面向遠景目標網架的中壓配電網供電模型

林 韓， 陳 彬， 吳 涵， 張功林， 葛少云， 劉 洪， 何文濤， 楊海森

(1.福建省電力有限公司， 福州 350003； 2.福建省電力科學研究院， 福州 350007； 3.智能電網教育部重點實驗室， 天津 300072； 4.天津天大求實電力新技術股份有限公司， 天津 300384)

面向遠景目標網架的中壓配電網供電模型

林 韓1， 陳 彬2， 吳 涵2， 張功林2， 葛少云3， 劉 洪3， 何文濤3， 楊海森4

(1.福建省電力有限公司， 福州 350003； 2.福建省電力科學研究院， 福州 350007； 3.智能電網教育部重點實驗室， 天津 300072； 4.天津天大求實電力新技術股份有限公司， 天津 300384)

針對目前國內對網架結構的研究主要集中于接線模式，未能體現區域電網中不同地形和不同負荷密度條件下變電站的供電結構的問題，借鑒國外高水平配電網典型供電模型設計理念，構建了適用于我國中壓配電網的典型供電模型。首先分析了國外城市中壓配電網供電模型的特點，然后對供電模型進行了定義，總結了其優勢及特點，并提出供電模型構建的思路與原則，進而分析了供電模型選擇需考慮的因素，最后對供電模型的擴展進行了研究。研究成果可為中壓配電網遠景目標網架規劃提供指導。

配電網； 網架結構； 供電模型； 接線模式

網架結構是中壓配電網的“筋骨”，堅強的網架是電網安全可靠、經濟優質運行的基礎[1～3]。長期以來，國內對網架結構的研究和實踐主要集中在接線模式方面[4～6]，而接線模式僅體現了本級線路間的聯絡關系，無法體現區域電網中不同地形和不同負荷密度條件下變電站的供電結構，也無法反映該結構的細化供電指標。

目前，很多發達國家不再考慮單純應用接線模式指導遠景目標網架的建設，而是采用標準化的供電模型來構筑高水平的中壓配電網[7，8]。

我國各地區地形地貌及負荷分布差異巨大，因此，針對不同地區的地形地貌與負荷分布特征構建適合我國各地區特點的供電模型以指導中壓配電網的規劃和改造，具有重要的現實意義。

為此，本文借鑒國外高水平配電網典型供電模型設計理念，提出供電模型的構建思路，并據此構建了適于我國中壓配電網的典型供電模型，為中壓配電網遠景目標網架的規劃提供了重要指導。

1 國外城市典型供電模型及特點

1.1 巴黎典型供電模型

巴黎的電壓等級序列為400/225/20/0.4 kV，20 kV配電網由放射型的225 kV輸電系統供電。每個225/20 kV變電站引出4條大截面電纜，每條電纜出線又出6條饋線覆蓋一條街道，這6條饋線為一組，與相鄰變電站的另外一組通過手拉手方式互為備用，如圖1所示。

圖1 巴黎電網接線

巴黎城市電網為三環式結構：外環、中環和內環。當負荷進一步增加時，可在環內增加變電站，與兩側已有變電站構建聯絡，顯示了良好的擴展性，如圖2。

圖2 巴黎典型供電模型

1.2 新加坡典型供電模型

新加坡電網中，變電站每兩回22 kV饋線構成環網，形成花瓣結構，如圖3。

圖3 新加坡電網接線

一個變電站所出饋線可組成多個花瓣形環網，每個變電站及其饋線構成一朵“梅花”，通過花瓣形環網相切的形式實現負荷轉供，實現了分區供電，并能方便的進行擴展，如圖4。

圖4 新加坡典型供電模型

1.3 供電模型的特點

通過對巴黎、新加坡典型供電模型分析，發現應用供電模型構建中壓配電網具有以下特點：

(1)網架結構清晰化、標準化

采用供電模型構建中壓配電網，能夠使網架清晰化、標準化。可根據遠景年變電站布點設定遠景年目標網架結構，據此制定現狀網架逐步過渡到遠景目標網架的平滑過渡方案，逐步梳理網架結構。

(2)考慮了變電站間的聯絡方式

接線模式僅體現了線路間聯絡關系，供電模型不僅考慮了接線模式，還考慮變電站間的聯絡方式。相較于線路，供電模型作為一個較大的供電單元，其負荷轉帶等運行方式相對固定，易于調度操作，并利于采用統一的控制策略，實現配電自動化。

