中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：3月23日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)主辦并聯(lián)合500余家機(jī)構(gòu)共同支持的第十五屆儲(chǔ)能大會(huì)暨展覽會(huì)（簡(jiǎn)稱“CIES2025”）在杭州國際博覽中心召開。
CIES大會(huì)以以“綠色、數(shù)智、融合、創(chuàng)新”為主題，針對(duì)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)等重點(diǎn)、熱點(diǎn)、難點(diǎn)問題展開充分探討，分享可持續(xù)發(fā)展政策機(jī)制、資本市場(chǎng)、國際市場(chǎng)、成本疏導(dǎo)、智能化系統(tǒng)集成技術(shù)、供應(yīng)鏈體系、商業(yè)模式、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、示范項(xiàng)目應(yīng)用案例、新產(chǎn)品以及解決方案的普及和規(guī)模化工程應(yīng)用。
在3月23日下午進(jìn)行的工業(yè)綠色微電網(wǎng)專場(chǎng)中，上海電力大學(xué)海上風(fēng)電研究院電力電子所博士潘超做了題為《配電網(wǎng)數(shù)智化線路健康狀態(tài)感知與構(gòu)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)討論》的主題報(bào)告演講。
各位專家同仁，我是海上風(fēng)電研究院趙教授團(tuán)隊(duì)的潘超。受趙教授委托，今天由我分享電力電子技術(shù)研究所關(guān)于配電網(wǎng)研究的思考，并與大家交流探討。本次報(bào)告題目為《配電網(wǎng)數(shù)智化線路健康狀態(tài)感知與構(gòu)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)討論》。主要內(nèi)容包括三部分：一是新型配電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)；二是配電網(wǎng)臺(tái)區(qū)開展的數(shù)智化健康狀態(tài)感知技術(shù)研究；三是對(duì)配電網(wǎng)新能源構(gòu)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的思考與探索。希望借此機(jī)會(huì)與各位深入交流。
一、新型配電網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)
在新型電力系統(tǒng)建設(shè)中，配電網(wǎng)作為連接用戶的“最后一公里”，其升級(jí)優(yōu)化至關(guān)重要。以往研究多聚焦主網(wǎng)構(gòu)網(wǎng)型變流器與組網(wǎng)技術(shù)，現(xiàn)配電網(wǎng)亦需加快轉(zhuǎn)型以適應(yīng)發(fā)展需求。
究其原因，國家能源局去年發(fā)布的《關(guān)于新形勢(shì)下配電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》強(qiáng)調(diào)：一是需提升配電網(wǎng)承載能力，支撐轉(zhuǎn)型需求，包括科學(xué)評(píng)估承載力及優(yōu)化分布式新能源布局；二是強(qiáng)化改革創(chuàng)新以化解發(fā)展難題。在新型電力系統(tǒng)“雙高”特性下，配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行面臨重大挑戰(zhàn)。大量電力電子設(shè)備接入改變了配電網(wǎng)運(yùn)行機(jī)理，對(duì)其安全性與穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著影響，這一問題與主網(wǎng)情況類似。
傳統(tǒng)電力系統(tǒng)以水電、燃?xì)饧叭济喊l(fā)電為主，輔以抽水蓄能和電化學(xué)儲(chǔ)能；新型電力系統(tǒng)則著重發(fā)展風(fēng)光一體化與新型儲(chǔ)能技術(shù)。分布式光伏的大規(guī)模接入為配電網(wǎng)帶來三方面挑戰(zhàn)：首先，海量多元用戶與電網(wǎng)間的雙向能源信息交互存在不足；其次，用戶側(cè)靈活資源的開發(fā)利用水平較低，限制了分布式能源的消納能力；最后，多能微電網(wǎng)與智能配電網(wǎng)之間的協(xié)同性尚顯欠缺，難以充分支撐分布式智能電網(wǎng)的建設(shè)需求。
