来源：国网经济技术研究院   杨卫红

一、未来能源结构转型

按照国家战略目标要求，我国能源电力将在规模、结构、布局等方面不断转型发展，能源体系发生重大变化，主要体现在以下三个方面：

（1）)能源消费清洁低碳化随着新一轮能源 革命的深入推进，我国可再生能源的大规模开发和利用，非化石能源占一次能源消费比例不断上升，预计2050年非化石能源占比超过51%，成为主导能源。

（2）)新能源在电力生产中占据主导地位2035年前，新能源装机超过煤电成为全国第一大电源。2035年，新能源装机14.3亿千瓦、占总装机比例由2017年的17%提高至38%，发电量2.7万亿千瓦时、占总发电量比例由7%提高至23%；2050年，装机27.5亿千瓦、占比达到54%，发电量5.8万亿千瓦时、占比 超过40%。

（3）电力在能源体系中占据主导地位在能源生产环节，随着新能源的开发和利用，绿色清洁电能将不断替代化石能源。同时，煤炭利用更加高效，发电用煤占煤炭消费总量比例不断攀升。在两者共同推动下，发电能源占一次能源消费总量比例不断提升，2030年超过 50%，2050年超过65%。在终端消费环节，随着电能在交通、工业、商业、居民生活等领域的广泛替代，电能占终端能源消费比重持续提升，2030年达到30%、2050年超过40%。受此影响，我国电力需求总量持续增长，2050年电力 需求将在当前水平基础上翻番。由此可见，2030~2050年，我国能源电力体系将发生重大变革，能源消费清洁低碳化的目标初步实现，电力在能源体系中将占据主导地位，新能源装机超越煤电成为第一大电源。能源体系的重大变革迫切要求电力系统进行转型升级，电力行业处在能源转型的重要位置，也是推动转型的关键环节，一定程度上决定能源转型的效果及成败。

二、电网发展转型

    （一）电力系统转型和功能定位在新的能源结构转型升级中，电网的功能定位和形态发生重大变化。电力系统的转型主要是为了实现“安全可靠”、“经济可承受”目标，从而满足新的社会发展阶段中多元化的诉求，其中包括：

     1）如何确保含高比例清洁能源的电力系统运行可靠；

     2）如何优化转型路径，实现尽可能低的清洁电力供应成本；

     3）如何满足互联网时代各利益相关方的多元化诉求；

     4）如何推动实现转型发展所需要的技术进步与创新。

     为适应和满足新形势下的多元化诉求，电网不仅要具有强大的电力输配送能力，更要有灵活互动的服务能力和强大的事故/灾害抵御能力，要求更坚强、更可靠、更智能。其定位可为国家或地区能源资源和社会资源优化配置的战略性平台：

     1）一次能源转换利用平台：非化石能源（核能、可再生能源）；煤炭高效清洁利用。

     2）大范围资源优化配置平台：平衡供需关系；平滑变动电源出力；平滑负荷特性。衡供需关系；平滑变动电源出力；平滑负荷特性。

     3）电力市场交易平台：实现公众参与、获得最大市场化红利的重要基础。

     4）综合能源服务平台：电动汽车（vs燃油供应服务）；CCHP（vs天然气供应服务）。

   （二）配电网发展新形态

     作为电力系统中与广大用户密切相 连的配电网，除了因为能源结构转型带临着动态的负荷/储能设备——电动汽车和储能技术的快速发展，电力电子设备的不断广泛应用及用户对电能质量要求的不断提高，以及智能电网概念的深化、云大物移智技术的不断发展等机遇和挑战，传统配电网的结构功能将发生巨大变化。发展方向将是智能的主动配电系统，进而逐步实现能源互联网。其特征集中在：高渗透率的可再生能源，多维非线性的随机系统，海量多源的离散大数据，动态多时空差异的源与负荷，绿色环保的社会义务，以及不断提高的服务质量要求。结构决定功能，未来配电系统需要灵活的网络拓扑结构，挑战巨大，创新机遇巨大。集成规划和运行的配电网升级，多能源优化规划和智慧城市建设将首当其冲，引领未来配电系统的发展。结合我国配电网的发展现状、未来能源转型的需求及新技术的发展趋势，现阶段我国配电网的发展目标是建成安全可靠、经济高效、灵活先进、绿色低碳、环境友好的智能配电网。

    1）安全可靠：供电能力充足，网架结构合理，设备标准化配置，具备故障自动检测、隔离和网络重构的自愈恢复能力，能够抵御各类故障，供电可靠性和电能质量达到国际一流。

    2）经济高效：建设方案精益，设备序列精简、通用互换性强，供电距离合理；网络潮流分布均匀，负载率均衡，资产利用率高，电能损耗低；需求侧管理作用充分发挥，有效调节负荷,实现节能增效、削峰填谷，显著提升能效水平。

    3）灵活先进：电网可观、可测、可控，满足新能源、分布式电源和多元化负荷灵活接入、实时监测和柔性控核心的能源互联网平台，推动电力流、业务流、信息流深度融合，实现与用户友好互动。

