解读！世界一流城市配电网建设的探索与实践

1 世界一流标杆城市配电网

1.1 东京

上海公司配电网建设发展部分借鉴了东京电力发展经验。东京在气候特性、发展定位、产业布局、电网规模、负荷密度及特性等方面与上海有较强的可比性。下阶段上海公司将重点把东京电力作为主要对标对象。

东京核心区配电网结构简单，可靠性较高。核心区（东京都）面积约715km2，2015年最高负荷1524万kW。中压配电网多采用环网结构、放射状运行，6.6kV架空网采用六分段三联络方式，6.6kV电缆网采用站间单环网接线方式，低压电网采用网格化供电模式。配变采用非晶合金变压器和小容量多布点模式，输配电线损率在5％以下。

配电自动化100%全面覆盖，但智能化程度不高。20世纪80年代中期东京就实现了配电自动化全面覆盖。配电自动化方案主要采用分布/集中混合方式，故障定位采取分布式，依靠断路器和开关的配合就地自动完成定位，然后主站采用遥控方式恢复供电。在事故处理及正常检修时，大大缩短了负荷开关的操作时间。

配电网不停电作业全面普及是东京电力保证极高供电可靠性的关键因素。配电线路带电作业主要采用绝缘杆法和综合不停电作业法。后者应用较多，作业项目覆盖了中压、低压架空和电缆线路，大量运用旁路柔性电缆、旁路变压器车、移动电源车等作业设备，在中低压线路上普遍开展旁路作业、临时供电等不停电作业项目。2015年东京核心区电力供电可靠率为99.999%，户均停电时间为5min（其中故障停电4min、计划停电1min）。

东京电力具备配电网管理及支撑体系。设立配电网事业部，在公司总部、各分公司和营业所设立三级配电管理机构。总部配电部下设配电计划科、配电技术科、架空配电科、地中配电科和地图情报专业组、综合自动化专业组及配电技术试验中心等机构，仅总部配电网职能部门人员近200人。

1.2 新加坡

新加坡城市配电网供电面积约为714km2，最大负荷6639MW。自2007年开始，新加坡电网供电可靠率达到99.9999%，户均中断供电时间仅为0.7min。22kV及以下为配电网采用了复杂的莲花瓣网架、大量高技术水平设备、合环运行方式；400V低压配电网络采用环网连接、开环运行模式。配电网全面采用差动保护实现故障隔离，自动化信号采用电缆屏蔽层载波传输。配电网管理及支撑体系实行配电网专业集中管理、配电网设备运行和用户服务一体化运作。

新能源电网公司配电网具有以下优势：①配电网网架坚强，负荷转带能力高；②贯彻基于设备状态的检修策略，延长检修周期，实行用户侧及电业设备同步检修，大幅缩短计划检修时间；③采用发电机等不停电作业手段降低用户停电时间；④强调电网设备的技术水平和安全可靠，与西门子等一流设备供应商建立了良好的合作机制，拥有一流装备和技术支撑；⑤尤为重视对标和评价，电网建设规划、运行维护评价体系相当完备，专门建立了独立的电能质量监测网络。但同时有“一劳永逸”的观念渗透到其电网规划中，导致投资巨大，城市配电网改造难度大。

1.3 巴黎

巴黎核心区电网供电面积约为105km2，供电用户为160万，最高供电负荷达到300万kW。核心区供电可靠率99.995%，户均平均停电时间21min。配电网由225kV、20kV、380/220V三级组成，采用N-2可靠性标准。高压配电网采用双环网结构，中压配电网采用纺锤形网架结构，开闭所“手拉手”的供电，具有很高的可靠性。巴黎城区内均为电缆线路，变电站采用全埋式或半埋式，环境友好，节约空间资源，但投资成本高。巴黎城市配电网强调中压网架和一次设备的可靠性和设计裕度，但配电网自动化、智能化水平相对较低，多采用故障指示器技术，且在运设备中有大量老旧设备。

1.4 调研体会

通过以上对部分世界一流城市配电网的分析，有以下5点体会：

1）配电网建设需要紧密围绕城市发展战略。提供与城市发展水平相匹配的电网服务。

2）配电网建设需要明确的业务驱动因素。配电网业务驱动应始终围绕持续改进供电可靠性、电能质量和用户满意度。

3）东京、新加坡网架可靠性、设备装备质量及技术水平非常高。一次设备及网架是高供电可靠性的基础。

4）企业级的信息管控平台不可或缺。业务数据的跨系统集成可有效提升电网运维水平，提高企业运营效率。

5）运维业务融合和管理创新是促进配电网精益化管理的主要因素。东京建立专门配电网管理部门，确保配电网业务的无缝化衔接，真正实现了业务贯通。

2、上海城市配电网现状

2.1 上海经济及负荷发展趋势

“十三五”时期是上海基本建成“四个中心”社会主义现代化国际大都市的冲刺阶段，GDP预计年均增长率在7%左右，城市用电需求稳步增长。2016年上海电网负荷3138万kW，预计上海最高用电负荷年均增长率为3.0%，用电量年均增长率为2.0%。预计2020年最高用电负荷将达3463万kW，年用电量将达1550亿kWh。

