雙碳目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的新型低壓配電系統(tǒng)技術(shù)展望

張勇軍，羿應(yīng)棋，李立浧，鐘康驊，李欽豪，劉斯亮，肖晃慶

（智慧能源工程技術(shù)研究中心，華南理工大學(xué)電力學(xué)院，廣東省 廣州市 510640）

0 引言

能源轉(zhuǎn)型發(fā)展是國(guó)民經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展的基礎(chǔ)，是國(guó)家安全的保障。2014 年，習(xí)近平主席提出能源革命的戰(zhàn)略思想；2020 年，中國(guó)在聯(lián)合國(guó)大會(huì)上提出“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)；2021 年，中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第九次會(huì)議提出要構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)［1］，對(duì)中國(guó)能源電力的發(fā)展做出了最為重要的部署［2］。

中國(guó)太陽(yáng)能和風(fēng)能的可用潛力巨大，完全可以覆蓋社會(huì)用能需求，為解決國(guó)家能源安全和全球溫室效應(yīng)問(wèn)題，能源革命勢(shì)在必行。然而，巨量的新能源并網(wǎng)帶來(lái)的強(qiáng)不確定性和弱慣性將顛覆傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的源荷特性，傳統(tǒng)“源隨荷調(diào)”的調(diào)度模式、穩(wěn)定性控制和三道防線(xiàn)等技術(shù)體系都將受到嚴(yán)重的挑戰(zhàn)和沖擊［2］。在此背景下，電力系統(tǒng)將迫切需要靈活可控的功率調(diào)節(jié)資源和數(shù)字化運(yùn)行管理方式，其形態(tài)也將隨之改變。其中，低壓配電網(wǎng)［3-4］受到的影響尤為顯著，構(gòu)建新型低壓配電系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略的重要構(gòu)成部分，也是電網(wǎng)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和新型電力系統(tǒng)建設(shè)的重要落腳點(diǎn)［5］。

本文認(rèn)為，新型低壓配電系統(tǒng)是一種拓?fù)淝逦⒃春神詈?，以?shù)字化手段為支撐，以滿(mǎn)足能源電力新業(yè)態(tài)發(fā)展為目標(biāo)，具有透明化、低碳化、互動(dòng)化、靈活化、多元化特征的低壓配電網(wǎng)。與主動(dòng)配電網(wǎng)相比，最大的區(qū)別在于新型低壓配電系統(tǒng)中電源多不可控；與傳統(tǒng)低壓配電網(wǎng)相比，其區(qū)別不僅在于智能化技術(shù)的進(jìn)步顛覆了后者盲亂無(wú)序的形態(tài)，新元素的發(fā)展推動(dòng)了低壓負(fù)荷柔性化，更在于“雙碳”賦能令其使命與內(nèi)涵極大延伸，不僅要作為末端電能量的傳輸與分配的物理路徑，也要作為海量小規(guī)模分布式新能源消納、用電大數(shù)據(jù)獲取以及能源電力新業(yè)態(tài)發(fā)展的關(guān)鍵支撐平臺(tái)，其形態(tài)特征將發(fā)生質(zhì)的變化。因此，打破傳統(tǒng)低壓配電網(wǎng)研究的慣性思維，探索適用于新型低壓配電系統(tǒng)的技術(shù)研究框架勢(shì)在必行。

本文首先分析了低壓配電系統(tǒng)新元素與形態(tài)變化，提出了新型低壓配電系統(tǒng)的典型特征及其量化評(píng)價(jià)指標(biāo)，指出了新型低壓配電系統(tǒng)所面臨的關(guān)鍵問(wèn)題和支撐關(guān)鍵技術(shù)，最后展望了新型低壓配電系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展方向，為新型電力系統(tǒng)背景下低壓配電系統(tǒng)領(lǐng)域的研究提供了思路。

1 低壓配電系統(tǒng)新形態(tài)

近年來(lái)，低壓配電系統(tǒng)的新元素正逐漸增加。一方面是新能源元素，如光伏、電動(dòng)汽車(chē)（EV）充電站的建設(shè)［6-7］；另一方面是臺(tái)區(qū)智能終端、一二次融合開(kāi)關(guān)、小微傳感器等智能化元素［8-9］的應(yīng)用；另外，直流配電網(wǎng)元素也驅(qū)動(dòng)低壓系統(tǒng)的形態(tài)逐漸演化［10-11］，主要體現(xiàn)在源（電源）、網(wǎng)（網(wǎng)架）、荷（負(fù)荷）、數(shù)（數(shù)字化）等4 個(gè)方面。

1.1 躍變性雙向潮流形態(tài)

對(duì)比2020 年底全國(guó)戶(hù)用光伏裝機(jī)總?cè)萘繛?0.1 GW，截至2021 年8 月底，當(dāng)年全國(guó)戶(hù)用光伏新增裝機(jī)總?cè)萘繛?.52 GW［12］。以低壓光伏為主體的分布式電源（DG）裝機(jī)呈井噴式增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。2021 年6 月，國(guó)家能源局發(fā)布了《關(guān)于整縣屋頂分布式光伏開(kāi)發(fā)試點(diǎn)方案的通知》［13］，低壓系統(tǒng)成為新能源分布式消納的主戰(zhàn)場(chǎng)，DG 滲透率達(dá)到甚至超過(guò)100%的場(chǎng)景將越來(lái)越多，消納難度極大。

由于臺(tái)區(qū)整體容量小，間歇性超高滲透率的光伏將使得低壓系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生躍變性、雙向性潮流，進(jìn)而引起配電變壓器過(guò)載、過(guò)電壓、電壓暫降等問(wèn)題［14］，逆變器的諧波特性也給部分用戶(hù)的用電電能質(zhì)量帶來(lái)不良影響［15］。與發(fā)展較為成熟的中壓系統(tǒng)不同，由于調(diào)控手段缺乏，低壓系統(tǒng)對(duì)超高滲透率的DG 幾乎沒(méi)有招架之力。為此，戶(hù)用儲(chǔ)能的技術(shù)及其經(jīng)濟(jì)性將成為消納屋頂光伏的關(guān)鍵［16］。

1.2 分層互聯(lián)分區(qū)自治網(wǎng)架形態(tài)

首先，低壓系統(tǒng)將納入更為規(guī)范的規(guī)劃，結(jié)合“三線(xiàn)整治”等城市治理工作，逐步形成更為工整的布線(xiàn)形式和更為清晰的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。其次，鑒于臺(tái)區(qū)內(nèi)部負(fù)荷雙向波動(dòng)較大且臺(tái)區(qū)之間負(fù)荷的不完全同步特點(diǎn)，從可靠性角度，新型低壓配電系統(tǒng)將因地制宜形成必要的互聯(lián)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。其中，涉及臺(tái)區(qū)間首端聯(lián)絡(luò)、臺(tái)區(qū)間末端聯(lián)絡(luò)和相線(xiàn)間聯(lián)絡(luò)（通過(guò)換相開(kāi)關(guān)）［17-18］以滿(mǎn)足電網(wǎng)自愈性需求；或者在穩(wěn)態(tài)情況下，調(diào)節(jié)臺(tái)區(qū)間或者相間的負(fù)荷平衡度以提高運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

