新型电力系统背景下配电网数字化技术应用研究

中图分类号：TU756 文献标识码：A

1、引言

在能源转型与“双碳”目标的强力驱动下，新型电力系统建设已然跃升为全球能源革命的核心关键议题。配电网作为能源生产与消费之间紧密相连的关键纽带，其形态与功能正经历着脱胎换骨般的根本性变革。分布式光伏、风电、储能系统以及电动汽车充电设施的大规模接入，正推动配电网从传统的单向供电网络，逐步转变为具备多能互补、源网荷储协同运行能力的复杂系统。

2、配电网数字化技术架构

2.1、感知层

配电网数字化建设以泛在电力物联网为基础，通过部署高精度传感器、智能电表和分布式终端，实现电气量、状态量与环境量的全域精准感知。如天津大学搭建的边缘计算模拟实验平台，在关键位置部署微功率传感器，以毫秒级速度采集关键参数，为配电网监测分析提供数据支撑。数据融合技术在此过程中不可或缺，它通过多协议适配解决数据传输兼容问题，利用时空对齐消除数据时空差异，再经特征提取挖掘有价值信息，将异构数据转化为统一格式，为上层分析决策提供高质量数据。

2.2、网络层

在配电网数字化进程中，通信与算力体系及数据安全技术发挥关键作用。5G、光纤专网与电力线载波通信（PLC）融合应用，凭借各自优势互补，为配电网构建起低时延、高可靠的通信保障。边缘计算与云计算协同部署，形成“云 - 边 - 端”三级算力体系，如国网江苏电力借此实现主动配电网优化调度中的毫秒级响应。

2.3、应用层

人工智能算法与数字孪生技术为配电网智能化发展提供了有力支撑。人工智能算法在配电网负荷预测、故障诊断及优化调度等场景应用广泛。以国网宁夏电力为例，其在新能源无功优化中构建基于安全强化学习的双层鲁棒优化模型，借助历史数据离线训练，达成对风电、光伏出力不确定性的自适应调控。

3、配电网数字化技术应用场景

3.1、分布式能源接入与消纳

分布式光伏、风电固有的间歇性与波动性特征，给配电网稳定运行带来挑战。数字化技术凭借精准预测与智能调控手段，大幅增强了新能源的消纳能力。比如，山东建筑大学在风光沼储交直流混合微电网优化项目里，运用多目标优化算法，达成了新能源利用率、经济成本以及碳排放三者的最优均衡。

虚拟电厂（VPP）技术可聚合分布式资源，参与电网调峰调频工作。例如，上海交通大学在数据中心聚合商策略制定中，借助需求响应机制，将数据中心 IT 负荷转化为可调节资源，有效提升了系统的灵活性。

3.2、电动汽车充电负荷管理

电动汽车充电负荷在时空上的不确定性，进一步拉大了配电网的峰谷差。数字化技术通过智能调度与车网互动（V2G）技术，实现了充电负荷在时空维度上的转移。

有序充电技术通过动态调整充电功率，有效避免了局部电网过载问题。例如，国网潍坊供电公司在农村微电网建设中，部署了基于负荷预测的有序充电系统，使充电设施利用率提高了30%。

3.3、故障快速定位与自愈

配电网故障的快速定位与自愈能力，是保障供电可靠性的关键所在。数字化技术借助行波测距、分布式故障指示器以及自愈控制算法，大幅缩短了故障恢复时间。

自愈控制技术通过自动重构网络拓扑结构，恢复了非故障区域的供电。例如，国网冀北电力在光伏接入配电网项目中，采用基于NSGA-II 算法的自愈策略，使电压偏差降低了15%。

4、配电网数字化技术实施路径

4.1、技术标准与规范体系

配电网数字化涵盖多类型、多厂商设备以及功能各异的系统，由于技术背景和研发思路存在差异，缺乏统一标准会阻碍设备与系统间的互联互通，进而影响建设进度和运行效率。因此，构建全面、统一且具有前瞻性的技术标准体系迫在眉睫。

