我國不同地區配電網的發展方向

呂奮飛 殷紅旭

（1.山東大學電氣工程學院，濟南 250000；2.山東電力集團公司德州供電公司，山東 德州 253000）

城市電網是城市范圍內為城市供電的各級電壓電網的總成，它包括送電網、高壓配電網、中壓配電網和低壓配電網，連同為其提供電源的變電站和網內的發電廠。城市電網是電力系統的重要組成部分，又是其主要的負荷中心，具有用電量大、負荷密度高、安全可靠性要求高和供電質量要求高等特點。

隨著經濟、社會進步，用電負荷持續上升，城市配電網的供電壓力增加。為了使城市電網不成為制約城市經濟發展的瓶頸，必須對今后城市電網的發展方向進行充分思考，做出合理的判斷。

1 我國城市配電網現狀及存在問題

我國城市配電網一般存在以下特點[1]：

1）負荷密度大、增長快，供電設施占地面積要小。

2）僅靠電網增容改造仍然不能滿足負荷需求。

3）出線電纜走廊有限，為滿足新增用電，不斷增加電纜條數，電纜排列緊密，電流大、發熱多、散熱困難、溫升大，不利于安全運行。

4）新建變電站選址、征地困難，且變電站進線電纜走廊困難，無法滿足要求。

由于城市中心區大多是能源缺乏區，這樣就使得越來越多的電力需要經過長距離輸電才可以到達用戶，外售電比例較高。眾所周知，這樣并不符合電源接近負荷中心的規劃思路，無功電壓支撐困難，再加上恒功率負荷的持續增加，勢必會對城市配電網的電壓穩定問題造成影響。同時，配電網上廣泛使用的無功電壓綜合自動控制裝置在改善用戶供電質量的同時，也給系統穩定帶來了極為不利的影響。

目前，電力市場改革仍然難以邁開步伐。我國的現行電價，對同一類用戶只有一種電價，用戶的選擇余地不大，缺乏用電的積極性，大大影響了用電和節電的熱情。

我國配電自動化的概念已提出多年，但至今成效尚微，只在部分城市進行了專項試點，且實際運行中存在問題。只有少數城市的配電網規劃大綱中明確指出需做配電自動化的專項規劃，由于配電網先天的復雜性使得配電網的自動化成為難題。

借鑒國外發展城市配電網的經驗，結合上述對我國城市配電網現狀的具體分析，電網發展也需要優質與高效，可見對我國城市配電網的發展方向進行思考已經勢在必行。

2 城市高負荷密度新區推行20kV

現有高負荷密度地區配電模式存在的問題包括以下幾個方面：10kV供電半徑不足；網損大，電能質量差，電費過高；高負荷密度用戶供電難以滿足。

IEC標準電壓中規定有20kV電壓等級，美國、俄羅斯、日本、法國、意大利、加拿大等都將20kV列入國家標準。尤其是法國電力公司（EDF）從1961年規定 20kV為城網中壓系統的唯一標準[2]，至今20kV網絡運行良好。

在我國，國家電網公司在2004年在“輸配電網協調發展及電壓等級優化研究中提出在新發展電網的地區宜不失時機地試點推行20kV作為中壓配電的電壓等級”。目前，蘇州工業園區青秋浦以東45km工業園區全部采用20kV中壓配電電壓等級，上海軌道交通、地鐵和輕軌均采用20kV作為中壓配電電壓等級，二者實際運行情況良好。

就合理性而言，由理論計算[3]可知，采用20kV供電，輸送容量在同等導線規格下比 10kV提高 1倍，在同等負荷下 20kV的電壓降比 10kV減少了75%，供電半徑增加一倍；線損率降低了 75%，變壓器損耗只有10kV的1/4；有色金屬耗量減少50%。

就可行性而言，10kV升壓至20kV在設備方面的價格增加不大，約為15%左右，且為滿足國內10kV中性點不接地而購進的進口15kV或24kV設備可以直接用于20kV；20kV由于絕緣要求與10kV較為接近，所以相比35kV電壓等級的占地而言，20kV明顯減少；在電費方面，2007年國家發改委辦公廳已經批復了江蘇省關于增設20kV銷售電價的決定，采用10kV和35kV電價的平均值。這樣，對于高負荷密度地區的大用戶而言，采用20kV不僅可以滿足其供電需要，而且電費也相比35kV有所節省。

