我国不同地区配电网的发展方向

吕奋飞 殷红旭

（1.山东大学电气工程学院，济南 250000；2.山东电力集团公司德州供电公司，山东 德州 253000）

城市电网是城市范围内为城市供电的各级电压电网的总成，它包括送电网、高压配电网、中压配电网和低压配电网，连同为其提供电源的变电站和网内的发电厂。城市电网是电力系统的重要组成部分，又是其主要的负荷中心，具有用电量大、负荷密度高、安全可靠性要求高和供电质量要求高等特点。

随着经济、社会进步，用电负荷持续上升，城市配电网的供电压力增加。为了使城市电网不成为制约城市经济发展的瓶颈，必须对今后城市电网的发展方向进行充分思考，做出合理的判断。

1 我国城市配电网现状及存在问题

我国城市配电网一般存在以下特点[1]：

1）负荷密度大、增长快，供电设施占地面积要小。

2）仅靠电网增容改造仍然不能满足负荷需求。

3）出线电缆走廊有限，为满足新增用电，不断增加电缆条数，电缆排列紧密，电流大、发热多、散热困难、温升大，不利于安全运行。

4）新建变电站选址、征地困难，且变电站进线电缆走廊困难，无法满足要求。

由于城市中心区大多是能源缺乏区，这样就使得越来越多的电力需要经过长距离输电才可以到达用户，外售电比例较高。众所周知，这样并不符合电源接近负荷中心的规划思路，无功电压支撑困难，再加上恒功率负荷的持续增加，势必会对城市配电网的电压稳定问题造成影响。同时，配电网上广泛使用的无功电压综合自动控制装置在改善用户供电质量的同时，也给系统稳定带来了极为不利的影响。

目前，电力市场改革仍然难以迈开步伐。我国的现行电价，对同一类用户只有一种电价，用户的选择余地不大，缺乏用电的积极性，大大影响了用电和节电的热情。

我国配电自动化的概念已提出多年，但至今成效尚微，只在部分城市进行了专项试点，且实际运行中存在问题。只有少数城市的配电网规划大纲中明确指出需做配电自动化的专项规划，由于配电网先天的复杂性使得配电网的自动化成为难题。

借鉴国外发展城市配电网的经验，结合上述对我国城市配电网现状的具体分析，电网发展也需要优质与高效，可见对我国城市配电网的发展方向进行思考已经势在必行。

2 城市高负荷密度新区推行20kV

现有高负荷密度地区配电模式存在的问题包括以下几个方面：10kV供电半径不足；网损大，电能质量差，电费过高；高负荷密度用户供电难以满足。

IEC标准电压中规定有20kV电压等级，美国、俄罗斯、日本、法国、意大利、加拿大等都将20kV列入国家标准。尤其是法国电力公司（EDF）从1961年规定 20kV为城网中压系统的唯一标准[2]，至今20kV网络运行良好。

在我国，国家电网公司在2004年在“输配电网协调发展及电压等级优化研究中提出在新发展电网的地区宜不失时机地试点推行20kV作为中压配电的电压等级”。目前，苏州工业园区青秋浦以东45km工业园区全部采用20kV中压配电电压等级，上海轨道交通、地铁和轻轨均采用20kV作为中压配电电压等级，二者实际运行情况良好。

就合理性而言，由理论计算[3]可知，采用20kV供电，输送容量在同等导线规格下比 10kV提高 1倍，在同等负荷下 20kV的电压降比 10kV减少了75%，供电半径增加一倍；线损率降低了 75%，变压器损耗只有10kV的1/4；有色金属耗量减少50%。

就可行性而言，10kV升压至20kV在设备方面的价格增加不大，约为15%左右，且为满足国内10kV中性点不接地而购进的进口15kV或24kV设备可以直接用于20kV；20kV由于绝缘要求与10kV较为接近，所以相比35kV电压等级的占地而言，20kV明显减少；在电费方面，2007年国家发改委办公厅已经批复了江苏省关于增设20kV销售电价的决定，采用10kV和35kV电价的平均值。这样，对于高负荷密度地区的大用户而言，采用20kV不仅可以满足其供电需要，而且电费也相比35kV有所节省。

