今年，中共中央国务院相继发布了《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》和《关于加快推进生态文明建设的意见》等一系列政策来支持分布式能源的发展。分布式能源有什么特点？分布式能源智能管理系统如何实现？分布式电源接入对配电网有何影响？详情关注本期电力急先锋。
电改将催生新的智能技术 尤其输电和智能管理能够更好应用
天合光能董事长高纪凡在接受访问时表示，电力改革方案正逐步出台，分布式发电可能会有更大的机遇，同时，电改将催生一些新的智能技术，尤其输电和智能管理能够更好应用。
目前，电力改革方案正逐步出台，具体细节也在酝酿之中。对于新一轮的电力体制改革，高纪凡认为，这是期盼已久的一件事情，大家也对电改提出了很多的建议、意见，在共同努力下，电改正在一个好的、大家期盼的方向。
作为光伏企业的代表，高纪凡表示，通过电改以后，分布式发电可能有更大的机遇，比如未来会构建更多的以分布式发电为基础，加上储能、智能输电和节能用电构成的大工业园区或区域性的智能规划体系，这是未来的一个方向，这有利于减少传输，同时又能够降低用户的成本。
同时，他认为电改还将催生一些新的智能技术，尤其整个输电和智能管理能够更好的应用。现在实际上整个的电力配送设施中，最高能力和实际使用之间有很大的距离，空间没有用足，这样必然带来投资一定程度上没有得到更好的利用，通过分布式发电的建设，将得到更好地配置。
解析智能分布式能源管理系统
一、分布式能源的种类和特点
分布式能源在环境保护方面发挥的作用主要体现为：将部分污染分散化、资源化，减少有害气体排放，提高资源利用率;在管理方面，应用了现代化的智能操控技术，实现现场智能操控和无人值守的管理模式，提供设计、安装、运行、维修一体化保障。分布式能源能够带动多系统优化，其实现过程依靠电力技术、热力技术、制冷技术以及蓄冷技术的统一，最终实现多系统能源容错，使各个系统的冗余都控制在最低，这样一来大大提高了能源的利用效率。分布式能源在未来具有广阔的发展空间，是未来能源发展的必然趋势，据预测，在今后的20年内，在新增发电容量中，分布式能源将占有20%的发展潜力。分布式能源可以直接向用户供电，同时又可以与配电网络并网运行，其应用具有极强的灵活性。
以下简单介绍几种主要的分布式能源的特点及应用范围：
(1)内燃发电机组：内燃机发电组具有价格低廉、启停灵活、易控制的特点，其应用比较广泛，通常用来当做应急所用的备用电源，使用燃料为天然气、柴油、汽油等。但是内燃发电机组的缺点是需要大量的运行维护费用，而且会产生一定的噪声污染和废气污染。
(2)微型涡轮发电机组：顾名思义，微型涡轮发电机组是以微型涡轮发动机为动力，主要应用于工业和建筑中的热电联产，其安装费用抵，但需要较高的维护费用，排放量适中，会产生高频噪声。
(3)风力发电机：作为发展最为迅速的分布式能源系统，风力发电机已经成为绿色能源的主力，其最大的优点在于实现了二氧化碳的零排放，但是其初期建设需要巨额的资金投入，而且风能不稳定，这在一定程度上制约了风力发电的发展。由风力发电机结构的限制，通常产生的电流较低，在为用户供电时需要经过高压逆变器对电流进行转换。
(4)太阳能光伏电池阵列发电系统：太阳能是典型的可再生资源，取之不尽、用之不竭，光伏电池能够将太阳能光子转换成电能。太阳能光伏电池阵列发电系统不会产生空气污染，而且不消耗燃料，节能环保，但是造价较高，受天气限制，阴雨天和夜间不能发电，而且需要储能装置的配合。
二、分布式能源智能管理系统
1、技术路线
(1)依靠物联网技术实现更深层次的感知
对能源自身准确的感知是实现能源智能管理的基础，通过物联网技术来实现对建设能源的实时监测，包括用能端能耗需求监测、功能端供应能力监测以及能源传输的具体过程，从而对能源数据产生准确的认知，掌握各个阶段不同终端设备和生产工序的能源消耗情况，这些能耗数值有助于认知能源需求，同时为能源管理提供有力的数据支撑。
(2)结合用能侧能耗管理实现节能的经济性分析
