本發(fā)明涉及城市中壓配電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可擴(kuò)展的多環(huán)形城市中壓配電網(wǎng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

城市中壓配電網(wǎng)處于電力系統(tǒng)末端，擔(dān)負(fù)著保證用戶可靠持續(xù)供電和提供良好電能質(zhì)量的作用。過去幾十年的缺電困擾導(dǎo)致了電力建設(shè)存在“重發(fā)，輕供，不管用”的偏向，配網(wǎng)長期缺乏合理的規(guī)劃，基礎(chǔ)設(shè)施薄弱。隨著我國經(jīng)濟(jì)尤其是城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，配電網(wǎng)內(nèi)已經(jīng)呈現(xiàn)出有電“送不進(jìn)、落不下、用不上”的矛盾，城市電網(wǎng)供電可靠性、電能質(zhì)量與城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求的矛盾越來越突出，其中，中壓配電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)無序發(fā)展是其重要原因之一。

合理的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、可靠、智能運(yùn)行控制的基礎(chǔ)，我國配網(wǎng)在規(guī)劃理念、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、裝備水平、運(yùn)行方式、自動化等方面都制約著電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、安全、優(yōu)質(zhì)供電。相比國內(nèi)，很多發(fā)達(dá)國家在漫長的電網(wǎng)發(fā)展過程中，已逐步形成了具有自身特點(diǎn)的中壓網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，均采用標(biāo)準(zhǔn)化的供電模型。所以在配電網(wǎng)規(guī)劃工作中，配電網(wǎng)的網(wǎng)架規(guī)劃是很重要的一個(gè)部分。對其進(jìn)行研究，可以提高電力企業(yè)的投資效率，對降低電網(wǎng)電能損耗、大幅度提高可靠性、供電質(zhì)量和節(jié)約能源都具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

隨著國內(nèi)近郊城市化程度的迅速提高，現(xiàn)有以輻射供電為主的中壓配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出以下一系列缺陷：(1)負(fù)載率過高，分段不合理，聯(lián)絡(luò)數(shù)過少，無法滿足n-1準(zhǔn)則；(2)配電網(wǎng)變電站電源點(diǎn)過少，10kv出線間隔過少，小容量中壓用戶占用變電站10kv間隔過多，導(dǎo)致變電站10kv間隔利用效率低下；(3)網(wǎng)架不合理，線路長、用戶多，10kv線路供電半徑過大；(4)發(fā)生故障造成的停電范圍大，恢復(fù)供電的能力較弱等。雖然國內(nèi)外也廣泛存在以法國巴黎“手拉手”配電網(wǎng)和新加坡“梅花狀”配電網(wǎng)為代表的各種形式的環(huán)型結(jié)構(gòu)中壓配電網(wǎng)網(wǎng)架，但這些配電網(wǎng)雖然具有環(huán)型結(jié)構(gòu)，但都是開環(huán)運(yùn)行狀態(tài)，故雖然技術(shù)可行、具有良好的擴(kuò)展性，但改造成本高、可靠性沒有能夠?qū)崿F(xiàn)飛躍式的提高。

綜上，城市配電網(wǎng)是面對用戶的最重要和最終的環(huán)節(jié)。要保證對用戶供電的優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)和可靠，必須合理地選擇中壓配電網(wǎng)網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)模型。因此研究和構(gòu)建一種適合于本地特色的，滿足安全性、經(jīng)濟(jì)性要求的，可實(shí)施性和可擴(kuò)展性較好的，最優(yōu)化的配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種可擴(kuò)展的多環(huán)形城市中壓配電網(wǎng)系統(tǒng)，解決了國內(nèi)現(xiàn)有的輻射狀配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱、負(fù)載率高、可靠性低、恢復(fù)供電時(shí)間長的技術(shù)缺陷。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種可擴(kuò)展的多環(huán)形城市中壓配電網(wǎng)系統(tǒng)，包括：

設(shè)置有1個(gè)或1個(gè)以上的環(huán)的環(huán)狀配電網(wǎng)架；

環(huán)狀配電網(wǎng)架的每個(gè)環(huán)內(nèi)包括有至少1個(gè)變電站和至少兩個(gè)開關(guān)站，變電站的10kv側(cè)設(shè)置有通過變電站母聯(lián)開關(guān)連接的母線ⅰ和母線ⅱ，開關(guān)站內(nèi)部設(shè)置有通過開關(guān)站母聯(lián)開關(guān)連接的母線ⅰ和母線ⅱ；

每個(gè)環(huán)內(nèi)的所有開關(guān)站的母線ⅰ連接構(gòu)成獨(dú)立的內(nèi)部子環(huán)ⅰ，每個(gè)環(huán)內(nèi)的所有開關(guān)站的母線ⅱ連接構(gòu)成獨(dú)立的內(nèi)部子環(huán)ⅱ；

變電站的母線ⅰ與開關(guān)站的母線ⅰ連接，用于為內(nèi)部子環(huán)ⅰ供電，變電站的母線ⅱ與開關(guān)站的母線ⅱ連接，用于為內(nèi)部子環(huán)ⅱ供電；

在正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，變電站母聯(lián)開關(guān)和開關(guān)站母聯(lián)開關(guān)均為斷開狀態(tài)。

可選地，變電站的變壓器分列運(yùn)行。

可選地，環(huán)狀配電網(wǎng)架設(shè)置有1個(gè)以上的環(huán)時(shí)，環(huán)與環(huán)之間的位置關(guān)系為內(nèi)外嵌套的連接關(guān)系。

可選地，環(huán)狀配電網(wǎng)架設(shè)置有1個(gè)以上的環(huán)時(shí)，環(huán)與環(huán)之間通過電力開關(guān)相連接。

