从被动配电网向主动配电网发展的过渡

从被动配电网向主动配电网发展的过渡—范明天
受《南网能源评论》杂志邀请，编写主动配电网的科普论文，其条件是比博文正式一些，但是不比科技论文严谨，元旦期间抽时间整理了下文：
国内电力界的精英们就像当年争论是否将“smart grid”翻译为“智能电网”一样，近年又在为将“active distribution”翻译为“主动配电网”还是“有源配电网”而苦恼，为其确切定义而发愁。

今年以来，很多机构开始使用“主动配电网”，如南方电网申请了国家863项目，其中涉及主动配电网的内容，国家能源局也成立了“国家主动配电网研发中心”，如此看来，“active distribution”译为“主动配电网”的方法逐渐为大家所接受。

但是，我觉得国内还是将主动配电网混同于智能电网。

主动配电网是有精确定义的技术术语，而不像智能电网，仅仅是一个泛泛的口头术语。

虽然，我国的基础设施还在建设中，我们完全可以发展自己的智能电网、微电网和主动配电网，不必要跟在人家的后面亦步亦趋。

但是，科技毕竟不是文学，写科技论文毕竟不同于写小说，科技术语有其严谨性，科技术语虽然不似数学符号那么通用，但要想在世界上得到认同，还应该采用基本相同的涵义。

作为国际大电网会议（CIGRE）配电与分布式发电（C6）的中方委员，作为该词翻译的始作俑者和推动者，我觉得还是有义务略为详细地介绍将该术语的由来，以便于大家了解该术语的背景和意义，在科研工作中和有关场合正确地使用该术语。

本文首先深入浅出地讲清楚微网和主动配电网的区别、给出DER接入对传统配电网的影响、传统配电网和主动配电网的区别，然后介绍CIGRE-C6在全世界关于主动配电网的调研结果（包括机制方面和技术方面），给出被动与主动配电系统在规划、运行、管理、机制方面的不同，最后由此探讨中国的主动配电网发展方向。

1.智能电网、微网和主动配电网的区别
现在全世界谈论的smartgrid的基本定义是什么呢？虽然众说纷纭，我抛砖引玉给出初步定义，“能够有效率和有效益地使用各种能源和资源的网络”－the network by which energy （electricity，gas，oil and hydrogen) and resources（electricity，heating and cooling) could be used effectively and efficiently"。

那么现有电网是否达到此等水平呢，显然没有。

中国政府郑重其事宣布，我国到2020年GDP的单位CO2排放比2005年的水平要降低40～45%，电力系统是降低排放的最前线，从发电到用电的各部分均受影响。

如何达到该目标，电力系统应该承担较大的责任。

所以，不仅仅是电网自身智能化的问题。

欧洲的20-20-20计划是，到2020年欧洲电网接入20%的可再生能源，降低排放20%，提高效率20%。

后两项目标与智能化太大的没有关系。

微电网概念的提出者为美国威斯康星大学威尔逊分校Robert H. Lasseter教授(美国
CERTS(The Consortium for Electric Reliability Technology Solutions)首席专家，IEEE分布式发电(DG)研究领域主席。

他于2001年根据CERTS微网的概念，首次提出了微电网的定义。

CERTS 所做的几个微电网试验项目无一例外的是以提高用户的供电可靠性和改善电能质量为目的，可以看出微电网的最初试验的目的是提高电能质量和供电可靠性，其中最主要的指标是供电可靠性。

因此，微网主要是用于保证特殊客户供电可靠性的客户电网。

（参见陈文波博客）
主动配电网的概念和内容自国际大电网会议（CIGRE）配电与分布式发电（C6）的报告C6.11于2008年提出，近年来已经得到IEEE、CIRED等国际学术组织的足够关注。

值得注意的是，请注意，在今年CIGRE2012的会议上，C6已经正式将主动配电网改称主动配电系统，因为增加了分布式资源（DER）后，配电网已经不是传统的被动配电网了，故称为主动配电系统。

这里先概要给出主动配电系统的基本定义：具有灵活结构的可以主动控制和主动管理的配电系统。

与微网以客户为中心的最大的不同，它是电力企业的公用配电系统。

2.被动配电网与主动配电网是如何处理DER的
传统的配电网是被动的配电网，其运行、控制和管理模式都是被动的。

由大型发电厂生产的电力，流经输电网（高压），通过配电网（MV和LV）送到用户，因此中低压（LV）配电网即为电力系统的“被动”负荷，因此配电网可以称之为被动配电网（PDN，passive distribution network）。