新型電力系統(tǒng)的電力電子化轉(zhuǎn)型既帶來挑戰(zhàn)也孕育機(jī)遇。其一，分布式新能源與儲(chǔ)能的協(xié)同應(yīng)用，可提升配電網(wǎng)的韌性和靈活性，優(yōu)化電能質(zhì)量；其二，針對(duì)傳統(tǒng)配電網(wǎng)存在的三相不平衡、諧波等問題，交直流柔性互聯(lián)技術(shù)提供了靈活組網(wǎng)與潮流調(diào)控的新路徑，有效應(yīng)對(duì)電力電子化帶來的振蕩和頻率波動(dòng)；其三，借助AI技術(shù)、數(shù)字化手段及大數(shù)據(jù)分析，配電網(wǎng)智能化運(yùn)行水平顯著提高，為其高效、可靠管理提供了堅(jiān)實(shí)支撐。
二、配電網(wǎng)數(shù)智化健康狀態(tài)感知技術(shù)
接下來，我將分享關(guān)于配電網(wǎng)健康狀態(tài)感知技術(shù)的研究成果。隨著分布式資源、充電樁、儲(chǔ)能設(shè)備及電動(dòng)車的快速發(fā)展，配電網(wǎng)的架構(gòu)、業(yè)態(tài)和商業(yè)模式正經(jīng)歷深刻變革。為適應(yīng)新能源并網(wǎng)與消納需求，亟需優(yōu)化配電網(wǎng)數(shù)字化架構(gòu)體系，并加速推進(jìn)其數(shù)字化建設(shè)與應(yīng)用。
數(shù)字化感知技術(shù)是實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)互聯(lián)互通和互操作的核心手段，對(duì)推動(dòng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型意義重大。預(yù)計(jì)到2025年，配電網(wǎng)數(shù)字化將進(jìn)入全面推廣階段，尤其是在條件成熟的地區(qū)，車網(wǎng)協(xié)同互動(dòng)、構(gòu)網(wǎng)型新能源及構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能等新技術(shù)有望廣泛應(yīng)用。作為新型電力系統(tǒng)的重要?jiǎng)?chuàng)新工具，數(shù)字化感知技術(shù)主要聚焦于配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行以及線路拓?fù)鋭?dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為提升配電網(wǎng)智能化水平提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。
配電網(wǎng)用戶接入方式多樣，實(shí)際安裝中可能存在申報(bào)與實(shí)施不一致的情況，例如業(yè)擴(kuò)報(bào)裝相別與實(shí)際安裝不符。此外，配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)難以精準(zhǔn)識(shí)別，臺(tái)賬信息常與實(shí)際情況存在偏差，供電設(shè)備故障響應(yīng)及用電安全預(yù)警機(jī)制也有待完善。在相關(guān)研究中，某供電公司提供了支持，重點(diǎn)開展了三項(xiàng)工作：一是通過數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)用戶相位的準(zhǔn)確辨識(shí)；二是對(duì)用戶電量行為進(jìn)行建模分析；三是開展線路健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)，以提升配電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和智能化水平。
（1）用戶相位辨識(shí)
傳統(tǒng)配電網(wǎng)中，三相不平衡問題突出，主要源于相位連接混亂，導(dǎo)致ABC三相負(fù)荷分布不均，影響變壓器運(yùn)行效率。由于配電網(wǎng)用戶數(shù)量龐大，臺(tái)賬記錄與實(shí)際安裝情況可能存在偏差，因此需借助科學(xué)方法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)辨識(shí)?；谟秒姴杉到y(tǒng)數(shù)據(jù)，結(jié)合電壓相關(guān)性分析及總表與分表電量關(guān)系，可實(shí)時(shí)推斷用戶相位，確保辨識(shí)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。
