王詩超，曹靜，王若愚

(1. 中國能源建設(shè)集團廣東省電力設(shè)計研究院有限公司，廣州510663；2. 深圳供電局有限公司，深圳518000)

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城市電網(wǎng)目標網(wǎng)架構(gòu)網(wǎng)模式研究

王詩超1，曹靜1，王若愚2

(1. 中國能源建設(shè)集團廣東省電力設(shè)計研究院有限公司，廣州510663；2. 深圳供電局有限公司，深圳518000)

合理科學(xué)的城市電網(wǎng)遠景目標電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，可以確保電網(wǎng)的安全運行與長期穩(wěn)定。根據(jù)電網(wǎng)供電、網(wǎng)絡(luò)接線、電源分布等特點，對國內(nèi)外目標網(wǎng)架的構(gòu)網(wǎng)模式進行梳理分析，詳細闡述了內(nèi)外雙環(huán)網(wǎng)構(gòu)網(wǎng)模式和組團化構(gòu)網(wǎng)模式，提出各類型構(gòu)網(wǎng)模式的優(yōu)劣。同時分析了北京、上海等國內(nèi)典型大型城市先進電網(wǎng)，并對其電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、運行經(jīng)驗和設(shè)計原則進行研究，尤其是500 kV終端變電站的供電模式及運行方式，為其他城市電網(wǎng)發(fā)展提供參考借鑒。

大型城市電網(wǎng)；構(gòu)網(wǎng)模式；內(nèi)外雙環(huán)網(wǎng)；組團化電網(wǎng)

電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的形成主要取決于區(qū)域內(nèi)電源、負荷分布及地理條件等因素，并沒有固定模式，也很難以某種固定的電網(wǎng)接線方式來描述。根據(jù)電網(wǎng)供電、網(wǎng)絡(luò)接線、電源分布等特點，本文對國內(nèi)外現(xiàn)存的目標網(wǎng)架的構(gòu)網(wǎng)模式進行梳理分析，大致歸納出國內(nèi)一些比較具有典型意義的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提出各類型構(gòu)網(wǎng)模式的優(yōu)劣。

國內(nèi)比較典型且具有參考意義的大城市先進電網(wǎng)有北京和上海。其中，北京是全國的政治中心、上海則作為全國的經(jīng)濟發(fā)展翹楚，本文對北京、上海電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、運行經(jīng)驗和設(shè)計原則進行闡述分析，為其他城市電網(wǎng)目標網(wǎng)架研究工作提供參考和借鑒。

1 典型構(gòu)網(wǎng)模式

1.1 內(nèi)外雙環(huán)網(wǎng)構(gòu)網(wǎng)模式

有代表性的電網(wǎng)有廣東電網(wǎng)珠三角地區(qū)、北京電網(wǎng)和上海電網(wǎng)。

廣東電網(wǎng)目前已全面形成珠三角地區(qū)內(nèi)的雙回內(nèi)環(huán)網(wǎng)，并建成了部分雙回路外環(huán)網(wǎng)，向西輻射到湛江、向東延伸至潮州、向北輻射到韶關(guān)[1]。但是遠景如果仍然維持廣東電網(wǎng)這種內(nèi)、外雙環(huán)網(wǎng)的構(gòu)網(wǎng)模式，繼續(xù)發(fā)展下去，隨著變電站數(shù)量的增加，變電站之間的聯(lián)絡(luò)越發(fā)緊密，尤其是珠三角地區(qū)變電站之間電氣距離將進一步拉近，廣東電網(wǎng)尤其是珠三角電網(wǎng)將逐漸形成“鐵板一塊”的狀態(tài)，導(dǎo)致廣東電網(wǎng)現(xiàn)存的三大問題，即大面積停電風(fēng)險問題、交直流相互影響問題、以及短路電流水平超標問題。

北京區(qū)內(nèi)以500 kV口字型外圍環(huán)網(wǎng)為基礎(chǔ)，深入城市負荷中心區(qū)布點終端負荷站。外部環(huán)網(wǎng)保證了負荷中心的多電源供電，應(yīng)對主網(wǎng)運行風(fēng)險與事故的能力較強。

上海電網(wǎng)區(qū)內(nèi)構(gòu)成500 kV內(nèi)外雙環(huán)結(jié)構(gòu)，終端深入市區(qū)，電氣聯(lián)系更為緊密，供電可靠性高。

