质量，以及在故障条件下可能的运行。智能电网的分散式发电依赖于复杂的通信、控制和管理，这些都依赖于电力公司和用户之间的大量数据和信息。这些海量的信息对于使电网在正常和紧急运行条件下更有效、更可靠、更安全、更独立和更具支持性至关重要。智能电网提供了更大的能源输送和电力流动的可能性。它允许电力和数字信息在公用事业和客户之间的双向流动。电网由智能仪表、传感器、探测器、测量单元等支持，以批量或实时的方式收集数据。此外，智能电网涉及众多的应用，这些应用都创造了大数据的来源，例如，配电系统电力市场和价格、通过电网和变电站管理动力传输和配电、智能负载转换、管理可再生能源间歇性、电动汽车的需求管理、智能建筑中的电力管理、智能电表、有效的需求响应程序、智能资产管理、用于干扰记录的相量测量单元（PMU）、能源消耗的汇总、公用事业公司的数据中心、负载和天气状况预报以及社交媒体程序，以便更有效地与客户互动。这些数据需要有效的管理和分析，以便更好地控制决策，提高电网的可靠性，减少能源需求，提高运行效率，增加电网的能力。智能电网应用产生大量的数据，这些大数据有助于增强智能电网应用。大数据系统将以高效的方式存储、处理和挖掘信息，以增强不同的智能电网服务。大数据通过实时信息交换，可以减少电网损耗，降低对主网的依赖，减轻高峰负荷，在突发事件发生时提供必要的系统支持，提高电网的可靠性、安全性和效率。

2低碳微生态

碳中和在配电网中最显著的特征是分布式电源的高渗透接入，利用风能、太阳能等清洁能源满足负荷用电需求，从而降低发电侧的碳排放量。然而，“碳中和区”作为一个具有自循环功能的系统，不等于风机、光伏的简单安装和并网发电，以“风光储直柔”为核心的低碳微生态架构，可能是未来构建“碳中和区”较为可行的整体性方案。其中，风机、光伏等分布式电源作为清洁能量转化装置是“碳中和区”成立的必要条件;储能系统是平抑峰谷波动的主体，用来保证“碳中和区”的灵活性裕度;直流配电环节的加入可以省去直流设备和交流主网间数目众多的变换装置，对电能转换环节的能效提升有重要意义;柔性设备在提高电网响应控制水平的同时，可以赋予碳中和更多时空调节上的灵活性。风机、光伏发电设备随着成本的降低和体积的小型化，在配电系统中的安装可行性和普及程度越来越高，并网控制技术的日益成熟和多种能源间的互补特性也将进一步提升新能源渗透率，但是仍存在以下2个方面的问题：一是在负荷侧目前以用户自行投建为主，呈现无序、分散、容量小等特点;二是电能转化受风速、光照、温度等自然因素影响较大，具有显著的间歇性和波动性。然而，随着配电侧可再生能源并网技术标准和政策规范的陆续出台，低能耗建筑逐步将风机、光伏建造纳入总体设计方案，虚拟同步机等技术推广应用后对分布式电源并网兼容性的有效改善，“碳中和区”将获得更加可靠可控的新能源支撑。储能系统通过优化调节充放电特性，可以在时间上有效改善分布式电源和负荷间功率不匹配的情况，它的调节能力在很大程度上决定了所在区域的对外碳特性，是维持当前“碳中和区”约束边界稳定的关键系统。储能装置自身在要求高能量密度、低转化损失之外，需要进一步考虑能量存储介质和方式的低碳化，电制氢储能技术日益得到关注和发展。电氢转化不仅可以实现零碳排放，而且氫作为重要的工业原料和二次能源的有效补充，电解制氢也有助于消纳过剩的分布式发电。因此，以电制氢为代表的新型储能系统，以及氢能和电能之间相互独立而又较为高效的综合利用机制，将成为低碳微生态的重要组成部分。

3低碳化智能配电网规划展望

3.1智能配电网信息传感网络

面向低压配电物联网，通过智能设备内置通信芯片和操作系统的方式，统一物联网协议标准，适应宽带载波、微功率无线、NB-IoT等多种物联网通信技术，实现智能设备与智能配变终端的方便、快捷互联。

3.2大数据对配电系统的挑战

（1）为众多应用开发新颖安全的数据挖掘和数据处理方案，以提高智能电网的可靠性;（2）开发有效管理海量数据的新计算方法;（3）提高服务和应对日益增加的分散式发电的能力;（4）促进客户层面的电力市场发展，例如加强以市场为本的需求回应和以客户为本的服务;（5）正常和紧急情况下配电网络的安全和经济运行。

3.3碳排放权交易

电力碳排放权交易市场作为电力市场的衍生体，在能源互联趋势下将具备海量终端、多边接入和平等参与等新特征，为实现能源领域更加广泛的碳源减排和碳汇增容创造新条件，从而成为加速智能配电网碳中和进程的有效手段。通过制定安全高效的碳排放权结算与出清规则，利用经济层面的转移支付方式，对地区间的异质互补性资源进行统筹协调，将对配电网规划中不同利益主体的投资行为形成积极引导。同时，资本的流通不仅会让各地域的碳排放权交易更加紧密，也会反作用到配电网规划的实体层面。

结语

综上所述，“碳达峰、碳中和”作为国家重要战略决策，决定了中国能源利用体系未来发展的价值方向。风机、光伏等分布式电源的高比例渗透是能源清洁化转型的重要支撑点，为配电网实现碳中和创造了条件，同时对先进装备的制造能力、安全稳定的生态建设和高效协同的控制方法提出了新挑战，将对智能配电网规划理论和技术变革产生深刻影响。

参考文献

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