中國儲能網訊：3月23日，由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會主辦并聯(lián)合500余家機構共同支持的第十五屆儲能大會暨展覽會（簡稱“CIES2025”）在杭州國際博覽中心召開。
CIES大會以以“綠色、數(shù)智、融合、創(chuàng)新”為主題，針對儲能產業(yè)面臨的機遇與挑戰(zhàn)等重點、熱點、難點問題展開充分探討，分享可持續(xù)發(fā)展政策機制、資本市場、國際市場、成本疏導、智能化系統(tǒng)集成技術、供應鏈體系、商業(yè)模式、技術標準、示范項目應用案例、新產品以及解決方案的普及和規(guī)模化工程應用。
在3月23日下午進行的工業(yè)綠色微電網專場中，上海電力大學海上風電研究院電力電子所博士潘超做了題為《配電網數(shù)智化線路健康狀態(tài)感知與構網關鍵技術討論》的主題報告演講。
各位專家同仁，我是海上風電研究院趙教授團隊的潘超。受趙教授委托，今天由我分享電力電子技術研究所關于配電網研究的思考，并與大家交流探討。本次報告題目為《配電網數(shù)智化線路健康狀態(tài)感知與構網關鍵技術討論》。主要內容包括三部分：一是新型配電網的發(fā)展趨勢；二是配電網臺區(qū)開展的數(shù)智化健康狀態(tài)感知技術研究；三是對配電網新能源構網關鍵技術的思考與探索。希望借此機會與各位深入交流。
一、新型配電網發(fā)展趨勢
在新型電力系統(tǒng)建設中，配電網作為連接用戶的“最后一公里”，其升級優(yōu)化至關重要。以往研究多聚焦主網構網型變流器與組網技術，現(xiàn)配電網亦需加快轉型以適應發(fā)展需求。
究其原因，國家能源局去年發(fā)布的《關于新形勢下配電網高質量發(fā)展的指導意見》強調：一是需提升配電網承載能力，支撐轉型需求，包括科學評估承載力及優(yōu)化分布式新能源布局；二是強化改革創(chuàng)新以化解發(fā)展難題。在新型電力系統(tǒng)“雙高”特性下，配電網安全穩(wěn)定運行面臨重大挑戰(zhàn)。大量電力電子設備接入改變了配電網運行機理，對其安全性與穩(wěn)定性產生顯著影響，這一問題與主網情況類似。
傳統(tǒng)電力系統(tǒng)以水電、燃氣及燃煤發(fā)電為主，輔以抽水蓄能和電化學儲能；新型電力系統(tǒng)則著重發(fā)展風光一體化與新型儲能技術。分布式光伏的大規(guī)模接入為配電網帶來三方面挑戰(zhàn)：首先，海量多元用戶與電網間的雙向能源信息交互存在不足；其次，用戶側靈活資源的開發(fā)利用水平較低，限制了分布式能源的消納能力；最后，多能微電網與智能配電網之間的協(xié)同性尚顯欠缺，難以充分支撐分布式智能電網的建設需求。
新型電力系統(tǒng)的電力電子化轉型既帶來挑戰(zhàn)也孕育機遇。其一，分布式新能源與儲能的協(xié)同應用，可提升配電網的韌性和靈活性，優(yōu)化電能質量；其二，針對傳統(tǒng)配電網存在的三相不平衡、諧波等問題，交直流柔性互聯(lián)技術提供了靈活組網與潮流調控的新路徑，有效應對電力電子化帶來的振蕩和頻率波動；其三，借助AI技術、數(shù)字化手段及大數(shù)據(jù)分析，配電網智能化運行水平顯著提高，為其高效、可靠管理提供了堅實支撐。
二、配電網數(shù)智化健康狀態(tài)感知技術
接下來，我將分享關于配電網健康狀態(tài)感知技術的研究成果。隨著分布式資源、充電樁、儲能設備及電動車的快速發(fā)展，配電網的架構、業(yè)態(tài)和商業(yè)模式正經歷深刻變革。為適應新能源并網與消納需求，亟需優(yōu)化配電網數(shù)字化架構體系，并加速推進其數(shù)字化建設與應用。
數(shù)字化感知技術是實現(xiàn)配電網互聯(lián)互通和互操作的核心手段，對推動數(shù)字化轉型意義重大。預計到2025年，配電網數(shù)字化將進入全面推廣階段，尤其是在條件成熟的地區(qū)，車網協(xié)同互動、構網型新能源及構網型儲能等新技術有望廣泛應用。作為新型電力系統(tǒng)的重要創(chuàng)新工具，數(shù)字化感知技術主要聚焦于配電網的安全穩(wěn)定運行以及線路拓撲動態(tài)監(jiān)測，為提升配電網智能化水平提供了關鍵技術支撐。
配電網用戶接入方式多樣，實際安裝中可能存在申報與實施不一致的情況，例如業(yè)擴報裝相別與實際安裝不符。此外，配電網拓撲結構難以精準識別，臺賬信息常與實際情況存在偏差，供電設備故障響應及用電安全預警機制也有待完善。在相關研究中，某供電公司提供了支持，重點開展了三項工作：一是通過數(shù)據(jù)分析實現(xiàn)用戶相位的準確辨識；二是對用戶電量行為進行建模分析；三是開展線路健康狀態(tài)監(jiān)測，以提升配電網運行的可靠性和智能化水平。