（2）用戶電量行為建模
完成相位辨識(shí)后，進(jìn)一步通過建模深入分析用戶用電行為。通過對(duì)行為主體、環(huán)境及用電結(jié)果等特征的挖掘，提取各類用戶的獨(dú)特用電模式。此方法能夠?qū)⒂脩粜袨槌橄蠡⑻卣骰磉_(dá)，為優(yōu)化配電網(wǎng)管理提供數(shù)據(jù)支持。
（3）線路健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)
在相位辨識(shí)基礎(chǔ)上，聚焦配電網(wǎng)至用戶電表間的健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)。利用用電采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)，結(jié)合相位、電壓與功率流自動(dòng)辨識(shí)功能，以及拓?fù)浣泳€信息，計(jì)算線路及其分支阻抗值，定位異常阻抗并識(shí)別潛在故障。實(shí)驗(yàn)表明，該方法可有效檢測(cè)間歇性異?，F(xiàn)象，顯著提升配電網(wǎng)運(yùn)行可靠性與智能化水平。
在軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)中，配電網(wǎng)系統(tǒng)分為應(yīng)用層和平臺(tái)層。通過接入特定系統(tǒng)的應(yīng)用層并與配電網(wǎng)信息采集系統(tǒng)對(duì)接，可從平臺(tái)層獲取所需數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：首先，對(duì)數(shù)據(jù)特征進(jìn)行評(píng)估，排除小電量臺(tái)區(qū)的干擾，標(biāo)記電壓異常情況，并排查三相用戶缺相問題。盡管采集了大量高頻數(shù)據(jù)（如15分鐘或30秒間隔），但大部分?jǐn)?shù)據(jù)需重新建模與優(yōu)化處理，以滿足分析需求。其次，開展單日用戶阻抗篩選，精準(zhǔn)識(shí)別用戶阻抗特性，確保末端數(shù)據(jù)符合計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，并篩查支線阻抗是否超出閾值范圍，為后續(xù)分析提供可靠支持，提升技術(shù)方案的可行性與實(shí)用性。
在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開展整體分析，涵蓋相位辨識(shí)及干/支線阻抗統(tǒng)計(jì)等內(nèi)容。最終，根據(jù)干支線阻抗水平及其波動(dòng)特性，定位具體問題發(fā)生的位置（用戶或線路）。這些結(jié)果經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，證明方法有效。
關(guān)于相位辨識(shí)的具體實(shí)現(xiàn)，采用了常規(guī)技術(shù)并引入新模型。例如，結(jié)合配電網(wǎng)拓?fù)湫ｒ?yàn)、電壓相關(guān)性分析、聚類方法與電能誤差建模，實(shí)現(xiàn)了高效準(zhǔn)確的相位辨識(shí)。首次測(cè)試中，選取10個(gè)用戶分別接入變壓器不同相位，連續(xù)24小時(shí)采集運(yùn)行數(shù)據(jù)并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)，結(jié)果表明該方法可行且可靠。
此外，針對(duì)配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)，開展了拓?fù)浔孀R(shí)研究。通過采集某天的電量數(shù)據(jù)，測(cè)量模型誤差，并分別處理總表與分表數(shù)據(jù)，利用誤差協(xié)方差矩陣及Cholesky因子變換構(gòu)建約束矩陣，最終計(jì)算回歸矩陣以獲取誤差信息。通過關(guān)聯(lián)矩陣確定用戶與總表之間的拓?fù)潢P(guān)系，并對(duì)臺(tái)區(qū)檔案進(jìn)行一對(duì)一校驗(yàn)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，該方法取得了良好效果。