(3)考慮了高中壓電網之間的相互協調

供電模型從整體的角度考慮主變間的聯絡方式，優化配電網整體供電能力，并根據網絡實際供電能力對線路側進行規劃，實現模型總體的供電能力和模型中線路的供電轉移能力的匹配，使上下級電網間更加協調。

2 理論供電模型的概念及構建

2.1 供電模型的基本概念

供電模型及其相關概念如下：

定義1供電模型：是指以高壓變電站為源、中壓饋線為網的供電網絡單元。

定義2供電架構：是指作為中壓配電網電源的高壓變電站的互聯結構。

2.2 理論供電模型的構建思路

根據地形特點和負荷密度的不同，供電架構可分為點狀供電架構、鏈式供電架構和塊狀供電架構。點狀供電架構中無互聯變電站，鏈式供電架構中互聯變電站座數為2座，塊狀供電架構中的互聯變電站座數一般≥3座。通過理論分析可知，變電站互聯規模達到4座后，供電能力的提升將不甚明顯[9]。因此，塊狀供電架構中互聯變電站座數為3座或4座。

供電架構給出了變電站座數、各座站的相對位置、站間是否存在聯絡等信息，未體現線路間的聯絡方式，是供電模型的雛形，供電模型正是在供電架構的基礎上，結合不同的接線模式進行構建的。

結合供電架構及互聯變電站座數的信息，可將供電模型分為點狀類、鏈式類、三角形類和四邊形類。

圖5給出了中壓配電網典型供電模型的示意圖。針對每類供電模型，選擇出合適的接線模式進行合理搭配，可以構建出實際供電模型。

圖5 中壓配電網典型供電模型圖

2.3 理論供電模型的構建原則

在確定各主變的互聯關系后，即可確定各主變的最大負載率[10，11]，據此得出能夠保證模型內全部主變通過“N-1”校驗所需的最小站間聯絡數，以此數量構建模型內各個變電站之間的聯絡，其余出線構建站內聯絡，這樣可最大程度地減少迂回聯絡造成饋線長度增加的情況。

根據以上原則構建理論供電模型，模型內各個變電站之間的聯絡可定義為強聯絡；若變電站間無法達到構建模型所需的最小站間聯絡數，主變“N-1”校驗無法滿足，則可稱變電站之間為弱聯絡。其中，強聯絡的構建目的是保障模型內元件“N-1”時的負荷轉供；弱聯絡的構建目的是發生更嚴重故障時提供模型間的負荷轉供。通過對強聯絡、弱聯絡的量化定義，可在較大規模的網架中突出供電模型的相對獨立存在，不僅可提高單一元件故障時轉供方案制定的簡便性與操作的快速靈活性，而且為多種故障提供了更為清晰的轉供通道。

3 實際供電模型的選擇

3.1 實際供電模型的初步選擇

通過對供電區域自身屬性的分析可對適用于該區域的實際供電模型進行初步的選擇。供電區域自身的屬性包括地域特性、負荷特性、人口及經濟發展現狀等，其中對供電模型存在影響的主要是地域特性和負荷特性。

3.1.1 地域特性對供電模型初選的影響

地域特性主要包括地形特點、用地性質和氣候條件等要素，如圖6。

圖6 地域特性對供電模型初選的影響

地形特點影響供電架構的初選。顯然，山區、丘陵等地形復雜地區對變電站的布局和站間聯絡都會造成障礙，而平原地帶則容易構建站間聯絡。

用地性質會影響接線模式的初選。架空線路不利于城市市容環境的美觀，尤其是城市中心區和重點風景旅游區應優先采用電纜線路。

氣候條件也會對接線模式的初選造成一定的影響，如易受熱帶風暴侵襲的沿海地區應優先采用電纜線路，而易遭受洪澇災害、地震等影響的地區則宜采用架空線路。

3.1.2 負荷特性對供電模型初選的影響

負荷特性一般包括負荷電壓特性、負荷頻率特性、負荷時間特性和負荷分布特性。其中，負荷電壓特性、負荷頻率特性、負荷時間特性對供電模型的初選無明顯影響。負荷分布特性一般指負荷密度，負荷特性對實際供電模型初選的主要影響因素為負荷密度，如圖7。

圖7 負荷特性對供電模型初選的影響

負荷密度是影響供電架構選擇的重要因素。不論是面積較小的供電區域或是狹長供電區域，若負荷密度足夠大，則仍然能夠保證供電區域內變電站的密集分布，從而影響供電架構的選擇。

