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“就地開發與消納（分布式）是可再生能源應用最經濟的形式，基于分布式電源激增背景，鼓勵用戶參與需求響應和基于協議的負荷控制，是實現電力供需平衡的有效方法。”在日前召開的“2024 年電力需求側管理創新大會”上，中國工程院院士余貽鑫指出。
隨著新型電力系統建設的加快推進，分布式發電迎來大發展，與此同時配電網將發生顛覆性重大變革。當前，配電網正逐步由單純接受、分配電能給用戶的電力網絡轉變為源網荷儲融合互動、與上級電網靈活耦合的電力網絡。余貽鑫指出，電網的體系結構具有一致性，這包括監管結構、行業結構和控制結構等，在當前形勢下，電網需要采用分層分群體系結構模型以確保可靠性責任。實踐中已出現不合乎分層分群規范的案例，其雖然電氣上與當地配電網相接，但不支持當地配電調度，責權利不 統 一 ，甚至造成部分法律問題。
余貽鑫進一步指出，我國現階段應高質量地建設分布式智能電網，大力推進總配電系統運營商模式（下文簡稱“配電系統運營商”，英文縮寫是DSO），統籌考慮輸配電網絡的安全和經濟問題，實現責權利相統一。同時，在電網現代化過程中，采用市場激勵措施促進新型電力需求和分布式發電增長，實現能源轉型更具經濟性，為此需要重新定義配電服務、開放電力市場并使其標準化。
分布式發電發展
離不開智能電網的支持
在余貽鑫看來，可再生能源就地開發與消納，即分布式發電優勢顯著，但海量分布式發電并網，正在顛覆傳統配網中潮流的單向流動模式，與大規模資產的傳統投資的邏輯也不完全一致，這對電力系統的控制結構、行業結構和監管結構均提出了挑戰，建設智能電網已是大勢所趨。
余貽鑫研究表示，我國太陽能和風能資源極其豐富，不論西部還是東部，都已達到“平價”上網，且就地開發與消納的分布式發電供電成本低、可靠性和韌性高。“不論是普遍情況場景還是極端情況場景，在可靠性成本、受端系統過網費和網損成本方面，就地開發與消納模式都表現出顯著的供電成本優勢。消納方面，具體算例已表明，在目前風光火打捆的形態下，若大規模遠距離輸送模式和就地開發與利用同時采用時，受端系統（負荷中心）能夠實現約25%的‘風光’電量滲透率，而僅采用就地開發與消納的模式卻能實現‘風光’電量滲透率28%。”
“電從身邊取”雖益處多多，但面臨一系列“成長的煩惱”。近年來，我國分布式光伏爆發式增長，導致配電網線路、變壓器反向過負載嚴重，電壓越限問題突出，對配電網運行提出了重大挑戰，多地消納空間告急，多地接入“紅區”頻現以減緩發展速度具有間歇性、多變性和不確定性的海量分布式發電并網，電力系統靈活性需求迫切，同時也考驗著電力系統的韌性和信息安全。
余貽鑫表示，傳統上我們僅將韌性視為承受“出現的概率很小而損失很大的事件”的能力對其影響進行評估方法存在片面性，因為最需關注的是事件波及的局部地區的生命安全問題，此時需要緊急救援、醫療和食品服務等基本服務，所有這些都需要電力提供支持。因此，必須把韌性問題納入城市和區域的規劃。“信息安全方面，鑒于電網的物理浩瀚、互聯性和高度的運營復雜性，惡意的賽博威脅發生的頻度和強度與日劇增，會對電網構成了重大挑戰。當主電網受到攻擊或因其他威脅而癱瘓時，用于應急運行的微電網在維持關鍵負荷的電力供應方面可能特別重要。”
面對上述機遇和挑戰，發展智能電網為解決之道。智能電網是如同互聯網一樣智能的電網，是電網的第二次智能化。互聯網之所以智能，是因為它是由多層的分群方式構造的子網絡組成的，且每一個互聯網子域的協議棧都是分層結構，有應用層、傳輸層、網絡層、通信層，這些子網絡的協議非常明確。互聯網的智能化分布在整個網絡的層次結構當中，智能電網將把工業界最好的技術和理念應用于電網，以加速智能電網的實現，如開放式的體系結構、互聯網協議、即插即用、共同的技術標準、非專用化和互操作性等。
余貽鑫指出，智能電網將從根本上改變人們的生活和工作方式，并像互聯網一樣激勵產業變革。
關注配電網的頂層結構
推進總配電運營商模式
余貽鑫認為，鑒于未來電網的超復雜性，電網體系結構的研究至關重要，是整個電網的最頂層的模型。具有分層分群體系結構的電網使可靠性責任分擔成為可能，且特別適合于技術創新，能夠很好地適應未來電網的需求，智能配電網的總配電運營商模式采用的是分層分群體系結構，應該大力推進。
“電網的變化已經日益偏離20世紀電網發展所依據的基本原理和假設，如果不指出這些，會對電網的可靠性和功能造成嚴重的不良后果。置于高壓輸電系統內的能量管理系統覆蓋了數百個發電機和變電站，數十年來在管理和控制電力系統以確保其經濟可靠的運行方面取得了巨大的成功。但是如果將這個系統及其底層的集中式操作范式擴展到配電系統，并擴展到未來網絡中成千上萬的生產型消費者將導致效率低下，是不明智和站不住腳的。”余貽鑫說。
