摘 要：能源互联网时代，电力用户参与电力响应的积极性高，配电自动化系统日趋复杂，传统配电终端难以适应电网发展趋势。本文从国内外配电终端技术现状出发，研究基于能源互联网的配电终端，为技术人员拓展研发思路提供必要依据。

关键词：能源互联网;配电终端;配电自动化

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）17-0122-03

Research on Power Distribution Terminal Based on Energy Internet

NIE Guanghui

（Yellow River Conservancy Technical Institute，Kaifeng Henan 475004）

Abstract： In the era of energy Internet， power users are highly motivated to participate in power response， and the distribution automation system is becoming more and more complex， and traditional power distribution terminals are difficult to adapt to the development trend of the power grid. Starting from the current status of power distribution terminal technology at home and abroad， this paper studies power distribution terminals based on the energy Internet， and provides the necessary basis for technicians to expand their research and development ideas.

Keywords： energy internet;power distribution terminal;power distribution automation

隨着信息技术的发展和可再生能源地位的上升，为解决可再生能源高效利用问题，必须建立以先进电力电子技术、信息技术等为基础的能源互联网。2014年，我国开始以电力系统为核心，主导全球能源互联网布局，并在国内进行建设实践。同时，能源互联网是我国“新基建”具体实践的有机组成部分，大容量、远距离特高压技术的应用推动了“西电东送”国家能源战略的落实，助力国家构建“碳达峰、碳中和”新型能源消费体系。在能源互联网实践中，传统电力系统向智慧型电力系统转变，能源消费者对新型能源综合服务的需求增加，在争取消费话语权、参与节能减排等方面存在内在需求，但未得到有效满足。传统电力系统配电终端更多服务电网企业，忽略了电力用户的消费体验和选择权。能源互联网下的配电终端应重视电力用户参与电力响应的现实需求，基于日趋复杂的配电自动化系统，在技术研发上强调灵活性和开放性，关注数据应用价值及增值服务，挖掘电力用户对高效能源管理的潜在需求，这对配电终端研发设计提出了新要求。

1 国内外配电终端技术现状

能源互联网给予配网自动化新的内涵，配电自动化是建设智能电网乃至能源互联网的关键环节之一[1]。在配电自动化领域，美国依然处于世界领先地位，日本基于能源危机意识，更关注供电可靠性。从国外来看，部分国家配网自动化发展现状如表1所示。

我国电力建设及配电自动化实践较晚，导致在配电终端研发设计上落后于发达国家，但经过几十年实践和技术研发提升，国内外配电终端的技术差距变小，配电终端也从最初类似于一种时限顺序送电装置，能自动隔离故障区或粗略查找故障点，发展成为一类可完成数据采集、控制、通信等功能且具备远方监测和控制能力的配电自动化装置，能基本完成传统配电网的“三遥”“四遥”等技术要求。在配电自动化发展过程中，逐渐形成的智能配电终端是分布于智能配电网的各个测量点的智能底层设备，可完成电网运行状态数据的采集、故障检测、故障定位与诊断、故障区域隔离及非故障区域恢复供电、与高级配电自动化系统进行信息交互等功能，是智能配电网的重要组成部分[2]。

在我国配电终端市场，配电自动化的市场主体受制于国家电网有限公司、中国南方电网有限责任公司等准入限制，涉及的主要产品类型有馈线终端、站所终端、变压器配电终端。在生产企业方面，北京时代集团、南瑞集团有限公司、许继集团有限公司等在配网自动化领域均有较强竞争力的产品推向市场。配电终端产品已不再是单一硬件产品，而是发展成为硬软件结合的配电自动化管理系统有机组成部分，配电终端功能设计也从过去单一故障检测和识别等发展到故障检测和识别多样化，可实现数据测量、状态监控、运行保护、故障录波与故障数据传送等功能。电力市场配电终端产品具有差异化特征，配电终端产品研制相对不均衡，按照其具备的功能，配电终端分为简易型、标准型和智能型。随着能源互联网实践的进一步推进，智能型成为配电终端发展的必然趋势。根据配电自动化复杂程度，配电终端的功能研制要求发生变化，从单一适用于基于就地检测和控制技术的单辐射配网线路，发展到要适用于双辐射配网线路的微电网、分布式电源、储能装置等设备接入场景，且在实现故障后自愈、协同调度、能量管理分析等功能上需要进一步提升，而电力用户对信息交互的潜在需求也被逐步激活，技术人员需要基于这些变化，重新矫正配电终端角色和研发路径。

