配电网突然成为能源行业的热点和焦点。我们为什么开始纷纷谈论配电网？因为分布式新能源、不符合预期的新负荷，还有那些迅速增长的电动汽车们，实在是上得太快太多了！
传统配电网是单向电流动，只接收负荷，变压器为普通配电网台区变压器，配以简单的保护和自动化、通信设备，以实现最基本的两遥或者三遥操作。当下和未来的配电网，即所谓的智能配电网将拥有复杂的分布式供电系统，造就了配电网双向潮流，需要安装智能电表、智能网关等测量装置，同时其低压侧还存在储能设备和电动汽车等并入电网，需要配电网对低压端口进行调控和双向通信，不论中压还是低压都将配有复杂的线路保护。
（来源：微信公众号“电联新媒”作者：廖宇）
这些巨大的变化来自于飞速发展的新能源并网。2024年，德国的新能源发电量占比已经超过60%，至今，德国电力网络在几十年的发展过程中已经成为欧洲最坚强的电网系统，年平均停电时间在12分钟以内。但尽管如此，也只有少数配电网运营商拥有效率极高的监控系统，能够快速、经常性地应对动态的发电曲线、潮流逆向、配网侧频繁无功补偿装置投切和电压调节等新的挑战。
配电网如何调节频率？如何调节电压？这在以前是输电网的任务，随着分布式发电比例的提高，这一任务现在落到了配电网的肩上。
配电网何以成为“永动机”
严格意义上讲，一向“屈居人下”的配电网，因为其电压等级低、情况复杂，一直被输电网当作调节的对象而不是平等的合作者。但是在新能源规模越来越大的当下，输电网已经搬走了所有的“压舱石”，现在需要配电网成为“永动机”。
调频市场
当一个电网中的功率失衡时，前30秒内，电网的转动惯量会起作用，也可称为瞬时备用，亦即一次备用。
一次备用功率需要在30秒内完全激活，并且必须至少提供15分钟的备用。一次备用的提供方主要是火电厂的旋转备用。整个欧洲大陆区域，一次备用功率大约为3吉瓦，可以支持任何时候两个或三个大型电站机组同时发生故障的情况。
15分钟到半小时这个时间段是频率控制的重点。当二次备用启动后，一次备用被代替，以便尽快尽可能地使一次备用为其他需要功率调节的情况提供支持。二次备用大多是电池储能，以及能快速启动的水电和抽水蓄能电站。
三次备用在45分钟甚至一小时后会被启动。除了旋转备用以外，可以作为三次备用的还有能够迅速开机的电厂，如燃气轮机电厂。
这种三次备用单列的市场模式影响着不同类型电厂的收益模型，同时与需求侧管理相结合，在不同的时序上，构建反向回馈电网的发电可能，可以极大程度地丰富能源互联网的金融收益空间，并且能大批量地引入边际成本几乎为零的可再生能源进入能源供应体系。从这个角度来看，如果要建设新能源比例超过50%的能源互联网体系，一个基于配网端的多元化、并与收益挂钩的备用容量市场几乎就是必需的。
无功市场
光伏和风电发出的电都要经过逆变或整流才能成为50赫兹的交流电，传统的逆变器无法提供无功功率，而传统电厂的规模容量在能源占比中逐渐下降，使得电网能够用以调控功率因数的手段越来越少，而目前电价只以有功功率来衡量也使得调用无功功率更加困难。目前还没有一个国家建立起无功功率市场，但随着光伏和风电的增加，无功功率可能也需要建立一个市场来反映其价值, 这对提高电网的功率因数、减小线损有很大的帮助。
新能源发电占比已经超过60%的德国，很早就在eTelligence和RegModHarz示范项目中进行了无功功率市场的模拟，其价格有时候能达到60欧元/兆瓦的水平，即有功功率电价的两倍。这一市场的引入更多的是为了给消费者灌输一种理念：即电网的辅助服务并非只能以“义务”的形式存在，实际上辅助服务同样可以有合适的商业模式。
