孙建龙，诸晓骏，归三荣，李　琥，韩　俊，乔黎伟，赵宏大

（1.国网江苏省电力公司经济技术研究院，南京　210008；2.东南大学 电气工程学院，南京　210096）

主动配电网DSM技术在德国的发展

孙建龙1，诸晓骏2，归三荣1，李琥1，韩俊1，乔黎伟1，赵宏大1

（1.国网江苏省电力公司经济技术研究院，南京210008；2.东南大学 电气工程学院，南京210096）

德国电力系统发达，其电网是欧洲输电协调联盟（UCTE）中最大的电网和电力供应的重要枢纽。其发电能源主要为煤炭、核能及天然气，还有水电、风电等，其中风力发电装机容量居世界第一。德国电网主网架采用380 kV/220 kV超高压输电网，电力投资在德国工业部门的投资中一直保持前4位，在历年的电力总投资中，电网投资所占比例超过50%。

德国作为欧洲电力大国，自主动配电网概念提出之际，就实施了多项经济、政策和技术手段进行主动配电网的研究和改造，其对应的电力需求侧管理技术也随之大为发展。

1　技术发展背景

1.1德国主动配电网发展情况

主动配电网（active network distribution，AND）的基本定义是：通过使用灵活的网络拓扑结构来管理潮流，以便对局部的DER进行主动控制和主动管理的配电系统。AND是一种兼容电网、分布式发电及需求侧管理等多类型技术的全新开放式配电系统体系结构。主动配电网的技术理念将系统运行中的信息价值及电网—用户之间的互动能力提升至一个新高度，强调在整个配电网层面内借助主动网络管理（active network management，ANM）实现对各类可再生能源的主动消纳及多级协调利用，最终促进电能低碳化转变及电网资产利用效率的全方位提高。

德国在过去的几年中，已经深入开展了主动配电网技术研究及示范工程建设，同时积极参与欧盟FP6主导的ADNIE（active distribution network）示范工程，其核心理念是利用自动化技术、信息通信以及电力电子等新技术实现对大规模接入分布式电源（distributed generation，DG）的配电网进行主动管理。示范工程的实例表明，通过主动配电网管理技术，可以使得DG在配电网的接入更加容易，网络的运行状况也更加优化。

1.2德国主动配电网中的电力需求侧管理

对于德国的主动配电网而言，其中接入了大量的分布式电源、电动汽车等波动性负荷，同时加大了电力电子设备、通信技术、自动化技术的应用，因此，德国主动配电网中的需求侧管理技术涉及到了更为高级和广泛的内容，包括配电变电站、馈线和用户功能的集成自动化，涉及到配电网的监视、控制、保护、电压无功控制、故障隔离与恢复供电和与用户负荷有关的负荷控制和远方读表等。

针对主动配电网被赋予的新特点，主动配电网中的需求侧管理技术也需要进行革新和发展。需求侧管理技术需要在用电侧实施适当的经济、政治和技术手段，对主动配电网中分布式电源、电动汽车等给电网造成不稳定不确定因素的负荷进行管理和控制，平衡负荷，提高电能可靠性；同时，加大对主动配电网中自动化技术的研究和投资，在配电侧引入先进的通信和自动化技术，加强负荷侧和配电侧的信息交流，对主动配电网络进行结构和能量优化。

2　德国主动配电网需求侧管理技术介绍

2.1分布式发电技术

德国是世界上继美国、中国、俄罗斯和日本之后的第五大能源消费国，其自然资源相对贫乏。煤炭、石油、天然气、核能是支持德国经济生活的四大能源支柱，可再生能源亦得到了较大增长。在以下领域德国处于全球的领先地位：①风力发电总装机能力全球领先，在欧洲众国中，风力涡轮机利用最多的是德国和西班牙；②新建光伏发电能力增长最快，欧洲的太阳能电池板基地93%建立在德国，在累计总装机能力方面与日本并列全球第一；③德国的太阳能利用设施在欧洲规模最大、增长最快。根据《可再生能源优先法》和一系列相关政策，德国计划到2020年，可再生能源发电量能占到总发电量的20%。

2008年，德国联邦经济技术部与环境部在智能电网基础上推出为期4年的技术创新促进计划E⁃Energy，提出打造新型能源网络，实现综合数字化互联以及计算机控制和监测的目标。2011年8月，德国第六能源研究计划决定2011—2014年拨款34亿欧元，重点资助与能源产业相关的关键技术，包括可再生能源、能源效率、能源储存系统、电网技术以及可再生能源在能源供应中的整合等。

德国供电领域的《可再生能源法》明确了可再生能源发展目标，即到2020年，利用可再生能源发电比例至少达到35%，2050年达到80%，同期可再生能源占最终能源消费从18%提高到60%。为了高效运用可再生能源，德国政府加强了技术上的研发和创新。不仅企业可以从事可再生能源发电，每个大楼的每个家庭都有可并网的地下电缆。凡是家庭利用可再生资源发电没有用完的，可以输入电网，并获得收入。目前，德国已经着手研究进一步升级智能电网，以平衡风能和太阳能的产量波动，有效利用分布于全国几十万家庭的太阳能发电机和小型燃气发电机。

