面向远景目标网架的中压配电网供电模型

林 韩， 陈 彬， 吴 涵， 张功林， 葛少云， 刘 洪， 何文涛， 杨海森

(1.福建省电力有限公司， 福州 350003； 2.福建省电力科学研究院， 福州 350007； 3.智能电网教育部重点实验室， 天津 300072； 4.天津天大求实电力新技术股份有限公司， 天津 300384)

面向远景目标网架的中压配电网供电模型

林 韩1， 陈 彬2， 吴 涵2， 张功林2， 葛少云3， 刘 洪3， 何文涛3， 杨海森4

(1.福建省电力有限公司， 福州 350003； 2.福建省电力科学研究院， 福州 350007； 3.智能电网教育部重点实验室， 天津 300072； 4.天津天大求实电力新技术股份有限公司， 天津 300384)

针对目前国内对网架结构的研究主要集中于接线模式，未能体现区域电网中不同地形和不同负荷密度条件下变电站的供电结构的问题，借鉴国外高水平配电网典型供电模型设计理念，构建了适用于我国中压配电网的典型供电模型。首先分析了国外城市中压配电网供电模型的特点，然后对供电模型进行了定义，总结了其优势及特点，并提出供电模型构建的思路与原则，进而分析了供电模型选择需考虑的因素，最后对供电模型的扩展进行了研究。研究成果可为中压配电网远景目标网架规划提供指导。

配电网； 网架结构； 供电模型； 接线模式

网架结构是中压配电网的“筋骨”，坚强的网架是电网安全可靠、经济优质运行的基础[1～3]。长期以来，国内对网架结构的研究和实践主要集中在接线模式方面[4～6]，而接线模式仅体现了本级线路间的联络关系，无法体现区域电网中不同地形和不同负荷密度条件下变电站的供电结构，也无法反映该结构的细化供电指标。

目前，很多发达国家不再考虑单纯应用接线模式指导远景目标网架的建设，而是采用标准化的供电模型来构筑高水平的中压配电网[7，8]。

我国各地区地形地貌及负荷分布差异巨大，因此，针对不同地区的地形地貌与负荷分布特征构建适合我国各地区特点的供电模型以指导中压配电网的规划和改造，具有重要的现实意义。

为此，本文借鉴国外高水平配电网典型供电模型设计理念，提出供电模型的构建思路，并据此构建了适于我国中压配电网的典型供电模型，为中压配电网远景目标网架的规划提供了重要指导。

1 国外城市典型供电模型及特点

1.1 巴黎典型供电模型

巴黎的电压等级序列为400/225/20/0.4 kV，20 kV配电网由放射型的225 kV输电系统供电。每个225/20 kV变电站引出4条大截面电缆，每条电缆出线又出6条馈线覆盖一条街道，这6条馈线为一组，与相邻变电站的另外一组通过手拉手方式互为备用，如图1所示。

图1 巴黎电网接线

巴黎城市电网为三环式结构：外环、中环和内环。当负荷进一步增加时，可在环内增加变电站，与两侧已有变电站构建联络，显示了良好的扩展性，如图2。

图2 巴黎典型供电模型

1.2 新加坡典型供电模型

新加坡电网中，变电站每两回22 kV馈线构成环网，形成花瓣结构，如图3。

图3 新加坡电网接线

一个变电站所出馈线可组成多个花瓣形环网，每个变电站及其馈线构成一朵“梅花”，通过花瓣形环网相切的形式实现负荷转供，实现了分区供电，并能方便的进行扩展，如图4。

图4 新加坡典型供电模型

1.3 供电模型的特点

通过对巴黎、新加坡典型供电模型分析，发现应用供电模型构建中压配电网具有以下特点：

(1)网架结构清晰化、标准化

采用供电模型构建中压配电网，能够使网架清晰化、标准化。可根据远景年变电站布点设定远景年目标网架结构，据此制定现状网架逐步过渡到远景目标网架的平滑过渡方案，逐步梳理网架结构。

(2)考虑了变电站间的联络方式

接线模式仅体现了线路间联络关系，供电模型不仅考虑了接线模式，还考虑变电站间的联络方式。相较于线路，供电模型作为一个较大的供电单元，其负荷转带等运行方式相对固定，易于调度操作，并利于采用统一的控制策略，实现配电自动化。

(3)考虑了高中压电网之间的相互协调

供电模型从整体的角度考虑主变间的联络方式，优化配电网整体供电能力，并根据网络实际供电能力对线路侧进行规划，实现模型总体的供电能力和模型中线路的供电转移能力的匹配，使上下级电网间更加协调。

2 理论供电模型的概念及构建

2.1 供电模型的基本概念

供电模型及其相关概念如下：

定义1供电模型：是指以高压变电站为源、中压馈线为网的供电网络单元。

定义2供电架构：是指作为中压配电网电源的高压变电站的互联结构。

2.2 理论供电模型的构建思路

根据地形特点和负荷密度的不同，供电架构可分为点状供电架构、链式供电架构和块状供电架构。点状供电架构中无互联变电站，链式供电架构中互联变电站座数为2座，块状供电架构中的互联变电站座数一般≥3座。通过理论分析可知，变电站互联规模达到4座后，供电能力的提升将不甚明显[9]。因此，块状供电架构中互联变电站座数为3座或4座。

供电架构给出了变电站座数、各座站的相对位置、站间是否存在联络等信息，未体现线路间的联络方式，是供电模型的雏形，供电模型正是在供电架构的基础上，结合不同的接线模式进行构建的。