圖1 低壓配電系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)Fig.1 Interconnection network architecture of low-voltage distribution system

此外，在部分偏遠(yuǎn)或高可靠性需求的低壓負(fù)荷，可以整個(gè)低壓臺(tái)區(qū)或分支線(xiàn)或局部用戶(hù)為單位，通過(guò)加裝儲(chǔ)能裝置、并離網(wǎng)開(kāi)關(guān)和微網(wǎng)控制器等，形成區(qū)域微電網(wǎng)（群）［19-20］，實(shí)現(xiàn)并/離網(wǎng)運(yùn)行、靈活的功率互濟(jì)與潮流優(yōu)化，有效提升低壓系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

考慮到新型低壓配電系統(tǒng)中DG、充電樁、儲(chǔ)能等新元素均為直流源或直流負(fù)荷，因而直流供用電技術(shù)將成為新型低壓配電系統(tǒng)供用電的重要組成形態(tài)［21］。數(shù)據(jù)中心、智能建筑、EV、智能家居、智慧市政都將是低壓直流供用電的典型應(yīng)用場(chǎng)景，低壓供用電生態(tài)也將由目前以交流為絕對(duì)主體向交直流并存甚至純直流方向演變。低壓系統(tǒng)直流化比10 kV及以上電壓等級(jí)的配電網(wǎng)直流化更加具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值和可操作性。

因低壓系統(tǒng)中的設(shè)備和用戶(hù)數(shù)量級(jí)太大，在10 kV 及以上電壓等級(jí)電網(wǎng)普遍采用的集中式調(diào)度并不適用，按臺(tái)區(qū)分區(qū)自治將是新型低壓配電系統(tǒng)運(yùn)行控制的主要模式。

1.3 柔性化終端負(fù)荷形態(tài)

除了在能源供給側(cè)推進(jìn)清潔能源替代以外，國(guó)家還在能源消費(fèi)側(cè)推進(jìn)電能替代。發(fā)展EV 成為交通領(lǐng)域低碳化和電能替代的重點(diǎn)工作。截至2021年6 月，全國(guó)新能源汽車(chē)保有量達(dá)603 萬(wàn)輛，其中純電動(dòng)汽車(chē)占比高達(dá)81.7%，全國(guó)低壓充電基礎(chǔ)設(shè)施累計(jì)數(shù)量為182.7 萬(wàn)臺(tái)，同比增加42%［22］。由于EV充電負(fù)荷具有周期性強(qiáng)、負(fù)荷基數(shù)大等特點(diǎn)，容易在短時(shí)間內(nèi)形成充電負(fù)荷高峰，一旦疊加傳統(tǒng)負(fù)荷高峰，將會(huì)極大考驗(yàn)低壓系統(tǒng)的供電能力，甚至?xí)l(fā)低壓系統(tǒng)全面過(guò)載、電能質(zhì)量劣化等運(yùn)行問(wèn)題［23］。

所幸EV 同時(shí)具備柔性負(fù)荷［24］的特性，是一種可通過(guò)主動(dòng)參與電網(wǎng)運(yùn)行控制，與電網(wǎng)進(jìn)行能量互動(dòng)的負(fù)荷。傳統(tǒng)低壓配電網(wǎng)負(fù)荷基本上被認(rèn)定為剛性的，隨著輔助服務(wù)、現(xiàn)貨交易、需求側(cè)響應(yīng)、虛擬電廠(chǎng)、隔墻售電等電力市場(chǎng)政策的逐步完善［25］，低壓系統(tǒng)的負(fù)荷形態(tài)也將由不可控的剛性越來(lái)越多地轉(zhuǎn)變?yōu)殪`活可控的柔性，成為新型低壓配電系統(tǒng)的關(guān)鍵特征和解決DG 超高滲透率消納的重要手段。

1.4 能源與數(shù)據(jù)融合價(jià)值形態(tài)

低壓系統(tǒng)運(yùn)行的不確定性遠(yuǎn)高于高電壓等級(jí)電網(wǎng)，加強(qiáng)其傳感、監(jiān)測(cè)和態(tài)勢(shì)分析是確保其安全可靠運(yùn)行的必然選擇。數(shù)字化技術(shù)發(fā)展推動(dòng)著低壓系統(tǒng)裝備逐步向小型化、一二次融合、軟件定義終端等方向轉(zhuǎn)變，智能化水平不斷提升，一二次融合塑殼開(kāi)關(guān)、智能網(wǎng)關(guān)、小微傳感器、芯片化智能終端等新型裝備的應(yīng)用也將層出不窮［26-28］。

低壓系統(tǒng)作為連接海量用戶(hù)的橋梁，其用戶(hù)資源和數(shù)據(jù)資源遠(yuǎn)比10 kV 及以上電壓等級(jí)電網(wǎng)豐富。隨著小微傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生、云計(jì)算與邊緣計(jì)算協(xié)同（簡(jiǎn)稱(chēng)云邊協(xié)同）等信息與通信技術(shù)［29］的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)將作為新型低壓配電系統(tǒng)的核心生產(chǎn)要素［30］，依托強(qiáng)大的“電力+算力”，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析和高性能計(jì)算技術(shù)，依靠數(shù)據(jù)關(guān)系發(fā)現(xiàn)物理系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律和潛在風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)低壓系統(tǒng)源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)各環(huán)節(jié)高度協(xié)同，確保DG 充分消納，同時(shí)支撐互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與電力市場(chǎng)高度融合而產(chǎn)生能源新業(yè)態(tài)發(fā)展需求。與傳統(tǒng)低壓配電網(wǎng)相比，新型低壓配電系統(tǒng)從單純的物理網(wǎng)絡(luò)升維形成電力物聯(lián)網(wǎng)和信息物理融合系統(tǒng)，從能源的一維連接發(fā)展為能源與數(shù)據(jù)的兩維價(jià)值傳導(dǎo)，這將是一個(gè)顛覆性的變化。10 kV 及以上電壓等級(jí)電網(wǎng)的數(shù)據(jù)主要服務(wù)于電網(wǎng)的運(yùn)行控制，而低壓系統(tǒng)的海量數(shù)據(jù)可以支撐面向更廣泛低壓用戶(hù)的各種增值服務(wù)，是真正具有大數(shù)據(jù)價(jià)值的，因而成為新型低壓配電系統(tǒng)最為突出的新元素。