可選地，電力開關(guān)為斷路器。

可選地，變電站的變壓器回路裝設(shè)有短路限流器；

和/或

變電站的變壓器采用高阻抗變壓器。

從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種可擴(kuò)展的多環(huán)形城市中壓配電網(wǎng)系統(tǒng)，包括：設(shè)置有1個(gè)或1個(gè)以上的環(huán)的環(huán)狀配電網(wǎng)架；環(huán)狀配電網(wǎng)架的每個(gè)環(huán)內(nèi)包括有至少1個(gè)變電站和至少兩個(gè)開關(guān)站，變電站的10kv側(cè)設(shè)置有通過變電站母聯(lián)開關(guān)連接的母線ⅰ和母線ⅱ，開關(guān)站內(nèi)部設(shè)置有通過開關(guān)站母聯(lián)開關(guān)連接的母線ⅰ和母線ⅱ；每個(gè)環(huán)內(nèi)的所有開關(guān)站的母線ⅰ連接構(gòu)成獨(dú)立的內(nèi)部子環(huán)ⅰ，每個(gè)環(huán)內(nèi)的所有開關(guān)站的母線ⅱ連接構(gòu)成獨(dú)立的內(nèi)部子環(huán)ⅱ；變電站的母線ⅰ與開關(guān)站的母線ⅰ連接，用于為內(nèi)部子環(huán)ⅰ供電，變電站的母線ⅱ與開關(guān)站的母線ⅱ連接，用于為內(nèi)部子環(huán)ⅱ供電；在正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，變電站母聯(lián)開關(guān)和開關(guān)站母聯(lián)開關(guān)均為斷開狀態(tài)。本發(fā)明實(shí)施例中通過由開關(guān)站之間“手拉手”形成環(huán)形結(jié)構(gòu)，且變電站分別對分段運(yùn)行的開關(guān)站進(jìn)行供電，形成一個(gè)由開關(guān)站的母線ⅰ和母線ⅱ各自獨(dú)立成環(huán)的環(huán)狀配電網(wǎng)架，且該環(huán)狀配電網(wǎng)架可根據(jù)城市地理環(huán)境以及電網(wǎng)建設(shè)的具體情況進(jìn)行拓展，形成具有1個(gè)以上的環(huán)的多環(huán)結(jié)構(gòu)，使得在某一環(huán)出現(xiàn)問題時(shí)，從其他環(huán)進(jìn)行轉(zhuǎn)供電，進(jìn)一步提高配電網(wǎng)的供電可靠性，本發(fā)明實(shí)施例提供的可擴(kuò)展的多環(huán)形城市中壓配電網(wǎng)系統(tǒng)屬環(huán)型結(jié)構(gòu)合環(huán)運(yùn)行配電網(wǎng)，除滿足傳統(tǒng)安全性指標(biāo)如線路及變電站的n-1、短路電流在傳統(tǒng)斷路器的遮斷能力內(nèi)外，還具有變電站負(fù)載率均衡、間隔利用率高、電源深入負(fù)荷中心、供電區(qū)域清晰、運(yùn)行方式靈活、可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，解決了國內(nèi)現(xiàn)有的輻射狀配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱、負(fù)載率高、可靠性低、恢復(fù)供電時(shí)間長的技術(shù)缺陷。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種可擴(kuò)展的多環(huán)形城市中壓配電網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種可擴(kuò)展的多環(huán)形城市中壓配電網(wǎng)系統(tǒng)的遠(yuǎn)景拓展示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種中壓配電網(wǎng)雙環(huán)網(wǎng)架合環(huán)運(yùn)行模型建模流程圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種中壓配電網(wǎng)雙環(huán)網(wǎng)初步網(wǎng)架圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種中壓配電網(wǎng)雙環(huán)網(wǎng)修正網(wǎng)架圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種城區(qū)雙環(huán)網(wǎng)架合環(huán)運(yùn)行模型中的大坡變和城東變的內(nèi)部連接圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種城區(qū)雙環(huán)網(wǎng)架合環(huán)運(yùn)行配電網(wǎng)示意圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種短路分析的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種可擴(kuò)展的多環(huán)形城市中壓配電網(wǎng)系統(tǒng)，用于解決國內(nèi)現(xiàn)有的輻射狀配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱、負(fù)載率高、可靠性低、恢復(fù)供電時(shí)間長的技術(shù)缺陷。

為使得本發(fā)明的發(fā)明目的、特征、優(yōu)點(diǎn)能夠更加的明顯和易懂，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而非全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請參閱圖1和圖2，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種可擴(kuò)展的多環(huán)形城市中壓配電網(wǎng)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例，包括：

設(shè)置有1個(gè)或1個(gè)以上的環(huán)的環(huán)狀配電網(wǎng)架；

環(huán)狀配電網(wǎng)架的每個(gè)環(huán)內(nèi)包括有至少1個(gè)變電站和至少兩個(gè)開關(guān)站，變電站的10kv側(cè)設(shè)置有通過變電站母聯(lián)開關(guān)連接的母線ⅰ和母線ⅱ，開關(guān)站內(nèi)部設(shè)置有通過開關(guān)站母聯(lián)開關(guān)連接的母線ⅰ和母線ⅱ；

每個(gè)環(huán)內(nèi)的所有開關(guān)站的母線ⅰ連接構(gòu)成獨(dú)立的內(nèi)部子環(huán)ⅰ，每個(gè)環(huán)內(nèi)的所有開關(guān)站的母線ⅱ連接構(gòu)成獨(dú)立的內(nèi)部子環(huán)ⅱ；

變電站的母線ⅰ與開關(guān)站的母線ⅰ連接，用于為內(nèi)部子環(huán)ⅰ供電，變電站的母線ⅱ與開關(guān)站的母線ⅱ連接，用于為內(nèi)部子環(huán)ⅱ供電；

在正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，變電站母聯(lián)開關(guān)和開關(guān)站母聯(lián)開關(guān)均為斷開狀態(tài)。

進(jìn)一步地，變電站的變壓器分列運(yùn)行。

進(jìn)一步地，環(huán)狀配電網(wǎng)架設(shè)置有1個(gè)以上的環(huán)時(shí)，環(huán)與環(huán)之間的位置關(guān)系為內(nèi)外嵌套的連接關(guān)系。

進(jìn)一步地，環(huán)狀配電網(wǎng)架設(shè)置有1個(gè)以上的環(huán)時(shí)，環(huán)與環(huán)之間通過電力開關(guān)相連接。

進(jìn)一步地，電力開關(guān)為斷路器。

進(jìn)一步地，變電站的變壓器回路裝設(shè)有短路限流器；

和/或

變電站的變壓器采用高阻抗變壓器。

具體的，以下將結(jié)合圖1和圖2，以具體的應(yīng)用例對本發(fā)明實(shí)施例提供的一種可擴(kuò)展的多環(huán)形城市中壓配電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的說明。

請參閱圖1，(圖中實(shí)線為ⅰ母及ⅰ母間的連接線，虛線為ⅱ母及ⅱ母間的連接線)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種可擴(kuò)展的多環(huán)形城市中壓配電網(wǎng)系統(tǒng)的具體應(yīng)用例包括：

變電站a和變電站b，及開關(guān)站a、開關(guān)站b、開關(guān)站c、開關(guān)站d；

其中，開關(guān)站a、開關(guān)站b、開關(guān)站c、開關(guān)站d的母線ⅰ相連構(gòu)成獨(dú)立的內(nèi)部子環(huán)ⅰ，變電站a的母線ⅰ和開關(guān)站a、開關(guān)站b的母線ⅰ相連，且變電站a通過該連接關(guān)系為內(nèi)部子環(huán)ⅰ中的開關(guān)站a、開關(guān)站b供電；變電站b的母線ⅰ和開關(guān)站c、開關(guān)站d的母線ⅰ相連，變電站b通過該連接關(guān)系為內(nèi)部子環(huán)ⅰ中的開關(guān)站c、開關(guān)站d供電。開關(guān)站a、開關(guān)站b、開關(guān)站c、開關(guān)站d的母線ⅱ相連構(gòu)成獨(dú)立的內(nèi)部子環(huán)ⅱ，變電站a的母線ⅱ和開關(guān)站a、開關(guān)站b的母線ⅱ相連，變電站a通過該連接關(guān)系為內(nèi)部子環(huán)ⅱ中的開關(guān)站a、開關(guān)站b供電；變電站b的母線ⅱ和開關(guān)站c、開關(guān)站d的母線ⅱ相連，變電站b通過該連接關(guān)系為內(nèi)部子環(huán)ⅱ中的開關(guān)站c、開關(guān)站d供電。在正常運(yùn)行時(shí)，環(huán)內(nèi)的母聯(lián)開關(guān)都是斷開的：每個(gè)開關(guān)站內(nèi)部連接母線ⅰ和母線ⅱ的母聯(lián)開關(guān)斷開，實(shí)現(xiàn)開關(guān)站分段運(yùn)行；每個(gè)變電站的10kv側(cè)連接的母線ⅰ和母線ⅱ的母聯(lián)開關(guān)斷開，實(shí)現(xiàn)變電站的變壓器分列運(yùn)行。

