適應(yīng)新型電力的受端城市配電網(wǎng)構(gòu)建思路探討

樊慶慎 鄭潔

（國網(wǎng)杭州供電公司 浙江杭州 310009）

1 背景

2020年9月，在第75 屆聯(lián)合國大會上，習近平主席向全世界承諾，中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。2021年3月15日，在中央財經(jīng)委員會第九次會議上，習近平總書記進一步提出要深化電力體制改革，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，開啟了能源發(fā)展的新篇章。

杭州電力系統(tǒng)規(guī)模位居國網(wǎng)系統(tǒng)省會城市第一，是浙江北部負荷中心，電力供應(yīng)屬于典型的受端城市。外部由超高壓及特高壓主供電源供入，內(nèi)部水資源已基本開發(fā)完畢，光伏資源稟賦不足但仍有提升空間，電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力相對不足，可控靈活資源僅靠需求響應(yīng)支撐。

2 配電網(wǎng)存在的主要問題

配電網(wǎng)是新型電力系統(tǒng)建設(shè)的主戰(zhàn)場，是實現(xiàn)清潔能源就近消納、多元負荷聚合互動、信息物理全面融合、綜合能源互聯(lián)互通的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在能源低碳轉(zhuǎn)型的背景下，配電網(wǎng)發(fā)展面臨重大挑戰(zhàn)。

2.1 大規(guī)模本地零碳電源分散接入，配電網(wǎng)適應(yīng)能力不強

隨著國家能源局關(guān)于整縣（市、區(qū)）屋頂分布式光伏開發(fā)試點工作的深入推進和我省“十四五”實施“風光倍增計劃”，預(yù)計全市“十四五”期間新增光伏發(fā)電裝機容量1 200 000～2 000 000kW［1］。但是，現(xiàn)狀配電網(wǎng)對大規(guī)模分布式光伏接入的適應(yīng)力不足。一是杭州西部鄉(xiāng)村配電網(wǎng)對新能源消納能力不足。新能源資源與負荷需求往往在空間上逆向分布，臨安、建德、淳安等縣域鄉(xiāng)村地區(qū)，農(nóng)光、漁光、林光、屋頂光伏等資源稟賦優(yōu)越，但是局部配電網(wǎng)消納能力不足，在新能源及小水電大發(fā)時會引起倒送電甚至線路過載。二是隨著新能源大規(guī)模并網(wǎng)，電力系統(tǒng)“雙高”問題更加顯著。新能源除了出力的隨機性、波動性、反調(diào)峰特性及“大容量、小電量”等問題，還會引起配電網(wǎng)電壓異常、頻率波動、諧波畸變等問題，亟須加快多元融合高彈性配電網(wǎng)建設(shè)，強化配電網(wǎng)跨時空電力電量平衡能力和系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力，提升配電網(wǎng)對新能源主體的適應(yīng)力。

2.2 電力產(chǎn)銷一體化及數(shù)字化趨勢下，配電網(wǎng)互動能力不足

在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下，既是電力消費者、又是電力生產(chǎn)者的全新模式改變著能源電力的系統(tǒng)運行和服務(wù)形態(tài)，分布式電源、儲能、電動汽車V2G、虛擬電廠、需求側(cè)響應(yīng)等多元新型負荷作為“電力產(chǎn)銷者”［2］，將大規(guī)模參與電力生產(chǎn)及調(diào)峰、調(diào)頻等系統(tǒng)輔助服務(wù)。數(shù)據(jù)作為核心生產(chǎn)要素的基礎(chǔ)作用將充分彰顯，發(fā)輸配用全鏈條實現(xiàn)全息感知和協(xié)同控制。但是，當前源網(wǎng)荷儲互動能力不足。一是目前公司內(nèi)部對于源網(wǎng)荷儲各側(cè)資源的管理相對獨立，互動不足，協(xié)同優(yōu)化運行控制機制尚未建立。二是需求側(cè)響應(yīng)能力、儲能調(diào)節(jié)能力尚未充分發(fā)揮。雙碳目標驅(qū)動下，僅靠常規(guī)電源調(diào)節(jié)能力難以滿足新型電力系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)要求，挖掘用戶中蘊藏的巨大的可調(diào)節(jié)負荷容量，最大限度地發(fā)揮儲能的調(diào)節(jié)作用，助力電力平衡由源隨荷動的實時平衡向靈活資源參與的時空互補互濟轉(zhuǎn)變，支撐電網(wǎng)調(diào)度由自上而下調(diào)度模式向“源網(wǎng)荷儲”一體化協(xié)同調(diào)度、大電網(wǎng)與微電網(wǎng)協(xié)同調(diào)度轉(zhuǎn)變。