（1）用戶相位辨識
傳統(tǒng)配電網中，三相不平衡問題突出，主要源于相位連接混亂，導致ABC三相負荷分布不均，影響變壓器運行效率。由于配電網用戶數(shù)量龐大，臺賬記錄與實際安裝情況可能存在偏差，因此需借助科學方法實現(xiàn)精準辨識?；谟秒姴杉到y(tǒng)數(shù)據(jù)，結合電壓相關性分析及總表與分表電量關系，可實時推斷用戶相位，確保辨識結果準確可靠。
（2）用戶電量行為建模
完成相位辨識后，進一步通過建模深入分析用戶用電行為。通過對行為主體、環(huán)境及用電結果等特征的挖掘，提取各類用戶的獨特用電模式。此方法能夠將用戶行為抽象化并特征化表達，為優(yōu)化配電網管理提供數(shù)據(jù)支持。
（3）線路健康狀態(tài)監(jiān)測
在相位辨識基礎上，聚焦配電網至用戶電表間的健康狀態(tài)監(jiān)測。利用用電采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)，結合相位、電壓與功率流自動辨識功能，以及拓撲接線信息，計算線路及其分支阻抗值，定位異常阻抗并識別潛在故障。實驗表明，該方法可有效檢測間歇性異?，F(xiàn)象，顯著提升配電網運行可靠性與智能化水平。
在軟件架構設計中，配電網系統(tǒng)分為應用層和平臺層。通過接入特定系統(tǒng)的應用層并與配電網信息采集系統(tǒng)對接，可從平臺層獲取所需數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)以下目標：首先，對數(shù)據(jù)特征進行評估，排除小電量臺區(qū)的干擾，標記電壓異常情況，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），但大部分數(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，精準識別用戶阻抗特性，確保末端數(shù)據(jù)符合計算標準，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，提升技術方案的可行性與實用性。
在此基礎上，進一步開展整體分析，涵蓋相位辨識及干/支線阻抗統(tǒng)計等內容。最終，根據(jù)干支線阻抗水平及其波動特性，定位具體問題發(fā)生的位置（用戶或線路）。這些結果經現(xiàn)場驗證，證明方法有效。
關于相位辨識的具體實現(xiàn)，采用了常規(guī)技術并引入新模型。例如，結合配電網拓撲校驗、電壓相關性分析、聚類方法與電能誤差建模，實現(xiàn)了高效準確的相位辨識。首次測試中，選取10個用戶分別接入變壓器不同相位，連續(xù)24小時采集運行數(shù)據(jù)并進行現(xiàn)場校驗，結果表明該方法可行且可靠。
此外，針對配電網拓撲結構復雜的特點，開展了拓撲辨識研究。通過采集某天的電量數(shù)據(jù)，測量模型誤差，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因子變換構建約束矩陣，最終計算回歸矩陣以獲取誤差信息。通過關聯(lián)矩陣確定用戶與總表之間的拓撲關系，并對臺區(qū)檔案進行一對一校驗。經現(xiàn)場驗證，該方法取得了良好效果。
借助該技術，能夠實時識別電表絕緣損壞、接線不規(guī)范及連接松動等問題，并即時反饋故障信息。經過5輪現(xiàn)場驗證，覆蓋17個臺區(qū)用戶，共檢測出56個故障點，最終準確率達96%，部分誤差源于用戶產權問題或現(xiàn)場條件限制。
三、配電網新能源構網關鍵技術探討
前幾位專家指出，我國分布式能源發(fā)展迅猛。截至2023年，分布式能源裝機容量已達2.5億千瓦，預計到2025年，配電網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)電在配電網中呈現(xiàn)出顯著特征。一方面，受風能、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，并產生諧波問題。例如，IGBT設備通過PWM技術模擬連續(xù)電能輸出時會成為諧波源，整流裝置同樣會引入大量諧波，對配電網造成干擾。另一方面，分布式電源靠近負荷中心，具有規(guī)模小、靈活性高的特點，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)提供主動支撐，從而增加了電壓跌落的風險，威脅配電網的可靠性。其次，分布式電源接入后可能導致電能質量問題，如諧波污染、無功功率失衡等。在此背景下，科學評估并提升配電網對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)劃設備選型和運行策略，還能為配電網的安全穩(wěn)定運行提供保障。這已成為當前亟待解決的關鍵問題之一。
