電力系統(tǒng)正處于一個非常重大的能源變革之中，這一切始于分布式能源的大量應(yīng)用和快速發(fā)展,分布式能源(DER)在能源系統(tǒng)中扮演著不可或缺的重要角色。
在電源側(cè)有了大量的分布式可再生能源。在負(fù)荷側(cè)有電動汽車、儲能等設(shè)施。如何在電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)都不確定的狀態(tài)下做到調(diào)節(jié)平衡，電網(wǎng)的壓力非常之大。
CIGRE 2014大會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明：目前有228工作組，其中27個聯(lián)合工作組，有55%的工作組與配電相關(guān)，足以說明配電的重要性。
不管北美還是歐洲，智能電網(wǎng)真正的重點在于配電網(wǎng)，因為很多分布式電源都是直接連到配電網(wǎng)，DERs具有不可調(diào)度性、波動性、分散性、發(fā)電方式多樣性和時空 互補性等特點，導(dǎo)致：
●未來輸配電網(wǎng)之間產(chǎn)生了雙向功率流;
●負(fù)荷與電源具有了雙重不確定性;
●客戶具有了消費者和生產(chǎn)者的雙重身份。(由于具有發(fā)電和消費雙重身份的生產(chǎn)性負(fù)荷(pro-consumer)的出現(xiàn)，使得響應(yīng)負(fù)荷也成為了DER)。
未來配電網(wǎng)發(fā)展趨勢
未來配電網(wǎng)重要的發(fā)展趨勢，我個人認(rèn)為有以下幾個特點：
1.可再生能源將成為電網(wǎng)中的主要一次能源來源。
化石能源將日益枯竭，核能在本世紀(jì)中葉難以成為主導(dǎo)能源。可再生能源是可持續(xù)發(fā)展的綠色能源，太陽能可以取之不盡，預(yù)計2025年太陽能發(fā)電可以實現(xiàn)平價。2012年國際能源署作了世界能源展望，預(yù)測到2015年，可再生能源將成為全球第二大電力來源，并在2035年接近第一大電力來源——煤炭的發(fā)電量。
2.配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和運行模式將發(fā)生重大變化。
未來電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)將呈現(xiàn)大電網(wǎng)和微網(wǎng)并存的格局。因為電力資源和負(fù)荷資源的地理分布不匹配，而可再生能源在廣域領(lǐng)域范圍內(nèi)具有良好的時空互補性，所以發(fā)展一個規(guī)模適當(dāng)?shù)拇箅娋W(wǎng)非常必要，比如西部風(fēng)能打捆送到東部負(fù)荷中心非常必要的。
同時就地利用資源的分布式發(fā)電和面向終端用戶的微型電網(wǎng)也會大量出現(xiàn)。尤其在東部太陽能多的地方，如果能夠建一個就地利用的微網(wǎng)，前途還是很廣闊的。
多層次的環(huán)狀結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)為主。從目前來看是比較優(yōu)化的一個結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)相鄰層次間和同層次不同區(qū)域環(huán)形電網(wǎng)間的互聯(lián)，以構(gòu)造一個多層次網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。
直流電網(wǎng)模式或交直流混合電網(wǎng)模式將會共存。直流有很多好處，特別是從配電網(wǎng)和微電網(wǎng)層面來講，未來直流負(fù)荷將占相當(dāng)高的比重且分布式電源(如光伏發(fā)電或儲能)也將以直流為運行模式。
分層分區(qū)運行、總體協(xié)調(diào)互動的模式將是一個主導(dǎo)性的模式，以充分實現(xiàn)廣域范圍內(nèi)各種資源的優(yōu)化互補利用和區(qū)域電網(wǎng)間互為備用和支撐。
因為現(xiàn)在大一統(tǒng)的管理模式要變，如果不變，不僅僅是技術(shù)上有很多問題，安全性上也有很大問題。所以未來電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)改變將會帶來大量科技創(chuàng)新的機(jī)遇。希望大家能夠廣開思路，對于各種不同形式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要百家爭鳴、百花齊放，尤其大學(xué)里可以對未來網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)作很多研究。
3.高度融合的物理電網(wǎng)和信息系統(tǒng)CPS。
