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随着“双碳”目标的提出，智能配电系统呈现安全可靠、绿色高效、灵活互动的技术特征，而高比例分布式电源及海量电力电子装备的接入给配电网带来了许多新的复杂问题，因此亟须针对新形态、新问题深入开展相关研究。本节围绕十大智能配电关键技术，简单介绍智能配电技术的范围。智能配电关键技术如图2-1所示。
图2-1 智能配电关键技术
与现有配电网对分布式电源的被动接受不同，主动配电系统可以通过对分布式能源、储能装置、可控负荷等分布式资源采取优化控制、改变网络拓扑、控制网内潮流、需求侧响应等手段，实现分布式能源的优化运行，减小分布式电源大量并网对电网造成的冲击，实现可再生能源的充分利用和碳排放的最小化。根据规划对象和目标的不同，配电主动规划技术又可分为中低压协同规划技术、“源网荷储”规划技术、多能互补规划技术、一二次协同规划技术和智慧城市规划技术等。
自愈作为智能配电网的重要功能之一，其首要目的是减小甚至避免故障对系统的影响，保证电网安全稳定运行，其最终目标是为用户提供理想的电力服务，从而提高系统的安全性、可靠性和用户的满意度。配电网态势感知技术通过态势觉察、理解、预测三个阶段，实现配电网、环境和设备当前状态和趋势的可观、可控和可测，适时协同地辨识风险并解决问题，保障新能源消纳和系统经济可靠运行。在态势觉察阶段，基于PMU优化配置和高级量测体系构建等技术实现配电网运行状态的实时在线监测；在态势理解阶段，利用含分布式电源的配电三相状态估计、不确定性潮流等技术实现配电网分析与评估；在态势预测阶段，通过开展分布式电源出力预测、负荷分层分级预测等，实现对配电网运行态势的预测。此外，充分利用接入配电网的灵活性资源，研究分布式电源/微电网/柔性负荷与配电网协调控制技术，从而提高配电网的供电可靠性与运行灵活性。
配电网中接入的新型配电设备越来越多，如何有效管理、高效利用各类设备成为新难题。重点包括以下几方面：研究多样化配电设备的资产全生命周期管理技术，实现从标准、品控、运维、事故分析到退役的全生命周期量化评估；研究配电装备状态监测、评估和检修技术，利用红外摄像、无人机、机器人等技术实现智能巡检和配电不停电作业；深入挖掘环保气体、植物绝缘油等新材料新技术在智能配电网中的应用。
智能电力设备基于对自身的智能感知、状态分析与健康管理而具备自主思维能力，具体实现方法是在电力设备本体上配置嵌入式传感器与AI模块，完成本体信息采集、就近计算与信息交互，使电力设备本身具备“智慧”功能。一二次融合智能配电开关是当前研究的一个重点，主要朝着集成化、标准化和智能化方向发展，其中，一二次融合柱上开关在结构、功能方面融合程度较深，主要在取能、低功耗和监测方面开展研究，而一二次融合开关柜主要以结构设计、功能集成与传感监测方面的优化为主。智能电力设备的运算能力主要体现在基于传感数据进行故障预测、诊断及状态评估，目前，已有学者提出实现相关功能的算法，如何实现算法轻量化并将其应用于边缘计算是值得关注的问题。
柔性直流配电技术具有减小线路损耗、改善用户侧电能质量、提高供电容量、隔离故障区域，以及可再生能源及储能装置便捷、灵活接入等优点。由于柔性直流配电网的供电容量大（供电半径），相同的线路走廊，直流配电网可输送更多容量，对于双极结构的直流配电网，其传输功率与原交流线路大致相等，即在线路走廊宽度和建造费用相同的情况下，直流线路所能传输的功率约为交流线路的1.05倍；柔性直流配电网的电能质量高于交流配电网，另外，相对于交流配电网，分布式储能设备接入直流配电网的技术难度相对较小；直流配电网的可靠性高，若直流配电网采用双极系统，则当其中一极发生故障时，另一极可继续为负荷输送功率，与交流配电网相比，直流配电网中接入蓄电池、超级电容等储能设备的技术难度相对较小。