在探討承載能力之前，需先明確“構網”技術的概念及其與傳統(tǒng)“跟網”技術的區(qū)別。從學術角度看，“跟網”技術適用于電網強度較高的場景，其通過鎖相環(huán)實現(xiàn)變流器與電網的相位同步。然而，在這種模式下，當電網發(fā)生波動時，變流器僅能被動跟隨電網的頻率和電壓變化，無法主動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強度較弱的地區(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，目前調相機等技術已在西部地區(qū)得到廣泛應用。與傳統(tǒng)“跟網”技術相比，“構網”技術通過優(yōu)化控制策略，大幅提升了系統(tǒng)的主動支撐能力。在傳統(tǒng)“跟網”技術中，電流環(huán)和電壓環(huán)的雙環(huán)控制方式被廣泛采用；而“構網”技術則摒棄了電壓環(huán)，轉而引入功率環(huán)，從而在系統(tǒng)內部生成一個獨立的“內電勢”。這一“內電勢”不依賴外部電網的鎖相信號，而是基于功率平衡結果自動生成。由此，變流器能夠根據(jù)電網運行狀態(tài)實時調整輸出，主動提供有功和無功功率支持。具體而言，在“構網”變流器中，直流側承擔了類似傳統(tǒng)同步發(fā)電機轉子的功能，具備一定的儲能和功率調節(jié)能力。這項技術為提高配電網對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，系統(tǒng)需要更強的有功和無功支撐能力以確保穩(wěn)定運行。此外，還需應對寬頻振蕩抑制和電能質量問題，其中主動支撐技術尤為重要。主動支撐主要體現(xiàn)在慣量、電壓支撐和阻尼振蕩三個方面：首先，慣量作為調頻的基礎，可以有效防止頻率驟降；其次，通過無功補償提前建立合適的電壓水平，為系統(tǒng)穩(wěn)定運行創(chuàng)造條件；最后，針對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“構網”技術的新型電能質量解決方案，包括諧波治理和無功補償?shù)?，為配電網提供了更多可能性。
在評估分布式能源承載能力時，可從安全性、經濟性和靈活性三個維度出發(fā)設定若干指標。其中，安全性指標包括電壓偏移和電壓合格率；經濟性指標涵蓋無功補償合格率及平均線損率；靈活性指標則涉及凈負荷波動和新能源發(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估，有助于相關部門實時掌握配電網的承載能力。
在分布式能源主動調壓調頻場景下，“構網”儲能技術展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。當系統(tǒng)頻率下降時，慣量響應能夠迅速提供功率支撐；在低電壓穿越場景下，該技術可通過動態(tài)調整無功功率，在電壓跌落時補充無功，并在電壓過高時吸收無功。此外，通過將慣量支撐與頻率支撐解耦，充分利用儲能的快速響應特性，實現(xiàn)了對小幅度頻率波動的即時抑制，避免其參與復雜調頻過程。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，通過運用配電網健康狀態(tài)感知技術和分布式新能源“構網”技術，不僅可以提升配電網對可再生能源及電動汽車等新型負荷的接納能力，還能增強系統(tǒng)應對復雜性和不確定性的管控水平，是推動配電網數(shù)字化轉型的重要路徑。該方案在健康狀態(tài)檢測方面識別率較高，且具有突出的承載能力。為更好地服務于工程應用，未來應著重突破基于數(shù)據(jù)驅動的健康狀態(tài)感知技術，結合人工智能實現(xiàn)智能化升級，同時強化主動支撐能力和振蕩抑制方法的研究。本技術的核心優(yōu)勢在于高準確率和強承載力，其實施路徑包括通過健康狀態(tài)感知開展主動支撐，并有效抑制系統(tǒng)波動，從而保障配電網的安全穩(wěn)定運行。