2 新型低壓配電系統(tǒng)特征與量化指標(biāo)

隨著低壓系統(tǒng)形態(tài)格局變化，新型低壓配電系統(tǒng)將呈現(xiàn)以下5 個(gè)方面的典型特征。

2.1 系統(tǒng)透明化

傳統(tǒng)低壓配電網(wǎng)的拓?fù)洹㈤_(kāi)關(guān)狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)通常缺乏有效的感知和采集。一方面，為保證海量DG 的友好消納，新型低壓配電系統(tǒng)需要考慮在低壓配電網(wǎng)無(wú)法精確建模的前提下如何掌握其系統(tǒng)潮流分布，進(jìn)而調(diào)動(dòng)可控資源來(lái)避免網(wǎng)絡(luò)阻塞；另一方面，作為連接海量低壓用戶(hù)與DG 的重要載體，新型低壓配電系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、保護(hù)控制、運(yùn)維管理和市場(chǎng)交易等均需要大量數(shù)據(jù)作為支撐。因此，可通過(guò)廣泛部署小微傳感器和智能電表實(shí)現(xiàn)低壓配電系統(tǒng)的透明化［8，30］。系統(tǒng)透明化程度評(píng)價(jià)指標(biāo)SV是衡量低壓系統(tǒng)可觀(guān)、可測(cè)水平的關(guān)鍵特征指標(biāo)，包含臺(tái)區(qū)變-線(xiàn)-相-戶(hù)拓?fù)潢P(guān)系透明度SV，TP［31-35］、低壓開(kāi)關(guān)狀態(tài)透明度SV，SW和重要節(jié)點(diǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)透明度SV，ME，即

式中：?∈{ }TP，SW，ME ；NTP為低壓系統(tǒng)中拓?fù)湫畔⒘靠倲?shù)，其值為低壓系統(tǒng)中臺(tái)區(qū)數(shù)、分支線(xiàn)數(shù)、相序數(shù)（AN/BN/CN/ABCN，默認(rèn)值為4）和用戶(hù)數(shù)的乘積；NSW為低壓系統(tǒng)中低壓分支開(kāi)關(guān)總數(shù)；NME為低壓系統(tǒng)中待觀(guān)測(cè)的重要節(jié)點(diǎn)總數(shù)，其值為臺(tái)區(qū)低壓用戶(hù)與各分支節(jié)點(diǎn)數(shù)之和；nTP、nSW分別為拓?fù)潢P(guān)系和開(kāi)關(guān)狀態(tài)信息完整且無(wú)偏差的信息量總數(shù)；nME為待觀(guān)測(cè)節(jié)點(diǎn)中已裝設(shè)智能電表或低壓量測(cè)終端的數(shù)量。隨著低壓系統(tǒng)新型化發(fā)展，透明化指標(biāo)將由0 逐漸提升至或趨向于1。

2.2 用能低碳化

傳統(tǒng)終端用戶(hù)用能粗放，缺乏對(duì)可再生能源的關(guān)注。大力發(fā)展可再生能源、提高電能在終端消費(fèi)中的占比是推動(dòng)“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要手段，在未來(lái)新型低壓配電系統(tǒng)中，用能低碳化應(yīng)是其典型特征之一。用能低碳化評(píng)價(jià)指標(biāo)SC包含源端低碳指數(shù)SC，EN和 終 端 低 碳 指 數(shù)SC，CO。SC，EN表 示 臺(tái) 區(qū) 中 可再生DG 發(fā)電量占終端電能消費(fèi)量比例；SC，CO表示終端電能消費(fèi)量占終端能源消費(fèi)量比例。

式中：WCL為低壓系統(tǒng)中可再生DG 所發(fā)電總量；WEL為低壓系統(tǒng)中終端用戶(hù)電能消費(fèi)總量；WEN為終端用戶(hù)能源消費(fèi)總量，除電能外還包括煤、油、氣等其他形式的能源消費(fèi)。

新型低壓配電系統(tǒng)中，低碳化指標(biāo)宏觀(guān)上也有不斷提高的趨勢(shì)。

2.3 供需互動(dòng)化

由于用戶(hù)側(cè)資產(chǎn)不適合由電網(wǎng)公司直接調(diào)控，10 kV 及以上電壓等級(jí)電網(wǎng)中由調(diào)度部門(mén)直接集中管理源網(wǎng)荷的方式并不適用于低壓配電系統(tǒng)。隨著DG 和儲(chǔ)能主動(dòng)控制［20］、EV 有序充電與車(chē)輛到電網(wǎng)（V2G）［36-37］、智能家居用電管理［38-39］等柔性可控手段不斷增加，在未來(lái)靈活多樣的市場(chǎng)化交易模式下，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等技術(shù)［40］聚合海量用戶(hù)側(cè)資源，以虛擬電廠(chǎng)形式進(jìn)行供需互動(dòng)將成為新型低壓配電系統(tǒng)典型特征之一。供需互動(dòng)化程度評(píng)價(jià)指標(biāo)SM包含源端可控資源占比SM，SO和荷端可控資源占比SM，LO。

式中：ISO和ILO分別為低壓系統(tǒng)中可控DG 和柔性負(fù)荷總量，此處柔性負(fù)荷是指以個(gè)體或委托負(fù)荷聚合商等形式參與市場(chǎng)化交易的終端負(fù)荷，該負(fù)荷可以通過(guò)市場(chǎng)化手段進(jìn)行柔性調(diào)節(jié)；PSO和PLO分別為低壓系統(tǒng)中DG 裝機(jī)總?cè)萘亢拓?fù)荷報(bào)裝總?cè)萘浚籔ST為低壓系統(tǒng)中分布式儲(chǔ)能額定功率總和。

隨著互動(dòng)化指標(biāo)的提升，新型低壓配電系統(tǒng)將利用互動(dòng)化平臺(tái)的信息互動(dòng)、體驗(yàn)增強(qiáng)與經(jīng)濟(jì)激勵(lì)等相結(jié)合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)源荷多元柔性的協(xié)同運(yùn)行。

2.4 運(yùn)行靈活化

受限于技術(shù)手段和投資價(jià)值約束，傳統(tǒng)低壓配電網(wǎng)缺乏必要手段來(lái)保障運(yùn)行靈活性和可靠性。而在新型低壓配電系統(tǒng)中，分層互聯(lián)與分區(qū)自治的網(wǎng)架拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、廣泛覆蓋的一、二次智能裝備以及配套低壓配電自動(dòng)化系統(tǒng)將使運(yùn)行方式呈現(xiàn)靈活化特點(diǎn)。正常工況下，通過(guò)智能可調(diào)設(shè)備與智能開(kāi)關(guān)協(xié)同控制優(yōu)化潮流分布，進(jìn)而提高DG 消納水平，改善電能質(zhì)量和降低線(xiàn)路損耗［41］；故障工況下，基于故障定位信息，通過(guò)分段開(kāi)關(guān)、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)以及微電網(wǎng)并離開(kāi)關(guān)進(jìn)行故障隔離、負(fù)荷轉(zhuǎn)供以及微電網(wǎng)離網(wǎng)運(yùn)行等，進(jìn)而提升低壓供電可靠性。運(yùn)行靈活化評(píng)價(jià)指標(biāo)SF包含可轉(zhuǎn)供用戶(hù)數(shù)占比SF，TR和可離網(wǎng)用戶(hù)數(shù)占比SF，OG。