如何解決這一問題？余貽鑫表示，未來的配電網、微網、建筑單元等與輸電系統的差異將逐步消失，具有本地發電和雙向電力潮流的特點，都將配有電能管理系統，并按照“群集（cluster）”的理念實現各自的凈功率平衡。其實這里所謂的“群集”，就是平衡區，意指區域內電功率能夠保持近乎瞬時的凈功率平衡，其所對應的智能電網就是分布式智能電網。
分布式智能電網具有分層分群的體系結構，分層分區的概念看似與當今的電力系統并無太大不同，實則不然。余貽鑫指出，有一個根本區別，與傳統電網相比，潮流不再只是從大型系統到用戶單向流動，智能電網通過電力和信息的雙向流動，建立起高度自動化和廣泛分布的能量交換網絡。
具有分層分群體系結構電網的嚴謹性何在？余貽鑫表示，具有分層分群體系結構的電網能像互聯網一樣智能，因為二者網絡的均由多層的分群方式構造的子網絡組成，使責任分擔成為可能；同時每個群集內的管理系統（如電網的能量管理系統和互聯網的協議棧）均具有分層結構，其明確的分工，使其可以容易地適應各種新技術的應用。具有這樣的電網結構的電網能夠適應多變可再生能源的利用，為生產型消費者賦權和提供激勵，明確群集間的責任分擔，助力納米、迷你和微電網無縫集成，快速適應技術創新的同時增強韌性、抵御不斷增加的賽博攻擊。
余貽鑫以虛擬電廠為例，闡述在分層分群體系結構的電網中，DSO將扮演的重要角色。在一個子輸電系統上的可能連接有數千個由配電系統運營商運營的本地配電區域。當前，虛擬電廠中有一類是隸屬于不同配電變壓器的供電片的分散式電源聚合而成的，深深依賴并影響其所處局部地區配電網的安全運行，但平時不參與當地安全約束優化調度，這使地方電網失去了更優的運行方式，發生事故時，當地調度也不能直接對其進行快速控制，而失去快速恢復供電的機會。與智能配電網的總配電系統運營商模式相比，在責權利相統一上有所欠缺。
此外，用戶以及配電系統運營商，都可以從參與大功率系統的市場和服務中受益。余貽鑫指出，相關研究指出，分布式電源直接參與批發市場的報酬可能比投資者預期的要低得多，且實施成本更高，如若配電系統運營商是經過適當設計和規范的，并具有為分布式發電服務的透明開放的配電運營商市場，則分布式發電運營商不會在商業上處于不利地位。
重新定義配電服務
開放電表市場并將其標準化
余貽鑫指出，電網現代化過程中，除非采用激勵措施促進新型電力需求和分布式資源增長，并提供電網服務機會，否則可能會增加運行挑戰和基礎設施需求。
在傳統模式中，我國將電力需求和分布式發電裝機增長視為外生增長，在此基礎上遵循傳統的可靠性理念，集中規劃基礎設施以滿足高可靠性需求。現實情況是，電網的年持續負荷分布曲線上功率大于75%的時間少于5%。
余貽鑫指出：“在20世紀一直使用這種方法，這使得為滿足每年只有幾十小時的高峰負荷條件而增加了基礎設施投資，該理念在大多數情況下導致產能過剩。在智能電網環境下，應促進新型的電力需求和分布式發電的增長。為此需為電網上的每個互聯點創建激勵機制，包括互聯政策和經濟激勵，以銷峰填谷，并使電網中各節點的參數實時保持在指定范圍內，從而把對電網的要求降至最低。配電系統運營商必須具有激勵性結構，以保證它們從合格的靈活的需求響應系統獲得服務，而不需要昂貴的基礎設施投資或不在大系統中造成變化大和不確定性的潮流。”
在余貽鑫看來，在建設新型電力系統的大背景下，應重新定義配電網服務。盡管配電作為單向電功率傳輸服務的原始價值正在下降，用戶仍然可以從電網中受益。因此，在配電網中，每個互聯點都為其所接受的服務付費、或為其提供的服務收費，既可以以買方身份也可以以賣方的身份參與市場。
同時，應開放電表市場，并將其標準化。余貽鑫指出，過去的電網是提供千瓦時商品的市場，預見未來，強大、成本效益高的小規模技術正在到來，智能電網中無處不在的通信聯系為電表市場的實施準備好了條件，一個新的更大的市場將是電表能源資源的市場。在智能配電網中，所謂“新市場”的電表也是終端用戶與配電網之間的互聯點和實時接口。電表市場是配電運營商的重要組成部分，包括管理和控制系統和互聯等等。每個互聯點既可以是電網用戶，也可以是電網服務的提供者。電表市場必然引發關于未來新的配電設施和角色的改變，其中包括運行交易平臺和配電市場。為發展電表市場，監管者必須規定切實可行的接口要求，支持配電網的可靠運行。
余貽鑫，中國工程院院士、天津大學教授。電力系統分析、規劃與仿真專家。長期結合電力系統工程實際進行深入的電力系統穩定性理論研究，特別是在電力大系統安全監視、防御與控制中域的方法學方面，取得了開創性的國際先進成果，并在世界上首次把該成果用于實際電力大系統。獲國家科技進步二等獎和國家發明二等獎各1項、高校十大科技成果獎1項、省部一等獎5項。在著名刊物上發表論文300余篇，出版《電力系統安全域》和《智能電網的基本理念與關鍵技術》等7部著作。