借助該技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)識(shí)別電表絕緣損壞、接線不規(guī)范及連接松動(dòng)等問題，并即時(shí)反饋故障信息。經(jīng)過5輪現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，覆蓋17個(gè)臺(tái)區(qū)用戶，共檢測(cè)出56個(gè)故障點(diǎn)，最終準(zhǔn)確率達(dá)96%，部分誤差源于用戶產(chǎn)權(quán)問題或現(xiàn)場(chǎng)條件限制。
三、配電網(wǎng)新能源構(gòu)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)探討
前幾位專家指出，我國分布式能源發(fā)展迅猛。截至2023年，分布式能源裝機(jī)容量已達(dá)2.5億千瓦，預(yù)計(jì)到2025年，配電網(wǎng)承載能力將大幅提升，可支持5億千瓦的接入規(guī)模。
分布式發(fā)電在配電網(wǎng)中呈現(xiàn)出顯著特征。一方面，受風(fēng)能、太陽能等自然條件制約，分布式電源輸出存在不穩(wěn)定性，可能引發(fā)電壓、功率及頻率波動(dòng)，并產(chǎn)生諧波問題。例如，IGBT設(shè)備通過PWM技術(shù)模擬連續(xù)電能輸出時(shí)會(huì)成為諧波源，整流裝置同樣會(huì)引入大量諧波，對(duì)配電網(wǎng)造成干擾。另一方面，分布式電源靠近負(fù)荷中心，具有規(guī)模小、靈活性高的特點(diǎn)，能夠有效減少輸電損耗和長距離輸電需求。
然而，分布式發(fā)電模式也帶來了諸多挑戰(zhàn)。首先，由于分布式能源缺乏低電壓穿越能力且輸出不穩(wěn)定，無法為主系統(tǒng)提供主動(dòng)支撐，從而增加了電壓跌落的風(fēng)險(xiǎn)，威脅配電網(wǎng)的可靠性。其次，分布式電源接入后可能導(dǎo)致電能質(zhì)量問題，如諧波污染、無功功率失衡等。在此背景下，科學(xué)評(píng)估并提升配電網(wǎng)對(duì)分布式電源的承載能力顯得尤為重要。明確承載能力不僅有助于合理規(guī)劃設(shè)備選型和運(yùn)行策略，還能為配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。這已成為當(dāng)前亟待解決的關(guān)鍵問題之一。
在探討承載能力之前，需先明確“構(gòu)網(wǎng)”技術(shù)的概念及其與傳統(tǒng)“跟網(wǎng)”技術(shù)的區(qū)別。從學(xué)術(shù)角度看，“跟網(wǎng)”技術(shù)適用于電網(wǎng)強(qiáng)度較高的場(chǎng)景，其通過鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)變流器與電網(wǎng)的相位同步。然而，在這種模式下，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生波動(dòng)時(shí)，變流器僅能被動(dòng)跟隨電網(wǎng)的頻率和電壓變化，無法主動(dòng)提供有功或無功功率支撐，從而可能降低系統(tǒng)穩(wěn)定性。例如，在新能源占比較高且電網(wǎng)強(qiáng)度較弱的地區(qū)（如沙戈荒區(qū)域），容易出現(xiàn)新能源外送困難甚至系統(tǒng)崩潰的情況。
為解決這一問題，目前調(diào)相機(jī)等技術(shù)已在西部地區(qū)得到廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)“跟網(wǎng)”技術(shù)相比，“構(gòu)網(wǎng)”技術(shù)通過優(yōu)化控制策略，大幅提升了系統(tǒng)的主動(dòng)支撐能力。在傳統(tǒng)“跟網(wǎng)”技術(shù)中，電流環(huán)和電壓環(huán)的雙環(huán)控制方式被廣泛采用；而“構(gòu)網(wǎng)”技術(shù)則摒棄了電壓環(huán)，轉(zhuǎn)而引入功率環(huán)，從而在系統(tǒng)內(nèi)部生成一個(gè)獨(dú)立的“內(nèi)電勢(shì)”。這一“內(nèi)電勢(shì)”不依賴外部電網(wǎng)的鎖相信號(hào)，而是基于功率平衡結(jié)果自動(dòng)生成。由此，變流器能夠根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整輸出，主動(dòng)提供有功和無功功率支持。具體而言，在“構(gòu)網(wǎng)”變流器中，直流側(cè)承擔(dān)了類似傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的功能，具備一定的儲(chǔ)能和功率調(diào)節(jié)能力。這項(xiàng)技術(shù)為提高配電網(wǎng)對(duì)分布式能源的承載能力提供了重要保障。