1.2 組團化構(gòu)網(wǎng)模式

2005年《廣東電網(wǎng)“十一五”規(guī)劃》首先提出了未來廣東電網(wǎng)組團化的構(gòu)網(wǎng)思路，即當(dāng)電網(wǎng)的規(guī)模達到一定水平后，依據(jù)區(qū)域位置和負荷水平，將整個電網(wǎng)劃成若干個相對獨立的分區(qū)組團電網(wǎng)，分區(qū)組團電網(wǎng)之間進行簡單聯(lián)接，爭取各組團內(nèi)部能實現(xiàn)自身電力供需平衡，或者控制組團之間的單向功率交換。

從全世界范圍來看，歐洲電網(wǎng)作為世界上規(guī)模最大的同步電網(wǎng)之一，歐洲電網(wǎng)是以國家為實體各自建設(shè)自己的電網(wǎng)，與周邊國家聯(lián)網(wǎng)定位清晰(就是相互支援，包括正常調(diào)節(jié)余缺和事故的支援)，沒有大功率的交換。歐洲電網(wǎng)其實就是一個組團化的電網(wǎng)，組團與組團之間采用較弱的聯(lián)系，事故時可解列[2]。

組團化的構(gòu)網(wǎng)思路仍停留在概念階段，雖然后續(xù)廣東電網(wǎng)的研究工作中又陸續(xù)提出了廣東電網(wǎng)2020年形成2～3個組團的具體網(wǎng)架方案，但組團化具體何時形成，如何實施過渡，均未有定論。組團化構(gòu)網(wǎng)模式關(guān)注對大規(guī)模嚴重事故的控制，著重于電網(wǎng)規(guī)模的控制及電網(wǎng)的分割，但并未提及組團內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及組團之間的聯(lián)絡(luò)要求。同樣，目前組團化模式也未能針對地區(qū)的差別，體現(xiàn)不同地區(qū)對供電的差異性需求。

2 典型構(gòu)網(wǎng)模式優(yōu)劣分析

1)內(nèi)外雙環(huán)網(wǎng)構(gòu)網(wǎng)在電網(wǎng)規(guī)模不大時，具有供電靈活、適應(yīng)性強、穩(wěn)定性高等優(yōu)點。但最大的缺點在于潮流難于控制，當(dāng)發(fā)生惡性事故時，容易產(chǎn)生功率的大轉(zhuǎn)移，引起電網(wǎng)崩潰瓦解，造成巨大損失。尤其，當(dāng)電網(wǎng)規(guī)模的增大到一定程度，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜時，上述缺點的影響將漸漸被放大，增大電網(wǎng)運行風(fēng)險。

2)組團化構(gòu)網(wǎng)模式中，各組團電網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)模相對減少，結(jié)構(gòu)簡化。減少了電網(wǎng)緊密聯(lián)系的負面影響，增強了潮流的可控性，各組團在正常運行時仍能調(diào)節(jié)余缺，事故情況下可相互支援，嚴重故障情況下能快速解列，降低了大面積停電及電網(wǎng)崩潰的風(fēng)險。然而，此類構(gòu)網(wǎng)模式的缺點在于抗干擾和抗事故能力降低。

3 大型城市電網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析

3.1 北京電網(wǎng)概況

北京電網(wǎng)500 kV電網(wǎng)基本形成“外圍成環(huán)、深入市區(qū)”的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。500 kV有10個受電通道，外圍形成環(huán)網(wǎng)，終端變電站(負荷變電站)深入到五環(huán)附近。

500 kV電網(wǎng)為環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，500 kV終端變電站深入市區(qū)。一個供電區(qū)域是以相鄰的2座500 kV變電站的各一段220 kV母線構(gòu)成的，實現(xiàn)了220 kV網(wǎng)絡(luò)分區(qū)供電的模式。正常方式下，各分區(qū)間相對獨立供電，事故情況下各區(qū)間具備一定的相互支援能力。

朝陽、城北、海淀3個500 kV變電站都是按終端站建設(shè)，而且都按獨立雙電源思想從兩個500 kV變電站引接，實現(xiàn)分片供電。終端站本期規(guī)模2臺1 200 MVA主變，強調(diào)了兩回500 kV線路分別從兩個不同的變電站接入，更好的實現(xiàn)“獨立雙電源”的結(jié)構(gòu)以期達到更好的供電可靠性效果[3-4]。

北京電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)清晰合理，其構(gòu)網(wǎng)模式簡述如下：

