第1章 配电网可靠性概述

1.1 配电网的发展历程

电能作为一种特殊商品，在目前的技术条件下，尚无法实现高密度、大容量、低成本的存储，其生产、输送、分配和应用是同步进行的。从电源“生产”出来的电能，经过输电网“运送”到负荷端，再根据需求“分配”到每一个具体的用户。为了将电能运送到客户手里而建设的配送网络，就是所谓的配电网。配电网位于电力网络的末端，是连接电源和用户“最后一公里”的网络设施。为了合理的监控配电网络，保证电能的配送顺畅合理并能够应对配电网出现的故障，还需要增设监视、测量、调节、控制等配套的软硬件设备，也就是所谓的二次系统。

电力工业源于19世纪末西方工业文明的发展，而在我国出现的首个电力事物当属1879年5月28日，英国人毕晓浦（J. D. Bishop）在上海租界利用自激式直流发电机点燃的碳极弧光灯。此后，英国人立德尔于1882年在南京路江西路北角创办了中国第一家发电厂，并在上海外滩至虹口架设了一段长约6.4km的电力线路，这可以视为我国配电网的鼻祖。

新中国建立以后，1953～1957年第一个五年计划时期，以苏联帮助建设的156项工程为中心，开始在全国范围内开展大规模的经济建设。配电网也得到相应的发展，全国用电量年增长率达21.4%，新建了大批的发电厂，逐步出现220kV、110kV的高压线路，新建的线路和变电站基本上是为重要的用电企业服务的，这一时期的配电网结构主要是放射型的。1958～1978年的20年间，全国用电量以年平均增长率12.9%的速率递增。由于这一期间电力工业的发展速度较慢，一度出现低频运行、拉闸限电等情况，还有不少城市发生严重的“卡脖子”现象，电能送不进、供不出，在一定程度上影响了城市的经济建设。

从20世纪80年代开始，我国配电网的发展进入了一个新时期。电力行业也认识到，有必要编制配电网发展改造的整体规划方案，采用统一的技术规范和质量标准，促进配电网的建设经济合理、运行安全可靠。在20世纪90年代后期，我国又开展了配电自动化的试点工作。但是受到技术和管理水平方面的限制，再加上当时对配电自动化的认识不到位、配电网架和设备也不完善，早期建设的配电自动化系统没有发挥应有的作用。

进入21世纪，我国电力工业进入了“智能电网”建设时代。所谓的智能电网指的是以物理电网为基础，将现代先进的传感测量技术、通信技术、信息技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。简单来说，可以将智能电网视为一个规模庞大的、涵盖发—输—变—配—用等各个环节的电力智能机器人。不同于传统的电网自动化，智能电网更强调电力生产运营过程中，不依赖于运行人员参与的自我态势感知、状态智能识别和智能调节与控制等。从国际发展水平来看，美国的智能电网偏重于电网用户端与低压配电网智能化建设，欧洲地区则更关注环境问题和一次能源缺乏问题，为此积极引入风电、光伏发电、生物质能发电、地热发电、核电等新能源，以提高供电安全性和可靠性为核心，重视电能质量问题。我国则以特高压电网为骨干网架、以各级电网协调发展的坚强电网为基础，以建设信息化、数字化、自动化、互动化的坚强智能电网为发展目标。相比于美国和欧洲，我国智能电网的建设起点更高、涵盖范围更广，突出“坚强”和“智能”两个关键点。与此相适应，这一时期我国电力行业提出了在现有网架和设备资源基础上，建设满足配电网实时监控与信息交互、支持分布式电源和电动汽车充电站接入与控制、具备与主网和用户良好互动的开放式配电自动化系统，以适应坚强智能配电网建设与发展的配电自动化总体要求，并积极开展了试点工程建设。

在21世纪10年代，储能、可再生能源发电、电动汽车等新兴事物大量接入配电网，使得配电网逐步演变为有源配电系统，即所谓的主动配电网。这一时期我国配电网的运行管理更关注兼容间歇式可再生能源的问题，旨在提高绿色能源利用率，优化一次能源结构。其中的“主动”二字主要体现在：主动规划，即合理规划分布式可再生能源的接入点，预先评估配电网在高渗透率下的接纳能力，确保分布式可再生能源安全可靠并网；主动控制与管理，即配电网调控中心实时掌握电网运行状态，通过主动调整网络结构、可控电源出力和需求侧响应等管理手段，调整线路负载水平，确保电网安全运行；主动服务，即主动为客户提供定制电力服务，提供满足客户需求的高品质电能服务，并充分利用配电网中的可控资源，为上级电网提供在线备用服务，实现配电网与客户、配电网与上级电网之间的互动互惠。

在不远的将来，能源互联网和泛在电力物联网又将成为电力行业发展的新目标和新方向。能源互联网是综合运用先进的电力电子技术、信息技术和智能管理技术，以电力网络为骨干网架，将石油网络、天然气网络等能源节点互联起来，实现能量双向流动、对等交换与共享的复杂系统。而泛在电力物联网是围绕电力系统各环节，充分应用移动互联、人工智能等现代信息通信技术，实现电力系统各环节万物互联、人机交互，具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活等特征的智慧服务系统。