柔性直流配电技术为提升新型配电系统运行的经济性、灵活性、可靠性及电能质量提供了可行方案。柔性直流配电技术运用场景多样：
（1）以直流配用电网为骨干的能源互联网络。实现多种能源类型的优化互补，支撑从生产到消费的全方位、全时段覆盖，呈现多元化、综合性的互联网服务业态。
（2）以直流配用电网为骨干的局域综合能源网络。基于柔性电网技术的新型混合配电网，支持新能源、储能接入及能量双向互动。
（3）基于直流电网的中压柔性互联。
（4）基于直流配用电的数据中心供能系统。数据中心采用直流配用电将节省大量的换流环节，有效降低配用电损耗；同时，通过优化网络结构，直流配用电系统将会在数据中心节能降耗方面发挥巨大作用。
（5）新能源发电直流接入。使用直流技术汇集电能可以有效简化海上风电场从发电到并网的整个过程，避免对电能进行多次整流、逆变和升压，从而减少系统投资、降低损耗。
（6）基于直流配用电的智能楼宇。从楼宇用电负荷和供电源的发展趋势可以看出它们表现出的直流特性日趋明显，这就迫使人们重新衡量楼宇供电方式和它的发展方向。
柔性直流配电技术仍处于起步阶段，在实际应用中仍有问题待进一步研发解决，例如，根据城市发展规划和资源特点如何利用好柔性直流配电网的技术优势、如何保证整个系统的稳定运行、柔性直流配电网的运行方式如何进一步细化等。柔性直流配电技术的发展必将为技术革新和效益提升带来新的思路和理念，为配电网技术发展提供强有力的技术支撑。
分布式电源包括接入110kV以下电压等级配电网的分散式风力发电系统和分布式光伏发电及储能系统。其基本内涵是要求分布式新能源发电和储能系统可以灵活构建离、并网型区域微电网为负荷供电，同时，区域多个微电网（群）间能量可灵活互动、协同运行，构建新型配电系统安全高效的运行体系。为了有效解决分布式电源并网带来的电能质量及分布式电源出力随机性、波动性问题，使分布式电源（在配电系统内）成为具有主动支撑能力的构网主力电源，需要明确分布式电源并网标准，研究出力预测技术为分布式电源参与调频调压提供基础，研究分布式新能源集群控制技术以保证可再生能源大规模接入背景下配电系统安全、稳定、经济运行。为解决新型配电系统不同时间尺度内功率不平衡导致的静态问题和动态问题，分布式储能技术提供了可行方案，主要包括储能调峰调频技术及稳定性与电能质量增强技术等。
微电网作为配电系统中一个相对独立的自治区域，可以高效集成多种分布式新能源发电装置与多元负荷，实现新能源的就地生产和消纳。从微电网层面内考虑各种分布式资源的协同控制，将微电网对外等效为电压/电流源，可降低配电系统频率、电压稳定性控制的复杂度；从微电网群层面考虑功率互济与调度优化，可利用不同区域内新能源及负荷互补特性解决分布式电源出力波动、峰谷差等经济调度问题。其中，新能源微电网频率和电压动态稳定技术，以及微电网群管群控技术是目前微电网技术研究的热点。
电网运维数据表明，电网故障的主要原因已由电气设备制造工艺水平、现场运行维护水平等因素转向雷电、山火、大风、冰灾等自然气象因素，电网防灾减灾应重点关注气象致灾。面向自然灾害、人为破坏、“源网荷”突变等场景，开展灾害预警技术的研究；从配电网网架结构、运行可靠性、系统可用资源等方面出发，开展灾害评估技术的研究。此外，为了最大限度地保障配电资产的安全，开展如抗风防雷、网架增强等配电系统抗灾能力提升技术的研究也十分重要。
