主动配电网整体架构示意图 制图：陈芳
近期，广东电网公司牵头承担的国家863计划课题“主动配电网的间歇式能源消纳及优化技术研究与应用”通过技术验收。验收专家认为，课题完成了任务书规定的各项研究工作和技术指标，达到了主要指标考核要求，以佛山三水广成铝业和金世界铝业的5.5兆瓦金太阳工程为依托，建成国内首个主动配电网示范工程，储能接入容量达1.1兆瓦时，实现了光伏消纳率100%。该项目在配电网的远景规划、提高配电网对新能源发电的接纳能力以及接入后的管理能力等方面进行了研究与实践，探索让分布式能源从电网“负担”变成节能减排的帮手。
背景
分布式能源带来的三元格局
随着新能源的推广，分布式发电的大规模并网成为电网企业的挑战。“大规模，即高渗透率分布式能源的接入会影响电力系统的全局运行。就像往一杯水中加一点糖，水的味道不会明显改变，但随着糖的增多，变化就会越来越明显。”该项目主要负责人、广东电网公司电力科学研究院智能电网所余南华介绍，传统的配电网是“电网-负荷”的双元结构，随着分布式能源接入配网的渗透率提高，配电网就会形成“分布式能源-电网-负荷”的三元新格局。
在传统的双元结构中，可以通过电网整体调度来适应负荷的变化，或是通过负荷控制、需求侧管理等方式来实现电力平衡，运行和管理方式相对简单。而接入了分布式能源，就会打破原有的平衡，传统的调度、监控、运行模式就会显得被动。
据了解，分布式能源是用户侧也是电源侧，它会改变原来的单向电力潮流，形成电网到负荷、分布式能源到负荷、分布式能源到电网等多种潮流的混合。自己不发电时它就是个负荷，如果发电就会直接影响电压水平。
分布式能源的间歇性特性给新三元结构的稳定与平衡增加了不确定性。“比如3月份德国的日全食，由于德国分布式发电比重最高已达50%，德国的电力公司一年多前就开始准备应对了。”据介绍，主动配电网的提出就是要协调三元结构的平衡，提前应对负荷和分布式能源本身存在的不确定性带来的被动局面。
探索
建立多级分层消纳的新技术模式
“这是一个前沿性的项目，存在很多未知，我们在项目申请批复后的第二年才真正找准了方向。”项目研究人员坦承。经过一年的摸索，项目组找到了主动配网的核心理念，即主动规划、主动控制、主动管理、主动服务。
“我们要将分布式电源作为重要的一元来考虑，比如为了在三元之间进行功率平衡，对不确定性进行管控，我们在规划设计阶段就要充分考虑二次系统的部署配置，进行一次电网架构和二次自动化系统的协同规划；比如我们必须通过预测，对能量流的不确定性进行提前评估，还要解决不确定性引起的电能质量问题等等。”余南华说。
项目针对间歇式能源发电接入配电网，提出了建立多级分层消纳的新技术模式，以提升配电网对分布式发电的有序管理能力，并从全网潮流最优运行的角度提升能源的使用效率。分层，指上下两层，上层是总的监控管理中心，下层是指多种控制设备；多级，指点消纳、线消纳和面消纳3个不同的层级。
“点消纳就是以分布式能源为核心的一定范围内自产自销，微电网就是一种理想的方式；线消纳就是分布式能源多发的电量以反向潮流的形式上来后，可以在配电网关联的线路上进行灵活的转移利用，不直接倒送至变电站造成线损浪费，而是进行‘线上转移消纳’；面消纳是在线消纳无法完成消纳任务情况下，汇集到变电站，由变电站层面进行统一能量优化管理。”据项目研究人员介绍，现有技术已经可以做到点和线层面的消纳，面消纳需要结合输变电技术和网架结构的进一步升级。就我国目前分布式能源规模而言，点消纳就基本能解决问题，线消纳技术可以满足未来分布式发电较长一段时期的消纳需求。
方向
提前规划兼顾可靠性和经济性
根据国务院印发的《能源发展“十二五”规划》，到2015年，我国将建成1000个天然气分布式能源项目、10个天然气分布能源示范区，分布式太阳能发电达到1000万千瓦，建成100个以分布式可再生能源应用为主的新能源示范城市。“未来国内的分布式能源市场前景可期，电力企业必须提前做好准备，”余南华说，“无论从社会效益还是用户和企业利益来看，主动配电网都是不错的选择。”
对于用户而言，接入主动配电网意味着更高的供电可靠性和供电质量。对于消费者来说，可以主动参与需求响应和电网运行，提高用电自主性，节约电费支出。主动配电网带来的高效运行、多电源协同、移峰填谷、电力定制服务等对于电网的稳定可靠运行和电网企业的发展都有积极影响。
在推广方面，可以通过增加必要设备的方式将传统配电网改造成主动配电网，但目前来讲，配电企业还缺乏维护的经验，也没有承担风险的驱动力，现有的通讯基础设施也不足以承担主动控制和主动管理的功能。
“就目前分布式发电发展规模来看，这还是一项未来技术。”余南华说。目前，配电网还未形成“源-网-荷”的三元结构，当下课题形成的系列技术对电网企业起到的作用相对有限，但是必须建立这样的意识和技术概念，进行前期探索和研究。比如未来的电网规划肯定要考虑间歇式能源发电的不确定性、概率性，提前考虑未来发展的规模和分布式发电容量分布，要兼顾可靠性和经济性，充分利用资源。另一个方面，分布式光伏、电动汽车充电设施的发展成为当下可见的预期，这必将促进主动配电网技术需求的早日到来，也意味着主动配电网将成为并不遥远的现实。 （王媛媛）
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一年节省电费82万元
“停电和错峰用电的时候可以维持办公和照明用电，屋顶铺设光伏板还可以给我们的厂房遮阳降温。”提及主动配电网的间歇式能源消纳及优化项目，广东佛山市广成铝业有限公司设备部谭经理赞不绝口。
据悉，该项目利用储能系统实现全额电量本地消纳或者错峰选择用电，所发电量由广成铝业公司按实际最大需求额度购买。广成铝业公司安装的电站运行年限约为25年，据推算运行期间可节约标准煤5.15万吨，减少二氧化碳排放量12.3万吨，二氧化硫、氮氧化物排放量3.6万吨。
“在用电负荷低谷期间，利用储能系统将光伏发出的电能储存起来，在用电负荷高峰期时，再将储存的电能释放出来供厂房用电。”据了解，广成铝业公司购买光伏绿电与电网电价的价差约为0.15元/千瓦时，按电站设计发电量计算，该企业每年可节约电费约82万元，25年累计节约电费可达2000余万元。
此外，光伏板占用房屋顶面积约3.75万平方米，为覆盖的大部分生产厂区带来了降温效果。工人们也是该项目的直接受益者。
目前，我国有超过45%的企业存在用电缺口，用电难问题较为突出。该项目为企业生产注入清洁能源，有助于缓解三水区工业用电的压力。 （程志秋 刘琳）
