位于渤海之滨、海河之畔的天津，是中国北方最大的港口城市、环渤海地区经济中心。近年来，作为京津冀协同发展的重要一环，天津的高质量发展按下“加速键”。
城市发展离不开可靠电力供应。国网天津市电力公司经济技术研究院现代智慧配电网形态规划技术研究团队聚焦分布式能源、电动汽车等新业态，开展适应天津的现代智慧配电网研究，为天津电网发展提供重要技术支撑。
综合利用 多能互联更高效
夜幕降临，世纪钟表盘亮起，蜿蜒的海河两岸流光溢彩，灿若星河。古老的建筑、桥梁与现代化城市景观交相辉映，展现出独特的浪漫与魅力。
“夜津城”的繁华得益于现代智慧配电网的发展。作为重要的公共基础设施，配电网是保障电力供应“落得下、用得上”的重要环节。《天津市“十四五”城市基础设施建设实施方案》提出，建设坚强输配电网络，打造国内一流城市配电网。
2023年，国家电网有限公司加快构建现代智慧配电网，建成35个国际一流城市配电网先行示范区，天津是其中之一。
天津港航拍图。崔荣靖 摄
在国网天津市电力公司经济技术研究院，研究室窗前的玉兰树在风中摇曳，窗后的李娟聚精会神，在电脑上优化着配电网多能互联系统模型。
多能互联即耦合电、热、冷、气等能源系统，以分布式能源站的形式实现不同能源的相互转化，综合开发利用各类能源，提高能源利用效率。
城市供能系统能量传输示意图。
2015年，天津经研院组建了一支现代智慧配电网形态规划技术研究团队，重点攻关现代智慧配电网多能互联、柔性互联、网架优化等方向。
“配电网改造升级与天津城市发展的需求相契合，且天津经研院拥有非常优秀的研究型人才，因而顺利组建起一支科研团队。”国网天津市电力公司高级专家徐晶说。
李娟是第一批加入的成员。加入研究团队后，她持续开展城市能源互联网优化规划与综合评价技术研究，并负责为天津市中关村产业服务核心区制订综合能源系统建设方案和能源规划。
天津市中关村产业服务核心区坐落于天津市唯一的国家级产城融合示范区——北辰产城融合示范区，区域内聚集了许多高端装备制造企业、科技企业、研究机构等。
产业和城镇的融合发展带来大规模用能需求，也对区域内的供电可靠性提出更高要求。
如何最大程度提升能源利用率？如何提升配电网承载力以保障用能安全？这些现实问题亟待解决。
经过实地调研，统筹考虑该核心区的能源资源禀赋和消费特征后，李娟和团队成员编制了《支撑能源互联的城市配电网联合仿真与协同规划关键技术》方案，创新提出电与冷、热、气等多种能源多时空尺度、全过程互补特性的分析方法，实现了以分布式能源站为耦合节点的综合能源供应模式。
李娟：电能和其他能源混合后的耦合分析是难点。不同类型的能量在各自系统里的变化很复杂，而我们需要把不同的系统耦合在一起计算，这就更复杂了。
团队成员尝试了许多办法解决模型和计算的问题。最终，他们通过以电为核心的能源互联网多能流联合计算及仿真方法，对核心区的电网、热网、燃气网的能源潮流分布情况和节点电压、温度、气压水平等进行定量分析，建立了配电网与多种能源转换接口模型，实现了为不同能源数据统一建模，并且保证了快速计算，成功模拟了能源站的运行过程。
规划方案实施后，天津市中关村产业服务核心区能耗降低了27.7%，能源系统制冷年运行费用降低45.1%，供热年运行费用降低51.9%。目前，该项目成果已推广到北京、上海、山东等13个省市。
今年是李娟参加工作的第16年，她坦言在工作过程中，自己尝过沮丧、挫败的滋味，但每当研究取得小突破时，就感到很有成就感。
能量互济 柔性互联更智能
天津东临渤海、北依燕山，东亚季风盛行，日照条件充足，风、光资源丰富。截至今年一季度末，天津风电装机规模176.7万千瓦、光伏装机规模547.11万千瓦。
新能源为构建新型电力系统带来源源不断的活力，但风、光等自然资源具有很强的波动性，像难以驯服的烈马，性情不定。
天津经研院设计中心副主任高毅：常规电源是可控的，可以根据电力系统的需求进行调度，但是新能源发电受风、光的自然条件变化的限制，给电网的安全稳定运行带来挑战。
同时，分布式电源在接入电网的过程中会产生大量的谐波，而谐波会对电能质量造成影响。
传统的应对方法是增加台区供电变压器容量，但这又会带来台区运行经济性下降，变电站站址、廊道等现实条件难以满足扩建要求等问题。
能不能对几个台区进行可控的连接，从而既降低工程建设的难度，又能实现资源的更优配置、提升供电可靠性？
团队成员杨赫产生了创新的想法——安装低压交直流柔性互联装置。
今年32岁的杨赫从2018年开始从事配电网规划设计工作。2019年，他主动请缨加入现代智慧配电网形态规划技术研究团队，开展低压配电网交直流柔性互联研究。
常规配电网线路由机械开关控制，只有断开、合上两种状态。柔性互联技术通过柔性互联装置，实现用电力电子设备代替机械开关，从而对线路节点进行柔性操作，控制电能传输功率、传输时间、传输路径等，优化电能资源配置，提升设备利用率。