即使采用配电自动化，尤其是在中国，其核心控制思路仍然是被动的，即在无故障的情况下，一般不会进行自动控制的操作。

现有的配电网分析计算，无论损耗、电压和可靠性，都是基于最大负荷条件或平均负荷条件。

因此，传统配电系统本来就不是为接入大量分布式资源而设计的。

大量分布式能源（DER）接入配电网后可能会带来诸多影响。

例如，影响短路水平和设备选型、影响无功功率和电压分布、影响保护、配电自动化和故障清除过程、影响特殊情况下的孤岛运行。

因此，为了应对大量分布式DER的接入，而且还维持原有的可靠性，需要向主动控制和主动管理发展。

基于智能计量技术的开发和信息和通讯技术（ICT）的发展，ADS可以延缓投资、提高响应速度、网络可视性以及网络灵活性、较高的电能质量和供电可靠性、较高的自动化水平、更容易地接入DER、有可能降低网络损耗、更好地利用资产、改进的负荷功率因数、较高的配电网效率、较高的供电质量和敏感客户的可用性。

当然，ADS的发展还会面临一些问题和障碍，如维护问题、涉及大量利益相关者时的通信复杂性、增加投资费用（设备、教育、软件）、缺乏经验、对于ADS特性的设定没有统一的国际标准、配电网络运营商（DNO）没有承担风险的动力、日常运行方式难以改变、现有规约和通信基础设施的能力。

需要制定新的监管条例、DG规模继续扩大并被接到输电网、信息通信基础设施的安全性、主动网与现有被动网的不兼容性。

对电力系统的各个设备（发电和用电）都有可能安装精确的测量信息的设备（IED），信息和通讯技术（ICT）的快速发展使配电网的控制和管理模式从此与传统不同。

这与社会生活极其相似。

现在社会生活有了微博，有了现场音像，个人和管理部门都有了许多可利用的现场信息，使我国这样的集中控制和管理国家的社会生活也从此不同。

自从1999年参加国际供电会议（CIRED）以来，我觉得我们现在的科研水平与欧美又有
了很大的差距，尤其是在主动配电网方面。

人家的愿景都快要变成现实了，我国还在炒概念，刚开始立项。

国家之间的竞争在于精英之间的竞争，望现在还在为国家干事的人多加努力吧。

3.关于主动配电网机制的调研结果
虽然很遗憾，CIGRE C6在调研结果中把中国与印度列在一起，但从我国配电网的投资效益来看，也许与印度放在一起也有一定的道理。

其中只有美国、中国、印度等国的ADS与提高配电系统的可靠性有关（这点我们很多科研人员很少谈及），其中理由想必大家都很清楚（例如日本的可靠性已经很高、而中东还未到考虑供电可靠性的阶段）：
表1 不同地理区域向主动配电系统过渡的激励机制和驱动力。

4.关于主动配电网技术方面的调研结果
目前，世界范围内共有11个国家和地区开展了24个具有创新性的主动配电网项目，这11个国家和地区包括美国、澳大利亚、意大利、希腊、德国、英国、欧盟、荷兰、丹麦、西班牙、日本。

现将项目中所应用的通信技术以及主动配电网的可行技术介绍如下。

各公司所使用的通信手段差别很大。

表2列出了目前所使用的通信技术。

只有有限的公司提到了使用DER的遥控通讯手段，且只有很少的一部分提到将把控制延伸到低压网。

表2 目前所使用的通信技术
现有项目主要涉及硬件设备、监测控制和网络运行三大功能，所采用的可行技术主要有：
1）硬件设备：电力电子设备（用于配电网），智能设备和通信媒介，先进的计量设施（AMI），储能系统（ESS）和电池能量管理，分布式电源的接入和控制接口；
2）监测控制：潮流管理、自动电压控制（AVC)、动态的线路载荷水平（DLR）；
3）网络运行：配电管理系统（DMS）、DER的分布式控制、需求侧管理（DSM）、微网/馈线（孤岛运行）；
5.被动配电网与主动配电网的区别
略。

表格太多，格式很难整理。

6.总结
总而言之，发达国家针对DER大量接入而电网发展已经达到饱和阶段（负荷增长率低，设备老化，多种能源接入）所提出的ADS的设想，可能无法解决我国配电网处于高速发展阶段而同时需要提高可靠性和需要处理大量分布式电源接入的问题。

发达国家的经验表明，概念炒作已经基本结束，政治家们考虑的是能源有效利用，而电网考虑的是如何节约投资。

我们必须在技术经济比较的基础上，考虑中国ADS的发展模式。

现有电网向未来电网的发展过渡期应该为presmart时代，是前智能电网的时代。

如何过渡，如何充分利用现有电网的能力，是需要建立大量的数学模型的，如果没有好的模拟计算软件，新的理念就很难验证和实现。

在追赶科技强国的过程中学习、引进、跟踪、模仿过程中，相对于韩国和日本而言，我们的“学习”效率和追赶速度要差得多，我国是发展中国家，基础设施尚在建设中，我们没有必要要把一个涉及社会、历史、经济、环境多种因素的复杂问题变成为一个简单的技术问题。

我国2020年就建设成的智能电网也应该只是传统模式下电网的智能化。

可是，10～30年或30～50年后应该是什么模式呢？难道就不可能有其他的发展模式吗？我的基本观点是，一张白纸可以画最新最美的图画。

未来的主动配电系统是什么样？我认为各种模式皆有可能，是个多能源（电、气、氢），多准则（技术、环境、市场、监管）的网络。