能源互联网作为智能电网的高级发展阶段，是构建新型电力系统、实施能源发展战略转型的必然选择。能源互联网是以电为中心，以坚强智能电网为基础平台，将先进信息通信技术、控制技术与先进能源技术深度融合应用，支撑能源电力清洁低碳转型、能源综合利用效率优化和多元主体灵活便捷接入，具有清洁低碳、安全可靠、泛在互联、高效互动、智能开发等特征的智慧能源系统。
能源互联网分为跨洲、跨国、跨省的广域能源互联网和城市级、园区级的地域型能源互联网。广域能源互联网的建设目标是将广泛地理区域内的碎片化能源整合聚集成以电、热、气为主要能量载体的能量供用整体，主要侧重于大规模远距离的可再生能源传输，可实现广域资源综合利用；而地域型能源互联网侧重于区域间多能源系统的耦合。其中，园区级能源互联网属于最小单位的能源互联网，可以是实现本地能量供需平衡的独立可控系统。与广域能源互联网相比，地域型能源互联网有其鲜明的特征：
（1）本地性。园区级能源互联网的能量产生和使用以就地消纳为主，可明显降低能量输送环节的初始投资和传输过程中的损耗，有较强的跟踪负荷波动的能力。
（2）结构多样性。多元源荷与电力电子技术的发展和应用，使其结构更具多样性。
（3）运行方式灵活。包含孤岛和并网两种运行模式，可根据外部网络状态和内部能源供给情况合理选择运行模式。
（4）整体可控。成熟的园区型能源互联网能量管理系统具备源荷预测、经济调度及实时优化的功能，可保证整体经济稳定运行，有限数量的设备也方便实现整体和全局控制。
（5）能量精确化管理。基于海量数据和数据挖掘、云计算等工具优化自身能耗、污染物排放，探索节能解决方案，实现园区内能量的精确化管理。
（6）双边服务。对电网侧，可实现电源支撑移峰填谷、改善电能质量、调压、调频等辅助服务；对用户侧，针对用户特征可为其定制个性化的能源利用方式并提供节能服务。
园区级能源互联网通过应用先进的新能源发电技术和电、气、热、冷等多能源灵活转换网络实现多能互补，并利用先进的能量管理技术和通信网络协调优化源—网—荷—储之间的能量流和信息流。园区级能源组织形式向上能为电网提供支撑和辅助服务，向下能刺激用户主动参与能量调控，建立园区级能源互联网实现公用能源网—园区能源网—用户集群/个体多层级的联合优化，对促进新能源的消纳和网络的高效、安全运行意义重大。
通过各种激励方式引导多元主体参与电力市场交易是推进源荷互动的重要手段，其具体技术形式包括需求侧响应和虚拟电厂。目前，相关研究集中在利用价格激励机制激发用户参与响应的积极性。负荷侧的响应意愿和参与程度确实是源荷双侧高效互动的关键一环，但是仅依靠负荷侧的积极响应并不能充分发挥源荷互动潜力，实现削峰填谷。为了充分挖掘并调动系统中的可调资源，一系列关于“源网荷”整体态势感知、响应能力实时量化评估、响应策略从群体落实到个体、“源网荷”协调控制技术、负荷多时间尺度特性等方面的研究不断开展，为基于需求侧响应的系统动态功率平衡技术的发展提供了思路。此外，电动汽车有序充电和车网互动技术也将是负荷侧灵活性资源市场交易的一个重要研究方向。
随着配电技术和新一代信息通信技术的深入融合，云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能技术在智能配电网中广泛应用。亟须研究新型配电系统“源网荷储”跨域互动的数字孪生虚实映射机制、面向全景可观的新型配电系统电场/声场/温度多物理场成像与跨模态融合技术、新型配电系统数字孪生通用模型架构与范式技术等，解决新型配电系统“源网荷储”高度互动和能量/数字深度融合所带来的可测可观可控难题；还要研究配电网与物联网深度融合的配电物联平台技术，构建基于设备状态感知、软件定义服务、分布式智能协作的数字化配电系统运行模式，依托灵活支持各种配电网服务的企业业务中台，实现数据、服务、功能应用解耦，打破多源数据融合的壁垒，有效提升配电网运行的灵活性。