在新能源快速发展的趋势下，该装置可以实现分布式光伏与各类交直流负荷即插即用，提高区域源网荷储的可观、可测、可控能力，促进分布式能源开发利用，支撑大功率直流充电设施建设。
柔性互联装置本身还具有滤波功能，可以实现谐波治理，从而降低谐波对电能质量的危害，提高供电可靠性。
把纸面上的规划设计落到实处的过程并非一帆风顺，随着研究的深入，问题也接踵而至，其中就包括仿真模型的搭建。
“一般情况下，配电网仿真有一个通用模型，但我们发现通用模型与天津电网的实际情况不具有完全契合性，因此要建立符合天津配电网网架结构的仿真模型。这需要大量的配电网运行数据作为支撑。”杨赫说。
杨赫和团队成员耗时两个月，搜集、整理了天津配电网实际运行中的电压、电流、电量等数据，通过反复迭代计算，最终建立了比较符合天津配电网网架结构、同时也考虑了分布式能源未来发展趋势的配电网仿真模型。
从立项到结项，杨赫和团队成员攻坚克难，历时一年多，成功实现了柔性互联装置在天津低压配电网中的落地应用。
团队成员杨赫查看天津北辰大张庄智慧能源小镇交直流配电柜接线情况。范须露 摄
科研工作如同登山，每一步都不容易，越往上走，越艰辛。
杨赫对此却很乐观，他说：“不过度纠结，遇到问题就积极尝试新方法、新理论、新装置，这些是我思考得比较多的事情。”
环网供电 保障“最后一公里”
天津经研院3号楼的会议室窗明几净，团队成员王楠正在和同事讨论任务分工，制订下一步研究计划。
对于王楠来说，今年1月8日是一个值得纪念的好日子。那一天，她牵头负责的“低压配电网环网供电模式与运行策略研究”项目成功通过了国家电网有限公司2024年第一批科技项目评审。
团队成员讨论配电网仿真模型。张瑞 摄
配电网覆盖城乡区域，连接千家万户，是电力供应的“最后一公里”，影响着用户对用电的直观感受。
王楠在工作中发现，天津部分地区的低压配电网的供电可靠性还有待提升，因此萌生了研究具有典型性的低压配电网环网供电模式，提升低压配电网可靠性的想法。
“天津的低压配电网结构多呈辐射状。打个比方，这样的网架结构就像一棵大树，树干是低压母线，树枝是入户的供电线路，电通过树干，经由树枝，供给用户。这样的大树有很多棵，树与树之间只有树根通过土壤连在一起，而树枝都是独立的，互不联系。”王楠说。
在传统配电网结构里，一旦“这棵树的树干”（低压母线）出现问题，“这棵树的树枝”（末端线路）也会受到影响。
环网结构则是指电源和负荷点通过电力线路连接成环形，当环内任一段线路发生故障时，可迅速隔离、处理该故障段，不影响对负荷点的供电，提高电能质量和供电可靠性。
如果可以形成环网结构，通过“其他树的树干或树枝”给“这棵树的树枝”供电，那么就能最大程度保证用户端用电不受影响。
这听起来很简单，但真正着手研究时，却要考虑一系列因素。
首先是环网加在哪里的问题。王楠和团队成员基于源荷不确定性以及低压配电网单、三相特性的可靠性等因素，构建了分析低压配电网薄弱环节的可靠性仿真方法，通过测算关键量化指标进行结构优化，选择最优的环网供电模式。
电压和电流的变化十分复杂，在分布式电源大规模接入、电动汽车充电负荷不断攀升的新形势下，环网供电模式的运行策略、快速处理故障方法等也成为研究难点。
王楠：我们根据环网的特点，建立了云边端协同的通信方式，分层分级开展运行控制，同时通过拓扑识别进行故障信息判断，精准定位故障点。
谈起“低压配电网环网供电模式与运行策略研究”项目，王楠头头是道，但其实她在配电网领域刚工作4年多。
2009年，毕业于电力系统及其自动化专业的王楠，最初在国网天津市电力公司高压供电分公司工作。2012年，她调入天津经研院，开展主网变电站一次设计工作。
在推动配电网高质量发展的背景下，王楠的工作范围扩展到配电网领域，她也从“科研小白”逐渐成长为重要科研项目负责人。
工作内容的变化、研究身份的转变，给王楠带来不少挑战。
“设计工作和研究工作的工作思路不一样，电网设计工作要严格遵循各项规范，但研究工作重在创新，要敢于挑战常规，跳出思维惯性去发现问题、解决问题。”王楠说。
她应对挑战的秘籍是学习。“无论具体做哪方面的工作，都需要二次学习，提高把理论转化为现实的能力。”王楠告诉记者。
“低压配电网环网供电模式与运行策略研究”项目从筹备到立项，前后经历了半年时间，时间紧、任务重，研究团队经常加班到深夜，有时周末也不休息。
峰高无坦途，道远有恒心。建设现代智慧配电网任重道远，研究团队将步履不停，持续攻关现代智慧配电网韧性提升技术，助力天津打造“安全可靠、优质高效、绿色低碳、智能互动”的世界一流城市配电网。
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