中國儲能網(wǎng)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(gòu)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(chǎn)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(chǎn)品以及解決方案的普及和規(guī)?；こ虘谩?/span>
在3月23日下午進行的工業(yè)綠色微電網(wǎng)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(wǎng)數(shù)智化線路健康狀態(tài)感知與構(gòu)網(wǎng)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(wǎng)研究的思考，并與大家交流探討。本次報告題目為《配電網(wǎng)數(shù)智化線路健康狀態(tài)感知與構(gòu)網(wǎng)關鍵技術討論》。主要內(nèi)容包括三部分：一是新型配電網(wǎng)的發(fā)展趨勢；二是配電網(wǎng)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(wǎng)新能源構(gòu)網(wǎng)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(wǎng)發(fā)展趨勢
在新型電力系統(tǒng)建設中，配電網(wǎng)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(wǎng)構(gòu)網(wǎng)型變流器與組網(wǎng)技術，現(xiàn)配電網(wǎng)亦需加快轉(zhuǎn)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(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展的指導意見》強調(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(wǎng)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(wǎng)運行機理，對其安全性與穩(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(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)也孕育機遇。其一，分布式新能源與儲能的協(xié)同應用，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)技術提供了靈活組網(wǎng)與潮流調(diào)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(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(wǎng)互聯(lián)互通和互操作的核心手段，對推動數(shù)字化轉(zhuǎn)型意義重大。預計到2025年，配電網(wǎng)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(wǎng)協(xié)同互動、構(gòu)網(wǎng)型新能源及構(gòu)網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)智能化水平提供了關鍵技術支撐。
配電網(wǎng)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(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(jié)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(jié)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(jié)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?qū)⒂脩粜袨槌橄蠡⑻卣骰磉_，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
在相位辨識基礎上，聚焦配電網(wǎng)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(jié)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常現(xiàn)象，顯著提升配電網(wǎng)運行可靠性與智能化水平。
在軟件架構(gòu)設計中，配電網(wǎng)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(wǎng)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(nèi)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(jié)果經(jīng)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(jié)合配電網(wǎng)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(jié)果表明該方法可行且可靠。
此外，針對配電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)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(gòu)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(jīng)現(xiàn)場驗證，該方法取得了良好效果。
借助該技術，能夠?qū)崟r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(jīng)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(chǎn)權(quán)問題或現(xiàn)場條件限制。
三、配電網(wǎng)新能源構(gòu)網(wǎng)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(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(chǎn)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(wǎng)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(wǎng)的可靠性。其次，分布式電源接入后可能導致電能質(zhì)量問題，如諧波污染、無功功率失衡等。在此背景下，科學評估并提升配電網(wǎng)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(wǎng)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(gòu)網(wǎng)”技術的概念及其與傳統(tǒng)“跟網(wǎng)”技術的區(qū)別。從學術角度看，“跟網(wǎng)”技術適用于電網(wǎng)強度較高的場景，其通過鎖相環(huán)實現(xiàn)變流器與電網(wǎng)的相位同步。然而，在這種模式下，當電網(wǎng)發(fā)生波動時，變流器僅能被動跟隨電網(wǎng)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(wǎng)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(diào)相機等技術已在西部地區(qū)得到廣泛應用。與傳統(tǒng)“跟網(wǎng)”技術相比，“構(gòu)網(wǎng)”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(wǎng)”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(gòu)網(wǎng)”技術則摒棄了電壓環(huán)，轉(zhuǎn)而引入功率環(huán)，從而在系統(tǒng)內(nèi)部生成一個獨立的“內(nèi)電勢”。這一“內(nèi)電勢”不依賴外部電網(wǎng)的鎖相信號，而是基于功率平衡結(jié)果自動生成。由此，變流器能夠根據(jù)電網(wǎng)運行狀態(tài)實時調(diào)整輸出，主動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)承擔了類似傳統(tǒng)同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子的功能，具備一定的儲能和功率調(diào)節(jié)能力。這項技術為提高配電網(wǎng)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(wǎng)，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(zhì)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(diào)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(gòu)網(wǎng)”技術的新型電能質(zhì)量解決方案，包括諧波治理和無功補償?shù)龋瑸榕潆娋W(wǎng)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(jīng)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(jīng)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(wǎng)的承載能力。
在分布式能源主動調(diào)壓調(diào)頻場景下，“構(gòu)網(wǎng)”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(diào)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(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，通過運用配電網(wǎng)健康狀態(tài)感知技術和分布式新能源“構(gòu)網(wǎng)”技術，不僅可以提升配電網(wǎng)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(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)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(qū)動的健康狀態(tài)感知技術，結(jié)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(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。