利用对能源数据的认知，来对单个能源个体的能耗数据进行分类和统计，从而对其进行用能管理。在实时监测能耗数据过程中，匹配不同的能源政策，来合理调整用电方式和用电习惯，最大限度实现能源使用的经济性。
(3)利用供能侧与需求侧的动态响应来实现供能侧最经济化运营
能源需求方监测到用能情况、供应商情况和价格等，动态提供需求量。作为能源供应端能够依照需求量来适当调整生产供应，以免造成过多的浪费，进而实现能源供求平衡。
(4)利用能源管网优化调度技术实现节能优化
以系统能量需求和管网系统所配泵机器运转特性为研究对象，确定出最佳的动力匹配模式，实现转速的自动匹配和调节。分析和研究用户能量消耗和各管网节点间能量差异，根据分析结果有针对性地制定出管网热耗散的自动检测方式，配置管网异常预警技术和装置。
(5)能源管理各个环节的优化协同
以动态需求为基础，根据不同主体间的能源供应数量、价格、趋势等情况，对能源的需求和供应实施动态控制，从而实现二者间的优化和匹配，不同的用能主体间能够互供互补，实现最大的经济效用。
2、智能分布式能源管理系统的设计和实现
(1)采集层
采集层主要包括供能侧能源设备、能源网管的数据信息和需求侧的消耗数据信息。采集层中建设有种分项计量装置，可以计量各个分项的能源消耗情况以及各种不同分类。而且计量装置能够实现数据的远传，数据采集器与计量装置连接后，通过通讯协议进行数据输出。数据采集器可通过能源消耗来进行信息采集、处理和储存，同时与数据中心交换数据。
(2)传输层
在传输层内，以多种通讯方式和能源网关为媒介，智能网络传输系统对能源数据进行安全传输。
(3)数据层
数据层储存的数据有：能源管网和区域建筑等资源数据、监测数据等，还包括需求侧能源消耗数据和报警数据，这些区域能源数据的存储能够满足TB数量级的数据存储和处理。
(4)业务层
作为整个管理系统的核心部分，业务层承担着供能侧、需求侧能源集中展示、管理和控制的重要责任。业务层集成了多个系统来实现对能源的统一管理和调度：第一，数据整合系统，由于整个能源管理系统涉及的数据较多，而且同种信息可能通过不同的数据格式来表现，因此对复杂数据的处理前，需要对其进行整合，使其成为可用的数据组织形式。此外，数据来源具有极大的差异，在系统结构、访问方式、数据格式等方面不能实现统一，所以要求数据整合能够支持多种传输协议。第二，能源监控系统。能源监控系统集中展示了园区能源态势，通过能源监控系统掌握能源管网的运行状态，并且以多种形式提供了能源的统计和分析。第三，能源管理系统。能源管理平台可能会发生管网故障、设备故障以及突发事故等，能源管理系统具备强大的故障预警机制，能够对故障进行预测和分析，及时启动应急预案，对故障进行有效的处置。此外，业务层还包括能源分析系统、管网优化节能控制系统、能源决策控制系统和碳交易系统。
(5)表现层
表现层通过多个视图来展现供能侧设备的实时运行状态，同时还能提供设备的故障情况信息、运行参数、报警信息等，而且具备数据分析功能，将分析结果以图形化报表形式表现出来。
经过实际应用分析，智能分布式能源管理系统在沈阳机车车辆有限责任公司新工厂中得到了应用，完成了水电、气流量等计量数据完整、准确、可靠采集，但是由于工程涉及面宽，跨越多个学科，系统正常运行中需要注意的问题有很多.所以应当对操作人员和维护人员进行深入细致和系统的培训，同时要提供给业主完整的技术文档和操作手册，才能更好地实现智能分布式能源管理系统的应用。（来源：论文网）
分布式电源接入配电网后对继电保护、配电自动化故障处理和电压质量均产生了不同程度的影响，为了更好利用清洁能源，提高配电网对分布式电源消纳能力的关键是分布式电源接入后有效调节产生的电压偏差。对分布式屋顶光伏发电和家庭太阳能热水器进行了对比分析，指出当前技术水平下，太阳能热水器可以等效为一个虚拟发电厂，对于节能减排具有更加积极的作用。
1.分布式电源接入配电网的影响
一般认为分布式电源接入配电网后，会对继电保护、配电自动化故障处理和电压质量等方面产生影响。
1.1对继电保护的影响
分布式电源可分为电机并网型和逆变器并网型两类，电机并网型分布式电源所能提供的短路电流一般不超过其额定容量的10倍，逆变器并网型分布式电源所能提供的短路电流一般不超过其额定容量的1.5倍。