當(dāng)前的電網(wǎng)，不僅在物理層是不完善的，而且其信息系統(tǒng)的建設(shè)與未來需求有很大的差距。切忌認(rèn)為將信息技術(shù)用于電網(wǎng)就是未來電網(wǎng)發(fā)展的全部。
在現(xiàn)有電氣設(shè)備的基礎(chǔ)上，僅僅依靠提升電網(wǎng)的信息化程度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)解決不了未來電網(wǎng)所面臨的問題。改變電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和運行模式、提升電氣設(shè)備的性能和采用新型功能的電氣設(shè)備，是解決未來電網(wǎng)更為根本性的方法。
發(fā)展具有自適應(yīng)功能的電力設(shè)備和保護(hù)設(shè)備，就可以顯著降低電網(wǎng)對于傳感、通訊和數(shù)據(jù)處理的技術(shù)要求，這對于提高電網(wǎng)的安全可靠性和綜合效益是非常有益的。
4. 新型的電力市場、商業(yè)模式—能源互聯(lián)網(wǎng)。
未來配電網(wǎng)的發(fā)展趨勢將是能源互聯(lián)網(wǎng)。成千上萬的電源點與用戶連在一起，都會在需求與價格規(guī)則的雙向約束下，以微分的精確步距，實現(xiàn)全系統(tǒng)出力與負(fù)荷的平衡。實現(xiàn)發(fā)電和用電實時平衡，電力市場和商業(yè)模式非常重要。
5.新材料新技術(shù)將在未來配電網(wǎng)中得到廣泛的應(yīng)用。
高壓大功率電力電子器件(如寬禁帶半導(dǎo)體器件等)和裝備：雙向逆變器、發(fā)儲用能控制一體化裝置，無功補償，動態(tài)電壓調(diào)節(jié)裝置等。
新型高性能的電極、儲能、電介質(zhì)、高強度、質(zhì)子交換膜和儲氫材料等的發(fā)明和使用，將簡化電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和控制，優(yōu)化電網(wǎng)的運行，并能對電源波動和電網(wǎng)故障作出響應(yīng)。如新型發(fā)儲能單元、高效能太陽能板高性能的超導(dǎo)材料，降低損耗、重量和體積，并可提高設(shè)備的極限容量和靈活性。美國能源部甚至將超導(dǎo)技術(shù)視為“21世紀(jì)電力工業(yè)唯一的高技術(shù)儲備”。
其他新材料，如納米復(fù)合材料、場(包括電場和磁場)控和溫控的非線性介質(zhì)材料、低殘壓壓敏電阻材料、新型絕緣材料、絕緣體—金屬相變材料、新型鐵磁材料、用于高效低能耗的電力傳感器材料(如巨磁阻材料、壓電晶體、熱電材料等)。
能源革命的核心價值首先是綠色低碳，其次是節(jié)能高效，最終要達(dá)到能源節(jié)約型社會的目標(biāo)，從能源供給方面是多元供給、多輪驅(qū)動。
未來電網(wǎng)企業(yè)要成為以智能電網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、電動汽車、云計算、大數(shù)據(jù)為摩登符號代表的朝氣蓬勃的創(chuàng)業(yè)企業(yè)，轉(zhuǎn)變?yōu)橥顿Y+運營管理+信息服務(wù)企業(yè)。信息就是價值，電網(wǎng)企業(yè)提供信息服務(wù)將是一個很大的轉(zhuǎn)變。
從電網(wǎng)來講，要以市場為導(dǎo)向，從弱信息化轉(zhuǎn)變?yōu)榉?wù)化型，單向傳輸轉(zhuǎn)為分布式和集中式相結(jié)合，靜態(tài)的轉(zhuǎn)為動態(tài)的，封閉式的轉(zhuǎn)為開放式的。
為解決電力系統(tǒng)所面臨的這些問題，能源互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用應(yīng)運而生。有眼光、有勇氣的先行者已經(jīng)開始在探索能源互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新技術(shù)和商業(yè)模式。
未來智能配電網(wǎng)的特殊屬性是：包容性、開放性、系統(tǒng)性、廣泛性、互動性。
未來智能配電網(wǎng)的技術(shù)特征特殊屬性是：測量數(shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)化、狀態(tài)可視化、功能一體化、信息互動化。
建議
1.結(jié)合國情，確立方向。
不要盲目跟著國外做，其實我們和國外現(xiàn)狀不同，尤其是西歐和北美的配電系統(tǒng)已經(jīng)很成熟了，最主要的是它的負(fù)荷增長非常緩慢，沒有錢去建設(shè)新技術(shù)的電廠，而我們目前面臨的是進(jìn)入快速負(fù)荷增長的態(tài)勢，這是我們和國外不同的地方。不要一味跟著別人走。我們應(yīng)該針對本國的現(xiàn)狀研究相應(yīng)的策略。