德国的可再生能源发展计划积极响应了主动配电网的实施，其相关的平衡需求侧相应的技术、优化用户侧用电方式的政策等为新能源接入大电网、实现对各类可再生能源的主动消纳及多级协调利用、促进电能低碳化转变及电网资产利用效率的全方位提高的主动配电网规划目标做了重要保障。

2.2电动汽车技术

随着石油资源的日渐枯竭以及全球气候变暖的日趋加剧，发展新能源汽车已是大势所趋，而电动汽车正以其在节能、环保方面的优势，成为新能源汽车研究的热点。作为主动配电网中未来比重越来越庞大的负荷，电动汽车接入电网的随机性和间歇性将使电力系统运行的复杂程度大大增加。

若能对灵活机动性的汽车充电负荷进行合理控制，主动配电网也将从中获益，甚至可借助V2G技术（vehicle⁃to⁃grid）将电动汽车中的电能反调入网，提高电网运行的稳定性和经济性。但电能作为一种特殊的商品，具有发、用同时的特点，电动汽车的普及无疑将给整个电力系统（电力的产、配等）带来巨大的挑战。

德国电动汽车技术研发基础较好，在各种电动汽车包括燃料电池汽车的研发示范上都进行过很多实践。德国政府正在研究通过不同方案和机构来推动建立高效的汽车充电网络。柏林市2009年宣布，将免费提供土地，在市区繁华地段建设至少550个充电站。戴姆勒汽车公司与RWE能源公司合作，从2012年开始，在德国国内新建至少500个充电站。同时，德国也一直致力于研发电动汽车新技术和管理新方法，使之投入主动配电网后，最大程度地减小电网波动和电能质量的不稳定。

2.3新能源互联项目

2014年7月底，中国国家电网公司在美国华盛顿举办的电气与电子工程师学会、电力与能源协会2014年会上提出，构建全球能源互联网，连接“一极一道”（北极、赤道）大型能源基地，适应各种集中式、分布式电源，推动智能电网在全球广泛应用，强化能源与电力技术创新，最终实现洲内联网、洲际联网和全球互联。而在极力推动可再生能源发展的德国，其低碳、环保的发展逻辑和中国国家电网提出的能源互联概念深度契合。

德国是欧洲可再生能源领域的代表国家，如果电网更大程度互联，就可以进一步优化电力利用效率，消纳未来更大规模的新能源电力。德国和欧洲北海岸线的其他欧盟国家，如：法国、比利时、荷兰、卢森堡、丹麦、瑞典、爱尔兰和英国等建立了欧洲超级电网（super grid），可以把海上风电场的长期投资成本减少约1/4，并且已经至少有21家公司参与了这个计划（friends of the super grid）。德国的太阳能光伏电站（含大型和分布式）和英国的海上风力发电场、比利时和丹麦的波浪能发电站和挪威的水力发电站连成一片，有望彻底解决变幻莫测的天气所导致的新能源发电不稳定性和发电成本过高等问题。此前欧盟承诺“到2020年，20%电力来源于可再生能源”，而超级电网被看作是实现这个诺言的重要步骤。

目前，“能源互联网”在不少国家形成了新的创业生态圈。德国的Green Packet公司同美国的O⁃power，新西兰的Power⁃shop等创业公司，都是基于开放的售电端活跃市场和节能增效的大背景出现的新型能源公司。这一概念下的“能源互联网”，呈现的是前所未有的互联网激情和各行各业的主动融合。电力作为一种24 h不断变化价格的新型商品成为电动汽车、智能家居及互联网应用等多个行业的交叉点，引领着需求侧管理、主动配电网这些纯能源概念不断与互联网思维及用户端产生结合。

另外，以德国为代表的欧洲和北非国家合作的DESERTEC项目，试图把阿尔及利亚、突尼斯、利比亚和摩洛哥等北非国家丰富的光热、光伏发电资源通过跨海电网输送到意大利和西班牙南部，与欧洲大电网相连，以最终实现对可再生能源的更大规模利用。

整个欧洲已把发展可再生能源作为目标，为了达到电力供应标准，所有成员国必须接受电网联网合作的条件。这是一种互惠互利、互相制衡的局面。欧盟各成员国的能源组成不同，只有让不同类型的发电单元配合默契，才能创造出长久的平衡与和谐。

2.4德国加入的Dispower项目

Dispower（Distributedgenerationwithhigh penetration of renewable energy sources）是由来自德国、法国及荷兰等11个国家的38家研究机构和电力企业在欧盟第五框架计划下于2001—2005年之间完成的一个项目。