式中：NTR為可轉(zhuǎn)供用戶(hù)數(shù)，可轉(zhuǎn)供用戶(hù)是指可通過(guò)自動(dòng)化開(kāi)關(guān)在不同臺(tái)區(qū)、分支線(xiàn)和相線(xiàn)間實(shí)現(xiàn)供電路徑切換的低壓用戶(hù)；NOG為可通過(guò)微電網(wǎng)進(jìn)行離網(wǎng)運(yùn)行的用戶(hù)數(shù)；Ntotal為低壓系統(tǒng)中低壓用戶(hù)總數(shù)。

隨著低壓系統(tǒng)新型化發(fā)展，靈活化指標(biāo)將由0逐漸提升至或趨向于1。

2.5 業(yè)態(tài)多元化

傳統(tǒng)低壓配電網(wǎng)僅僅執(zhí)行由電網(wǎng)公司向終端用戶(hù)單向售電功能。能源互聯(lián)在新型電力系統(tǒng)的概念下不僅是源網(wǎng)荷儲(chǔ)充的多能互補(bǔ)，也形成了在現(xiàn)貨市場(chǎng)、分布式售電和輔助服務(wù)等多樣化市場(chǎng)機(jī)制下的新型互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)模式。除傳統(tǒng)服務(wù)外，綠色電力、定制化服務(wù)、優(yōu)質(zhì)供電、精準(zhǔn)計(jì)量、電力大數(shù)據(jù)等新型增值服務(wù)將成為新體驗(yàn)、新需求，低壓售電與服務(wù)業(yè)態(tài)將由單一化變?yōu)槎嘣抑饾u成為新型電力零售市場(chǎng)的新常態(tài)［42］。為此，多元化評(píng)價(jià)指標(biāo)SP包含市場(chǎng)化交易電量占比SP，MA和新型服務(wù)收入占比SP，SE。

式中：WMA為低壓用戶(hù)參與市場(chǎng)化交易電量的總和，即除傳統(tǒng)統(tǒng)購(gòu)統(tǒng)銷(xiāo)［43］模式外低壓用戶(hù)參與市場(chǎng)化交易所購(gòu)或所銷(xiāo)電量；MSE為新型增值服務(wù)營(yíng)收，即在新型低壓配電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)者角度通過(guò)提供新型增值服務(wù)所創(chuàng)造的營(yíng)收；MEL為傳統(tǒng)售電服務(wù)營(yíng)收。在新型低壓配電系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)下，多元化指標(biāo)也將越來(lái)越高。

2.6 新型低壓配電系統(tǒng)特征指標(biāo)

為量化評(píng)價(jià)新型電力系統(tǒng)背景下傳統(tǒng)低壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)型速度與深度，可基于上述五大特征對(duì)新型低壓系統(tǒng)特征顯著度S進(jìn)行定量評(píng)估。該指標(biāo)數(shù)值主要與其特征評(píng)估指標(biāo)相關(guān)，可以表示為SV、SC、SM、SF和SP的加權(quán)函數(shù)，即S=f(SV，SC，SM，SF，SP)，而其中各特征評(píng)估指標(biāo)又與其特征描述二級(jí)指標(biāo)相關(guān)，也可以表示為其加權(quán)函數(shù)，具體映射關(guān)系如圖2所示。

圖2 新型低壓配電系統(tǒng)特征顯著度指標(biāo)體系Fig.2 Characteristic significance index system of new low-voltage distribution system

因此，當(dāng)評(píng)估某地區(qū)低壓系統(tǒng)是否具備新型電力系統(tǒng)特征時(shí)，只需要通過(guò)特征描述指標(biāo)與加權(quán)函數(shù)計(jì)算其新型化特征顯著度S，通過(guò)該數(shù)值判斷其新型化轉(zhuǎn)型建設(shè)效果與亟待加強(qiáng)的方面。

3 新型低壓配電系統(tǒng)關(guān)鍵問(wèn)題與技術(shù)

3.1 新型低壓配電系統(tǒng)關(guān)鍵問(wèn)題

新型電力系統(tǒng)背景下，低壓系統(tǒng)所面臨的電能質(zhì)量、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和安全性等關(guān)鍵問(wèn)題將會(huì)呈現(xiàn)出更加復(fù)雜的機(jī)理。

3.1.1 電能質(zhì)量問(wèn)題

1）電壓質(zhì)量方面：大量DG、EV 隨機(jī)性接入影響了低壓系統(tǒng)潮流分布，導(dǎo)致其系統(tǒng)電壓分布呈現(xiàn)高度不確定性與劇烈的波動(dòng)性、躍變性，負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓甚至?xí)霈F(xiàn)過(guò)電壓、低電壓和電壓暫降等問(wèn)題并存的現(xiàn)象。由于低壓網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋸?fù)雜多變、參數(shù)不易明確，新型低壓配電系統(tǒng)的電壓質(zhì)量問(wèn)題表象將更加復(fù)雜。

2）諧波治理方面：隨著變流器、電力電子開(kāi)關(guān)等大量電力電子裝備接入，將會(huì)使得新型低壓配電系統(tǒng)諧波源呈現(xiàn)高密度、分散化、全網(wǎng)化趨勢(shì)，影響供電質(zhì)量［44］，但現(xiàn)階段仍無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)估其影響程度與影響范圍。

3.1.2 可靠性問(wèn)題

1）可靠性數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)方面：海量低壓用戶(hù)停電事件數(shù)據(jù)的采集、通信與存儲(chǔ)將會(huì)給現(xiàn)有用電采集系統(tǒng)帶來(lái)巨大壓力。

2）低壓可靠性評(píng)估方面：由于DG、儲(chǔ)能、EV 可以在用戶(hù)側(cè)改變可靠性感受，當(dāng)前配電網(wǎng)可靠性的統(tǒng)計(jì)與評(píng)估體系無(wú)法準(zhǔn)確反映低壓用戶(hù)用電可靠性的真實(shí)狀況［45］。

3）智能化裝備可靠性提升方面：雖然新型低壓配電系統(tǒng)靈活化的運(yùn)行方式自愈能力強(qiáng)，但由于智能化裝備構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜，裝置本身的可靠性也成為影響其整體可靠性的關(guān)鍵因素。