馈线发生相间短路故障时，来自主网的短路电流、同母线其他馈线上分布式电源提供的短路电流以及故障所在馈线上分布式电源提供的短路电流都将流向故障点。为了维持10kV母线电压稳定，配电网的系统短路容量一般都远远大于馈线上分布式电源的容量，因此来自主网的短路电流一般远远大于分布式电源提供的短路电流，容易实现主网侧继电保护配合[10]，而分布式电源侧则需要通过反孤岛措施(如低电压脱网)与故障区域解除联系。
1.2对配电自动化故障处理的影响
馈线发生相间短路故障时，来自主网的短路电流、同母线其他馈线上分布式电源提供的短路电流以及故障所在馈线上故障上游分布式电源提供的短路电流都将流向故障区域的上游入点，而故障区域的下游出点也会流过馈线上故障下游分布式电源提供的短路电流。一般认为若流过故障区域的下游出点的短路电流接近流过故障区域的上游入点的短路电流，则会破坏配电自动化故障定位策略。但是，正如上节所述，来自主网的短路电流一般远远大于分布式电源提供的短路电流，而且同母线其他馈线上分布式电源提供的短路电流还会助增流过故障区域的上游入点的短路电流，也即流过故障区域的上游入点的短路电流会远远大于流过故障区域的下游出点的短路电流，很容易设置一个定值将它们区分开来，因此一般不会对传统配电自动化系统的故障定位产生影响，换言之，已经建成的配电自动化系统并不需要因分布式电源大规模接入而推倒重来。
1.3对电压质量的影响
分布式电源的接入对馈线的电压具有抬升作用，而且对于出力受自然因素影响的分布式电源(如光伏、风电等)，由于其波动性还会产生电压波动，并且对其接入点的电压抬升作用和电压波动作用最大。对于接入多台分布式电源的馈线，其沿线电压分布就如同在各个分布式电源处分别由一个小棍顶着一般，在各个分布式电源的接入点形成一个个电压极值点，见图1。图中，S为该馈线的变电站出线断路器，A、B和C为分段开关，DG为分布式电源，曲线纵轴U 代表沿线电压。
图1 一条含分布式电源馈线沿线的电压分布
考虑到馈线的单位长度阻抗较大，因此分布式电源的接入对电压偏差和电压波动的影响比较明显，是制约配电网对分布式电源消纳能力的关键因素。
2.配电网对分布式电源的消纳能力
制约配电网对分布式电源消纳能力的关键是分布式电源接入后产生的电压偏差和电压波动，而并非其对继电保护、配电自动化故障处理等的影响。
2.1对分布式电源的3种控制策略
在分布式电源接入容量不是很大的情况下，即使不对其采取任何控制措施，配电网也有比较强的消纳能力，这种消纳方式，称为自由消纳方式。
在分布式电源接入容量超出自由消纳能力的情况下，首先可以考虑在较大容量的分布式电源中驻入本地控制策略，而不必借助通信网络和协调控制，而仅仅根据分布式电源本地采集到的接入点实时电压信息，对其输出的无功功率或有功功率进行本地调节，以满足轻载或重载条件下的电压偏差不致越限的要求，这种消纳方式，称为本地控制消纳方式。
在分布式电源接入容量超出本地控制消纳能力的情况下，不得已而必须考虑借助通信网络，对若干大容量分布式电源甚至可控负荷进行协调控制，以满足电压约束条件，这种消纳方式，称为协调控制消纳方式。
在实际应用中，应优先采用自由消纳方式，在其不能全面满足要求时宜采用本地控制消纳方式，自由消纳方式和本地控制消纳方式的消纳能力很强，应该可以解决绝大多数问题，实在不得已才采用协调控制消纳方式，因为协调控制消纳方式依赖通信通道，使配电网变得比较脆弱。
由于协调控制消纳方式已有大量文献报道，本文不再赘述，而仅对自由消纳方式和本地控制消纳方式进行论述。
2.2自由消纳方式下的消纳能力
研究分析表明，做好分布式电源接入规划(如根据分布式电源容量的不同恰当选择接入电压等)，尽量做到“大马拉小车”，则即使不对分布式电源采取任何控制措施，配电网也有比较强的消纳能力。
在不对分布式电源采取任何控制措施的条件下，分布式电源可接入容量必须同时满足3个约束条件(即分布式电源接入配电网引起的最大电压上偏差值与最大电压波动值不越限，以及无分布式电源接入配电网时单纯由负载引起的最大电压下偏差值不越限)，这3条曲线共同围成的阴影部分区域就是不对分布式电源采取任何控制措施的条件下分布式电源的可接入容量范围[11]，见图2。图中，PDG和PL分别表示分布式电源的容量和负荷功率。