Dispower项目的主要目标是为欧洲电力系统向更加分散的发电方式与更加面向市场的结构转变提供支持。项目对电网稳定与控制、电能质量与用电安全、电网稳定与控制设备的测试、分布式发电技术在区域供电系统中的实现、低压电网中的分布式电源运行与电能质量管理等11个方面进行了深入研究，不但开发了用于规划、运行控制、培训仿真、能量预测与电能交易的新的方法和工具，而且在多种不同电压水平的配电网络中建立了用于新型控制策略和用于DER元件开发、测试和验证的实验系统。目前，Dispower项目的许多成果已经被成功的融入到欧洲各个供电地区不断发展的分布式发电系统中，并为未来的工业标准化奠定了基础。

3　其他新方法

主动配电网中的需求侧管理不仅包括对分布式电源、电动汽车接入的负荷进行的管理和主动配电网的自动化控制，还包括调动需方积极参与激励电价、冷热储能、自备电源协调等措施和管理方法。

（1）德国广泛使用的一种ECMS系统是欧盟第五框架计划下的重点项目，针对终端用户的电力设备，提供可编程的自动用电管理方案，利用配电网络作为通信介质，有效降低成本，可减少总电力需求1%～4%，减少1.5%～5.0%的二氧化碳排放，节约2%～8%的发电项目投资。

（2）德国政府参股成立了德国能源署，由其在社会上组织建立一个包括供应商、大型商场、住宅开发商、社会团体等组成的节能联盟，利用大量的政府延伸职能来教育用户开展节能。节能联盟利用所有向商业和公众宣传节能的机会和各种渠道（如：学校、示范工程、营业执照、机动车登记、网站、信函等），同时开展能源审计、展览展示、提供低息或无息贷款进行设备改造，直接帮助或激励用户提高能效水平。

（3）通常，价格是用户选择节能设备或节能措施的最主要障碍，因此，各国对电力用户的激励措施在很大程度上集中于经济方面。在德国，对采用太阳能发电的单位或家庭，电力公司允许其多余电量上网，每千瓦时补助0.05欧元（平时电费0.1欧元/kWh）。

（4）德国西门子和英国天然气集团（BG）共同参与了德国PPC公司新一轮高达1 200万欧元的电网融资活动。PPC公司专门从事电力线载波通信系统的研发，并帮助公用事业公司收集能源消耗时的数据，包括天然气、水资源的使用情况。此外，该公司也为客户提供实时数据，帮助客户合理分配能源消耗。随着电网改造工作的持续推进，推广智能电能表已成为发展主动配电网的重要内容之一，其也是缓解电力供需矛盾、节能降耗、提高社会效益和经济效益的有效手段。德国西门子智能电能表已经在澳大利亚及意大利等国家获得规模应用。到2014年，仅澳大利亚EnergieAG公司将部署400 000台西门子智能电能表。在意大利，西门子正在以每个月近60 000用户的部署速度帮助消费者安装智能电能表。

4　结束语

德国是世界上主动配电网发展的典范，尤其在需求侧管理方面积累了丰富的经验。其能够兼顾各方利益，充分调动各方积极性，通过较为完善的经济、政治政策和发达的科学技术方法，实现主动配电网的积极、有序、可持续发展。我国虽然在主动配电网的需求侧管理中取得了一些进展，但仍需在政策体系、管理机制和科研实力上进一步优化。学习借鉴以德国为代表的欧洲国家开展主动配电网和电力需求侧管理的经验，对促进我国电网进行深入发展、建设资源节约型社会具有重要现实意义。D

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［5］CouncilofEuropeanEnergyRegulatorsCEERBenchmarking Report on Meter Data Management Case Studies［R］. Brussels：CouncilofEuropeanEnergyRegulators，2012.

The DSM development applied in active distribution network in Germany

SUN Jian⁃long1，ZHU Xiao⁃jun2，GUI San⁃rong1，LI Hu1，HAN Jun1，QIAO Li⁃wei1，ZHAO Hong⁃da1
（1.Jiangsu Province Economic and Technology Research Institute of State Grid Corporation，Nanjing 210008，China；2.Southeast University，Nanjing 210096，China）

在介绍德国电力系统基本情况和能源需求的基础上，详细阐述了德国近几年主动配电网及其在电力需求侧管理项目上的最新进展和发展趋势，包括分布式电源和电动汽车接入的主动配电网项目、能源互联网项目、Dispower项目等。

德国主动配电网；电力需求侧管理；分布式电源；电动汽车；能源互联

Based on the present situation of the German power system and energy needs，this article focuses on the latest developments trends of active distribution network and it's demand side management，including active distribution network program takingdistributedgenerationsandelectricvehiclesinto consideration，program about the energy interconnection，dispower project and so on.

active distribution network in German；demand side management；distributed generations；electric vehicles；ener⁃gy interconnection

F416.61；TM72

E

2014-10-14