為便于清晰說明本發(fā)明實(shí)施例提供的可擴(kuò)展的多環(huán)形城市中壓配電網(wǎng)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，可參閱圖2中對網(wǎng)架的遠(yuǎn)景擴(kuò)展進(jìn)行的說明，即圖1所示的單環(huán)環(huán)狀網(wǎng)架可以按圖2所示不斷擴(kuò)展到n個(gè)環(huán)，即內(nèi)環(huán)與外環(huán)之間層層嵌套的關(guān)系，且當(dāng)設(shè)置有包括2個(gè)或以上環(huán)的環(huán)狀網(wǎng)架時(shí)，環(huán)與環(huán)之間通過電力開關(guān)相連。具體實(shí)施時(shí)，可以根據(jù)具體情況在相鄰環(huán)的開關(guān)站之間設(shè)置電力開關(guān)，電力開關(guān)可使用斷路器實(shí)現(xiàn)。正常合環(huán)供電時(shí)，圖2所示的開關(guān)(包括環(huán)內(nèi)的母聯(lián)開關(guān)和環(huán)間的電力開關(guān))均不閉合，僅在故障等情況下需要對運(yùn)行方式調(diào)整時(shí)才閉合部分或全部。本發(fā)明設(shè)計(jì)的環(huán)型供電方案可靠性較高，基本不用環(huán)間的電力開關(guān)來轉(zhuǎn)供負(fù)荷，因此在環(huán)間也可以不設(shè)置電力開關(guān)。

此外，考慮到便于控制系統(tǒng)的短路電流，變電站的變壓器回路裝設(shè)有短路限流器和/或變電站的變壓器采用高阻抗變壓器。兩種方式同時(shí)采用或者任選其一都可以，具體設(shè)置實(shí)現(xiàn)本發(fā)明不予贅述。

以上為對于本發(fā)明實(shí)施例提供的一種可擴(kuò)展的多環(huán)形城市中壓配電網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的具體應(yīng)用例的詳細(xì)說明，為了進(jìn)一步說明本發(fā)明提供的可擴(kuò)展的多環(huán)形城市中壓配電網(wǎng)系統(tǒng)的技術(shù)效果，以下將所提供的配電網(wǎng)系統(tǒng)為模型應(yīng)用到國內(nèi)某一城區(qū)的中壓配電網(wǎng)(以下簡稱a城區(qū))的實(shí)際設(shè)計(jì)中，并進(jìn)行詳細(xì)的具體應(yīng)用方案說明。

具體包括下列規(guī)劃步驟：

(1)從電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備狀況和運(yùn)行水平分析城市中壓配電網(wǎng)的實(shí)際情況，分析存在的薄弱點(diǎn)。

a.電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

a)城市電網(wǎng)110kv變電站接線模式

b)城市配電網(wǎng)主干線長度分布

c)城市配電網(wǎng)接線模式

b.設(shè)備狀況和運(yùn)行水平

d)變電站狀況

e)110kv線路分析

f)容載比分析

g)“n-1”校驗(yàn)分析

h)對現(xiàn)狀高壓電網(wǎng)進(jìn)行潮流、短路、線損、電壓水平分析

i)配電網(wǎng)絕緣化率、電纜化率分析

j)導(dǎo)線型號、截面分析

k)線路運(yùn)行年限分析

l)線路負(fù)載率及安全可靠供電能力分析

m)配變負(fù)載率分析

n)配變型號、容量及運(yùn)行年限分析

(2)調(diào)研國內(nèi)外中壓配電網(wǎng)供電模型，參考配電網(wǎng)規(guī)劃導(dǎo)則，提出了指導(dǎo)城市中壓配電網(wǎng)供電模型設(shè)計(jì)的規(guī)劃原則。

a.網(wǎng)架設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，模型化：

標(biāo)準(zhǔn)化、模型化設(shè)計(jì)可大大減少規(guī)劃設(shè)計(jì)部門的工作量，方便配電網(wǎng)擴(kuò)展，利于實(shí)現(xiàn)自動化，采用統(tǒng)一的控制策略，并為中壓側(cè)用戶的接入提供明確的入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)和評估體系。

b.模型設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合城市特征：

具體設(shè)計(jì)模型時(shí)，需結(jié)合城市的特征，而其很大程度上體現(xiàn)在地形地域方面，如巴黎的典型三環(huán)設(shè)計(jì)就是根據(jù)巴黎城市地形地域設(shè)計(jì)。而新加坡國家較小，各地區(qū)發(fā)展相對均衡，地勢低平為采用統(tǒng)一的梅花狀供電模型建設(shè)提供可能。

c.模型應(yīng)具備可擴(kuò)展性：

供電模型應(yīng)具備良好的擴(kuò)展性，隨著城市的不斷發(fā)展，負(fù)荷的不斷延展增加，展示其高靈活性，這是電網(wǎng)統(tǒng)一建設(shè)的保障。

d.各級配電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展：

以提高可靠性為基本原則，促進(jìn)高、中、低壓網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展；適當(dāng)考慮層與層之間的負(fù)荷轉(zhuǎn)移和相互支援，使中壓配電網(wǎng)供電模型具備良好的負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力。

(3)建立高壓配電網(wǎng)作為研究城市中壓配電網(wǎng)的邊界條件，基于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)理論對城市中壓配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。通過靜態(tài)安全校驗(yàn)、短路電流水平和電磁環(huán)網(wǎng)分析對模型進(jìn)行修正。

(4)基于建立的城市中壓配電網(wǎng)網(wǎng)架模型，分別從以下7個(gè)方面對其進(jìn)行可行性分析，驗(yàn)證其可行性。

a.建設(shè)可行性分析

a)變電站間隔分析

b)線路通道分析

b.負(fù)荷水平分析

c.潮流特性

a)變電站至開關(guān)站潮流

b)開關(guān)站之間潮流

d.短路水平分析

e.靜態(tài)安全分析

f.可靠性分析

g.可擴(kuò)展性分析

a城區(qū)配電網(wǎng)的改造流程如圖3所示：

第一步，a城區(qū)配電網(wǎng)現(xiàn)狀分析：電網(wǎng)現(xiàn)狀分析是未來電網(wǎng)發(fā)展、規(guī)劃、建設(shè)的基礎(chǔ)與依據(jù)。從高壓配電網(wǎng)、中低壓配電網(wǎng)兩方面對a市配電網(wǎng)進(jìn)行詳細(xì)分析，指出現(xiàn)有配電網(wǎng)中需要改造的薄弱環(huán)節(jié)，指導(dǎo)a城區(qū)配電網(wǎng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)。

a城區(qū)電網(wǎng)目前網(wǎng)架結(jié)構(gòu)發(fā)展與設(shè)計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)化，線路存在掛燈籠現(xiàn)狀；同時(shí)電能質(zhì)量較低、可靠性不高，此外由于電源通道和土地資源匱乏，新增變電站的難度較大。具體分析如下：

110kv電網(wǎng)線路截面以185mm²為主，線路輸送能力不高，110kv變電站主變負(fù)載率偏高，共4座不能滿足主變“n-1”，故障后負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力較弱。a城區(qū)主要以丁字口變(城中變)、金泉變、大坡變、青山變、鴨塘變5個(gè)110千伏變電站向城區(qū)進(jìn)行供電，其中以丁字口變和金泉變?yōu)橹飨虺鞘兄行墓╇?供電區(qū)域占整個(gè)城市的70％，只要任一個(gè)站失電，將造成a市半邊城的停電，且受線路供電容量及通道的制約而無法轉(zhuǎn)移供電。