结合供电架构及互联变电站座数的信息，可将供电模型分为点状类、链式类、三角形类和四边形类。

图5给出了中压配电网典型供电模型的示意图。针对每类供电模型，选择出合适的接线模式进行合理搭配，可以构建出实际供电模型。

图5 中压配电网典型供电模型图

2.3 理论供电模型的构建原则

在确定各主变的互联关系后，即可确定各主变的最大负载率[10，11]，据此得出能够保证模型内全部主变通过“N-1”校验所需的最小站间联络数，以此数量构建模型内各个变电站之间的联络，其余出线构建站内联络，这样可最大程度地减少迂回联络造成馈线长度增加的情况。

根据以上原则构建理论供电模型，模型内各个变电站之间的联络可定义为强联络；若变电站间无法达到构建模型所需的最小站间联络数，主变“N-1”校验无法满足，则可称变电站之间为弱联络。其中，强联络的构建目的是保障模型内元件“N-1”时的负荷转供；弱联络的构建目的是发生更严重故障时提供模型间的负荷转供。通过对强联络、弱联络的量化定义，可在较大规模的网架中突出供电模型的相对独立存在，不仅可提高单一元件故障时转供方案制定的简便性与操作的快速灵活性，而且为多种故障提供了更为清晰的转供通道。

3 实际供电模型的选择

3.1 实际供电模型的初步选择

通过对供电区域自身属性的分析可对适用于该区域的实际供电模型进行初步的选择。供电区域自身的属性包括地域特性、负荷特性、人口及经济发展现状等，其中对供电模型存在影响的主要是地域特性和负荷特性。

3.1.1 地域特性对供电模型初选的影响

地域特性主要包括地形特点、用地性质和气候条件等要素，如图6。

图6 地域特性对供电模型初选的影响

地形特点影响供电架构的初选。显然，山区、丘陵等地形复杂地区对变电站的布局和站间联络都会造成障碍，而平原地带则容易构建站间联络。

用地性质会影响接线模式的初选。架空线路不利于城市市容环境的美观，尤其是城市中心区和重点风景旅游区应优先采用电缆线路。

气候条件也会对接线模式的初选造成一定的影响，如易受热带风暴侵袭的沿海地区应优先采用电缆线路，而易遭受洪涝灾害、地震等影响的地区则宜采用架空线路。

3.1.2 负荷特性对供电模型初选的影响

负荷特性一般包括负荷电压特性、负荷频率特性、负荷时间特性和负荷分布特性。其中，负荷电压特性、负荷频率特性、负荷时间特性对供电模型的初选无明显影响。负荷分布特性一般指负荷密度，负荷特性对实际供电模型初选的主要影响因素为负荷密度，如图7。

图7 负荷特性对供电模型初选的影响

负荷密度是影响供电架构选择的重要因素。不论是面积较小的供电区域或是狭长供电区域，若负荷密度足够大，则仍然能够保证供电区域内变电站的密集分布，从而影响供电架构的选择。

负荷密度还影响接线模式的选择。对于负荷密度不高的区域，通常线路廊道比较充足，可选择采用单联络接线模式。对于负荷密度较高的区域，特别是线路廊道稀缺的商业区，则需考虑多联络的接线模式，提高线路利用率。

3.2 实际供电模型的具体选择

在完成供电模型的初选后，需要对初选供电模型进行充分分析和评价，以确定适用于该供电区域的实际供电模型。然而，当前针对配电网的评价研究大多集中于整个配电系统[12～14]，包含了诸多反映电力设备运行情况的指标，无法直接应用于供电模型的评价，因此需要建立适用于中压配电系统供电模型的评价指标体系，根据初选供电模型的评价结果，完成供电区域实际供电模型的具体选择。

4 供电模型的扩展

4.1 扩展的目的和意义

供电模型自身已经具有较高的供电可靠性。但是，当发生更为严重的故障(如变电站全停)时，模型无法通过自身实现全部负荷转供，因此，供电模型需要具备扩展能力，将模型间的联络作为备用的负荷转供通道，提升模型应对严重故障的能力。

4.2 扩展需满足的必要条件

供电模型在电网中成为相对独立的供电单元，因此在扩展过程中，应尽量保持模型的相对独立存在。因此在扩展时需要保证模型内的站间联络数量继续满足强联络条件，故只能将模型的站内联络打开使其与模型外变电站构建联络。

4.3 扩展方式

已有供电模型可根据实际需要选择模型内一座变电站同新增站点构建联络，也可以选择模型内两座以上(含两座)变电站与新增站点构建联络。

在模型扩展过程中，需根据新增站点及实际需要来选择适用的扩展方法。通过两种方法扩展出的网架结构不同，对模型的影响也不尽相同。

5 总结

传统的中压配电网网架结构研究主要集中于接线模式，未能体现区域电网中不同地形和负荷密度水平条件下变电站的供电结构，也无法反映该结构的细化供电指标。本文通过对国外高水平配电网典型供电模型的分析，借鉴其先进理念，对供电模型进行了定义，提出了供电模型的构建思路及原则，据此构建了四类适用于我国中压配电网的典型供电模型，并对供电模型选择需考虑的因素及供电模型的扩展进行了分析和研究，对中压配电网远景目标网架规划有着重要的指导意义。

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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 韩(1958-)，男，博士，总工程师，主要从事电力系统生产、运行和电力企业与科技管理工作以及系统分析、继电保护等研究工作。Email:lin_han@fj.sgcc.com.cn 陈 彬(1982-)，男，硕士，工程师，主要从事城市电网规划与改造方面的研究。Email:cb_fz@163.com 吴 涵(1985-)，男，硕士，工程师，主要从事城市电网规划与改造研究。Email:wuhan1307@qq.com 葛少云(1964-)，男，教授，博士生导师，主要从事城市电网规划、电力系统的优化运行和配电系统自动化等方面的研究和教学工作。Email:syge@tju.edu.cn