IEC 61850 标准在变电站自动化领域成功应用，为配电网提供了宝贵经验。该标准为变电站设备通信搭建了清晰的框架与协议，让不同厂家的设备能够顺利交互数据、协同运作。在配电网数字化建设中，可借鉴其部分理念和通信机制，为设备通信提供可靠参照，确保信息准确高效传输，避免数据丢失、误码等情况，提升系统稳定性与可靠性。

除通信标准外，还需制定多方面规范。数据接口规范应明确设备和系统间数据传输的格式、速率、接口类型等参数，保障数据在各节点顺畅流动，实现共享交互。安全防护规范是系统安全运行的保障，随着数字化程度加深，配电网面临黑客攻击、数据泄露等网络安全威胁，需制定严格规范，涵盖访问控制、数据加密、入侵检测等，构建多层次防护体系。

4.2、基础设施升级与改造

基础设施升级与改造是配电网数字化建设的基础，主要包含一次设备智能化改造和算力基础设施建设两方面。

一次设备智能化改造聚焦关键设备升级。加装智能融合终端，能实时采集处理配电网电气量、状态量等信息，与上级系统通信，实现运行状态实时监测和精准控制，及时发现并处理故障，提升运行效率与可靠性。分布式 DTU 可增强数据传输能力，集中处理转发分散采集数据，确保数据快速准确传至监控中心等系统，为调度运行提供数据支撑。

算力基础设施建设旨在构建高效可靠支撑体系。建设 5G 专网，凭借其高速率、低时延、大容量特点，可满足大量设备实时通信需求，为智能化控制、远程监控等应用提供保障。建设边缘计算节点能提高数据处理和分析效率，避免带宽压力与处理时延过长。云平台建设则提供强大存储和计算能力，助力大数据分析、挖掘和建模，为配电网规划、运行和维护提供决策支持。

4.3、人才队伍与生态建设

配电网数字化建设是一项复杂的系统工程，其推进离不开高素质复合型人才的坚实支撑。高校作为人才培养的重要阵地，应当强化电力与信息技术交叉学科的建设力度，充分整合相关专业优势资源，精心开设跨学科课程并明确研究方向，致力于培养既精通电力专业知识，又熟练掌握信息技术与通信技术的复合型人才，例如开设智能电网技术等相关课程。

企业作为配电网数字化建设的主体力量，要积极承担起在职人员技能培训的责任，通过内部培训、邀请专家开展讲座、组织外部交流活动等多种方式，全方位提升员工的技术水平和业务能力。

5、挑战与展望

5.1、挑战（1）数据安全挑战

配电网数字化进程中，需对海量数据进行采集、传输与存储，这些数据包含电网运行状态、用户用电行为及设备健康状况等核心信息。一旦数据遭受黑客攻击或恶意篡改，电网控制指令可能被篡改，进而引发系统瘫痪甚至大面积停电。例如，攻击者若入侵智能电表或配电终端，伪造用电数据或控制信号，会导致电网调度决策出现偏差。此外，随着配电网与互联网、物联网深度融合，攻击面持续扩大，传统安全防护机制已难以抵御新型网络威胁。

（2）隐私保护挑战

在配电网数字化过程中，收集与分析用户用电数据成为常态。这些数据不仅能反映用户用电习惯，还可能间接泄露用户的个人信息、生活习惯乃至经济状况。比如，通过分析用户用电模式，可推断出用户是否在家、是否使用特定电器等。若这些数据被不当利用或泄露，将严重侵犯用户隐私权。因此，在保障电网运行效率的同时保护用户隐私安全，成为配电网数字化亟待解决的重要问题。

（3）技术经济性挑战

配电网数字化改造需巨额资金投入，涵盖智能设备购置、通信网络升级、云平台搭建以及人员培训等方面。这些投资短期内难以直接转化为经济效益，致使企业投资意愿不高。而且，数字化技术更新换代快，企业需不断投入资金进行技术升级和设备更换，运营成本进一步增加。所以，在保证技术先进性的前提下，降低投资成本、提高投资回报率，是配电网数字化技术推广应用的关键所在。