10kv中壓配電網(wǎng)部分線路供電半徑已經(jīng)超標(biāo)，單輻射接線模式的線路共22回，聯(lián)絡(luò)率為65.6％，n-1通過率僅為30％，容易造成故障時(shí)負(fù)荷轉(zhuǎn)供困難。而且線路的負(fù)載率平均水平偏高、配變的負(fù)載率不均衡。

第二步，提出了a城區(qū)建設(shè)合環(huán)運(yùn)行雙環(huán)配電網(wǎng)的規(guī)劃思路：隨著我國經(jīng)濟(jì)尤其是城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市電網(wǎng)供電可靠性、電能質(zhì)量與城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求的矛盾越來越突出，其中，中壓網(wǎng)架結(jié)構(gòu)無序發(fā)展是其重要原因之一。

(1)國內(nèi)外發(fā)達(dá)國家城區(qū)配電網(wǎng)典型供電模型

新加坡城市各分區(qū)內(nèi)，變電站每兩回22kv饋線構(gòu)成環(huán)網(wǎng)，形成花瓣結(jié)構(gòu)，稱之為梅花狀供電模型。不同電源變電站的每兩個(gè)環(huán)網(wǎng)中間又相互連接，組成花瓣式相切的形狀。其網(wǎng)絡(luò)接線實(shí)際上是由變電站間單聯(lián)絡(luò)和變電站內(nèi)單聯(lián)絡(luò)組合而成。站間聯(lián)絡(luò)部分開環(huán)運(yùn)行，站內(nèi)聯(lián)絡(luò)部分閉環(huán)運(yùn)行，而兩個(gè)環(huán)網(wǎng)之間的聯(lián)絡(luò)處為最重要的負(fù)荷所在。構(gòu)成多朵“梅花”供電的城市整體網(wǎng)架，顯示了良好的可擴(kuò)展性。

巴黎城市電網(wǎng)具有鮮明的環(huán)狀結(jié)構(gòu)：外環(huán)、中環(huán)和內(nèi)環(huán)，三環(huán)又將其分割成4個(gè)分區(qū)，各個(gè)變電站就處于分區(qū)之間，每個(gè)環(huán)內(nèi)的變電站向兩側(cè)的分區(qū)電。當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，可在分區(qū)之間增加一變電站，將分區(qū)再一分為二，顯示了良好的可擴(kuò)展性。

(2)城市中壓配電網(wǎng)供電模型的指導(dǎo)原則

結(jié)合國內(nèi)外發(fā)達(dá)國家城區(qū)配電網(wǎng)典型供電模型啟示，結(jié)合配電網(wǎng)規(guī)劃導(dǎo)則，建立a城區(qū)中壓配電網(wǎng)供電模型的指導(dǎo)原則：

網(wǎng)架設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，模型化：標(biāo)準(zhǔn)化、模型化設(shè)計(jì)可大大減少規(guī)劃設(shè)計(jì)部門的工作量，方便配電網(wǎng)擴(kuò)展，利于實(shí)現(xiàn)自動化，采用統(tǒng)一的控制策略，并為中壓側(cè)用戶的接入提供明確的入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)和評估體系。

模型設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合城市特征：具體設(shè)計(jì)模型時(shí)，需結(jié)合城市的特征，而其很大程度上體現(xiàn)在地形地域方面，如巴黎的典型三環(huán)設(shè)計(jì)就是根據(jù)巴黎城市地形地域設(shè)計(jì)。而新加坡國家較小，各地區(qū)發(fā)展相對均衡，地勢低平為采用統(tǒng)一的梅花狀供電模型建設(shè)提供可能。

模型應(yīng)具備可擴(kuò)展性：供電模型應(yīng)具備良好的擴(kuò)展性，隨著城市的不斷發(fā)展，負(fù)荷的不斷延展增加，展示其高靈活性，這是電網(wǎng)統(tǒng)一建設(shè)的保障。

各級配電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展：以提高可靠性為基本原則，促進(jìn)高、中、低壓網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展；適當(dāng)考慮層與層之間的負(fù)荷轉(zhuǎn)移和相互支援，使中壓配電網(wǎng)供電模型具備良好的負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力。

(3)a城區(qū)中壓配電網(wǎng)供電模型的規(guī)劃思路

中壓網(wǎng)架設(shè)計(jì)的最重要的指導(dǎo)原則之一是模型設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合城市特征，而城市特征很大程度表現(xiàn)在地形地域特征上，并且負(fù)荷分布特征與此又是緊密相聯(lián)，對于a城區(qū)來說，其地形特點(diǎn)是地址平坦，城市特點(diǎn)是一個(gè)典型的內(nèi)環(huán)與外環(huán)結(jié)構(gòu)。對配電網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，通常都是把開關(guān)站的布局和網(wǎng)絡(luò)接線分開來進(jìn)行。a城區(qū)負(fù)荷沿地形呈現(xiàn)出圓形分布的，故建模的重點(diǎn)在于開關(guān)站布局，即確定開關(guān)站之間及其與變電站之間如何“連線”的問題。

通過分析a城區(qū)現(xiàn)狀電網(wǎng)的薄弱點(diǎn)，在總結(jié)國內(nèi)外發(fā)達(dá)國家中壓配電網(wǎng)供電模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合a地形特點(diǎn)，提出在a城區(qū)10kv配電網(wǎng)利用現(xiàn)有開關(guān)站和規(guī)劃開關(guān)站最終形成內(nèi)環(huán)網(wǎng)和外環(huán)網(wǎng)的理念，探索簡單、統(tǒng)一、合理的城市中壓配電網(wǎng)網(wǎng)架模型。具體規(guī)劃的指導(dǎo)思想如下：

1)形成以110kv丁字口變，110kv城西變和規(guī)劃的110kv城中變?yōu)橹行牡膬?nèi)環(huán)網(wǎng)，110kv變電站通過10kv出線至內(nèi)環(huán)網(wǎng)上開關(guān)站形成環(huán)網(wǎng)供電；形成以110kv金泉變、規(guī)劃的110kv城東變、110kv青山變和110kv大坡變?yōu)橹行牡耐猸h(huán)網(wǎng)，110kv變電站通過10kv出線至外環(huán)網(wǎng)上開關(guān)站形成環(huán)網(wǎng)供電。

2)從變電站到開關(guān)站線路以及開關(guān)站線路之間直接由電纜相連，線路之間原則上不帶負(fù)荷，所有負(fù)荷都由開關(guān)站出線帶。

3)專用用戶由變電站直供。

4)主干線分段運(yùn)行，但允許環(huán)網(wǎng)運(yùn)行。

(4)a城區(qū)中壓配電網(wǎng)雙環(huán)網(wǎng)模型的預(yù)期供電效果

1)供電可靠性高：加強(qiáng)配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，與手牽手n-1接線相比可滿足n-2，為提高供電可靠性奠定基礎(chǔ)；同時(shí)改變以往負(fù)荷只有一兩個(gè)電源點(diǎn)供電的現(xiàn)象，降低城市大面積停電的風(fēng)險(xiǎn)。

2)電源深入負(fù)荷中心：將110千伏變電站10千伏母線延伸至城區(qū)中心負(fù)荷密集區(qū)，實(shí)現(xiàn)了變電站10kv母線整體向負(fù)荷側(cè)前移供電，體現(xiàn)了供電電源盡量深入負(fù)荷中心的原則，縮短配電網(wǎng)二級網(wǎng)架供電半徑，為電能質(zhì)量管理做出有力的保障。