2 配电终端研发过程的重要技术路线

能源互联网要营造综合能源服务和谐共赢的生态圈，本身已具有的互联网扁平化特征对电力供需关系中用户层级概念存在弱化作用，使所有电力用户都能得到有效关注和相对平等对待，配电终端作为连接电力用户和电网的桥梁，其作用至关重要。传统配电终端更专注硬件操作功能，受日本等国家配电终端产品影响，常规配电终端更倾向于保障电力系统供电可靠性功能开发，忽略了电力用户参与体验，这与新一轮电力体制改革要实现电力用户的用电需求从“用上电”向“用好电”转变及满足个性化需求的目标存在现实矛盾。要解决这一问题，基于传统配电网向主动配电网转变的前提，配电终端既要关注硬件可靠性要求，也不可忽略软件及通信技术。

随着5G通信技术的成熟，配电终端作为能源互联网背景下实现配电自动化的重要突破口，在研发设计中可考虑基于通信技术的软硬件协同技术路线。软硬件协同思想已经渗透到通信技术各个应用领域，针对配电终端研发设计中存在的重硬件、轻软件现状，要基于系统、整体、信息交互的配合与协调，重新对配电终端进行设计。5G通信技术能有效解决无线通信速率和通信时延问题，通信数据量级变化对配电终端“三遥”“四遥”等可靠性、安全性、实时性技术将产生重大影响。目前，5G通信技术在配电自动化领域的应用尚未“井喷”，但融合5G技术是配电终端产品面向未来市场的必然选择。需要注意的是，在软硬件协同设计过程中，配电终端硬件部分依然不能弱化电力系统对可靠性的要求，在现有电力体制下，可采取冗余设计思路保留旧的通信模式，其弊端在于设计、生产成本有所增加，其优势在于适应性更强的新产品能快速占领新增配电终端市场。

3 配电终端的数据应用价值及增值服务

我国能源消费体系长期存在供不应求的局面，具体到电力领域，就是长期存在尖峰电力缺口问题。近年来，随着我国能源供给侧改革及电力建设投入持续加大，尖峰电力缺口问题得到部分解决。2019年，我国电力装机总量达20.1亿kW，其中，火电机组为11.9亿kW，各省最大用电负荷总和为11.06亿kW。从数据上看，电力装机与用电负荷间的数量差异缩小，但我国全年富电量、短时缺电的结构性矛盾局面并未完全改观，最根本的问题在于电力供需双侧缺乏高效关联协调，导致电力结构性矛盾得不到有效解决，而电价改革作为扭转我国电力结构性矛盾的重要抓手，在电价要素设计过程中，要充分体现电网和电力用户数据的应用价值，有效发挥电价要素的作用。

在电力大数据获取过程中，智能电表在挖掘电力用户消费潜力及消费画像时忽略了电力用户对电网信息的反馈作用，而配电终端凭借自身的中间地位，能便捷地对电网供应过程进行画像，从而打通电网和用户沟通的桥梁，建立强关联。电网在现有电力体制下缺乏向电力用户反馈数据的主动性，而基于配电终端业务的企业则能依托“互联网+配电终端”方式构建配电终端云服务市场。数据应用价值及增值服务短期内难以成为配电终端搅动配电市场的关键要素，但伴随电力用户与日俱增的个性化消费需求及对电价关注度的提高，基于数据增值服务的高效能源管理潜在市场需求就会被激活。

4 配电终端的功能模块化设计理念

为片面追求电力可靠性，传统配电终端在硬件上缺乏功能模块化设计思维。随着能源互联网实践的日趋成熟，传统的配电网不再适应未来能源供给体系，在电力可靠性问题得到有效解决的前提下，模块化设计思路更符合配电终端灵活、开放、智能与便捷等要求。施耐德电气（中国）有限公司、深圳市中电电力技术股份有限公司等企业相继研发出智能型漏电保护断路器、无线电能测量模块等，可视为配电终端功能模块化发展的缩影。除单一功能模块研制，也可形成多功能集合模块。在智能电网建设中，配电自动化为基础要求，技术人员可综合利用各项先进技术，集成配网建设的馈线、设备、终端等模块[3]。这意味着传统片面强调可靠性的配电终端的功能设计理念不再适应主动配电网的发展需求。