1)區(qū)內(nèi)500 kV主網(wǎng)成環(huán)，區(qū)外加強與區(qū)域主網(wǎng)聯(lián)系。

北京區(qū)內(nèi)以500 kV口字型外圍環(huán)網(wǎng)為基礎(chǔ)，深入市區(qū)布點終端負荷站。其中，外部環(huán)網(wǎng)保證了負荷中心的多電源供電，應(yīng)對主網(wǎng)運行風(fēng)險與事故的能力較強；負荷中心站點終端運行，以2～3臺不同站點的主變?yōu)橹行臉?gòu)建的“兩站、三或四臺、五樞紐”或者“三站、五臺、六樞紐”的分區(qū)供電模式，220 kV轉(zhuǎn)供能力極強且供電分區(qū)內(nèi)規(guī)劃建設(shè)220 kV支撐電源，即使考慮500 kV終端站500 kV母線失壓的情況下，依然能夠保障區(qū)內(nèi)供電的安全性和可靠性。區(qū)內(nèi)備用容量按全區(qū)域總裝機容量的8%考慮，不足部分由華北電網(wǎng)調(diào)劑余缺。

2)區(qū)外以多條送電通道加強與周邊電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)。

與區(qū)外聯(lián)絡(luò)方面，北京電網(wǎng)規(guī)劃有9條不同方向的500 kV交流通道和1條特高壓交流通道，接受的電力有華北電網(wǎng)的網(wǎng)對網(wǎng)、點對網(wǎng)以及內(nèi)蒙、山西等地區(qū)送入的電力，受電通道充足且形式多樣，滿足各種電網(wǎng)運行方式的需要。

圖1 北京500 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)拓撲圖Fig. 1 Topology diagram of Beijing 500 kV power grid

3.2 上海電網(wǎng)概況

上海電網(wǎng)處于華東電網(wǎng)的東部末端，是華東電網(wǎng)的重要組成部分。上海電網(wǎng)是全國最大的城鄉(xiāng)一體化電網(wǎng)，供電區(qū)域覆蓋全市行政區(qū)，包括崇明、長興、橫沙三島。

上海電網(wǎng)500 kV網(wǎng)架為雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，形成一個主環(huán)，東部四個500 kV變電站(顧路、楊高、三林、南匯)構(gòu)成一個小環(huán)。通過8個聯(lián)絡(luò)通道與外區(qū)電網(wǎng)相聯(lián)，其中3個500 kV交流通道，2個與江蘇電網(wǎng)相聯(lián)，1個與浙江電網(wǎng)相聯(lián)；3回±500 kV直流線路；金沙江水電站電力通過1回±800 kV直流線路送入上海電網(wǎng)，目前已投產(chǎn)單極，實際送出3 200 MW；目前在建安徽—浙江—上海1 000 kV特高壓交流通道[5-6]。圖2為上海500 kV電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)圖。

圖2 上海500 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)拓撲圖Fig. 2 Topology diagram of Shanghai 500 kV power grid

為保證±800 kV直流電力安全送出，新建顧路—南匯—漕涇—練塘500 kV交流通道，直流額定容量可以達到6 400 MW。此外，上海電網(wǎng)東部沿海及南部靠近杭州灣的眾多電廠和特高壓交流的電力，均可通過此新建通道送入500 kV主網(wǎng)架，新建線路導(dǎo)線截面采用6×630 mm2。

500 kV世博變電站和虹楊變電站是兩個500 kV終端變電站，為中心城區(qū)供電。其中，世博站于2009年投產(chǎn)，虹楊站目前仍在建設(shè)。世博、虹楊站主變最終規(guī)模均為3×1 500 MVA，本期規(guī)模均為2×1 500 MVA。500 kV出線規(guī)模遠期為3回，本期為2回，采用電纜進線，導(dǎo)線截面為2 500 mm2，單回輸送容量約1 500 MW。500 kV世博站本期通過三林—世博雙回線路與主網(wǎng)架相連；500 kV虹楊站本期通過楊行—虹楊雙回線路接入主網(wǎng)架[7]。

與北京電網(wǎng)不同的是上海電網(wǎng)地處華東的東部，其地理位置決定了受電形式和受電方向的獨特性，其構(gòu)網(wǎng)模式簡述如下：

1)區(qū)內(nèi)形成500 kV內(nèi)外雙環(huán)，終端深入市區(qū)。

環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)不再贅述，重點研究500 kV終端站運行方式。極端環(huán)境下，即終端站供電區(qū)內(nèi)的220 kV終端站，保證有1路電源從該500 kV終端站來，另外至少1～2路電源來自其他片區(qū)500 kV站，即使中心城區(qū)的500 kV變電站全停，220 kV終端站也只失去一臺主變。終端站的500 kV側(cè)采用線路變壓器組接線，隨著500 kV電纜、GIS開關(guān)設(shè)備可靠性水平的大幅度提升，使得終端運行方式的可靠性水平也能達到常規(guī)供電可靠性要求。