3)供電區(qū)域清晰：為線損四分管理、配電自動化夯實(shí)基礎(chǔ)。

4)運(yùn)行方式靈活：只要還有一座110千伏變電站運(yùn)行，其他變電站失壓情況下，該變電站能為整個(gè)城市提供保安電源。

第三步，a城區(qū)環(huán)型網(wǎng)架建模：即a城區(qū)中壓配電網(wǎng)雙環(huán)網(wǎng)架環(huán)型供電模型建模。負(fù)荷預(yù)測是城市電網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)，其準(zhǔn)確度直接影響電網(wǎng)規(guī)劃的質(zhì)量，根據(jù)a市規(guī)劃以及a市的供電局相關(guān)資料，a城區(qū)預(yù)計(jì)年負(fù)荷將達(dá)到178mw，其中內(nèi)環(huán)負(fù)荷為72mw，外環(huán)負(fù)荷到達(dá)106mw。

a城區(qū)中壓配電網(wǎng)建模，主要包括兩個(gè)部分，a城區(qū)110kv以上高壓配電網(wǎng)和a城區(qū)10kv中壓配電網(wǎng)，其中a城區(qū)110kv以上高壓配電網(wǎng)作為城區(qū)中壓配電網(wǎng)運(yùn)行的邊界條件和上層網(wǎng)絡(luò)的約束條件，a城區(qū)10kv中壓配電網(wǎng)為研究對象。建模的整體流程如下：

(5)高壓配電網(wǎng)建模

高壓配電網(wǎng)的建模僅考慮a地區(qū)500kv、220kv變電站、110kv變電站的電氣連接網(wǎng)絡(luò)；運(yùn)行方式采用大負(fù)荷運(yùn)行方式，變電站負(fù)荷為年的最大負(fù)荷，負(fù)荷集中等值到110kv變電站10kv出線所至開關(guān)站的10kv母線側(cè)。

在500kv/220kv建模過程中，平衡節(jié)點(diǎn)選擇500kv施秉變，在建立的550kv/220kv網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行220kv/110kv電網(wǎng)建模。

(1)10kv配電網(wǎng)雙環(huán)網(wǎng)架初步設(shè)計(jì)

調(diào)研a城區(qū)現(xiàn)狀中壓配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)模型，以巴黎和新加坡配電網(wǎng)供電模型的經(jīng)驗(yàn)和配電網(wǎng)規(guī)劃導(dǎo)則為指導(dǎo)原則，考慮a城區(qū)分負(fù)荷發(fā)展情況，結(jié)合a城區(qū)高壓配電網(wǎng)的規(guī)劃情況(中高壓配電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展)，對a城區(qū)配電網(wǎng)進(jìn)行雙環(huán)網(wǎng)建設(shè),主要包括網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，變電站布點(diǎn)設(shè)計(jì)和開關(guān)站布點(diǎn)設(shè)計(jì)。

1)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由第二步中對a地形特點(diǎn)的分析可知，a地形平坦，城市結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是一個(gè)典型的內(nèi)環(huán)與外環(huán)結(jié)構(gòu)，負(fù)荷沿地形呈現(xiàn)出圓形分布，結(jié)合中壓配電網(wǎng)網(wǎng)架設(shè)計(jì)指導(dǎo)原則，借鑒巴黎“手拉手”環(huán)狀網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗(yàn)，在a城區(qū)現(xiàn)狀配電網(wǎng)的基礎(chǔ)上，提出利用現(xiàn)有開關(guān)站和規(guī)劃開關(guān)站最終形成內(nèi)環(huán)網(wǎng)和外環(huán)網(wǎng)的理念，利用開關(guān)站之間“手拉手”形成兩個(gè)獨(dú)立的環(huán)型結(jié)構(gòu)。

2)變電站布點(diǎn)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行配網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)前，首先對城區(qū)進(jìn)行供電區(qū)域的劃分，分析其負(fù)荷類型，負(fù)荷的增長趨勢，分別確定城區(qū)變電站的數(shù)量以及變電站的供電區(qū)域，盡量不跨區(qū)供電，使變電站的供電區(qū)域清晰，為配電網(wǎng)的自動化奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

結(jié)合現(xiàn)有a城區(qū)110kv變電站的分布情況，分析確定a城區(qū)未來的負(fù)荷發(fā)展需要，分析a城區(qū)需要新建2座110kv變電站，因此a城區(qū)年目標(biāo)年雙環(huán)網(wǎng)架的供電電源共有6座，分別為110kv丁字口變、110kv金泉變、110kv城西變、110kv青山變、110kv大坡變、規(guī)劃110kv城中變和規(guī)劃110kv城東變。

內(nèi)環(huán)負(fù)荷由110kv丁字口變、110kv城東變、110kv城中變、110kv金泉變和110kv城西變共5個(gè)110kv變電站供電。外環(huán)負(fù)荷由110kv城東變、110kv城中變、110kv金泉變、110kv城西變、110kv青山變和110kv大坡變等6個(gè)110kv變電站供電；

3)開關(guān)站布點(diǎn)設(shè)計(jì)

在確定變電站的供電區(qū)域后，結(jié)合負(fù)荷預(yù)測結(jié)果，對內(nèi)環(huán)網(wǎng)和外環(huán)網(wǎng)的供電區(qū)域進(jìn)行細(xì)分，每一個(gè)小的供電區(qū)域由一個(gè)開關(guān)站供電。

圖4為所設(shè)計(jì)的a中壓配電網(wǎng)雙環(huán)網(wǎng)初步網(wǎng)架圖(為了圖形簡潔，圖中每條線路均對應(yīng)實(shí)際的兩回線路)：

內(nèi)環(huán)開關(guān)站：凱旋公館開關(guān)站、商場街開關(guān)站、新九棟開關(guān)站、市畜牧開關(guān)站、二六二開關(guān)站、供電大樓開關(guān)站、騰龍開關(guān)站、文化南路開關(guān)站、大地星月開關(guān)站、師專開關(guān)站等。

外環(huán)開關(guān)站：清江開關(guān)站、老水泥廠開關(guān)站、市建二公司開關(guān)站、永豐東加油站、永豐開關(guān)站、市風(fēng)情開關(guān)站、博南開關(guān)站、仰阿莎開關(guān)站、州衛(wèi)校開關(guān)站、岔路口開關(guān)站、市郊局開關(guān)站、沁園賓館開關(guān)站、二龍開關(guān)站、狀元府開關(guān)站、酒廠開關(guān)站等。

此外還有韶山路開關(guān)站、國際名居開關(guān)站未加入合環(huán)。

由7個(gè)變電站為各開關(guān)站供電。

其中a城區(qū)電網(wǎng)電纜推薦采用型號為yjv-300，該型號的載流量為485a，及最大載流量為8.5mva，即最大通過的有功功率為8mw，并以此有功功率作為每回線路的熱穩(wěn)極限。

對該初步設(shè)計(jì)的網(wǎng)架進(jìn)行潮流特性分析、靜態(tài)安全分析(配網(wǎng)屬于受端網(wǎng)絡(luò)，沒有暫穩(wěn)問題)以及短路水平分析，可知，該網(wǎng)架所帶負(fù)荷滿足目標(biāo)年的負(fù)荷預(yù)測值、正常運(yùn)行的線路潮流不超過熱穩(wěn)極限、中壓配電網(wǎng)線路均滿足n-1，即潮流特性和靜態(tài)安全分析均可滿足要求，但城區(qū)配電網(wǎng)的短路電流最大高達(dá)56.75ka，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過a城區(qū)現(xiàn)有斷路器20ka的遮斷水平。