鉴于20kV电网建设时间较长且布线与10kV相差较大，现有10kV电网不可能短期内升压至20kV，所以初期宜选择新兴区域或现状电网基础比较薄弱，但未来发展负荷密度高、电力需求增长迅猛的区域开展20kV试点[4]。而对老城区等电网已经成熟的且不易重新布线的地区暂不改造为20kV。这样既可以节

省资金，又可以确保老城区已有规划不必因此修改。

3 经济发达地区引入智能用电系统

从20世纪90年代中期起，国家电网公司旗下的网省公司就开始对用电系统的标准化、自动化建设进行了有益的探索。对我国配电网进行智能用电的建设打下了良好的基础。

在我国适时引入智能用电系统，可以对电网建设、节能环保、电能质量管理产生深远的影响。由于智能用电投资较大，所以可以先在经济发达的地区进行试点，然后在全国陆续展开。

目前，北京莲香园小区、北京阜城路95号院、上海市浦东区峨山路的“越富豪庭”居民区等正在进行智能用电试点，上海世博会国家电网馆也将智能用电的理念展示给世人。

智能用电系统的应用将为配电网引入新的元素：实时电价的应用、分布式电源的接入、储能装置的接入等。它们的引入将改变配电网传统的运行模式，在使配电网智能化的进程中，无论在技术上还是观念上都是一次全新的挑战。

3.1 智能用电中的实时电价

实时电价[5]能反映“瞬时”的生产边际成本及用电量信息，融电价水平与电价结构于一身。其应用可以激励用户节约用电，向用户提供实时电价信息，同时为用户提供多种可选的用电方案。

智能用电系统引入实时电价理念使用户侧电力市场化成为可能，用经济手段刺激用户积极参与零售市场，让消费者自主选择适合自己的用电方案，从而促成人们生活的便捷性、舒适性和高质量。对电力企业而言，应用实时电价有利于减少高峰需求的增长，推迟配电网改造，保持电价稳定。通过鼓励避峰消费，还可以帮助平衡配电网的负荷。

3.2 智能用电中的分布式电源

智能用电系统的建立恰为实现分布式发电提供了客观便利条件；同时，分布式发电也正是智能用电系统的有机组成部分。智能用电系统中，用户的概念发生了变化，至少它已不是传统意义上单方面消耗电能的用电终端。智能用电系统中的用户在可以根据实时电价安排用电方案的同时，还可以根据实时电价信息向电网回馈电能，这时候用户就不再是传统意义上的被动用电了。

分布式电源的种类很多，包括小水电、风力发电、光伏发电、燃料电池等。一般来说，其容量从1kW 到 10kW。智能用电系统中的分布式电源并不具有像内蒙风电场那样集中的特点，相反它是分散在每家每户的小型风机或是几块太阳能电池板。因此这样的分布式电源规模小，靠近负荷中心，可根据需要给附近负荷供电，降低对电网扩展的要求[6]；或是接入配电网，向电网输送电能。这样，可以在一定程度上减轻对常规能源发电的依赖，有利于环境的可持续发展；还可以减少输电网上的功率传输，降低损耗，节约电网的年运行费用。

然而，大量的分布式电源接入配电网，势必改变传统配电网的潮流分布[7]。在传统配电网中，馈线潮流总是单向流动的，并且随着与变电站距离的增加有功潮流单调减少；当在馈线上安装了分布式电源以后，从根本上改变了系统潮流的模式，使得潮流难以预测，会对保护方案、电压控制和仪表设备提出新的要求[6]。同时，分布式电源（例如风力发电和光伏发电）受天气影响较大，接入电网后会出现随机性变化，使得潮流具有随机性。所以，分布式电源的接入可能会影响电网的安全稳定运行，势必会给配电网带来一次技术革新。