2.3 “雙碳”目標下能耗約束趨嚴，配電網(wǎng)運行效能不高

“十四五”是我國實現(xiàn)碳達峰的關(guān)鍵時期，我市能源總量的增幅將被嚴格約束，根據(jù)杭州市能源發(fā)展規(guī)劃，至2025年，全市能源消費總量控制在5000萬t標準煤以內(nèi)，年均增速控制在2.85%以內(nèi)［3］，與“亞運會、大都市、現(xiàn)代化”重要窗口期的經(jīng)濟社會高速發(fā)展的矛盾將進一步顯現(xiàn)，由此對能效水平提出了更高要求。同時，我市在能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化和能效提升上起步較早，隨著各項舉措邊際效應(yīng)遞減［4］，能效提升的難度更大。一是在能源電力領(lǐng)域，杭州電網(wǎng)峰荷短時重載、均荷長期輕載的矛盾一直存在，輕、重載設(shè)備并存，配電網(wǎng)運行效率有待提升。二是工業(yè)、建筑、交通、農(nóng)業(yè)、居民等其他領(lǐng)域需要電網(wǎng)企業(yè)體現(xiàn)責任擔當，協(xié)助政府開拓新思路、新方案，進一步推動傳統(tǒng)高耗能行業(yè)的電能替代，結(jié)合工業(yè)“綠色園區(qū)”“零碳工廠”“零碳鄉(xiāng)村”等，推進直流配電、氫電耦合、微電網(wǎng)等新技術(shù)應(yīng)用，促進電源多能互補、電網(wǎng)經(jīng)濟運行，提升配電網(wǎng)綜合能效水平［5］。

3 受端城市新型配電網(wǎng)構(gòu)建思路

受端城市新型配電網(wǎng)構(gòu)建應(yīng)推進電力系統(tǒng)運行柔性化轉(zhuǎn)變，將傳統(tǒng)電力系統(tǒng)向混合系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，將電力平衡向大規(guī)模儲能和靈活互動資源參與的時空互補互濟轉(zhuǎn)變，將控制模式向大電網(wǎng)與微電網(wǎng)協(xié)同控制轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)電網(wǎng)高品質(zhì)運行。

3.1 推進大規(guī)模零碳資源開發(fā)，實現(xiàn)配電網(wǎng)適應(yīng)能力升級

加快標準網(wǎng)架構(gòu)建，以高彈性配電網(wǎng)規(guī)劃為引領(lǐng)，構(gòu)建“雙源雙環(huán)、多向互聯(lián)”［6］的10（20）kV高可靠性網(wǎng)架和配變低壓聯(lián)絡(luò)自動化，提高配電網(wǎng)承載力和自愈力。配電網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)結(jié)構(gòu)如圖1所示。向高彈性配電網(wǎng)轉(zhuǎn)變，將配電網(wǎng)布局從空間的“單軸”向時空的“雙軸”演進，推進電網(wǎng)側(cè)、電源側(cè)、用戶側(cè)儲能建設(shè)，以電網(wǎng)彈性提升帶動源網(wǎng)荷儲各側(cè)發(fā)力，促進源網(wǎng)荷儲一體化及多能互補；向全感知、全自愈配電網(wǎng)轉(zhuǎn)變［7］，強化全時全線全電壓感知能力，推廣臺區(qū)智能融合終端、配變低壓聯(lián)絡(luò)自動化、故障自動研判和饋線分級保護技術(shù)，打造全感知全自愈配電網(wǎng)，實現(xiàn)中低壓故障“秒級自愈”；向有源配電網(wǎng)轉(zhuǎn)變，適應(yīng)以新能源為主體的未來配電網(wǎng)形態(tài)，滿足大規(guī)模分布式新能源并網(wǎng)需求，應(yīng)用光伏插座、多元微網(wǎng)等技術(shù)，城網(wǎng)逐步滿足上級變電站“全停全轉(zhuǎn)”、農(nóng)網(wǎng)全面實現(xiàn)“互通互濟”。