（4）标准与规范缺失

配电网数字化涉及多领域技术融合，但目前相关标准与规范仍不健全。不同厂商的设备接口、通信协议、数据格式存在差异，导致设备间难以互联互通与互操作。这不仅提升了系统集成的难度与成本，还可能影响系统的稳定性与可靠性。因此，制定统一的技术标准与规范，是推动配电网数字化技术健康发展的关键。

（5）人才短缺

配电网数字化技术需要电力与信息技术兼备的复合型人才，但目前这类人才稀缺，难以满足行业快速发展需求。高校与职业院校在相关专业设置和课程体系建设上滞后，人才培养与市场需求脱节。因此，加强人才培养与引进，提升从业人员专业素质和技能水平，是配电网数字化技术推广应用的重要支撑。

5.2、展望（1）全息感知

未来配电网将达成全息感知目标，即借助大量部署的传感器与智能终端，达成对电网运行状态的全方位、实时监测。这些传感器将全面覆盖电网各环节，涵盖发电、输电、变电、配电以及用电等，编织成一张细密的感知网络。通过全息感知，电网运营商能够实时掌握电网运行状态、设备健康状况以及用户用电需求等多方面信息，为精准调度与优化运行提供坚实的数据支撑。

（2）自主决策

伴随人工智能技术的持续进步，未来配电网将拥有更强的自主决策能力。通过搭建智能决策系统，电网运营商可实现对电网运行状态的实时分析与预测，并自动生成最优的调度策略与控制指令。例如，在分布式能源大规模接入的情境下，智能决策系统能依据实时气象数据、用户用电需求以及电网运行状态等信息，自动调整分布式电源的出力计划与储能系统的充放电策略，实现新能源的最大化消纳以及电网的稳定运行。

（3）泛在互联

未来配电网将实现泛在互联，也就是通过构建统一的通信网络与数据平台，达成电网内部各设备之间以及电网与外部系统之间的互联互通。这将打破信息孤岛现象，推动数据的共享与流通，为电网的智能化运行提供有力保障。

（4）量子通信与人工智能大模型的应用

在安全防护领域，量子通信技术有望成为未来配电网的关键选择。量子通信具备无条件安全性，可有效抵御黑客攻击与数据窃取等威胁。引入量子通信技术，能够构建更加安全可靠的电网通信网络，保障电网控制指令与用户用电数据的安全传输。

在智能决策方面，人工智能大模型或将发挥关键作用。通过海量数据的训练，人工智能大模型可实现对电网运行状态的精准预测与优化调度。例如，利用深度学习算法挖掘与分析历史数据，能构建更精准的负荷预测模型；借助强化学习算法处理与决策实时数据，可实现电网的自主优化与自适应控制。

（5）国际合作与标准全球化

配电网数字化是全球能源转型与电力系统发展的重要趋势。为推动这一进程，需加强国际合作与交流，携手应对技术挑战与市场壁垒。通过参与国际标准制定与认证体系构建，能推动我国配电网数字化技术的国际化发展，提升我国在新型电力系统领域的国际竞争力。同时，还可借鉴国外先进经验与技术成果，加速我国配电网数字化技术的创新与应用。

尽管配电网数字化技术面临诸多挑战，但其发展前景依旧广阔。通过在技术创新、标准制定、人才培养以及国际合作等方面持续发力，可推动配电网数字化技术不断进步，为电力系统的安全、高效、绿色运行提供坚实支撑。

6、结束语

配电网数字化技术堪称新型电力系统建设的核心驱动力与关键支撑要素。借助构建多层级感知体系、搭建边 - 云协同计算平台以及打造智能决策系统等举措，数字化技术让配电网的承载能力、运行灵活性与系统可靠性得到了大幅提升。展望未来，为推动配电网朝着更高水平的数字化、智能化方向稳步迈进，我们需在技术创新上持续深耕，在标准制定上加快步伐，在生态建设上协同发力。通过多管齐下，为能源转型的顺利推进以及“双碳”目标的如期实现筑牢坚实根基、提供有力保障。

参考文献：

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