从功能模块化设计理念出发，配电终端发展可以分为三个阶段。第一阶段，在配电自动化发展过程中，通过不同元器件叠加组合，满足配电系统对基本自动化功能的需求;第二阶段，由第一阶段不同元器件叠加组合发展为组合式一体化功能元器件，由配电系统功能化需求催生新型组合电器研发、生产与制造;第三阶段，能源互联网时代，随着大数据、人工智能、5G通信技术等的发展，配电终端模块化设计融入电力用户的信息交互需求。配电终端模块化设计不仅能更好地发挥研发人员的协同作用，还有利于实现产品多样化，以适应市场需求。同时，模块化设计方案可以减少后期服务工作量，使得运维更加方便。

5 分布式能源高渗透率给配电终端带来的挑战

与传统配电网不同，在含高渗透率分布式能源的主动配电网中，大规模接入的分布式能源、各类需求侧响应资源以及储能的接入使得配电网在“源—储—荷”方面的灵活性都发生深刻的变化[4]。能源互联网时代，能量双向流通，高渗透率接入分布式电源系统是不可避免的。鉴于分布式能源固有的间歇性与波动性，分布式可再生能源接入配电网对原有电力系统的运行和控制带来一系列挑战[5]。侠义能源互联网是智能电网结构的扩展和延续，但在能源消费体系构建过程中又超越智能电网概念范畴。高渗透率分布式能源系统不仅囊括光伏发电、风力发电等，还可能接入其他形式能源，这给配电终端研发带来极大的不确定性。电力用户可能同时具备电力消费者和生产者双重身份，传统配电终端基于电力用户“消费者”单一角色进行研发设计，属于单辐射电网配电自动化技术应用，无法满足双辐射或多辐射电网的一些特殊电力用户需求。单辐射电网和双辐射电网中，配电终端的功能差异如表2所示。

在能源互联网实践中，许多电力用户会成为电力生产者，配电终端不再是单一管控用户的装置或系统，也可成为电力用户向电网输送电能的关键环节。波动性较大的电力消费终端给配电终端也带来挑战，比如，未来即便是单辐射电网，也需要考虑电动汽车充电对电网带来的波动性对配电终端产生的影响，这种情况在分布式能源高渗透率双辐射电网中更值得技术研发人员关注。

6 配电终端市场准入标准问题

从传统电力网技术角度出发，配电终端诞生背景是非线性电气设备在应用过程中产生大量谐波和无功功率，而配电终端能通过数据监测及时发现和处理故障，从而确保电能质量及电网安全运行。能源互联网下的传统电力网结构发生变化，单辐射变双辐射，配电终端不再是单维度信息流监测与控制，而是变成双向多端信息流监测与控制，这是配电终端研发的现实应用场景。现有馈线终端、站所终端、配变终端等配电终端从市场需求出发，沿用的是国家电网有限公司制定的通用技术规范，但标准是双刃剑，可以对终端产品加以规范，以增加通用性，同时又制约了终端设备的研发创新。能源互联网下的配电终端设计要从传统能源体系中走出来，面向“碳达峰、碳中和”新型能源体系，紧密跟随配电终端应用场景改变，既要满足当前市场准入标准要求，又要以前瞻性眼光看待未来市场。

7 结语

能源互联网时代，配电终端成为配电自动化的关键环节，传统配电网向主动配电网转变。考虑基于5G通信技术的软硬件协同技术路线，要采用模块化设计理念，重点关注数据应用价值及增值服务领域，同时重视高渗透率分布式能源带来的不确实性以及市场对产品标准的约束机制，区别对待配电终端产品的当前及未来市场需求。同时，要加強高渗透率分布式能源管理，提高能源管理效率，建立和完善“碳达峰、碳中和”新型能源体系。

参考文献：

[1]张鹏宇.能源互联网下的配网自动化数据管理与应用研究[D].北京：华北电力大学，2018：20-21.

[2]聂光辉.智能配电终端技术现状分析与市场前景探讨[J].南方能源建设，2016（1）：88-92.

[3]符霄乾.5G通信技术在智能电网的应用[J].电子技术与软件工程，2021（7）：15-16.

[4]施念，康慨，严晓彬，等.含高渗透率分布式能源的主动配电网灵活性研究[J].电工电气，2020（7）：66-68.

[5]索彩，李永平，刘政平.新能源发电约束下中国长期电力系统规划[J].水利水电技术，2020（3）：179-186.