2)區(qū)外交直流受電通道形式多樣，分別接入內(nèi)外環(huán)網(wǎng)。

與區(qū)外聯(lián)絡(luò)的通道達到6條，滿足上海電力供應(yīng)需求。交直流特高壓落點合理，根據(jù)內(nèi)外環(huán)網(wǎng)電力需求的不同，分別落入相應(yīng)數(shù)量的通道，有利于潮流的控制，保證了內(nèi)外環(huán)網(wǎng)潮流的均勻分布。

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4 結(jié)論

國內(nèi)先進電網(wǎng)的建設(shè)經(jīng)驗表明，負荷中心城市的電力供應(yīng)均主要依靠區(qū)外主干交直流通道送入電力，特別需要指出的是北京和上海電網(wǎng)區(qū)內(nèi)規(guī)劃建設(shè)500 kV終端站，通過加強220 kV層面的電網(wǎng)，可以保障終端站的供電可靠性。

目標網(wǎng)架應(yīng)該能夠很好協(xié)調(diào)短路電流控制和負荷中心輸電能力的要求。為控制500 kV主網(wǎng)短路電流，要求電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不能太密集，而為了增加負荷中心輸電能力，又必然需要新增輸電通道，從而加強電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。這兩個相互矛盾的要求，必須通過合理的原則進行協(xié)調(diào)。這就要求目標網(wǎng)架規(guī)劃的研究中，一方面需要簡化網(wǎng)架，斷開過于密集的局部電網(wǎng)，另一方面需要通過增加輸電通道加強電網(wǎng)，有所為和有所不為相結(jié)合，以保證電網(wǎng)安全可靠供電。

[1] 饒建業(yè)，杜忠明，陳錚，等. 廣東電網(wǎng)網(wǎng)架形態(tài)及遠景目標方案 [J]. 廣東電力，2016，29(3)：38-45.

[2]靳曉凌，張運洲，尹明，等. 歐洲電網(wǎng)發(fā)展趨勢及聯(lián)網(wǎng)技術(shù)路線分析 [J]. 能源技術(shù)經(jīng)濟，2012，24(4)：19-23.

[3]卞學(xué)海，張煒，徐奇. 我國電網(wǎng)目標網(wǎng)架初探 [J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2000，24(2)：74-81.

[4]李晗，羅建生. 北京電網(wǎng)分層分區(qū)與調(diào)度運行分析 [J]. 現(xiàn)代電力，2005，22(4)：29-33.

[5]孔濤，程浩忠，王建民，等. 城市電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與分區(qū)方式的兩層多目標聯(lián)合規(guī)劃 [J]. 中國電機工程學(xué)報，2009，29(10)：59-66.

[6]阮前途. 確保上海電網(wǎng)安全運行的若干思考 [J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2005，29(22)：7-13.

[7]深圳供電局有限公司. 深圳遠景目標網(wǎng)架研究 [R]. 深圳：深圳供電局有限公司，2014.

(責(zé)任編輯 鄭文棠)

Study on Network Frame Models of Urban Target Power Grid

WANG Shichao1，CAO Jing1，WANG Ruoyu2

(1. China Energy Engineering Group Guangdong Electric Power Design Institute Co., Ltd.，Guangzhou 510663, China; 2. Shenzhen Grid Co., Ltd., Shenzhen 518000, China)

A reasonable and scientific vision of the urban power grid structure can ensure the safe operation of power grids and long-term stability. According to the characteristics of power supply, network connection and power distribution, this paper combs and analyzes the network frame models of domestic and foreign target power grid, and illustrates double-loop network frame model and Grouped subarea division model. The paper also puts forward the advantages and disadvantages of various types of network models. Then it focuses on the analysis of typical large city grid in China, such as Beijing and Shanghai, and analyzes the grid structure, operation experience and design principles of Beijing and Shanghai power grid, especially operation mode of 500 kV terminal substations, which provides references for the development of other cities.

large-scale urban power grids; network frame models; double-loop network; grouped subarea division

2016-03-09

中國能建廣東院科技項目：廣東電網(wǎng)中長期電源規(guī)劃研究(EX03941W)

王詩超(1988)，女，江西萬載人，工程師，碩士，主要從事大型電力系統(tǒng)規(guī)劃、電力系統(tǒng)分析、投資規(guī)劃等研究(e-mail)wangshichao@ gedi.com.cn。

10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2016.04.005

TM715

A

2095-8676(2016)04-0023-03