鑒于20kV電網建設時間較長且布線與10kV相差較大，現有10kV電網不可能短期內升壓至20kV，所以初期宜選擇新興區域或現狀電網基礎比較薄弱，但未來發展負荷密度高、電力需求增長迅猛的區域開展20kV試點[4]。而對老城區等電網已經成熟的且不易重新布線的地區暫不改造為20kV。這樣既可以節

省資金，又可以確保老城區已有規劃不必因此修改。

3 經濟發達地區引入智能用電系統

從20世紀90年代中期起，國家電網公司旗下的網省公司就開始對用電系統的標準化、自動化建設進行了有益的探索。對我國配電網進行智能用電的建設打下了良好的基礎。

在我國適時引入智能用電系統，可以對電網建設、節能環保、電能質量管理產生深遠的影響。由于智能用電投資較大，所以可以先在經濟發達的地區進行試點，然后在全國陸續展開。

目前，北京蓮香園小區、北京阜城路95號院、上海市浦東區峨山路的“越富豪庭”居民區等正在進行智能用電試點，上海世博會國家電網館也將智能用電的理念展示給世人。

智能用電系統的應用將為配電網引入新的元素：實時電價的應用、分布式電源的接入、儲能裝置的接入等。它們的引入將改變配電網傳統的運行模式，在使配電網智能化的進程中，無論在技術上還是觀念上都是一次全新的挑戰。

3.1 智能用電中的實時電價

實時電價[5]能反映“瞬時”的生產邊際成本及用電量信息，融電價水平與電價結構于一身。其應用可以激勵用戶節約用電，向用戶提供實時電價信息，同時為用戶提供多種可選的用電方案。

智能用電系統引入實時電價理念使用戶側電力市場化成為可能，用經濟手段刺激用戶積極參與零售市場，讓消費者自主選擇適合自己的用電方案，從而促成人們生活的便捷性、舒適性和高質量。對電力企業而言，應用實時電價有利于減少高峰需求的增長，推遲配電網改造，保持電價穩定。通過鼓勵避峰消費，還可以幫助平衡配電網的負荷。

3.2 智能用電中的分布式電源

智能用電系統的建立恰為實現分布式發電提供了客觀便利條件；同時，分布式發電也正是智能用電系統的有機組成部分。智能用電系統中，用戶的概念發生了變化，至少它已不是傳統意義上單方面消耗電能的用電終端。智能用電系統中的用戶在可以根據實時電價安排用電方案的同時，還可以根據實時電價信息向電網回饋電能，這時候用戶就不再是傳統意義上的被動用電了。

分布式電源的種類很多，包括小水電、風力發電、光伏發電、燃料電池等。一般來說，其容量從1kW 到 10kW。智能用電系統中的分布式電源并不具有像內蒙風電場那樣集中的特點，相反它是分散在每家每戶的小型風機或是幾塊太陽能電池板。因此這樣的分布式電源規模小，靠近負荷中心，可根據需要給附近負荷供電，降低對電網擴展的要求[6]；或是接入配電網，向電網輸送電能。這樣，可以在一定程度上減輕對常規能源發電的依賴，有利于環境的可持續發展；還可以減少輸電網上的功率傳輸，降低損耗，節約電網的年運行費用。

然而，大量的分布式電源接入配電網，勢必改變傳統配電網的潮流分布[7]。在傳統配電網中，饋線潮流總是單向流動的，并且隨著與變電站距離的增加有功潮流單調減少；當在饋線上安裝了分布式電源以后，從根本上改變了系統潮流的模式，使得潮流難以預測，會對保護方案、電壓控制和儀表設備提出新的要求[6]。同時，分布式電源（例如風力發電和光伏發電）受天氣影響較大，接入電網后會出現隨機性變化，使得潮流具有隨機性。所以，分布式電源的接入可能會影響電網的安全穩定運行，勢必會給配電網帶來一次技術革新。

3.3 智能用電中的儲能裝置

隨著科技進步，儲能裝置的種類層出不窮，比如：飛輪儲能、超級電容器儲能、超導磁能儲能、鈉硫蓄電池儲能等。在我國試點建設智能用電系統時，出現了一種新型的交通工具——充電式混合動力汽車（俗稱電動汽車）。隨著人們環保意識的增強和油價的不斷攀升，人們在追求方便快捷的同時，更多的會考慮如何更環保、更經濟。電力作為一種生活必需品，電價相對較低，單就這一方面而言，在充電站等基礎設施建成后，電動汽車也會在較短的時間內得到普及。