4）大量新型終端和裝備在新型低壓配電系統(tǒng)中的應(yīng)用更是直接增加了新的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。3.1.3 經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題

1）從電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商視角，低壓系統(tǒng)在源荷兩端均存在高度的不確定性，無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的峰谷差將導(dǎo)致系統(tǒng)規(guī)劃偏保守，經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題成為低壓系統(tǒng)智能化的最大制約。

2）為了支撐低壓系統(tǒng)新型化轉(zhuǎn)型，大量智能傳感終端和一、二次智能裝備將在低壓系統(tǒng)中廣泛部署，其投資效益的發(fā)揮也有賴(lài)于新型售電與服務(wù)業(yè)態(tài)的建立與完善。目前對(duì)此存在很大的爭(zhēng)議。

3）從用戶(hù)或負(fù)荷聚合商視角，新型電力系統(tǒng)意味著更加廣泛的市場(chǎng)交易參與機(jī)會(huì)。因此，如何根據(jù)自身負(fù)荷特性，制定更具經(jīng)濟(jì)效益的市場(chǎng)化交易策略，是非常復(fù)雜的難題。

3.1.4 安全性問(wèn)題

1）物理安全方面：不確定性的重過(guò)載將經(jīng)常威脅到低壓系統(tǒng)的安全運(yùn)行；未來(lái)低壓系統(tǒng)短路故障特征以及故障下的DG 孤島運(yùn)行問(wèn)題將會(huì)變得更加復(fù)雜，繼電保護(hù)難以適應(yīng)。

2）信息安全方面：從云計(jì)算信息安全角度，未來(lái)低壓系統(tǒng)配套系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)將會(huì)普遍呈現(xiàn)“云化”趨勢(shì)，亟須解決云計(jì)算在實(shí)際應(yīng)用中面臨的安全問(wèn)題，包括云安全技術(shù)體系、管理體系和評(píng)價(jià)檢測(cè)體系等［46］。

3）從物聯(lián)網(wǎng)信息安全角度，低壓系統(tǒng)海量量測(cè)數(shù)據(jù)的采集、5G 等通信與應(yīng)用的信息安全等級(jí)都是極大的挑戰(zhàn)。

3.2 新型低壓配電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

除了被廣泛關(guān)注的儲(chǔ)能儲(chǔ)電技術(shù)之外，本文介紹分析了當(dāng)前新型低壓配電系統(tǒng)建設(shè)的幾個(gè)關(guān)鍵熱點(diǎn)技術(shù)。

3.2.1 數(shù)字孿生技術(shù)

數(shù)字孿生［47］技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)物理電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)、全息映射，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)對(duì)物理電網(wǎng)復(fù)雜特性的認(rèn)知與態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)，是新型低壓配電系統(tǒng)規(guī)劃、運(yùn)行、保護(hù)與控制的重要支撐技術(shù)。針對(duì)低壓系統(tǒng)數(shù)字孿生技術(shù)的研究主要包括以下幾個(gè)方面。

1）小微傳感技術(shù)

由海量小微傳感器［48］構(gòu)成的智能化感知體系是電網(wǎng)數(shù)字孿生的基礎(chǔ)。由于低壓系統(tǒng)規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他電壓等級(jí)電網(wǎng)，其底層感知技術(shù)應(yīng)具備泛在部署條件，滿(mǎn)足低成本、高可靠、低運(yùn)維需求等特點(diǎn)。中國(guó)已在微型電流傳感器方面取得創(chuàng)新技術(shù)突破，并在低壓系統(tǒng)開(kāi)展了應(yīng)用［49-50］。未來(lái)，低壓系統(tǒng)中傳感器除了滿(mǎn)足小微特點(diǎn)外，還應(yīng)考慮具備多源數(shù)據(jù)采集融合的特點(diǎn)，即在傳統(tǒng)電氣量、環(huán)境量等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，考慮融合視頻、圖像等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的高效采集。

2）多模異構(gòu)通信技術(shù)

構(gòu)建多模異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)是解決新型低壓配電系統(tǒng)中海量傳感設(shè)備、智能裝備之間互聯(lián)互通、穩(wěn)定可靠通信問(wèn)題的關(guān)鍵。當(dāng)前，低壓系統(tǒng)本地通信方式主要包括低壓電力線(xiàn)寬帶載波、LoRa、微功率無(wú)線(xiàn)、RS-485 等，其中載波通信在低壓場(chǎng)景應(yīng)用最為廣泛［51］。但當(dāng)遭遇分支線(xiàn)開(kāi)關(guān)調(diào)閘或斷線(xiàn)等情況時(shí)，則無(wú)法保證信息穩(wěn)定上報(bào)。因此，基于多模態(tài)通信方式有望成為主流方向［52］。同時(shí)，為滿(mǎn)足低壓系統(tǒng)大量異構(gòu)設(shè)備的平臺(tái)統(tǒng)一接入，需構(gòu)建不同通信協(xié)議的統(tǒng)一服務(wù)。低壓配電網(wǎng)設(shè)備點(diǎn)多面廣、種類(lèi)繁多、運(yùn)行環(huán)境差異大，通過(guò)分析各典型場(chǎng)景的特點(diǎn)，制定不同數(shù)據(jù)接口與通信協(xié)議的多模異構(gòu)通信技術(shù)框架具有重要意義。

3）低壓拓?fù)渥詣?dòng)識(shí)別技術(shù)

準(zhǔn)確的低壓系統(tǒng)拓?fù)湫畔⑹瞧鋽?shù)字孿生的基礎(chǔ)。低壓系統(tǒng)拓?fù)渥R(shí)別包括節(jié)點(diǎn)連接關(guān)系識(shí)別、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)辨識(shí)等［53-55］。隨著高級(jí)量測(cè)體系和電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)發(fā)展，通過(guò)挖掘低壓量測(cè)數(shù)據(jù)特征來(lái)自動(dòng)識(shí)別低壓系統(tǒng)拓?fù)鋵⒊蔀樵擃I(lǐng)域主要技術(shù)方向［56］。文獻(xiàn)［57］從系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)角度出發(fā)提出了拓?fù)渫蒲莘椒?。文獻(xiàn)［33，55］通過(guò)分析電壓時(shí)序相似性，聯(lián)合電流/功率偏差擬合實(shí)現(xiàn)拓?fù)渥R(shí)別。由于新型低壓配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)特性的多元、復(fù)雜、易變，傳統(tǒng)配電網(wǎng)拓?fù)浞治龇椒y以適用。因此，當(dāng)前新型低壓配電系統(tǒng)拓?fù)鋯?wèn)題的研究重點(diǎn)在于：1）“知識(shí)-數(shù)據(jù)”混合驅(qū)動(dòng)建模方法，基于深度學(xué)習(xí)、遷移學(xué)習(xí)等算法挖掘潮流數(shù)據(jù)與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的映射關(guān)系；2）融入先驗(yàn)知識(shí)和專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)的拓?fù)渥詣?dòng)識(shí)別建模方法；3）基于多源數(shù)據(jù)融合、集成學(xué)習(xí)的拓?fù)渥R(shí)別結(jié)果可信度評(píng)價(jià)方法。

