国网天津市电力公司电力科学研究院：蜂巢配电网-未来配电系统新形态_33页_10mb

蜂巢配电网：未来配电系统新形态总结

核心内容

蜂巢配电网（Honeycomb Distribution Network, HDN） 是一种新型配电系统形态，旨在适应双碳目标下配电网的多重角色转变，如高比例分布式可再生能源接入、信息化与电力电子化、用户多样化需求、点对点能源交易等。HDN具有模块化、易扩展、节点和支路的广义柔性等特征，通过“蜂巢单元”实现区域自治与分层分群运行，提升系统可控性、兼容性、开放性和可靠性。

主要观点

• HDN是一种基于蜂巢结构的新型配电系统，能够灵活应对未来能源结构变化。
• HDN的构建基础包括：较小空间尺度（如整县光伏）、较大空间尺度（如跨区风电）、信息基础（如融合终端与微网EMS）。
• HDN的节点柔性通过储能、需求响应负荷、电网-电动汽车互动等方式实现，支路柔性则依赖FID（柔性接口联络装置）进行潮流连续调节。
• HDN支持多接口模块化设计，每个FID连接的蜂巢单元数量有限，避免重要节点依赖，提高系统可靠性。
• HDN可与多种未来配电系统形态融合，如低压直流储能微网、能源局域网、综合配电网、P2P结构等。
• HDN在运行中可实现经济性优化、N-1安全准则下的功率支援以及用能均衡。

关键信息

一、理论研究

1. HDN的核心特征：

   • 区域自治与分层分群运行
   • 多接口模块化设计
   • 节点与支路的广义柔性

2. HIEDS（蜂巢状综合能源配电系统）：

   • 由能源枢纽站（EHS）和综合能源基站组成，实现异质能源的转换、分配与存储。
   • 运行模型考虑总运行成本、微网与基站的功率平衡、多能流约束、供能元件实时出力约束等。
   • 算例显示，与传统结构相比，HDN可节省0.51%至0.84%的运行成本，并提升系统可靠性。

3. 规模化台区柔性互联HDN：

   • 首次考虑台区配变级的负荷转带，实现负荷的二次转供。
   • 采用分支定界算法求解，结合线性规划松弛和凸包络近似，提升计算效率。
   • 在算例中，FID端口容量增长导致TSC（供电能力）呈现三阶段变化规律，形成两个明显拐点。

4. 基于安全域的HDN分层分群协调控制：

   • 采用安全域（DSSR）方法进行优化，简化运行约束，提升HDN的优化运行效率。
   • 配电网解耦建模与等效模型构建，有助于实现HDN的高效控制。

二、应用探索

1. 多台区“边-边通讯”本地协同控制：

   • 在滨海地区试点9台柔性互联装置，布置8台直流智能电缆分支箱、12套台区融合终端、1套柔直协控装置。
   • 面向光伏、储能、电动汽车有序充电桩、无功补偿设备等灵活性资源，实现本地协同控制。

2. 天津宝坻九园工业园区HDN构想：

   • 该工业园区发展高端装备制造、新能源新材料、石材生产等产业。
   • 选取12家代表性企业进行分析，认为建设自洽微网（蜂窝单元）具有较高可行性。
   • 提出两种组网方案：六端口基站方案与蜂巢网络方案，六端口方案投资较少，可靠性更高。
   • 一期建设3台六端口基站，每台基站约250万元，总投资估算为400万元/台，考虑储能与控制系统费用。

3. 广义HDN—雪花配电网：

   • 不考虑HDN的区域自治与广义柔性，扩展配电网的范畴，有助于找到向HDN过渡的现状网起点。
   • 通过网孔状结构实现广义HDN的数字化精准描述。

三、研究成果

• 已发表论文8篇，其中SCI论文2篇，E期刊论文4篇。
• 申请发明专利4项，其中授权3项。
• 通过理论研究和工程实践，初步验证了HDN的可行性与优势。

总结展望

蜂巢配电网作为未来配电系统的新形态，具有良好的适应性和扩展性，能够满足高比例分布式可再生能源接入、信息化与电力电子化、用户多样化需求等多重目标。其模块化设计、区域自治、节点与支路的广义柔性等特性，为提升配电网的可控性、兼容性、开放性和可靠性提供了新的思路。

在应用层面，HDN已在天津地区开展工程实践，初步验证了其在经济性、安全性及可靠性方面的优势。未来，随着电动汽车、储能等技术的进一步发展，HDN的推广与应用前景广阔，有望成为智能电网的重要组成部分。

此外，HDN的广义网络模型有助于实现更广泛的配电网结构描述，为未来智能配电网的数字化与智能化提供支撑。