图2 分布式电源允许接入的容量范围
例如，对于一条负荷功率沿馈线递增分布、分布式光伏电源容量沿馈线均匀分布的馈线，采用YJV-120型电缆，在容载比为75%的情况下，分布式光伏电源的允许接入容量范围如图3中阴影区域所示。图中，PPV表示分布式电源的容量。由图可见，即使不对分布式电源进行控制，馈线对其的消纳能力也很大。
图3 分布式光伏电源允许接入的容量范围
2.3本地控制消纳方式
馈线沿线电压在各个分布式电源的接入点形成一个个电压极值点，因此只要采取本地控制策略，使这些极值点的电压满足电压约束，则一般可使整条馈线的电压满足电压约束要求，这就是本地控制消纳方式具有可行性的理论依据。
由于调节无功功率对电压幅值的调节效果比较明显，而且为了充分利用自然资源提供有功功率和保护分布式电源业主的利益，本地控制宜在保证有功功率的前提下，在剩余容量允许的范围内以调节分布式电源的无功功率为优先，在无功功率调节到剩余容量极限还不能解决电压偏差问题的情况下(或该分布式电源只能提供有功功率)，再对分布式电源的有功功率进行调节。
本地控制策略可以采用模糊控制方法，在电压越限时，根据实时电压信息进行反复调节，直至满足电压约束要求为止(注意，只要满足允许的电压偏差范围即可，而不可追求接近额定电压)。
值得一提的是，对分布式电源进行本地控制，不仅可以提高配电网对分布式电源的消纳能力，而且可以充分利用分布式电源所具有的可以根据需要发出感性无功功率或容性无功功率、并且可以连续调节无功功率输出的特点，实现配电网无功电压控制，解决低电压和过电压问题，由于是利用变流器的剩余容量提供所需的无功功率，因此一般不影响自然资源的利用和有功功率输出。
3.太阳能热水器与城市家庭分布式屋顶光伏比较
光伏发电并非是完美的“绿色能源”，因为光伏电池的制备既是高污染又是高耗能产业，在中国产能严重过剩。
太阳能热水器早已在我国广泛应用，对于1台太阳能热水器，按照容量60L、每天将水温从20℃升高到80℃计算，每天转化的热能正好对应3600kWs，即1kWh(1度电)的能量，将其折合为电能，并考虑到80%的转换效率，则一天可节省电能约1.3度。而一台太阳能热水器的可利用面积大约为1m2，按照现在的技术水平装设100W容量的光伏电池，每天的利用小时数按照3h计算，一天才能发出300Wh，即0.3kWh(0.3度电)电能。
可见，在对太阳能的利用方面，太阳能热水器远比光伏发电效率高。另外，由于电热水器是居民家庭的主要负荷之一，采用太阳能热水器后的节能效果是会比较明显的;而且对于城市家庭而言，其居所大多为高层楼宇，每户拥有的楼顶面积非常有限，安装光伏发电设施远不如安装太阳能热水器，并且在支撑夜间用电的情况下，光伏发电还需要配套储能装置，使其更加不经济[12]。
因此，当前技术水平下，对于城市家庭而言，太阳能热水器可以等效为一个虚拟太阳能发电厂，对于节能减排可以发挥出更加积极的作用。当然，在非居民建筑，如工业企业、商店、学校、写字楼等的楼顶或屋面发展光伏发电，仍具有一定的可行性和应用价值。
4.结语
分布式电源接入配电网后对短路电流、继电保护、配电自动化故障处理、谐波和损耗的影响比较容易应对，对电压偏差和电压波动的影响比较明显，是制约配电网对分布式电源消纳能力的关键因素。
消纳分布式电源有3种策略，只要能够做到“大马拉小车”，自由消纳方式也具有很强的消纳能力，应优先考虑采用;在其不能全面满足要求时宜采用本地控制消纳方式;实在不得已才采用协调控制消纳方式，因为其依赖通信通道会使配电网变得比较脆弱。
对于城市家庭而言，每户屋顶面积较小，且太阳能热水器的效率更高，因此太阳能热水器比屋顶光伏发电更合适，它可以等效为一个虚拟太阳能发电厂，对于节能减排可以发挥出更加积极的作用。（来源：供用电杂志）
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