    4）绿色低碳：新能源、分布式电源高效消纳，以电代煤、以电代油（气），电能占终端能源消费比重不断提高，能源替代战略有效实施，实现清洁替代和电能替代，促进能源生产和消费革命。

    5）环境友好：用户资源和公共资源有效统筹，设备设施节能环保，与周边景观协调一致，实现资源节约和环境友好。

三、配电网发展趋势

    （一）配电网技术发展趋势

配电网关键技术包含七个方面主要内容。

    （1）主动配电网规划技术方面通过研究考虑多能源互补和需求响应的、基于GIS的空间负荷预测技术和智能配电网自愈供电模式优化和电器可靠性评价方法，提出基于资产管理和可靠性要求的变电站优化规划和网架优化规划方法，建成基于GIS和多目标模型的智能配

电网规划平台。

   （2）智能配电网自愈控制技术方面突破自愈控制、态势感知、分布式电源/微网/柔性负荷集群控制、电压无功优化技术等关键技术，建成智能配电网自愈控制系统，实现配电网自愈控制。

   （3）储能技术方面研究负荷平衡技术，动态地对负荷进行补偿，负荷跟踪，实现削峰填谷和系统备用等辅助服务；延缓配电网建设投资。通过运用抑制电涌，补偿电压跌落；抑制频率偏移，对三相不平衡进行补偿；后备电源等技术手段，提高供电可靠性和电能质量。平缓分布式风电、光伏等的输出波动，促进分布式电源友好接入。

   （4）先进的配电网自动化技术方面先进配电自动化（ADA）包含从重要馈线采集信息的智能传感器，电子控制器，双向通信系统。ADA系统采集并反馈电压、电流、有功、无功、设备状态、运行状态，事件日志以及跟配电系统状态有关的其他信息。通过控制装设的自动开关、重合器、电容器和高级计量装置，可以使电网实现最优重构，提高系统的可靠性和技术性能。

   （5）直流配电网技术随着直流配电网技术的逐渐成熟，可以满足分布式能源的高密度接入及充分利用需求，满足重要敏感负荷的高可靠、优质供电要求，提高配电走廊的供电容量，满足直流及变频负荷用电的需求。

   （6）配电网防灾减灾抗灾技术包括灾害预警技术、灾害评估技术、系统灾害能力提升技术和救灾资源配置优化和应急保障能力提升技术几个方向。

   （7）能源互联网技术能源互联网是通过先进的电力电子技术、信息技术和智能能量管理技术，将大量由分布式能量采集装置和分布式能量储存装置构成的新型电力网络节点互联起来，实现能量和信息双向流动的能量对等交换与共享网络，随着能源互联网技术的发展，将更好地发挥电网作为能源配置平台的作用。

    （二）技术装备发展趋势配电设备发展趋向有三个明显的趋势：更加注重安全性、与环境的协调（或减少对环境的影响）及电力电子技术的融合应用。主要设备技术下面主要 包含几个方面。

    （1）配电设备智能化及柔性配电技术方面各类中压/低压元件（自动负荷开关/断路器、新型PT/CT）、变压器（固态变压器）、遥控及保护系统和设备（RTU/IED），远程接口与智能电网遵循IEC61850、IEC60870-5-194统一规范。充分考虑功能、可靠性、性能和经济效益等影响。突破数字化处理、自我检测诊断、自适应控制、信息交互通讯技术、配电系统电能质量相关技术，研发固态电力电子设备，应用柔性潮流控制技术，实现配电网潮流可控，优化新能源并网问题，实现绿色发展。新型开关、故障指示器、互感器等等。包含短路电流限制器（SSCL）、固态断路器（SSCB）、固态电源切换开关（SSTS）、软常开开关设备（Soft Normally Open Point，SNOP）等新型设备。如软开关技术（Soft Open Point，SOP），通过可控的背靠背直流电力电子变换器代替传统基于断路器的馈线联络开关，实现网络间的“软连接”

    （2）SF替代品

     从环保角度而言，SF 替代品的研究一直是国际大型企业研究的重点。近年来通用电气和3M公司研发的g3（电网绿色气体）气体混合物替代品，具有与SF6相媲美的绝缘性能。ABB公司研发的AirPlusTM气体，成功在荷兰电网4台20kV环网柜上投运3年，介电性能更高由施耐德研发的HFO1234zeE气体，成功实现GIS设备电流开断能力。

    （3）新材料应用新型防冰剂研制、天然酯绝缘油在变压器中的应用等也不断取得新的进展。

四、结束语

     在能源结构转型升级下，未来配电网将满足分布式可再生电源及储能装置的大规模接入，适应电动汽车等新型负荷的即插即用，同时满足用户对电能质量和信息互动的高级需求。如何解决新形势下的挑战和任务，在现有电网基础上实现向未来配电网的经济、高效过渡，是当前国际学术界和产业界的关注焦点。