灵活性管理
需求侧响应和储能可以统称为负荷侧的灵活性管理，能够在一定时间内增加或者减少功率。对于层级式电网管理来说，细胞电网、微电网对上级电网的电力进出口也可以看作是给配电网提供的灵活性。
我们首先要承认接入配电网的主体不再是单一的负荷消耗者，也存在很多电力生产者，他们的生产非常灵活且和负荷融为一体，产销难辨。因此，灵活性的本质是在时序、功率颗粒度上对配电网内的产销者提供可预期的管理。我们要承认这些产销者的诉求来自于他们对预期的管理，而不是实际的需求。这一点变化非常重要，且一般难于理解。但这恰恰就是配电网最大的转变。
储能并没有实际的用电需求，它只是对价格信号进行追逐。电网企业必须尝试去理解这一点，市场信号的作用就是去管理这些预期并且利用这样的预期优化系统运行，避免各类主体同时处于用电高峰。
为此，电网正在对配售电侧进行重构：除去发电侧的AGC电厂自动化和输电网的EMS能量自动化控制，整个智能电网的精华几乎全部集聚在配电和用户端：地理信息系统GIS，智能表计AMI，需求侧响应DSM，资产管理Asset，电力交易系统Trading，能效管理分析EA，移动操作端App等，可以挖掘很多创新点。
调度中心对配电网原本没有抱太高的期望。多年以来，馈线自动化、故障检测和隔离、电压无功优化、潮流及短路电流计算这些基本配置优化功能均可通过各种自动化设备与风机、光伏板、储能装置相连并实现控制，以达到优化电网控制的目的。对此，一般可以看作是配电网自动化的高级应用。
但随着移动互联网和通讯技术的发展，智能电表的大量安装必然在配电网形成海量大数据。结合需求侧管理技术应用的智能配电网可以使大规模新能源并网的经济性最优化，充分利用有限的电网传输容量，并且保证高质量的电能供应。当然，需求侧和售电端的灵活应用依赖于电力体制的变化，也将伴随着能源供应和科技发展的变化而变化。
不论怎样，新型电力系统场景下的配电网将主要包括以下关键要素：新能源发电，即节能环保的发电形式，更具可持续性的智能化发电模式；电力数据的测量和处理，如智能电表、大数据云端处理、智能网关；智能电力消费终端，如智能产业园区、智能楼宇、智能工厂、智能家居等；多种储能和电动汽车等智能负荷。同时还有更加开放的市场机制，以便于在配电网内开展电力服务、电力保障和电力交易。
这些应用无论出现在智能手机PAD还是电脑终端，指向的用户群只可能是有特定需求的个人或者能耗企业。可以说在10年之内，随着电力在国家能源整体消费中的比例不断提升，配网的调节能力和企业能源管理将成为最受人关注的焦点，以及最需要跨界组合的新业务增长点。
我们必须明确地提出结论：以大数据和移动互联网技术为基础的节能增效软件，是所有电网自动化控制系统最终的重点和难点所在。它将凝聚着电网自动化领域最高的智慧，同时伴随着电动汽车、智能建筑、分布式能源和电力交易的发展，带着这些新生事物真正走进千家万户，面对终端消费者。
这就是智能配电网的终极目标。是的，它将是“永动机”，能自主地应对配电网用户侧任何细致入微的变化，提供永无止尽的灵活性。
最早提出能源互联网的里夫金大约在10年前就这样描述，“到2030年，每个商业企业都会成为一个数据中心、可再生能源生成点以及电动汽车充电站，都会成为网络中的一个节点。它们能够做到跨境实时收集数据，而这些数据将被传输到通讯、能源、交通网络上，从而让每个行业都能通过网络更有效、更高效地管理、赋能、驱动自身的经济活动。也就是说，到2030年，我们会有一个‘全球大脑神经系统’，实时同步数据，构建零边际成本社会，这也意味着社会企业家精神的潜在蔓延和经济机会的大幅增加。”
