余贻鑫院士：电力需求侧管理创新的几个战略性议题

“就地开发与消纳(分布式)是可再生能源应用最经济的形式，基于分布式电源激增背景，鼓励用户参与需求响应和基于协议的负荷控制，是实现电力供需平衡的有效方法。”在日前召开的“2024 年电力需求侧管理创新大会”上，中国工程院院士余贻鑫指出。

随着新型电力系统建设的加快推进，分布式发电迎来大发展，与此同时配电网将发生颠覆性重大变革。当前，配电网正逐步由单纯接受、分配电能给用户的电力网络转变为源网荷储融合互动、与上级电网灵活耦合的电力网络。余贻鑫指出，电网的体系结构具有一致性，这包括监管结构、行业结构和控制结构等，在当前形势下，电网需要采用分层分群体系结构模型以确保可靠性责任。实践中已出现不合乎分层分群规范的案例，其虽然电气上与当地配电网相接，但不支持当地配电调度，责权利不 统 一 ，甚至造成部分法律问题。

余贻鑫进一步指出，我国现阶段应高质量地建设分布式智能电网，大力推进总配电系统运营商模式(下文简称“配电系统运营商”，英文缩写是DSO)，统筹考虑输配电网络的安全和经济问题，实现责权利相统一。同时，在电网现代化过程中，采用市场激励措施促进新型电力需求和分布式发电增长，实现能源转型更具经济性，为此需要重新定义配电服务、开放电力市场并使其标准化。

分布式发电发展

离不开智能电网的支持

在余贻鑫看来，可再生能源就地开发与消纳，即分布式发电优势显著，但海量分布式发电并网，正在颠覆传统配网中潮流的单向流动模式，与大规模资产的传统投资的逻辑也不完全一致，这对电力系统的控制结构、行业结构和监管结构均提出了挑战，建设智能电网已是大势所趋。

余贻鑫研究表示，我国太阳能和风能资源极其丰富，不论西部还是东部，都已达到“平价”上网，且就地开发与消纳的分布式发电供电成本低、可靠性和韧性高。“不论是普遍情况场景还是极端情况场景，在可靠性成本、受端系统过网费和网损成本方面，就地开发与消纳模式都表现出显著的供电成本优势。消纳方面，具体算例已表明，在目前风光火打捆的形态下，若大规模远距离输送模式和就地开发与利用同时采用时，受端系统(负荷中心)能够实现约25%的‘风光’电量渗透率，而仅采用就地开发与消纳的模式却能实现‘风光’电量渗透率28%。”

“电从身边取”虽益处多多，但面临一系列“成长的烦恼”。近年来，我国分布式光伏爆发式增长，导致配电网线路、变压器反向过负载严重，电压越限问题突出，对配电网运行提出了重大挑战，多地消纳空间告急，多地接入“红区”频现以减缓发展速度具有间歇性、多变性和不确定性的海量分布式发电并网，电力系统灵活性需求迫切，同时也考验着电力系统的韧性和信息安全。

余贻鑫表示，传统上我们仅将韧性视为承受“出现的概率很小而损失很大的事件”的能力对其影响进行评估方法存在片面性，因为最需关注的是事件波及的局部地区的生命安全问题，此时需要紧急救援、医疗和食品服务等基本服务，所有这些都需要电力提供支持。因此，必须把韧性问题纳入城市和区域的规划。“信息安全方面，鉴于电网的物理浩瀚、互联性和高度的运营复杂性，恶意的赛博威胁发生的频度和强度与日剧增，会对电网构成了重大挑战。当主电网受到攻击或因其他威胁而瘫痪时，用于应急运行的微电网在维持关键负荷的电力供应方面可能特别重要。”

面对上述机遇和挑战，发展智能电网为解决之道。智能电网是如同互联网一样智能的电网，是电网的第二次智能化。互联网之所以智能，是因为它是由多层的分群方式构造的子网络组成的，且每一个互联网子域的协议栈都是分层结构，有应用层、传输层、网络层、通信层，这些子网络的协议非常明确。互联网的智能化分布在整个网络的层次结构当中，智能电网将把工业界最好的技术和理念应用于电网，以加速智能电网的实现，如开放式的体系结构、互联网协议、即插即用、共同的技术标准、非专用化和互操作性等。

余贻鑫指出，智能电网将从根本上改变人们的生活和工作方式，并像互联网一样激励产业变革。

关注配电网的顶层结构

推进总配电运营商模式

余贻鑫认为，鉴于未来电网的超复杂性，电网体系结构的研究至关重要，是整个电网的最顶层的模型。具有分层分群体系结构的电网使可靠性责任分担成为可能，且特别适合于技术创新，能够很好地适应未来电网的需求，智能配电网的总配电运营商模式采用的是分层分群体系结构，应该大力推进。