(2)10kv雙環(huán)網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的修正

短路電流過大是制約a城區(qū)雙環(huán)電網(wǎng)合環(huán)運(yùn)行的關(guān)鍵因素，通過對電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行的分析，短路電流過大主要是由于雙環(huán)網(wǎng)環(huán)路較多，提供短路電流的電源點(diǎn)較多。所以從改進(jìn)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)角度來考慮，降低短路水平主要有以下兩方面：一是盡量減少電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行的電壓等級，以降低環(huán)路中電壓等級；其次，提出內(nèi)外環(huán)獨(dú)立運(yùn)行，110kv變電站只供內(nèi)環(huán)或者只供外環(huán)開關(guān)站的修正思想。據(jù)此思想，提出了圖5所示的a城區(qū)中壓配電網(wǎng)雙環(huán)網(wǎng)修正網(wǎng)架圖：修正時(shí)調(diào)整了變電站與開關(guān)站、開關(guān)站與開關(guān)站之間的連線，例如城西變、城中變、丁字口變只為內(nèi)環(huán)供電，城東變、金泉變只為外環(huán)供電。

對修正后網(wǎng)架進(jìn)行潮流特性分析、靜態(tài)安全分析以及短路水平分析，可知，該網(wǎng)架所帶負(fù)荷滿足目標(biāo)年的負(fù)荷預(yù)測值、正常運(yùn)行的線路潮流不超過熱穩(wěn)極限、中壓配電網(wǎng)線路均滿足n-1，即潮流特性和靜態(tài)安全分析均可滿足要求，但城區(qū)配電網(wǎng)的短路電流仍達(dá)40.43ka，仍然超過a城區(qū)現(xiàn)有斷路器20ka的遮斷水平。

至此可知，尋找降低短路電流水平的措施是a城區(qū)雙環(huán)網(wǎng)架采用合環(huán)運(yùn)行的關(guān)鍵。常規(guī)的限流措施有：電網(wǎng)分層分區(qū)運(yùn)行，合理規(guī)劃電源接入系統(tǒng)方式，提高電壓等級和發(fā)展直流輸電；拉停開關(guān)、線路，變電站采用母線分裂運(yùn)行，采用高阻抗設(shè)備和加裝短路電流限制器。前四種屬于從改變電網(wǎng)結(jié)構(gòu)層面考慮的限流措施，因改變電網(wǎng)結(jié)構(gòu)對電網(wǎng)將產(chǎn)生較大的影響，故不予與采用。而拉停開關(guān)、線路與提高配電網(wǎng)可靠性的預(yù)期目標(biāo)相反，故也不采用。

在借鑒變電站采用母線分裂運(yùn)行、采用高阻抗設(shè)備和加裝短路電流限制器三種措施的基礎(chǔ)上，以增大系統(tǒng)阻抗為目的，首次提出了開關(guān)站母線分段運(yùn)行的限流措施，并將變電站采用母線分裂運(yùn)行和開關(guān)站母線分段運(yùn)行并稱為改變中壓配電網(wǎng)的運(yùn)行方式，故接下來從原理上論證改變中壓配電網(wǎng)的運(yùn)行方式、變電站采用高阻抗變壓器以及變電站加裝短路電流限制器三種措施可以有效降低系統(tǒng)的短路電流(不考慮短路的暫態(tài)過程)。

1)改變中壓配電網(wǎng)的運(yùn)行方式增加系統(tǒng)阻抗

變電站母線分列運(yùn)行、開關(guān)站母線分段運(yùn)行均可明顯增加系統(tǒng)阻抗，有效降低短路電流。兩者混合的運(yùn)行方式更能有效降低短路電流。

下面定性分析變電站母線分列與開關(guān)站母線分段的混合運(yùn)行方式對短路電流的控制作用。以圖8所示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為例：包括變電站a、開關(guān)站a、變電站b、開關(guān)站b，可得改變中壓配電網(wǎng)的運(yùn)行方式后開關(guān)站a的ii母出線發(fā)生三相短路時(shí)的短路電流明顯小于改變中壓配電網(wǎng)運(yùn)行方式之前的短路電流，具體分析如下：

改變中壓配電網(wǎng)的運(yùn)行方式前：

改變中壓配電網(wǎng)的運(yùn)行方式后：

其中，if指開關(guān)站a的ii母出線發(fā)生三相短路時(shí)(如圖8中f處)的短路電流，e1、e2指兩個(gè)電源點(diǎn)的等效電動勢，zt11、zt12、zt21、zt22指的是變電站變壓器的等效阻抗，zl11、zl12、zl21、zl22指的是變電站到開關(guān)站的線路等效阻抗，z12指的是開關(guān)站相連線路的等效阻抗。

2)采用高阻抗變壓器增加系統(tǒng)阻抗

110kv變壓器10kv低壓側(cè)的短路電流和10kv分區(qū)電網(wǎng)的短路電流都要從110kv變電站的變壓器通過。以圖8所示等效電路圖為例，開關(guān)站a的ii母出口線路發(fā)生短路時(shí)的短路電流與變壓器阻抗zt成反比，具體分析如下：

變壓器采用高阻抗變壓器時(shí)，zt11//zt12和zt21//zt22都將增大，進(jìn)而導(dǎo)致if降低。因此選用高阻抗變壓器能夠控制系統(tǒng)的短路電流。

3)采用限流電抗器以增加系統(tǒng)的阻抗

110kv變壓器10kv低壓側(cè)的短路電流和10kv分區(qū)電網(wǎng)的短路電流都要從110kv變電站的變壓器通過。同樣以圖8所示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為例，開關(guān)站a的ii母出口線路發(fā)生短路時(shí)的短路電流與變壓器回路阻抗成反比，在110kv變電站的變壓器回路加裝限流電抗器前的短路電流如下：

在110kv變電站的變壓器回路加裝限流電抗器后的短路電流表達(dá)式如下：

其中zk指變電站內(nèi)部裝設(shè)的限流電抗器的阻抗值。

很明顯，在110kv變電站的變壓器回路加裝限流電抗器能夠控制系統(tǒng)的短路電流。

由以上分析可知，上述3種措施均可有效降低電網(wǎng)的短路電流，即

1)采用改變中壓配電網(wǎng)的運(yùn)行方式以增大系統(tǒng)阻抗；

2)采用高阻抗變壓器增加系統(tǒng)阻抗；

3)采用限流電抗器以增加系統(tǒng)的阻抗。

單獨(dú)將1)用于a城區(qū)實(shí)際的雙環(huán)網(wǎng)架合環(huán)運(yùn)行模型時(shí)，經(jīng)過psasp仿真計(jì)算可知，此時(shí)a城區(qū)10kv配電網(wǎng)的最大短路電流仍將達(dá)到27.36ka，超出了現(xiàn)有斷路器20ka的遮斷能力。故單獨(dú)采用方法1)并未能有效的降低短路電流至合理的水平。

單獨(dú)將2)用于a城區(qū)實(shí)際的雙環(huán)網(wǎng)架合環(huán)運(yùn)行模型時(shí)，為了將a城區(qū)10kv配電網(wǎng)的最大短路電流限制到20ka的水平，需采用標(biāo)幺值xt*＝1.4的三相繞組變壓器，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了xt*＝0.25左右的正常水平，故單獨(dú)采用方法2)也不可行。