3.2.2 低壓直流配電技術(shù)

與交流低壓系統(tǒng)相比，直流低壓系統(tǒng)具有電能轉(zhuǎn)換效率高、控制方式靈活、供電可靠性強(qiáng)、有利于分布式新能源大規(guī)模消納等優(yōu)勢(shì)［58］。目前，對(duì)低壓直流技術(shù)的研究主要集中在以下兩方面。

1）直流低壓系統(tǒng)運(yùn)行協(xié)調(diào)控制技術(shù)

直流低壓系統(tǒng)控制按系統(tǒng)級(jí)別可分為單元級(jí)、微網(wǎng)級(jí)和配網(wǎng)級(jí)。單元級(jí)控制目前的研究主要針對(duì)DC/DC 變 壓 器 和DC/AC 變 流 器［59］。微 網(wǎng) 級(jí) 控 制聚焦于多個(gè)源儲(chǔ)荷的協(xié)調(diào)運(yùn)行與維持直流母線(xiàn)電壓的穩(wěn)定［60］。多個(gè)微電網(wǎng)接入直流配電網(wǎng)后，需要通過(guò)合理的配網(wǎng)級(jí)控制來(lái)保證整個(gè)配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)、安全、可靠運(yùn)行，須關(guān)注屋頂光伏群的低壓多源功率預(yù)測(cè)和直流配電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度等方面［61］。

2）多源直流低壓系統(tǒng)故障保護(hù)技術(shù)

與交流故障相比，直流系統(tǒng)的慣量低、阻尼小、故障發(fā)展過(guò)程更快，而且直流故障電流沒(méi)有過(guò)零點(diǎn)，故障清除難度大，直流故障給配電網(wǎng)帶來(lái)的沖擊和挑戰(zhàn)更大［62-63］。此外，多源分散接入的低壓直流系統(tǒng)的故障特性與低壓交流電網(wǎng)特性顯著不同。因此，低壓直流系統(tǒng)的故障機(jī)理、檢測(cè)和保護(hù)控制技術(shù)還有待深入研究。

3.2.3 云邊協(xié)同技術(shù)

低壓系統(tǒng)點(diǎn)多面廣如同電力系統(tǒng)的毛細(xì)血管，傳統(tǒng)集中化運(yùn)行管控模式難以適用。一方面，低壓系統(tǒng)傳感網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量極大，若集中于云端數(shù)據(jù)中心分析，則上行通信與云端的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)計(jì)算壓力將成指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)；另一方面，低壓配電網(wǎng)特性差異大，拓?fù)涑Ｓ姓{(diào)整，而運(yùn)行控制的實(shí)時(shí)要求高，云端集中模型難以支撐其動(dòng)態(tài)性、個(gè)性化和實(shí)時(shí)性控制需求。為此，將低壓配電網(wǎng)按配電臺(tái)區(qū)進(jìn)行劃分，由各臺(tái)區(qū)采用內(nèi)部分布式自治控制方式，更容易解決實(shí)時(shí)響應(yīng)控制問(wèn)題。但純粹的自治控制缺乏全局優(yōu)化的邏輯。因此，可將實(shí)時(shí)性要求較低、優(yōu)化性要求較高的任務(wù)交回云端處理，從而結(jié)合形成云邊協(xié)同的控制模式［64］。但云邊協(xié)同控制如何建模，以及在通信壓力盡可能小的情況下如何有效分配數(shù)據(jù)資源、滿(mǎn)足邊端實(shí)時(shí)且接近最優(yōu)化的控制和云端大數(shù)據(jù)采集的需求，目前還處在理論框架研究階段［29］，還存在諸多技術(shù)限制。

根據(jù)云平臺(tái)與邊緣計(jì)算終端的特點(diǎn)差異，設(shè)計(jì)面向業(yè)務(wù)應(yīng)用需求的云邊協(xié)同數(shù)據(jù)分析模型與策略是云邊協(xié)同技術(shù)的核心。鑒于邊端數(shù)據(jù)采集便利、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，各類(lèi)人工智能技術(shù)逐步從云端下沉至有一定算力的邊緣，文獻(xiàn)［64］圍繞負(fù)荷預(yù)測(cè)場(chǎng)景，提出邊緣端個(gè)性化預(yù)測(cè)與云端全域預(yù)測(cè)相結(jié)合的云邊協(xié)同模型；面對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景，利用時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)、邊緣流數(shù)據(jù)分析、異構(gòu)計(jì)算等技術(shù)對(duì)邊緣數(shù)據(jù)進(jìn)行差異化分析，文獻(xiàn)［65］提出了云邊協(xié)同的配電變壓器運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估與態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)方法；通過(guò)搭建云端的全局管理平臺(tái)，對(duì)邊緣節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一管控，從資源、數(shù)據(jù)、服務(wù)等方面實(shí)現(xiàn)多維協(xié)同，文獻(xiàn)［66］提出了基于云邊協(xié)同的電動(dòng)汽車(chē)實(shí)時(shí)需求響應(yīng)調(diào)度策略。隨著新型低壓配電系統(tǒng)中可控設(shè)備元素的增多，為實(shí)現(xiàn)整體調(diào)控目標(biāo)，所涉及的調(diào)控對(duì)象也將會(huì)大幅增加，其云邊協(xié)同控制策略的研究?jī)r(jià)值日益凸顯。

3.2.4 信息安全防護(hù)技術(shù)

隨著物聯(lián)與通信技術(shù)在新型低壓配電系統(tǒng)中應(yīng)用的不斷深入，相比于傳統(tǒng)低壓配電網(wǎng)，新型低壓配電系統(tǒng)面對(duì)破壞多源協(xié)同調(diào)度和用戶(hù)隱私信息竊取等網(wǎng)絡(luò)攻擊具有更低的耐受能力與更高的不確定性［67］。隨著新型低壓配電系統(tǒng)云邊協(xié)同計(jì)算單元的增多，外部攻擊、虛假數(shù)據(jù)篡改［68］、數(shù)據(jù)泄露等信息安全風(fēng)險(xiǎn)也將愈發(fā)嚴(yán)重，且新型低壓配電系統(tǒng)的信息安全將影響低壓系統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用的方方面面。文獻(xiàn)［69］提出了邊緣物聯(lián)代理安全防護(hù)技術(shù)，形成了系統(tǒng)可信啟動(dòng)、基于數(shù)字證書(shū)的身份認(rèn)證技術(shù)、基于國(guó)產(chǎn)商用密碼算法的數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)等。由于目前研究大多基于物聯(lián)網(wǎng)的信息安全防護(hù)體系開(kāi)展，隨著低壓系統(tǒng)中新元素逐漸增多，源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同控制、源荷互動(dòng)等具備應(yīng)用條件，基于新元素信息安全防護(hù)特點(diǎn)制定新型低壓配電系統(tǒng)的信息安全防護(hù)體系將至關(guān)重要。