“电网的变化已经日益偏离20世纪电网发展所依据的基本原理和假设，如果不指出这些，会对电网的可靠性和功能造成严重的不良后果。置于高压输电系统内的能量管理系统覆盖了数百个发电机和变电站，数十年来在管理和控制电力系统以确保其经济可靠的运行方面取得了巨大的成功。但是如果将这个系统及其底层的集中式操作范式扩展到配电系统，并扩展到未来网络中成千上万的生产型消费者将导致效率低下，是不明智和站不住脚的。”余贻鑫说。

如何解决这一问题?余贻鑫表示，未来的配电网、微网、建筑单元等与输电系统的差异将逐步消失，具有本地发电和双向电力潮流的特点，都将配有电能管理系统，并按照“群集(cluster)”的理念实现各自的净功率平衡。其实这里所谓的“群集”，就是平衡区，意指区域内电功率能够保持近乎瞬时的净功率平衡，其所对应的智能电网就是分布式智能电网。

分布式智能电网具有分层分群的体系结构，分层分区的概念看似与当今的电力系统并无太大不同，实则不然。余贻鑫指出，有一个根本区别，与传统电网相比，潮流不再只是从大型系统到用户单向流动，智能电网通过电力和信息的双向流动，建立起高度自动化和广泛分布的能量交换网络。

具有分层分群体系结构电网的严谨性何在?余贻鑫表示，具有分层分群体系结构的电网能像互联网一样智能，因为二者网络的均由多层的分群方式构造的子网络组成，使责任分担成为可能;同时每个群集内的管理系统(如电网的能量管理系统和互联网的协议栈)均具有分层结构，其明确的分工，使其可以容易地适应各种新技术的应用。具有这样的电网结构的电网能够适应多变可再生能源的利用，为生产型消费者赋权和提供激励，明确群集间的责任分担，助力纳米、迷你和微电网无缝集成，快速适应技术创新的同时增强韧性、抵御不断增加的赛博攻击。

余贻鑫以虚拟电厂为例，阐述在分层分群体系结构的电网中，DSO将扮演的重要角色。在一个子输电系统上的可能连接有数千个由配电系统运营商运营的本地配电区域。当前，虚拟电厂中有一类是隶属于不同配电变压器的供电片的分散式电源聚合而成的，深深依赖并影响其所处局部地区配电网的安全运行，但平时不参与当地安全约束优化调度，这使地方电网失去了更优的运行方式，发生事故时，当地调度也不能直接对其进行快速控制，而失去快速恢复供电的机会。与智能配电网的总配电系统运营商模式相比，在责权利相统一上有所欠缺。

此外，用户以及配电系统运营商，都可以从参与大功率系统的市场和服务中受益。余贻鑫指出，相关研究指出，分布式电源直接参与批发市场的报酬可能比投资者预期的要低得多，且实施成本更高，如若配电系统运营商是经过适当设计和规范的，并具有为分布式发电服务的透明开放的配电运营商市场，则分布式发电运营商不会在商业上处于不利地位。

重新定义配电服务

开放电表市场并将其标准化

余贻鑫指出，电网现代化过程中，除非采用激励措施促进新型电力需求和分布式资源增长，并提供电网服务机会，否则可能会增加运行挑战和基础设施需求。

在传统模式中，我国将电力需求和分布式发电装机增长视为外生增长，在此基础上遵循传统的可靠性理念，集中规划基础设施以满足高可靠性需求。现实情况是，电网的年持续负荷分布曲线上功率大于75%的时间少于5%。

余贻鑫指出：“在20世纪一直使用这种方法，这使得为满足每年只有几十小时的高峰负荷条件而增加了基础设施投资，该理念在大多数情况下导致产能过剩。在智能电网环境下，应促进新型的电力需求和分布式发电的增长。为此需为电网上的每个互联点创建激励机制，包括互联政策和经济激励，以销峰填谷，并使电网中各节点的参数实时保持在指定范围内，从而把对电网的要求降至最低。配电系统运营商必须具有激励性结构，以保证它们从合格的灵活的需求响应系统获得服务，而不需要昂贵的基础设施投资或不在大系统中造成变化大和不确定性的潮流。”

在余贻鑫看来，在建设新型电力系统的大背景下，应重新定义配电网服务。尽管配电作为单向电功率传输服务的原始价值正在下降，用户仍然可以从电网中受益。因此，在配电网中，每个互联点都为其所接受的服务付费、或为其提供的服务收费，既可以以买方身份也可以以卖方的身份参与市场。

同时，应开放电表市场，并将其标准化。余贻鑫指出，过去的电网是提供千瓦时商品的市场，预见未来，强大、成本效益高的小规模技术正在到来，智能电网中无处不在的通信联系为电表市场的实施准备好了条件，一个新的更大的市场将是电表能源资源的市场。在智能配电网中，所谓“新市场”的电表也是终端用户与配电网之间的互联点和实时接口。电表市场是配电运营商的重要组成部分，包括管理和控制系统和互联等等。每个互联点既可以是电网用户，也可以是电网服务的提供者。电表市场必然引发关于未来新的配电设施和角色的改变，其中包括运行交易平台和配电市场。为发展电表市场，监管者必须规定切实可行的接口要求，支持配电网的可靠运行。

文章作者：赵紫原