2.2 上海配电网基本情况

上海供电面积6341km2，是国内负荷密度最高的地区。其中A+、A类区域（主要上海市外环线以内和部分重要园区）为核心区，总面积752km2，为此次世界一流城市配电网的主要建设区域，见图1。2015年上海全范围供电可靠率99.966%，户均停电时间为2.7h；核心区域（A+、A类区域）供电可靠率99.990%，户均停电时间为50min。

上海配电网

图1上海一流城市配电网主要供电区域图

2.3 主要差距和不足

通过上述国际一流城市配电网情况的分析和比对，结合上海配电网建设发展实际，认识到上海城市配电网存在以下差距和不足。

1）供电可靠性与国际一流城市相比存在较大差距。

2）网架结构仍需不断优化完善。新加坡、巴黎、东京已全面建成目标网架，达到N-2标准；上海尚未全面建成链式结构目标网架，尚未完全满足N-1标准。

3）部分设备装备水平不高。相比新加坡等定制化的一流装备和技术支撑，上海配电网设备装备及技术水平相对落后，装备质量参差不齐、缺陷多发。

4）配电自动化覆盖率偏低。相比东京100%全覆盖，上海配电自动化覆盖率仅为20%。

5）不停电作业亟需进一步加强。相比东京全面开展旁路等复杂作业，上海不停电作业以简单类作业居多。

6）配电网建设发展技术管理支撑力量不足。与东京、新加坡相比，上海缺少独立的配电网全过程运维管理及和技术支撑力量。

7）数据融合分析能力有待提升。上海多平台、海量数据的融合与处理，以及数据对业务、管理的决策支撑能力尚有待提升。

8）配电通信网适应性不足。骨干通信网传输支撑能力有待提升。
3、世界一流配电网建设实践

3.1 以浦东核心区为代表的配电网示范工程

1）工程背景与建设路线。公司明确将发展配电网作为解决电网“两头薄弱”的当务之急，国网上海公司拟在浦东沿江核心区高起点规划、高品质建设达到“世界一流”水平的现代化配电网，实现供电可靠率高于99.999%和智能化的配电网管理，构建“世界一流”现代化配电网，引领上海地区配电网未来的发展方向。配电网示范工程建设路径见图2。

图2浦东核心区配电网示范工程建设路径

2）工程区域概况。核心区包括原世博园区、陆家嘴金融城、顶级公寓聚集的黄浦江沿岸，是上海创新转型的重要载体。核心区内35kV高压用户22户，10kV高压用户155户，低压非居民用户5014户，低压居民用户45272户。核心区整体最高负荷约为376MW。

3）工程总体目标。加强浦东新区核心区配电网建设改造工作，优化电网结构，提高运行效率，达到供电可靠率由99.982%提升至99.999%的建设目标。配电系统组网结构见图3。

图3上海配电网示范工程配电系统组网结构

3.2 上海智能配电网技术中心

1）中心建设需求。2016年，为响应上海配电网“比肩东京”的建设目标，在配电自动化实验室的基础上建成了“智能配电网技术中心”，为上海的配电自动化工程、运行、培训等提供服务支撑和技术保障。

2）中心能力支撑。中心通过对配电网业务进行分析，针对性地建成了“配电网智能运维管理”“系统集成检测”和“智能运检验证”三大平台，在三大平台的基础上实现了“网架评估”“智能运维”“设备检测”和“人员培训”四大功能，并以此为依托对配电网业务开展了全面、专业的支撑工作，见图4。

图4上海智能配电网技术中心能力支撑框架图

配电网智能运维管理平台基于PMS2.0、配电自动化系统、调度自动化系统、负荷监控系统，以三维GIS、精细化三维建模为基础，结合新型智能传感装置监测数据，有效集成配电网业务系统的信息，实现公司配电网运行状态全方位实时掌控。见图5。

图5配电网智能运维管理平台
配电网系统集成检测平台以RTDS实时仿真系统为基础，通过配置配电主站、通信、终端设备，建成了完整的配电自动化检测环境，创造性地利用数字实时仿真技术实现了配电自动化的系统级测试，见图6。

图6配电网系统集成检测平台

配电网智能运检验证平台专门针对机器人、先进通信等运检新技术开展前瞻性研究，并在设备挂网前开展可行性评估和性能检测，为新技术的应用提供技术和管理保障。

3）中心下一步工作重点将进一步创新配电网技术管理机制，扩充智能配电网技术中心人员配置和技术装备，充实和完善中心的技术标准体系等专业管理内容，重点在中心内建设配电自动化集成测试平台和基于机器人的配电网智能检测平台。