严格意义上讲，在类似的模式出现以前，单纯的能源转型并未实现真正的转型，实际上只是新能源在增加以及电网在增强，全球知名未来学家里夫金作为沃顿商学院毕业的高材生，其高明之处不在于多么具体地描述了能源互联网的蓝图，而是以经济学家的视角指出了这场能源转型的实质：零边际成本——零成本才得以泛在，正如让信息成为零边际成本的互联网。
所以严格意义上来讲，以新能源为主的能源系统最重要的任务并非是物理和数学意义上的消纳新能源，而是整个能源经济系统是否做好了容许边际成本近乎于零的新能源彻底扭转整个行业的运营逻辑，以及对配售电体系进行重构。
超过900家的德国配电网运营商运营着超过178万千米的电力网络，其中多数是低压网络，连接着本地的配电网运营商，最终并入高压网络。这种布局已经存在了数十年没有改变，这些传统网络是上个世纪设计的，并没有考虑应对大规模新能源并入、大量节能减排要求和新的经济性指标，所以配电网升级换代已经刻不容缓。尽管技术落后，比如智能电表的比例极低，依旧存在手动抄表等场景，却反而倒逼德国在市场设计上以灵活开放的理念去弥补技术产品的匮乏。在这一背景下，德国的配电网市场反而成了欧洲乃至全世界最具活力的开放性市场。
德国政府近年来不断修改法律，促进配电网侧的规划更新、价格信号引导，让大家愿意投资配电网、愿意参加配网的各种收益型市场。在一个创新项目中，用户侧接受到来自电网中心调度室的数据处理结果，居民可以通过模拟指示器看到未来12小时内预测的电价，该指示器用红色、黄色、绿色来表示电能的价格变化。在允许的范围内，用户可以自己通过智能手机提前决定启用哪些设备。在这种情况下，用户可以通过从电网得到的实时信息，制定更为灵活和复杂的负荷管理策略，而在电网的控制端，也可以根据用户用电的反馈，提早计划各个不同能源载体的接入。
实时在线，双向互动，这就是最清晰有效的能源信息流。从2024年起，德国的电网运营商将不再被允许拒绝接入新的热泵或电动汽车私人充电设施，但他们将能够在过载的情况下限制供应，不再允许完全关闭可控消耗设备。这也适用于阳台光伏发电和光伏系统的运营商。
这个模式功率界限是4.2千瓦，任何高于这一数字的电力设备会被要求随时被调整到4.2千瓦及以下。
聚沙成塔，每一粒沙子的最小颗粒度，目前就是4.2千瓦。
无限接入和可以操控，是解决用户侧围墙问题的关键点。
打造能源互联网生态圈
在互联网进入能源行业之前，成熟的电力行业其实已经达到了一个很高的境界：厂网分开，输配分离，配售分开，现货市场——这十六个字描述之下的电力生态圈非常健康，电厂与电网连接有序并且数字化、自动化程度很高，输电网坚强智能，自动化和信息化水平也很高，成百上千的中小公司依托大的电力公司作为行业领头羊进行细分领域的耕耘，需求侧响应、能效管理、分布式能源站、多能互补等偏用户侧的技术层出不穷，十几年来就没停过。在如德国法国这样市场化程度比较高的国家，OTT即过顶虚拟运营业务（Over The Top）繁荣昌盛，电网公司们已经被成功管道化，用户都在互联网小公司以及虚拟运营商手里。
但自从2014年“能源+互联网”高频亮出后，电网公司高层们突然反应过来，同样是基础设施的OT（运营），无论是数字化还是通信系统，包括天然气、水、热等，运营的条件和难度都是类似，还不如综合到一起打穿互联网的底部，把电力网与其他网整合在一起开展综合运营，如此一来效益倍增，同时提升竞争门槛，化解日进斗金的互联网公司抢夺地盘的忧虞。