單獨(dú)將3)用于a城區(qū)實(shí)際的雙環(huán)網(wǎng)架合環(huán)運(yùn)行模型，采用psasp進(jìn)行仿真計(jì)算時(shí)，通過增大線路電抗的方式，模擬限流電抗器的安裝。為了實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)的整體短路水平降到20ka，仿真中的電抗器標(biāo)幺值設(shè)為xk*＝1.2。雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的線路型號為yjv-300，對應(yīng)最大載流量為485a，則限流電抗器的額定電流取為485a。代入百分電抗計(jì)算公式得：

式中，ub為基準(zhǔn)電壓，單位為kv；sb為基準(zhǔn)容量，單位為mva；unk為電抗器的額定電壓，單位為kv；ink為電抗器的額定電流，單位為ka；xk％為電抗百分值。

電壓損失校驗(yàn)：

正常工作時(shí)，電抗器的電壓損失不得大于額定電壓的5％。電壓損失的計(jì)算公式如下：

式中，igmax為電抗器的持續(xù)最大工作電流，單位為a；ψ為負(fù)荷功率因數(shù)角，一般約等于36.78°；xk為電抗器的阻抗值。

將計(jì)算得到的電抗百分?jǐn)?shù)代入電壓損失校驗(yàn)，得：

故單獨(dú)采用方法3)也不合理。

故必須采用方法1)至方法3)的組合進(jìn)行a城區(qū)短路電流的限制，經(jīng)算例仿真可知，方法1)改變中壓配電網(wǎng)的運(yùn)行方式以增大系統(tǒng)阻抗的方法不僅成本低，而且短路電流限制效果極好，故用作a城區(qū)雙環(huán)網(wǎng)架合環(huán)運(yùn)行時(shí)的短路電流必選抑制措施，故提出了以下三種限制短路電流措施的組合：

方案一：方法1)+方法3)

方案二：方法1)+方法2)

方案三：方法1)+方法2)+方法3)

以下簡稱三種方案為：

方案一：在110kv變電站回路加裝限流電抗器；

方案二：采用高阻抗變壓器；

方案三：同時(shí)采用高阻抗變壓器和在110kv變電站的變壓器回路加裝限流電抗器。

三種方案通過選取合理的參數(shù)，均可以有效的將短路電流降低至20ka，同時(shí)系統(tǒng)的電壓損耗、功率損耗、電壓水平等也均能滿足要求。從經(jīng)濟(jì)性角度對三種方案進(jìn)行簡要的定性分析，在滿足電網(wǎng)安全、可靠和穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上推薦a城區(qū)雙環(huán)網(wǎng)架環(huán)型供電中采用方案一。

故提出的a城區(qū)中壓配電網(wǎng)雙環(huán)網(wǎng)架合環(huán)運(yùn)行模型仍如圖5所示，不過內(nèi)部結(jié)構(gòu)做了如圖6所示的變化：圖6以外環(huán)的大坡變和城東變供電區(qū)域?yàn)槔o出了部分變電站至開關(guān)站和開關(guān)站至開關(guān)站的內(nèi)部連接結(jié)構(gòu)圖，110kv大坡變10kv側(cè)的母線ⅰ和ⅱ分別連接清江開關(guān)站、狀元府開關(guān)站、酒廠開關(guān)站的母線ⅰ和ⅱ供電；110kv城東變10kv側(cè)的母線ⅰ和ⅱ分別連接沁園賓館開關(guān)站、二龍開關(guān)站、市郊局開關(guān)站、岔路口開關(guān)站、州衛(wèi)校開關(guān)站的的母線ⅰ和ⅱ供電；各開關(guān)站的同一段母線之間環(huán)狀連接。其中開關(guān)站內(nèi)部的分段母聯(lián)開關(guān)斷開，110kv變電站的10kv側(cè)母聯(lián)斷開。a城區(qū)最終雙環(huán)網(wǎng)架合環(huán)運(yùn)行配電網(wǎng)示意圖如圖7所示，包括了外環(huán)和內(nèi)環(huán)的雙環(huán)網(wǎng)架。

第四步，a城區(qū)雙環(huán)網(wǎng)架合環(huán)運(yùn)行可行性分析：網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是中壓配電網(wǎng)的筋骨，堅(jiān)強(qiáng)的網(wǎng)架是電網(wǎng)安全可靠、經(jīng)濟(jì)優(yōu)質(zhì)運(yùn)行的基礎(chǔ)，因此網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是否堅(jiān)強(qiáng)，是否能經(jīng)受系統(tǒng)中發(fā)生大的擾動的考驗(yàn)，成為規(guī)劃網(wǎng)架能否投入運(yùn)行的決定性因素。接下來從建設(shè)可行性、負(fù)荷分布、潮流特性、短路電流水平、靜態(tài)安全分析以及可靠性分析、可擴(kuò)展性分析7個(gè)方面對所提出的a城區(qū)雙環(huán)網(wǎng)架合環(huán)運(yùn)行模型進(jìn)行分析。

(1)建設(shè)可行性

對a城區(qū)建成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的110kv變電站出線間隔利用情況進(jìn)行分析，7座變電站的間隔平均利用率為52.4％，最大的間隔利用率為城東變的75％，故給城區(qū)供電的七座110kv變電站出現(xiàn)間隔是完全滿足要求的。

對a城區(qū)建成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的環(huán)網(wǎng)布線通道可行性進(jìn)行分析，結(jié)果表明該環(huán)網(wǎng)是可建設(shè)的。

(2)負(fù)荷分布

a城區(qū)年負(fù)荷預(yù)計(jì)將達(dá)到178mw，預(yù)計(jì)負(fù)荷的分布情況是內(nèi)環(huán)負(fù)荷達(dá)到72mw，外環(huán)負(fù)荷達(dá)到106mw。雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)供電模型在滿足靜態(tài)潮流安全分析的基礎(chǔ)上對內(nèi)外環(huán)的負(fù)荷推薦了一組值，即內(nèi)環(huán)開關(guān)站可帶負(fù)荷90mw,應(yīng)對未來a城區(qū)在年負(fù)荷突增18mw的極端情況；外環(huán)開關(guān)站帶負(fù)荷132mw。

潮流特性

城區(qū)雙環(huán)網(wǎng)供電電源有7座，110kv變電站到開關(guān)站線路共有66條。導(dǎo)線型號推薦使用yjv-300型號，該型號的載流量485a，最大載荷量為8.5mva，最大通過的有功功率為8mva(按功率因數(shù)不大于0.95)。單回線路最大有功功率為5.537mw,不超過8mw，滿足線路的熱穩(wěn)極限。開關(guān)站之間線路的最大潮流為3.477mw，同樣也不超過8mw，滿足線路的熱穩(wěn)極限。

(3)短路電流水平

對a城區(qū)110kv變電站低壓母線側(cè)加裝限流電抗器后的雙環(huán)網(wǎng)進(jìn)行三相短路分析，其中母線名表示發(fā)生三相短路的母線。可以看出，此時(shí)金泉變10kv母線發(fā)生三相短路時(shí)短路電流最大，為16.94ka，但仍然滿足斷路器20ka開斷能力的要求。