綜上所述，相比于傳統(tǒng)低壓配電網(wǎng)，新型低壓配電系統(tǒng)源端具有躍變性雙向潮流特性；網(wǎng)端具有交直流混合發(fā)展特性；荷端具有柔性變化趨勢(shì)；數(shù)端則具有能源數(shù)據(jù)價(jià)值深度融合趨勢(shì)。新型低壓配電系統(tǒng)研究框架歸納如圖3 所示。

圖3 新型低壓配電系統(tǒng)研究框架Fig.3 Research framework of new low-voltage distribution system

4 新型低壓配電系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展展望

新型低壓配電系統(tǒng)目前正處于起步階段。隨著新能源占比的持續(xù)增長(zhǎng)，系統(tǒng)的特性將會(huì)越來(lái)越復(fù)雜，其建設(shè)、運(yùn)行、運(yùn)營(yíng)等理念需要不斷革新，各項(xiàng)技術(shù)也需要不斷發(fā)展，以支持經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。

4.1 數(shù)字孿生技術(shù)展望

1）寬頻測(cè)量與多頻段態(tài)勢(shì)感知技術(shù)

DG 普遍采用變換器與電網(wǎng)連接，使電力系統(tǒng)中的電力電子器件大量增加。而電力電子器件的寬頻特征也讓電力系統(tǒng)產(chǎn)生了多種頻段的特性［70］，從而產(chǎn)生電力電子化系統(tǒng)特有的問(wèn)題。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)測(cè)量并未考慮寬頻率的監(jiān)測(cè)。為了更加真實(shí)地感知新型低壓配電系統(tǒng)，應(yīng)研究寬頻測(cè)量的技術(shù)體系，包括采集、處理、通信和存儲(chǔ)等方案。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)充分挖掘多頻段數(shù)據(jù)反映出來(lái)的新型低壓配電系統(tǒng)特征，對(duì)新型低壓配電系統(tǒng)進(jìn)行多頻段的態(tài)勢(shì)感知。

2）分層數(shù)字孿生技術(shù)

雖然數(shù)字孿生技術(shù)具有高保真性、可擴(kuò)展性、互操作性等優(yōu)點(diǎn)［71］，但其對(duì)數(shù)據(jù)資源和計(jì)算資源的要求很高，應(yīng)用在新型低壓配電系統(tǒng)中容易受到現(xiàn)實(shí)條件的限制。為了提高數(shù)據(jù)孿生的實(shí)用性，應(yīng)研究分層數(shù)字孿生技術(shù)，在空間尺寸上，從單個(gè)設(shè)備、多設(shè)備聚合、全系統(tǒng)等尺度分別采用不同的孿生體；在業(yè)務(wù)層面上，針對(duì)穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)分析區(qū)分頻域和時(shí)域。

3）多領(lǐng)域交互技術(shù)

在新能源為主體的新型低壓配電系統(tǒng)中，電力系統(tǒng)受天氣的影響將十分顯著。同時(shí)，低碳化的目標(biāo)也在促使其他形式的源、荷進(jìn)行電氣化。新型低壓配電系統(tǒng)的特征不可避免地與氣象系統(tǒng)、其他能源系統(tǒng)產(chǎn)生密切的耦合。為適應(yīng)多個(gè)系統(tǒng)的耦合作用，應(yīng)研究多領(lǐng)域交互技術(shù)，分別對(duì)電力系統(tǒng)、氣象系統(tǒng)和其他能源系統(tǒng)的個(gè)體和系統(tǒng)建立孿生體，研究不同系統(tǒng)之間的交互接口，研究多領(lǐng)域仿真技術(shù)。

4）碳足跡時(shí)空模擬與優(yōu)化技術(shù)

能源的生產(chǎn)、傳輸、消費(fèi)產(chǎn)生溫室氣體，形成碳足跡。數(shù)字孿生技術(shù)為新型低壓配電系統(tǒng)的碳足跡定位、溯源及其優(yōu)化提供了清晰直觀(guān)、可推演的有力工具。為深度結(jié)合數(shù)字孿生技術(shù)與新型低壓配電系統(tǒng)碳足跡模擬，應(yīng)研究新型低壓配電系統(tǒng)碳足跡空間數(shù)字模擬技術(shù)、碳足跡時(shí)序推演技術(shù)、碳足跡優(yōu)化技術(shù)。

4.2 低壓直流配電技術(shù)展望

1）源網(wǎng)荷協(xié)同的低壓交直流配電網(wǎng)規(guī)劃運(yùn)行技術(shù)

低壓直流配電網(wǎng)對(duì)新型低壓配電系統(tǒng)接納DG具有多種優(yōu)點(diǎn)，但在以交流系統(tǒng)占據(jù)絕對(duì)主體的條件下，低壓直流配電網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用仍有許多障礙。與中壓配電網(wǎng)相比，低壓配電網(wǎng)本來(lái)就缺乏科學(xué)的規(guī)劃和優(yōu)化的運(yùn)行方法，面對(duì)新型低壓配電系統(tǒng)的升級(jí)發(fā)展，源網(wǎng)荷協(xié)同的低壓交直流配電網(wǎng)規(guī)劃運(yùn)行技術(shù)成為當(dāng)前最大的技術(shù)瓶頸。為提高低壓直流配電網(wǎng)的適應(yīng)性，應(yīng)著重研究交直流電網(wǎng)的交互方式，以及考慮不確定性的交直流新型低壓配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)規(guī)劃方法。未來(lái)，交直流微電網(wǎng)群協(xié)同控制技術(shù)也是值得關(guān)注的研究方向。

2）終端泛電氣化技術(shù)

終端用能從以往的電氣化，到當(dāng)前階段的再電氣化，而未來(lái)還將發(fā)展泛電氣化技術(shù)［72］。基于屋頂光伏發(fā)電容易階段性過(guò)載等特點(diǎn)，以低壓配電網(wǎng)中的電能尤其是過(guò)剩電能為主體形式，結(jié)合碳捕捉與泛電氣化技術(shù)利用電制氫、甲醇和有機(jī)材料等，最終支撐低壓用戶(hù)實(shí)現(xiàn)以可再生能源為原料的物品制造模式，并且提升終端電能的需求響應(yīng)能力，進(jìn)一步深化可再生能源對(duì)化石能源的替代。在新型低壓配電系統(tǒng)的平臺(tái)上，如何結(jié)合需求響應(yīng)建立高效的泛電氣化轉(zhuǎn)換和生產(chǎn)技術(shù)，是非常有前途的一個(gè)研究方向。