3.3 自动化、信息化、互动化平台建设

1）全面深化PMS2.0应用。①到2020年实现电网拓扑等核心数据全面贯通，形成公司业务链的融合，形成“全公司一张网”。②同时完善内网、外网移动作业开发应用，全面支撑配电网故障主动抢修业务应用。③在PMS2.0开发接入可拓展模块，实现运检业务数据统一管理。

2）全面推进配电自动化建设。根据国网建设配电网新一代主站的要求及标准，全面开展十一家供电公司的配电主站建设改造工作。全面推进配电自动化功能全覆盖，实现上海配电自动化100%全覆盖、线路100%全覆盖。确保配电网设备状态的全面监测和准确感知，满足配电网管理对数据非实时和准实时的要求。

3）全面完善大数据业务支撑体系。建立完善配电网智能运维管理平台；加强与国内外一流数据处理分析公司的沟通学习。成功构建跨各专业业务、跨各信息平台的智能运检技术支撑体系，在配电网运检各类业务中深入应用大数据分析及云计算技术。

4、未来智能配电网探索与展望

4.1 大规模可再生能源的综合利用

崇明岛智能电网集成综合示范。崇明岛可再生能源类型多、比例高，2015年比重达48%，现有电网相对独立，智能电网发展空间较大，是典型大规模间歇性能源接入电网的示范场所。远景规划可再生能源装机总量约达3200～4200MW，饱和负荷约达12000~2500MW。成为集海岛绿色能源送出基地、服务分布式电源发展的智能配电系统、灵活可靠的智能用电系统于一体的强送出电网。崇明岛智能电网方案见图7。

图7崇明岛智能电网方案

4.2 储能技术与电动汽车充换电

1）钠硫电池储能技术。钠硫电池容量大、体积小、能量储存和转换效率高、寿命长、不受地域限制等优点，适合电力储能使用，将在智能电网发展中发挥重要作用。上海市电力公司与中国科学院上海硅酸盐研究所合作，历经研制突破、成立基地、试验生产、合资公司等阶段，于2014年示范运营。

2）电动汽车充换电设施建设。目前已建成沪杭高速枫泾服务区城际互联充换电站，实现上海与长三角互联互通；成立了上海市电力公司电动汽车服务公司，启动24座电动汽车充换电站建设，设立1770个交流充电桩。计划2020年建设709座电动汽车充换电站和19123个交流充电桩。

4.3 智能用电与配电数据网络

1）用电信息采集系统。从2010年开始建设，截至2016年6月底用电信息采集系统建设已覆盖903万低压用户，覆盖率达到96.40%，设备在线率99.81%，采集成功率98%。①通过安装台区总表并采集供电量数据，台区线损统计实现精细比对；②通过对用户日用电量比对建立反窃电数据模型，累计发现10576户疑似窃电用户，查实2627户；③辅助电能质量监测与可靠性统计应用；④通过数据分析，对计量装置进行在线监测。

2）电力光纤到户试点工程。2010年完成试点1 600户，如智慧园市南浦江镇、东郊紫苑等。目前电力光纤到户工作完成20万户成熟小区电力光纤到户的改造覆盖工作；实现19.5万户新建小区电力光纤覆盖；实现了以光纤通信为基础的电能量采集、配电自动化、电动汽车充换电服务网络以及面向社会公众服务的通信网络。

3）为社会提供开放式光纤网络平台。在支撑智能电网相关业务发展之外，利用富余电力光纤资源构建开放式公共网络基础平台，探索电力光纤到户商业运营模式，加速智能电网建设成本回收，服务国家“三网融合”战略。

4）智能配用电大数据应用。①建立满足配用电业务需求和性能指标的大数据体系架构；②掌握不同用户群组的用电行为特征，实现用电负荷数据的聚类与关联特性挖掘；③解决智能配用电大数据业务应用的关键技术问题，提出节电、用电预测、配用电网架优化、错峰调度等应用方案；④建设浦东新区智能配用电大数据应用示范系统，提供智能配用电大数据典型业务应用功能模块，以及丰富的可视化组件库。

5、结语

“十三五”期间将是上海电网快速发展、全面提升的重要阶段，国网上海市电力公司面临挑战，着力破解一流城市配电网建设发展难题，致力成为中国城市电网未来发展的探路者，为国际一流城市电网建设积累宝贵经验，推动配电网实现更高层次、更高水平、更高质量的发展。

报告嘉宾：奚珣

博士，高级工程师，中国电机工程学会城市供电专委会秘书长、国网上海市电力公司电力科学研究院院长。研究方向为配电网规划、配电自动化等。
(来源：供用电杂志  作者:奚珣）