(4)靜態(tài)安全分析

a城區(qū)配電網(wǎng)是一個(gè)典型的受端電網(wǎng)，因此城區(qū)電網(wǎng)不存在功角穩(wěn)定及暫態(tài)穩(wěn)定問題，故a城區(qū)電網(wǎng)的堅(jiān)強(qiáng)性主要考慮其靜態(tài)安全問題。

選取開關(guān)站之間功率超過3mw和變電站與開關(guān)站之間功率超過5mw的線路作為考慮對象，對其分別進(jìn)行靜態(tài)安全分析。結(jié)果表明，所有線路均滿足n-1校驗(yàn)，無線路過載(以n-1后無線路有功超過8mw為校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn))。以城中變10kv母線——文化南路開關(guān)站為例，n-1故障前后網(wǎng)絡(luò)中功率變化超過1mw的線路中，最大變化量為2.843mw，n-1后線路功率大于4mw的所有線路中，線路最大有功功率為5.686mw，滿足線路熱穩(wěn)定極限。

(5)可靠性分析

經(jīng)濟(jì)性和可靠性是電力系統(tǒng)的兩個(gè)非常重要的指標(biāo)，但同時(shí)也是相互矛盾的兩個(gè)指標(biāo)。目前國內(nèi)外對這兩方面都進(jìn)行了非常多的研究，但綜合考慮兩者的研究卻不多，本分析結(jié)合了可靠性和經(jīng)濟(jì)性兩項(xiàng)指標(biāo)對a城區(qū)雙環(huán)網(wǎng)架合環(huán)運(yùn)行模型進(jìn)行評估。

a城區(qū)電網(wǎng)采用合環(huán)運(yùn)行閉環(huán)運(yùn)行方式可有效地減少停電范圍和時(shí)間，提高供電可靠性，增加供電量。采用這種運(yùn)行方式，可以充分地利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源，使用戶獲得兩個(gè)或更多個(gè)電源供電，在提高了供電的可靠性的同時(shí)，也大大節(jié)省了投資。

基于最小路集最小割集的可靠性評估模型和基于總擁有費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)性評估模型分析表明，a城區(qū)中壓配電網(wǎng)雙環(huán)網(wǎng)模型合環(huán)運(yùn)行為可靠性經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的供電方案，此時(shí)供電可靠性為99.998510％，相比巴黎的99.994％，日本東京99.9914％、英國倫敦的99.9914％而言，本發(fā)明提出的供電模型可靠性經(jīng)濟(jì)性達(dá)到了世界先進(jìn)水平。

綜上，從建設(shè)可行性角度分析，該網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在工程建設(shè)中是可行的，而且此時(shí)的內(nèi)外雙環(huán)的帶載能力也完全滿足2015年a城區(qū)增長的負(fù)荷需求。同時(shí)，通過對該a城區(qū)雙環(huán)網(wǎng)進(jìn)行潮流特性分析、短路電流分析和靜態(tài)安全分析，從psasp仿真結(jié)果可知，該網(wǎng)架潮流分布合理、短路水平合理、能滿足n-1校驗(yàn)。最后基于經(jīng)濟(jì)性可靠性雙重評估分析表明本發(fā)明所提出的a城區(qū)重壓配電網(wǎng)雙環(huán)網(wǎng)架合環(huán)運(yùn)行模型不僅建設(shè)成本低而且可靠性達(dá)到了世界先進(jìn)水平。因此從建設(shè)可行性、負(fù)荷需求、潮流、短路、靜態(tài)安全分析和可靠性分析的角度，a城區(qū)雙環(huán)網(wǎng)進(jìn)行合環(huán)運(yùn)行是可行的。

(6)可擴(kuò)展性分析

由附圖7中a城區(qū)雙環(huán)網(wǎng)架合環(huán)運(yùn)行模型示意圖可知，所提出的a城區(qū)中壓配電網(wǎng)雙環(huán)網(wǎng)架合環(huán)供電模型具有很強(qiáng)的獨(dú)立擴(kuò)展性，隨著城區(qū)的不斷擴(kuò)大，可以以市區(qū)為中心逐環(huán)擴(kuò)展建設(shè)，而且各個(gè)獨(dú)立的環(huán)型配電網(wǎng)在故障時(shí)還可以互相支援，使得a城區(qū)配電網(wǎng)相比國內(nèi)外現(xiàn)有的中壓配電網(wǎng)模型更加的“堅(jiān)強(qiáng)”、“可靠”。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種可擴(kuò)展的多環(huán)形城市中壓配電網(wǎng)系統(tǒng)，包括：設(shè)置有1個(gè)或1個(gè)以上的環(huán)的環(huán)狀配電網(wǎng)架；環(huán)狀配電網(wǎng)架的每個(gè)環(huán)內(nèi)包括有至少1個(gè)變電站和至少兩個(gè)開關(guān)站，變電站的10kv側(cè)設(shè)置有通過變電站母聯(lián)開關(guān)連接的母線ⅰ和母線ⅱ，開關(guān)站內(nèi)部設(shè)置有通過開關(guān)站母聯(lián)開關(guān)連接的母線ⅰ和母線ⅱ；每個(gè)環(huán)內(nèi)的所有開關(guān)站的母線ⅰ連接構(gòu)成獨(dú)立的內(nèi)部子環(huán)ⅰ，每個(gè)環(huán)內(nèi)的所有開關(guān)站的母線ⅱ連接構(gòu)成獨(dú)立的內(nèi)部子環(huán)ⅱ；變電站的母線ⅰ與開關(guān)站的母線ⅰ連接，用于為內(nèi)部子環(huán)ⅰ供電，變電站的母線ⅱ與開關(guān)站的母線ⅱ連接，用于為內(nèi)部子環(huán)ⅱ供電；在正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，變電站母聯(lián)開關(guān)和開關(guān)站母聯(lián)開關(guān)均為斷開狀態(tài)。本發(fā)明實(shí)施例中通過由開關(guān)站之間“手拉手”形成環(huán)形結(jié)構(gòu)，且變電站分別對分段運(yùn)行的開關(guān)站進(jìn)行供電，形成一個(gè)由開關(guān)站的母線ⅰ和母線ⅱ各自獨(dú)立成環(huán)的環(huán)狀配電網(wǎng)架，且該環(huán)狀配電網(wǎng)架可根據(jù)城市地理環(huán)境以及電網(wǎng)建設(shè)的具體情況進(jìn)行拓展，形成具有1個(gè)以上的環(huán)的多環(huán)結(jié)構(gòu)，使得在某一環(huán)出現(xiàn)問題時(shí)，從其他環(huán)進(jìn)行轉(zhuǎn)供電，進(jìn)一步提高配電網(wǎng)的供電可靠性，本發(fā)明實(shí)施例提供的可擴(kuò)展的多環(huán)形城市中壓配電網(wǎng)系統(tǒng)屬環(huán)型結(jié)構(gòu)合環(huán)運(yùn)行配電網(wǎng)，除滿足傳統(tǒng)安全性指標(biāo)如線路及變電站的n-1、短路電流在傳統(tǒng)斷路器的遮斷能力內(nèi)外，還具有變電站負(fù)載率均衡、間隔利用率高、電源深入負(fù)荷中心、供電區(qū)域清晰、運(yùn)行方式靈活、可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，解決了國內(nèi)現(xiàn)有的輻射狀配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱、負(fù)載率高、可靠性低、恢復(fù)供電時(shí)間長的技術(shù)缺陷。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統(tǒng)，裝置和單元的具體工作過程，可以參考前述方法實(shí)施例中的對應(yīng)過程，在此不再贅述。

以上所述，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。