3.3 智能用电中的储能装置

随着科技进步，储能装置的种类层出不穷，比如：飞轮储能、超级电容器储能、超导磁能储能、钠硫蓄电池储能等。在我国试点建设智能用电系统时，出现了一种新型的交通工具——充电式混合动力汽车（俗称电动汽车）。随着人们环保意识的增强和油价的不断攀升，人们在追求方便快捷的同时，更多的会考虑如何更环保、更经济。电力作为一种生活必需品，电价相对较低，单就这一方面而言，在充电站等基础设施建成后，电动汽车也会在较短的时间内得到普及。

从另外一个角度考虑，电动汽车还是一种强大的储能装置。据报道，其车用电池可储能35kW·h，足以提供一般居民用户一昼夜的用电量。而且，居民用户可充分利用实时电价信息，适时给电动汽车充放电，以节约电费。例如：夜间处于谷荷时期电价较低，则给电动汽车充电，傍晚正值峰荷时期电价较高，可将电动汽车的剩余电量接入系统，作为电源以供家用。随着智能用电的发展，电动汽车等储能装置的使用，将使电力负荷曲线趋于平缓，有利于延长电力设备的寿命，减少备用容量，同时也有利于居民节电意识的形成。

4 分布式电源自足的地区建立微网

微网是21世纪的新兴概念。微网的含义在不同国家和地区也有着演变和区分，但共同的观点是：微网必须是以分布式发电技术为基础，融合储能装置、控制装置和保护装置的一体化单元；靠近用户终端负荷；接入的电压等级是配电网；能够工作在并网和自治两种模式[8-10]。

微网是一个集成了分布式电源、负荷、储能以及保护和控制等一系列环节的小型供能系统,它最大的特点是能够自治运行。当微网运行于自治模式时，网内的分布式微电源将可以在一定程度上发挥分布式电源的作用，从而使微网在自治运行时能够尽可能少的放弃负荷甚至是不放弃。

在我国，随着智能用电系统的建设，分布式电源的引入也给微网的建立提供了可能，可在电源能够自足的地区建立微网，实现该楼宇、小区或者地区内供电的自给自足。

微网的建设可以优化和提高能源的利用率，推动分布式电源上网，改善电网的安全可靠性[6]。特别是当大电网遭严重破坏而解列时，微网可以自成网络向区内用户供电，保证智能用电系统的正常运行，大大增强了配电网供电的灵活性。

随着近年来“直流生态住宅”理念的提出，考虑建立集成直流电与住宅能源管理系统的住宅供电系统[11]，是城市配电网的又一发展方向。由于直流配电网具有线路造价低、电能损耗小、供电可靠性高、环保等优势，在地区微网的构建中应予以足够重视。

5 结论

城市配电网发展方向的确定，关系到具体的配电网规划与改造的实施。明确配电网今后如何发展，对下一步的工作具有积极的意义。

在城市高负荷密度建站、出线困难的地区以及远距离输电使得电压水平下降的地区，宜试点推行20kV作为中压配电电压等级，代替 10kV；在经济发达地区试点并推广智能用电系统，使配电网更具智能化，满足人们对高质量生活的需要；在分布式电源充足的地区，可以构建微网，自治模式下可增强“抗震减灾”的能力，同时在微网中试点“直流生态住宅”，将直流电的优势充分发挥。

综上，今后城市配电网将向着节能、环保、优质、智能的方向发展，我国配电网的明天值得期待。

[1]谭学知. 大城市使用 20kV中压配电的优势探讨[J].供用电,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]陈瑾,李宏伟,王建兴.中压配电采用20kV电压等级的可行性分析[J].云南水力发电,2006,22(5): 91-94.

[4]赵波. 20kV配电电压等级的应用与节能减排[J]. 赛尔输配电产品应用开关卷,总第80期.

[5]沈峰,章键.我国现行电能定价方法与实时电价的比较分析[J].中原工学院学报,2004(5):49-51.

[6]余贻鑫,栾文鹏.智能电网[J].电网与清洁能源,2009(1):7-11.

[7]孙云莲.新能源及分布式发电技术[M].北京:中国电力出版社,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]谭逢时.未来直流配电网建设初探[J].科技资讯, 2011,23:110-112.