負荷密度還影響接線模式的選擇。對于負荷密度不高的區域，通常線路廊道比較充足，可選擇采用單聯絡接線模式。對于負荷密度較高的區域，特別是線路廊道稀缺的商業區，則需考慮多聯絡的接線模式，提高線路利用率。

3.2 實際供電模型的具體選擇

在完成供電模型的初選后，需要對初選供電模型進行充分分析和評價，以確定適用于該供電區域的實際供電模型。然而，當前針對配電網的評價研究大多集中于整個配電系統[12～14]，包含了諸多反映電力設備運行情況的指標，無法直接應用于供電模型的評價，因此需要建立適用于中壓配電系統供電模型的評價指標體系，根據初選供電模型的評價結果，完成供電區域實際供電模型的具體選擇。

4 供電模型的擴展

4.1 擴展的目的和意義

供電模型自身已經具有較高的供電可靠性。但是，當發生更為嚴重的故障(如變電站全停)時，模型無法通過自身實現全部負荷轉供，因此，供電模型需要具備擴展能力，將模型間的聯絡作為備用的負荷轉供通道，提升模型應對嚴重故障的能力。

4.2 擴展需滿足的必要條件

供電模型在電網中成為相對獨立的供電單元，因此在擴展過程中，應盡量保持模型的相對獨立存在。因此在擴展時需要保證模型內的站間聯絡數量繼續滿足強聯絡條件，故只能將模型的站內聯絡打開使其與模型外變電站構建聯絡。

4.3 擴展方式

已有供電模型可根據實際需要選擇模型內一座變電站同新增站點構建聯絡，也可以選擇模型內兩座以上(含兩座)變電站與新增站點構建聯絡。

在模型擴展過程中，需根據新增站點及實際需要來選擇適用的擴展方法。通過兩種方法擴展出的網架結構不同，對模型的影響也不盡相同。

5 總結

傳統的中壓配電網網架結構研究主要集中于接線模式，未能體現區域電網中不同地形和負荷密度水平條件下變電站的供電結構，也無法反映該結構的細化供電指標。本文通過對國外高水平配電網典型供電模型的分析，借鑒其先進理念，對供電模型進行了定義，提出了供電模型的構建思路及原則，據此構建了四類適用于我國中壓配電網的典型供電模型，并對供電模型選擇需考慮的因素及供電模型的擴展進行了分析和研究，對中壓配電網遠景目標網架規劃有著重要的指導意義。

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PowerSupplyModelofMediumVoltageDistributionNetworkforProspectiveTargetFrameworks

LIN Han1， CHEN Bin2， WU Han2， ZHANG Gong-lin2， GE Shao-yun3， LIU Hong3， HE Wen-tao3， YANG Hai-sen4

(1. Fujian Electric Power Co., Ltd., Fuzhou 350003, China； 2.Fujian Electric Power Research Institute, Fuzhou 350007, China； 3.Key Laboratory of Smart Grid (Tianjin University), Ministry of Education, Tianjin 300072, China； 4.Tianjin TDQS Power New Technology Co.， Ltd., Tianjin 300384, China)

Power Supply Model (PSM) of MV distribution system which is learned from typical PSM abroad is presented to resolve the problem that current research only focus on feeder connection mode so as to neglect substation structure in different landform and load density. First, the characteristics of PSM in foreign cities are analyzed. Then, PSM is defined and its advantages are summarized. Second, the method and principle of PSM construction is presented and the features which should be taken into consideration in the selection of PSM is also analyzed. Finally, the expansion of PSM is studied. The PSM offers guidance to the planning of prospective target frameworks of medium voltage distribution network.

distribution network； network structure； power supply model； connection mode

2011-03-04；

2011-10-12

TM7

A

1003-8930(2011)06-0116-05

林 韓(1958-)，男，博士，總工程師，主要從事電力系統生產、運行和電力企業與科技管理工作以及系統分析、繼電保護等研究工作。Email:lin_han@fj.sgcc.com.cn 陳 彬(1982-)，男，碩士，工程師，主要從事城市電網規劃與改造方面的研究。Email:cb_fz@163.com 吳 涵(1985-)，男，碩士，工程師，主要從事城市電網規劃與改造研究。Email:wuhan1307@qq.com 葛少云(1964-)，男，教授，博士生導師，主要從事城市電網規劃、電力系統的優化運行和配電系統自動化等方面的研究和教學工作。Email:syge@tju.edu.cn