能源转型时代配电公司的数字化与现代化

Marcio Szechtman

CIGRE前技术委员会主席、CIGRE 荣誉会员、IEEE/PES 终身会士

当前，配电网面临的挑战主要体现在四个方面：配电公司在能源转型或生态转型中的作用；在极端天气条件下恢复服务的敏捷措施；为新服务对自身进行重新定位，以成为配电系统运营商；为利益相关者、消费者和社会提供更高效的管理和更高的透明度。

欧洲、中东和北非及拉美地区的现状

在欧洲，根据欧盟行动计划“能源系统数字化”中的数据，大约70%配电领域的巨额投资将被用于利用数字技术实现电网现代化，包括数字孪生、数据交互分析、5G/6G、边缘计算、物联网设备、智能电表和网络安全等技术。在配网现代化和数字化建设举措方面，欧洲电力公司与全球电力公司的意见高度一致。例如，面向未来的架构将以边缘基础设施形式分散化；智能电表数据将会被用于改善电网监测；配网的管理结构将会去中心化；低压监控和数据采集（LV SCADA）平台将会集中化。未来，开放标准也会越来越多，如IEC 61850和IEC 60780 5 104。

我想分享一组有趣的数字来更好地介绍欧洲电力批发市场。2023年欧洲的电力需求下降了3.4%，同时欧洲日前电价为93欧元/兆瓦时。由于可再生能源的大量使用，负电价发生概率增加了12倍，新增的风能和太阳能发电量超过84 太瓦时。因此，所有的欧洲电力公司都在经历转型。

关于中东，我想谈谈埃及和约旦。这两个国家有着非常完善的CIGRE国家委员会，我个人对埃及和约旦电力市场也很熟悉。同时我确信迪拜、阿联酋、阿曼和沙特阿拉伯可能都面临着同样的需求和挑战。在埃及，电力公司通过利用政府机构为聚光太阳能市场及其工业应用扩大提供的大量服务、支持和机会，来吸引各类外国投资，同时寻求为配电网所有服务建立统一平台，积极与北非其他国家开展庞大合作计划。在约旦，电力公司侧重点则有所不同：他们侧重于建立新数据中心，实现数据中心与SAP云操作的互通。

拉丁美洲也面临类似挑战。能源（生态）转型，包括其他行业的电气化，可能会对电价产生影响，例如新建数据中心和氢负载。拉美地区还有一个特别的问题——许多国家的电价调整都是基于基准模范公司。从经济层面来看，这是一个激进的价格管制机制，每项成本都受到严格的管控。事实上，所有这些模型都是在30多年前的20世纪90年代设计的，那时根本没有碳中和、净零碳、能源转型等概念。因此，电力价格监管机制应该进行现代化改革，以支持配电公司为实现数字化转型和建设更高效、更清洁的电网及使用更多的可再生能源而进行的投资。这些都应该在电价得到体现，但目前这些因素还没有被考虑进来。简单来说，在拉美地区存在着投资和电价监管的两难选择。

与此同时，在南美洲，由于不确定性和可再生能源的逐步使用，配网的规划和运营变得日益复杂，许多配电企业在分布式光伏上仍然扮演着“被动”角色。系统平均停电持续时间指数（SAIDI）是指每个用户的平均停电持续时长，它与可再生能源渗透率呈正相关。这意味着可再生能源越多，电力供应的可预测性就越低。以美国为例，在可再生能源渗透率较高的州，配电SAIDI高达6小时45分钟。

巴西和墨西哥电力行业亮点

除了SAIDI指数之外，拉美地区另一个讨论的热点就是变压器的逆向功率流。随着分布式光伏的不断部署，变压器中存在潮逆向功率流的问题，需要开发技术方案来解决这些问题。在极端天气条件下保证电力的稳定供应是许多国家和地区电力公司面临的巨大挑战。以下是一个巴西电力公司例子。在这张图中，由于极端天气条件的影响，2023年底，SAIDI 从10小时增加到近30小时。上周，这家公司又再次发生了同样的问题。因此，它迫切需要数字化、现代化的解决方案，以可预测、敏捷的形式监控电力系统，从而降低SAIDI。

墨西哥的电力行业也正在进行类似的改革。他们已经为近4800万用户部署了800多万个智能电表，未来还会继续部署数百万个智能电表。这些智能电表是数字化解决方案的基石，提供能耗实时数据，实现电网的高效管理，减少技术线损和管理损失，并减少能源浪费和更高效地为电网接入可再生能源发电，最终推动全球可持续发展。

技术是应对一切挑战的利刃，也是全球配电公司实现可持续发展和社会公平业绩的关键驱动机制。一方面，我们需要为输配电公司聚合智能服务，使能它们的资产和业务监测以及和数据管理/分析，帮助它们更高效地应对极端天气事件，有效降低SAIDI。另一方面，谈到技术进步，我们需要共同推进标准和参考架构建设，如配电物联网（PDIoT）参考架构的标准。此外，更有效地利用光纤通信（如细粒度光传输网络，简称 fgOTN）也有着至关重要的作用，因为除其他要求外，现代电力系统比以往任何时候都需要更高的实时性。

总而言之，世界各地的配电公司或多或少都面临着以下挑战：提高业务运营效率以降低电价；不断增加的线损，尤其是管理（计费）线损；快速应对极端天气条件以避免长时间停电；以及更加透明的信息系统，从而打造良好的社会形象。电力公司该如何应对这些挑战？我们建议选择数字化解决方案和智能应用，通过创新的技术手段打通内部流程，聚合新的业务并在能源转型中发挥更积极的作用，同时不断发展配电系统运营商（DSO）业务，实现从电力公司向配电服务提供商的转变。

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