要解決剛才所說技術(shù)的瓶頸，不僅僅在于技術(shù)，關(guān)鍵還是觀念。配電網(wǎng)正處于蓬勃發(fā)展期，需要新的技術(shù)做支撐，各方面觀念上要有轉(zhuǎn)變。
建立一種新的考核激勵機(jī)制，把社會總體效益和企業(yè)效益結(jié)合起來，成為一個有機(jī)整體。其實監(jiān)管機(jī)構(gòu)應(yīng)該做這方面的工作。英國之所以做得好，就是考慮各方面因素，各個利益相關(guān)者，要保障發(fā)電和電網(wǎng)合理的運營收入。
研究我國配電網(wǎng)形態(tài)結(jié)構(gòu)時，對直流配電網(wǎng)、微電網(wǎng)應(yīng)該有邊界條件，分區(qū)域，建立差異化標(biāo)準(zhǔn)。
關(guān)于分布式發(fā)展能源要立足技術(shù)創(chuàng)新和提升核心競爭力，不應(yīng)鼓勵高成本，高補貼的發(fā)展模式。
處理好新能源集中式開發(fā)和分散開發(fā)的關(guān)系。要超前引導(dǎo)分布式能源的發(fā)展規(guī)模和布局。我們國家規(guī)劃方面確實缺少一個統(tǒng)一國家層面大的頂層設(shè)計。英國制定每一個政策之前要做很多調(diào)研，要兼顧各方利益相關(guān)者，然后再做頂層設(shè)計路線圖或架構(gòu)，這是有必要的。
2.在現(xiàn)有電氣設(shè)備的基礎(chǔ)上，僅依靠提升電網(wǎng)的自動化和信息化程度，遠(yuǎn)解決不了未來電網(wǎng)所面臨的問題，網(wǎng)絡(luò)解和副網(wǎng)絡(luò)解。
3.改變電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和運行模式、提升電氣設(shè)備的性能和采用新型功能結(jié)合起來，系統(tǒng)和設(shè)備革新同時進(jìn)行，缺一不可。系統(tǒng)+設(shè)備革新。
4.能夠從創(chuàng)新材料入手發(fā)展具有自適應(yīng)功能的電力設(shè)備和保護(hù)設(shè)備，就可以顯著降低電網(wǎng)對于傳感、通訊和數(shù)據(jù)處理的技術(shù)要求，這對于提高電網(wǎng)的安全可靠性和綜合效益是非常有益的。新材料+新技術(shù)。
5.切忌認(rèn)為將信息技術(shù)用于電網(wǎng)就是未來電網(wǎng)發(fā)展的全部。信通技術(shù)+電力系統(tǒng)的協(xié)調(diào)仿真分析。
未來配電系統(tǒng)的目標(biāo)
支持高滲透率的分布式可再生能源，全面實現(xiàn)配電系統(tǒng)智能化運行和一體化信息管理，使配電系統(tǒng)成為電源集成的能源流、信息流、業(yè)務(wù)流融合的能源互聯(lián)網(wǎng)，為用戶提供實時交易和自由選擇，實現(xiàn)能源供需模式的科學(xué)平衡。建立橫向協(xié)調(diào)、縱向貫通、目標(biāo)統(tǒng)一、能安全高效協(xié)調(diào)分布式可再生能源和柔性負(fù)荷的物理電網(wǎng)與信息網(wǎng)絡(luò)高度融合的現(xiàn)代配電系統(tǒng)。
挑戰(zhàn)是廣泛的，涉及許多技術(shù)、體制、甚至社會的問題。我們要從理念上改變，怎么樣從制造大國變成創(chuàng)新大國，要從有國際影響到國際主導(dǎo)。配電領(lǐng)域迎來了難得的好時機(jī)，也希望年輕人努力為配電事業(yè)作出貢獻(xiàn)。
馬釗：工學(xué)博士，國家“千人計劃”特聘專家，現(xiàn)任中國電力科學(xué)研究院智能配電網(wǎng)規(guī)劃和資產(chǎn)管理首席專家, 英國特許注冊電力工程師(CEng)，國際工程與技術(shù)學(xué)會會士(FIET),CIGRE SC6 (配電系統(tǒng)及分布式發(fā)電)專委會中國委員, CIGRE 中國SC6專委會主任，中國科學(xué)院電工研究所客座研究員。
曾任國際咨詢公司ATKINS首席咨詢專家和技術(shù)總監(jiān)，E.ON英國中部電力公司高級專家，ALSTOM英國高壓開關(guān)公司高級工程師，英國能源網(wǎng)絡(luò)協(xié)會(ENA)、英國國家標(biāo)準(zhǔn)委員會(BSI)高壓開關(guān)專委會委員。主要研究領(lǐng)域為智能配電網(wǎng)規(guī)劃和資產(chǎn)管理、智能配用電、智能開關(guān)設(shè)備的設(shè)計研發(fā)及技術(shù)咨詢等。曾榮獲部級科技進(jìn)步獎三次，IEE頒發(fā)的年度專業(yè)持續(xù)進(jìn)步獎兩次。