從另外一個角度考慮，電動汽車還是一種強大的儲能裝置。據報道，其車用電池可儲能35kW·h，足以提供一般居民用戶一晝夜的用電量。而且，居民用戶可充分利用實時電價信息，適時給電動汽車充放電，以節約電費。例如：夜間處于谷荷時期電價較低，則給電動汽車充電，傍晚正值峰荷時期電價較高，可將電動汽車的剩余電量接入系統，作為電源以供家用。隨著智能用電的發展，電動汽車等儲能裝置的使用，將使電力負荷曲線趨于平緩，有利于延長電力設備的壽命，減少備用容量，同時也有利于居民節電意識的形成。

4 分布式電源自足的地區建立微網

微網是21世紀的新興概念。微網的含義在不同國家和地區也有著演變和區分，但共同的觀點是：微網必須是以分布式發電技術為基礎，融合儲能裝置、控制裝置和保護裝置的一體化單元；靠近用戶終端負荷；接入的電壓等級是配電網；能夠工作在并網和自治兩種模式[8-10]。

微網是一個集成了分布式電源、負荷、儲能以及保護和控制等一系列環節的小型供能系統,它最大的特點是能夠自治運行。當微網運行于自治模式時，網內的分布式微電源將可以在一定程度上發揮分布式電源的作用，從而使微網在自治運行時能夠盡可能少的放棄負荷甚至是不放棄。

在我國，隨著智能用電系統的建設，分布式電源的引入也給微網的建立提供了可能，可在電源能夠自足的地區建立微網，實現該樓宇、小區或者地區內供電的自給自足。

微網的建設可以優化和提高能源的利用率，推動分布式電源上網，改善電網的安全可靠性[6]。特別是當大電網遭嚴重破壞而解列時，微網可以自成網絡向區內用戶供電，保證智能用電系統的正常運行，大大增強了配電網供電的靈活性。

隨著近年來“直流生態住宅”理念的提出，考慮建立集成直流電與住宅能源管理系統的住宅供電系統[11]，是城市配電網的又一發展方向。由于直流配電網具有線路造價低、電能損耗小、供電可靠性高、環保等優勢，在地區微網的構建中應予以足夠重視。

5 結論

城市配電網發展方向的確定，關系到具體的配電網規劃與改造的實施。明確配電網今后如何發展，對下一步的工作具有積極的意義。

在城市高負荷密度建站、出線困難的地區以及遠距離輸電使得電壓水平下降的地區，宜試點推行20kV作為中壓配電電壓等級，代替 10kV；在經濟發達地區試點并推廣智能用電系統，使配電網更具智能化，滿足人們對高質量生活的需要；在分布式電源充足的地區，可以構建微網，自治模式下可增強“抗震減災”的能力，同時在微網中試點“直流生態住宅”，將直流電的優勢充分發揮。

綜上，今后城市配電網將向著節能、環保、優質、智能的方向發展，我國配電網的明天值得期待。

[1]譚學知. 大城市使用 20kV中壓配電的優勢探討[J].供用電,2006,23(3): 39-41.

[2]CLEMENT M , DANIEL D , BERGEAL J. Developments in MV neutral control at electricite DE France[J].CIRED, 1991,2:14.

[3]陳瑾,李宏偉,王建興.中壓配電采用20kV電壓等級的可行性分析[J].云南水力發電,2006,22(5): 91-94.

[4]趙波. 20kV配電電壓等級的應用與節能減排[J]. 賽爾輸配電產品應用開關卷,總第80期.

[5]沈峰,章鍵.我國現行電能定價方法與實時電價的比較分析[J].中原工學院學報,2004(5):49-51.

[6]余貽鑫,欒文鵬.智能電網[J].電網與清潔能源,2009(1):7-11.

[7]孫云蓮.新能源及分布式發電技術[M].北京:中國電力出版社,2009.11.

[8]EPRI.Power delivery system and electricity markets of the future[R]. Palo Alto,CA,USA:EPRI,2003.

[9]HATZIARGYRIOU N,ASANO H, IRAVANI R, et al.Microgrids[J]. IEEE Power & Energy Magazine. 2007,5(4):78-94.

[10]VEN KATARAMANAN G，MARNAY C. A larger role for microgrids[J]. IEEE Power & Energy Magazine,2008, 5(4):78-82.

[11]譚逢時.未來直流配電網建設初探[J].科技資訊, 2011,23:110-112.