3）新能源主體下的系統(tǒng)安全成本評(píng)估

與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比，以隨機(jī)性、間歇性新能源為主體的新型低壓配電系統(tǒng)，其安全風(fēng)險(xiǎn)有本質(zhì)的變化。在以微網(wǎng)形式組織的低壓系統(tǒng)中，應(yīng)研究系統(tǒng)安全成本的評(píng)估方法，針對(duì)并、離網(wǎng)狀態(tài)以及不同時(shí)間尺度的運(yùn)行場(chǎng)景，建立系統(tǒng)運(yùn)行安全評(píng)估體系，研究對(duì)應(yīng)的防范手段，研究系統(tǒng)安全成本的分?jǐn)偡椒ā?/p>

4.3 云邊協(xié)同技術(shù)展望

1）軟件定義高性能邊緣計(jì)算終端技術(shù)

邊緣計(jì)算通過(guò)將云端的部分?jǐn)?shù)據(jù)應(yīng)用功能部署至數(shù)據(jù)源的邊緣節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的就地處理，通過(guò)分層協(xié)同模式解決海量數(shù)據(jù)處理與精細(xì)化分析的矛盾。邊緣計(jì)算終端是支撐云邊協(xié)同技術(shù)實(shí)現(xiàn)的重要載體。軟件定義高性能邊緣計(jì)算終端技術(shù)是指在物理資源虛擬化的基礎(chǔ)上，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)靈活、多樣和定制的系統(tǒng)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)終端硬件的賦值、賦能和賦智。應(yīng)加強(qiáng)邊緣計(jì)算終端的功能架構(gòu)設(shè)計(jì)、人工智能算法的深化和應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)等研發(fā)工作。

2）高維不確定性下的云邊協(xié)同感知技術(shù)

新型低壓配電系統(tǒng)將接入大量具有顯著不確定性的“源儲(chǔ)充微”元素。同時(shí)，隨著電力市場(chǎng)逐步開(kāi)放，用戶(hù)廣泛參與需求響應(yīng)，其行為的高度個(gè)性化將伴隨顯著不確定性，導(dǎo)致新型低壓配電系統(tǒng)難以預(yù)測(cè)。為此，需要研究云端、邊緣端的源荷不確定性感知技術(shù)，以及云邊協(xié)同下高維不確定性感知技術(shù)等。

3）兼顧多主體利益的云邊協(xié)同調(diào)控技術(shù)

新型低壓配電系統(tǒng)廣泛存在源、儲(chǔ)、荷多元可控設(shè)備，電網(wǎng)公司、儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)商、充電樁運(yùn)營(yíng)商、屋頂光伏業(yè)主等多元運(yùn)營(yíng)主體并存，在確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定前提下，最大化各運(yùn)營(yíng)主體的利益，應(yīng)研究考慮共識(shí)約束的多主體邊緣側(cè)分布式自治技術(shù)，研究基于博弈論的云邊協(xié)同調(diào)控技術(shù)等。

4.4 信息安全防護(hù)技術(shù)展望

1）多元化主體參與的信息安全技術(shù)

新型低壓配電系統(tǒng)包含各種“源儲(chǔ)充微”元素，將衍生出相應(yīng)的運(yùn)營(yíng)主體，如“光伏云”“儲(chǔ)能云”等，通過(guò)公共網(wǎng)絡(luò)參與到新型低壓配電系統(tǒng)的信息體系中。若各主體的隱私保護(hù)、身份信任、身份保護(hù)等信息安全機(jī)制存在漏洞，則易形成危及低壓系統(tǒng)運(yùn)行安全性的跨信息物理空間攻擊路徑。應(yīng)研究面向多主體協(xié)同的區(qū)塊鏈技術(shù)、基于共識(shí)機(jī)制的信息安全防護(hù)技術(shù)等。

2）多維立體的信息安全防護(hù)體系

不同于傳統(tǒng)低壓配電網(wǎng)的載波通信方式，伴隨新型低壓配電系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生的各類(lèi)智能設(shè)備依賴(lài)433 MHz、Zigbee 和運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)等3 種方式進(jìn)行無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸組網(wǎng)［73］。此類(lèi)通信方式下的信息安全問(wèn)題包括隱私保護(hù)、密鑰白盒攻擊、去信任、秘鑰攻擊、身份保護(hù)、防竊聽(tīng)等。防護(hù)技術(shù)應(yīng)在數(shù)據(jù)傳輸、聚合與發(fā)布、查詢(xún)3 個(gè)環(huán)節(jié)展開(kāi)。例如，在傳輸階段利用網(wǎng)絡(luò)中間盒技術(shù)提供反監(jiān)聽(tīng)防護(hù)［74］；在云端數(shù)據(jù)聚合階段利用同態(tài)加密算法提供隱私加密保護(hù)［75］；在數(shù)據(jù)查詢(xún)階段利用可搜索加密技術(shù)提供查詢(xún)內(nèi)容與結(jié)果保護(hù)［76］。為此，須研究同態(tài)加密、量子密碼等新型密碼技術(shù)，研究不同類(lèi)型防護(hù)技術(shù)的融合機(jī)制，從而形成多維立體的信息安全防護(hù)體系。

5 結(jié)語(yǔ)

中國(guó)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的提出使得電力行業(yè)開(kāi)始重新審視電力系統(tǒng)的形態(tài)，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，低壓配電系統(tǒng)從傳統(tǒng)被忽略的神經(jīng)末梢轉(zhuǎn)變?yōu)樾滦碗娏ο到y(tǒng)建設(shè)的重要組成部分，其使命也從單純支撐傳統(tǒng)低壓配售電業(yè)務(wù)擴(kuò)展為支撐海量分布式電源消納、終端大規(guī)模電能替代以及電力增值服務(wù)新業(yè)態(tài)開(kāi)展。具備透明化、低碳化、互動(dòng)化、靈活化和多元化特點(diǎn)的新型低壓配電系統(tǒng)將集成最新的信息通信技術(shù)與材料裝備技術(shù)，其規(guī)劃設(shè)計(jì)、運(yùn)行控制、運(yùn)維檢修和資產(chǎn)管理思路將極大地區(qū)別于傳統(tǒng)低壓配電系統(tǒng)，真正體現(xiàn)了“新型”電力系統(tǒng)的內(nèi)涵，具有巨大的發(fā)展?jié)摿εc產(chǎn)業(yè)化空間。隨著新材料、新器件、新裝備和新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，以及更充分地面臨市場(chǎng)挑戰(zhàn)，新型低壓配電系統(tǒng)仍有更多的創(chuàng)新發(fā)展空間值得期待。