圖1 配電網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)結(jié)構(gòu)圖

3.2 推進源網(wǎng)荷儲全要素數(shù)字化，實現(xiàn)產(chǎn)銷互動能力升級

積極融入杭州數(shù)字化改革浪潮，全面推進杭州能源大數(shù)據(jù)中心建設(shè)，推動能源數(shù)據(jù)價值創(chuàng)造，服務(wù)政府治理精準施策、能源清潔低碳轉(zhuǎn)型，進一步實現(xiàn)煤炭、油氣、電力、熱力等各類能源數(shù)據(jù)在線采集和融通應(yīng)用。同時，圍繞構(gòu)建“大網(wǎng)—配網(wǎng)—微電網(wǎng)”分級分層調(diào)控運行模式［8］及智能安全防護體系，一是開展大電網(wǎng)全要素功率彈性平衡、基于多能協(xié)同的分布式能源控制等新型調(diào)控技術(shù)研究，二是開展多層級電網(wǎng)調(diào)度運行協(xié)同體系、分布式新能源協(xié)同分級管理體系等新型調(diào)控體系構(gòu)建，三是開展基于新一代調(diào)度系統(tǒng)的智慧調(diào)控平臺、基于新一代調(diào)度系統(tǒng)的分布式新能源技術(shù)支撐系統(tǒng)等新型調(diào)控平臺建設(shè)。推動傳統(tǒng)調(diào)度運行體系向新型調(diào)度運行體系轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)新能源出力精準預(yù)測、新能源故障實時處置、新能源消納可靠保障，構(gòu)建“源網(wǎng)荷儲”協(xié)同調(diào)控運行新模式，如圖2所示。

圖2 源網(wǎng)荷儲協(xié)同運行模式圖

3.3 推進“雙碳”目標下低碳轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)社會能效水平升級

加快推廣多能協(xié)同新模式，大幅提升清潔能源在終端能源消費領(lǐng)域占比，支持多能互補項目建設(shè)，探索微電網(wǎng)、“新能源+儲能”“汽電聯(lián)動”“光氫汽聯(lián)動”，以及多能耦合等能源供應(yīng)和交互模式在工業(yè)園區(qū)、商業(yè)樓宇、未來社區(qū)等場景的創(chuàng)新應(yīng)用，發(fā)揮電力紐帶作用，實現(xiàn)多能互補，提升綜合能效。提升終端電氣化水平，密切跟蹤“兩高”企業(yè)調(diào)整和轉(zhuǎn)移情況，嚴格用戶并網(wǎng)準入，嚴格執(zhí)行差別性電價政策，同時，完善綜合能源服務(wù)，以能效提升、分布式新能源開發(fā)利用為重點，開展樓宇建筑能源托管、供冷供暖、智能運維等服務(wù)。推進充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，助力綠色出行，科學規(guī)劃、適度超前開展充電設(shè)施布局，構(gòu)建綠色出行體系，助力專用網(wǎng)、公用網(wǎng)、基礎(chǔ)網(wǎng)“三網(wǎng)協(xié)同”的城市充電生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。同時，開展有序充電、智能引導等新技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用，推廣具有智能有序充電技術(shù)的充電機，運用實際有效的經(jīng)濟或技術(shù)措施，引導、控制電動汽車進行錯峰充電，推動實現(xiàn)城市“分鐘級”充電圈。圖3 為電動汽車充電負荷特性圖。

圖3 電動汽車充電負荷特性圖

4 結(jié)語

新型配電系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)融合先進信息通信技術(shù)、智能控制技術(shù)、綜合能源技術(shù)和用戶互動技術(shù)，深度挖掘“源網(wǎng)荷儲”資源潛力，逐步形成柔性、剛性與韌性并濟、互聯(lián)電網(wǎng)與微電網(wǎng)并存、交流與直流混聯(lián)、集中調(diào)度與自治決策協(xié)調(diào)的彈性配電網(wǎng)“生命體”。同時，從“供應(yīng)清潔化、電網(wǎng)新型化、用能高效化”三大路徑著手，推動受端城市逐步實現(xiàn)電力碳達峰。