隨著大量分布式能源接入配電網(wǎng)，系統(tǒng)需要更強(qiáng)的有功和無功支撐能力以確保穩(wěn)定運(yùn)行。此外，還需應(yīng)對(duì)寬頻振蕩抑制和電能質(zhì)量問題，其中主動(dòng)支撐技術(shù)尤為重要。主動(dòng)支撐主要體現(xiàn)在慣量、電壓支撐和阻尼振蕩三個(gè)方面：首先，慣量作為調(diào)頻的基礎(chǔ)，可以有效防止頻率驟降；其次，通過無功補(bǔ)償提前建立合適的電壓水平，為系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造條件；最后，針對(duì)新能源接入后可能出現(xiàn)的寬頻振蕩，需要采取有效的阻尼措施予以抑制。
值得注意的是，近年來一些廠商已開始探索基于“構(gòu)網(wǎng)”技術(shù)的新型電能質(zhì)量解決方案，包括諧波治理和無功補(bǔ)償?shù)?，為配電網(wǎng)提供了更多可能性。
在評(píng)估分布式能源承載能力時(shí)，可從安全性、經(jīng)濟(jì)性和靈活性三個(gè)維度出發(fā)設(shè)定若干指標(biāo)。其中，安全性指標(biāo)包括電壓偏移和電壓合格率；經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)涵蓋無功補(bǔ)償合格率及平均線損率；靈活性指標(biāo)則涉及凈負(fù)荷波動(dòng)和新能源發(fā)電占比率?；谀甓然蛟露葦?shù)據(jù)，定期開展新能源承載能力評(píng)估，有助于相關(guān)部門實(shí)時(shí)掌握配電網(wǎng)的承載能力。
在分布式能源主動(dòng)調(diào)壓調(diào)頻場(chǎng)景下，“構(gòu)網(wǎng)”儲(chǔ)能技術(shù)展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。當(dāng)系統(tǒng)頻率下降時(shí)，慣量響應(yīng)能夠迅速提供功率支撐；在低電壓穿越場(chǎng)景下，該技術(shù)可通過動(dòng)態(tài)調(diào)整無功功率，在電壓跌落時(shí)補(bǔ)充無功，并在電壓過高時(shí)吸收無功。此外，通過將慣量支撐與頻率支撐解耦，充分利用儲(chǔ)能的快速響應(yīng)特性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)小幅度頻率波動(dòng)的即時(shí)抑制，避免其參與復(fù)雜調(diào)頻過程。這種優(yōu)化策略顯著提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。
綜上所述，通過運(yùn)用配電網(wǎng)健康狀態(tài)感知技術(shù)和分布式新能源“構(gòu)網(wǎng)”技術(shù)，不僅可以提升配電網(wǎng)對(duì)可再生能源及電動(dòng)汽車等新型負(fù)荷的接納能力，還能增強(qiáng)系統(tǒng)應(yīng)對(duì)復(fù)雜性和不確定性的管控水平，是推動(dòng)配電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要路徑。該方案在健康狀態(tài)檢測(cè)方面識(shí)別率較高，且具有突出的承載能力。為更好地服務(wù)于工程應(yīng)用，未來應(yīng)著重突破基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的健康狀態(tài)感知技術(shù)，結(jié)合人工智能實(shí)現(xiàn)智能化升級(jí)，同時(shí)強(qiáng)化主動(dòng)支撐能力和振蕩抑制方法的研究。本技術(shù)的核心優(yōu)勢(shì)在于高準(zhǔn)確率和強(qiáng)承載力，其實(shí)施路徑包括通過健康狀態(tài)感知開展主動(dòng)支撐，并有效抑制系統(tǒng)波動(dòng)，從而保障配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