配售电体系的变量就是电价。没有高昂的价格就不会有用户节能，没有高低多变的价格就不会有用户关注能效，没有多元的电力产品和服务品种就不会刺激到用户的多种需求，人类发明了复杂的电力市场就是用来应对和调节市场的需求变化的。但目前的背景之下，无论是现货市场，还是虚拟电厂、需求侧响应、储能都只是加了新标签的电力系统场景下的生产工具。
未来，在以新能源为主体的新型电力系统背景下，市场上会出现大量新型主体参与电力交易 ，通常有以下几种：
专注于收购发电侧电力并将电能在电力现货、期货以及场外交易市场交易的批发商。参与电力批发市场的角色中又有细分，譬如发电集团的销售部门和下属营销公司专注于提高电站的销售收入并合理避险，而倒电商则希望能从市场的电价变化中投机并获得收益，银行和金融机构作为做市商，起到了最高层级的风险承担作用。
专注于分析用电侧负荷并管理客户，通过不同的市场手段购买电能并制定终端电价销售给客户的零售商。客户关系和定价就是此类售电商关注的核心。在自由市场中，零售商要对目标客户群体有深入的了解，产品设计与服务都要以客户为导向。
帮助新能源电站销售电力，以绿色电力为营销重点的可再生能源直接上网售电商。该类电力贸易公司既需要管理众多的分布式可再生能源电站，还要通过接入电力现货市场和场外交易市场保证新能源电力销售渠道的畅通，他们重视利用市场和气象信息并投入大量的精力在预测和数据分析上。与可再生能源相关的业务受政策的影响比较大，但是在发展可再生能源的大环境和新能源电力销售市场化的大趋势下，这类公司也逐渐形成了独有的商业模式。
集合了众多电站、储能及需求侧管理资源并能快速响应市场价格信号的虚拟电厂运营商。该类公司是典型的以新能源为主的电力市场的后起之秀，却有着巨大的发展潜力。
在市场的作用下，颗粒度更细、时间更短的预测是为了在用户侧提供更灵活的服务可能，我们通常把电力公司称为公用事业（Utility），它代表的是一种公共和基础的底层服务，长久以来以卖电提供用电服务只是最简单也是最直接的商业模式。
在这个生态圈里，电力公司类似大自然的搬运工，生产电力的搬运工，它将电力从电源输送到千家万户，然后收取电费作为营收和利润的来源。现在，越来越多的用户拥有分布式能源、电动汽车、储能，当有盈余时，他们自然希望将电力卖给其他需要的人。电力消费者的消费模式和消费期待完全变了。当这样使用电力的人越来越多，当可以提供的电力远远超过实际需求时，卖电这个简单有效的商业模式就走到了尽头。
电力系统发展至新能源为主体后，人们希望的是电力公司从Utility变成Flexibility灵活性，即从一个公司变成一种服务的载体，从一份期待变成一种选择。可以说在10年之内，只要我们坚持新能源发展的方向不逆转，这种新能源的不稳定性必然通过配电网传递到售电侧，最终要通过不同的投资组合产品来获取用户的利润和黏合度。
我们必须明确地提出结论：以大数据和移动互联网技术为基础的售电服务平台，将凝聚着电力领域最高的智慧劳动，同时伴随着电动汽车、智能建筑、分布式能源和电力交易这些新生事物真正走进千家万户面对终端消费者。在这个过程中，为用户定制而生的灵活性就成为必然。
所以，定制的灵活性、精密的预期控制、复杂多元的市场交易产品组合，这一切都让配网成为一个“永动机”，只要电能不停，配售电的重构也永不停。我们不必纠结“永动机”的来源构成是否合理，它代表的是面向未来的创新预期，“压舱石”代表的是以不变应万变的拆解思路，而“永动机”代表的却是顺应变化、以瞬息万变为应对策略的新思路。
