第1章 配電網可靠性概述

1.1 配電網的發展歷程

電能作為一種特殊商品，在目前的技術條件下，尚無法實現高密度、大容量、低成本的存儲，其生產、輸送、分配和應用是同步進行的。從電源“生產”出來的電能，經過輸電網“運送”到負荷端，再根據需求“分配”到每一個具體的用戶。為了將電能運送到客戶手里而建設的配送網絡，就是所謂的配電網。配電網位于電力網絡的末端，是連接電源和用戶“最后一公里”的網絡設施。為了合理的監控配電網絡，保證電能的配送順暢合理并能夠應對配電網出現的故障，還需要增設監視、測量、調節、控制等配套的軟硬件設備，也就是所謂的二次系統。

電力工業源于19世紀末西方工業文明的發展，而在我國出現的首個電力事物當屬1879年5月28日，英國人畢曉浦（J. D. Bishop）在上海租界利用自激式直流發電機點燃的碳極弧光燈。此后，英國人立德爾于1882年在南京路江西路北角創辦了中國第一家發電廠，并在上海外灘至虹口架設了一段長約6.4km的電力線路，這可以視為我國配電網的鼻祖。

新中國建立以后，1953～1957年第一個五年計劃時期，以蘇聯幫助建設的156項工程為中心，開始在全國范圍內開展大規模的經濟建設。配電網也得到相應的發展，全國用電量年增長率達21.4%，新建了大批的發電廠，逐步出現220kV、110kV的高壓線路，新建的線路和變電站基本上是為重要的用電企業服務的，這一時期的配電網結構主要是放射型的。1958～1978年的20年間，全國用電量以年平均增長率12.9%的速率遞增。由于這一期間電力工業的發展速度較慢，一度出現低頻運行、拉閘限電等情況，還有不少城市發生嚴重的“卡脖子”現象，電能送不進、供不出，在一定程度上影響了城市的經濟建設。

從20世紀80年代開始，我國配電網的發展進入了一個新時期。電力行業也認識到，有必要編制配電網發展改造的整體規劃方案，采用統一的技術規范和質量標準，促進配電網的建設經濟合理、運行安全可靠。在20世紀90年代后期，我國又開展了配電自動化的試點工作。但是受到技術和管理水平方面的限制，再加上當時對配電自動化的認識不到位、配電網架和設備也不完善，早期建設的配電自動化系統沒有發揮應有的作用。

進入21世紀，我國電力工業進入了“智能電網”建設時代。所謂的智能電網指的是以物理電網為基礎，將現代先進的傳感測量技術、通信技術、信息技術和控制技術與物理電網高度集成而形成的新型電網。簡單來說，可以將智能電網視為一個規模龐大的、涵蓋發—輸—變—配—用等各個環節的電力智能機器人。不同于傳統的電網自動化，智能電網更強調電力生產運營過程中，不依賴于運行人員參與的自我態勢感知、狀態智能識別和智能調節與控制等。從國際發展水平來看，美國的智能電網偏重于電網用戶端與低壓配電網智能化建設，歐洲地區則更關注環境問題和一次能源缺乏問題，為此積極引入風電、光伏發電、生物質能發電、地熱發電、核電等新能源，以提高供電安全性和可靠性為核心，重視電能質量問題。我國則以特高壓電網為骨干網架、以各級電網協調發展的堅強電網為基礎，以建設信息化、數字化、自動化、互動化的堅強智能電網為發展目標。相比于美國和歐洲，我國智能電網的建設起點更高、涵蓋范圍更廣，突出“堅強”和“智能”兩個關鍵點。與此相適應，這一時期我國電力行業提出了在現有網架和設備資源基礎上，建設滿足配電網實時監控與信息交互、支持分布式電源和電動汽車充電站接入與控制、具備與主網和用戶良好互動的開放式配電自動化系統，以適應堅強智能配電網建設與發展的配電自動化總體要求，并積極開展了試點工程建設。

在21世紀10年代，儲能、可再生能源發電、電動汽車等新興事物大量接入配電網，使得配電網逐步演變為有源配電系統，即所謂的主動配電網。這一時期我國配電網的運行管理更關注兼容間歇式可再生能源的問題，旨在提高綠色能源利用率，優化一次能源結構。其中的“主動”二字主要體現在：主動規劃，即合理規劃分布式可再生能源的接入點，預先評估配電網在高滲透率下的接納能力，確保分布式可再生能源安全可靠并網；主動控制與管理，即配電網調控中心實時掌握電網運行狀態，通過主動調整網絡結構、可控電源出力和需求側響應等管理手段，調整線路負載水平，確保電網安全運行；主動服務，即主動為客戶提供定制電力服務，提供滿足客戶需求的高品質電能服務，并充分利用配電網中的可控資源，為上級電網提供在線備用服務，實現配電網與客戶、配電網與上級電網之間的互動互惠。

在不遠的將來，能源互聯網和泛在電力物聯網又將成為電力行業發展的新目標和新方向。能源互聯網是綜合運用先進的電力電子技術、信息技術和智能管理技術，以電力網絡為骨干網架，將石油網絡、天然氣網絡等能源節點互聯起來，實現能量雙向流動、對等交換與共享的復雜系統。而泛在電力物聯網是圍繞電力系統各環節，充分應用移動互聯、人工智能等現代信息通信技術，實現電力系統各環節萬物互聯、人機交互，具有狀態全面感知、信息高效處理、應用便捷靈活等特征的智慧服務系統。