Study on Network Frame Models of Urban Target Power Grid

有代表性的电网有广东电网珠三角地区、北京电网和上海电网。

广东电网目前已全面形成珠三角地区内的双回内环网，并建成了部分双回路外环网，向西辐射到湛江、向东延伸至潮州、向北辐射到韶关^[1]。但是远景如果仍然维持广东电网这种内、外双环网的构网模式，继续发展下去，随着变电站数量的增加，变电站之间的联络越发紧密，尤其是珠三角地区变电站之间电气距离将进一步拉近，广东电网尤其是珠三角电网将逐渐形成“铁板一块”的状态，导致广东电网现存的三大问题，即大面积停电风险问题、交直流相互影响问题、以及短路电流水平超标问题。

北京区内以500 kV口字型外围环网为基础，深入城市负荷中心区布点终端负荷站。外部环网保证了负荷中心的多电源供电，应对主网运行风险与事故的能力较强。

上海电网区内构成500 kV内外双环结构，终端深入市区，电气联系更为紧密，供电可靠性高。

2005年《广东电网“十一五”规划》首先提出了未来广东电网组团化的构网思路，即当电网的规模达到一定水平后，依据区域位置和负荷水平，将整个电网划成若干个相对独立的分区组团电网，分区组团电网之间进行简单联接，争取各组团内部能实现自身电力供需平衡，或者控制组团之间的单向功率交换。

从全世界范围来看，欧洲电网作为世界上规模最大的同步电网之一，欧洲电网是以国家为实体各自建设自己的电网，与周边国家联网定位清晰(就是相互支援，包括正常调节余缺和事故的支援)，没有大功率的交换。欧洲电网其实就是一个组团化的电网，组团与组团之间采用较弱的联系，事故时可解列^[2]。

组团化的构网思路仍停留在概念阶段，虽然后续广东电网的研究工作中又陆续提出了广东电网2020年形成2～3个组团的具体网架方案，但组团化具体何时形成，如何实施过渡，均未有定论。组团化构网模式关注对大规模严重事故的控制，着重于电网规模的控制及电网的分割，但并未提及组团内部的网络结构及组团之间的联络要求。同样，目前组团化模式也未能针对地区的差别，体现不同地区对供电的差异性需求。

1)内外双环网构网在电网规模不大时，具有供电灵活、适应性强、稳定性高等优点。但最大的缺点在于潮流难于控制，当发生恶性事故时，容易产生功率的大转移，引起电网崩溃瓦解，造成巨大损失。尤其，当电网规模的增大到一定程度，电网结构相对复杂时，上述缺点的影响将渐渐被放大，增大电网运行风险。

2)组团化构网模式中，各组团电网系统规模相对减少，结构简化。减少了电网紧密联系的负面影响，增强了潮流的可控性，各组团在正常运行时仍能调节余缺，事故情况下可相互支援，严重故障情况下能快速解列，降低了大面积停电及电网崩溃的风险。然而，此类构网模式的缺点在于抗干扰和抗事故能力降低。

北京电网500 kV电网基本形成“外围成环、深入市区”的电网结构。500 kV有10个受电通道，外围形成环网，终端变电站(负荷变电站)深入到五环附近。

500 kV电网为环网结构，500 kV终端变电站深入市区。一个供电区域是以相邻的2座500 kV变电站的各一段220 kV母线构成的，实现了220 kV网络分区供电的模式。正常方式下，各分区间相对独立供电，事故情况下各区间具备一定的相互支援能力。

朝阳、城北、海淀3个500 kV变电站都是按终端站建设，而且都按独立双电源思想从两个500 kV变电站引接，实现分片供电。终端站本期规模2台1 200 MVA主变，强调了两回500 kV线路分别从两个不同的变电站接入，更好的实现“独立双电源”的结构以期达到更好的供电可靠性效果^[3-4]。

北京电网的网架结构清晰合理，其构网模式简述如下：

1)区内500 kV主网成环，区外加强与区域主网联系。

北京区内以500 kV口字型外围环网为基础，深入市区布点终端负荷站。其中，外部环网保证了负荷中心的多电源供电，应对主网运行风险与事故的能力较强；负荷中心站点终端运行，以2～3台不同站点的主变为中心构建的“两站、三或四台、五枢纽”或者“三站、五台、六枢纽”的分区供电模式，220 kV转供能力极强且供电分区内规划建设220 kV支撑电源，即使考虑500 kV终端站500 kV母线失压的情况下，依然能够保障区内供电的安全性和可靠性。区内备用容量按全区域总装机容量的8%考虑，不足部分由华北电网调剂余缺。

2)区外以多条送电通道加强与周边电网联络。

与区外联络方面，北京电网规划有9条不同方向的500 kV交流通道和1条特高压交流通道，接受的电力有华北电网的网对网、点对网以及内蒙、山西等地区送入的电力，受电通道充足且形式多样，满足各种电网运行方式的需要。

Figure 1.  Topology diagram of Beijing 500 kV power grid

上海电网处于华东电网的东部末端，是华东电网的重要组成部分。上海电网是全国最大的城乡一体化电网，供电区域覆盖全市行政区，包括崇明、长兴、横沙三岛。

上海电网500 kV网架为双环网结构，形成一个主环，东部四个500 kV变电站(顾路、杨高、三林、南汇)构成一个小环。通过8个联络通道与外区电网相联，其中3个500 kV交流通道，2个与江苏电网相联，1个与浙江电网相联；3回±500 kV直流线路；金沙江水电站电力通过1回±800 kV直流线路送入上海电网，目前已投产单极，实际送出3 200 MW；目前在建安徽—浙江—上海1 000 kV特高压交流通道^[5-6]。图2为上海500 kV电网拓扑结构图。

Figure 2.  Topology diagram of Shanghai 500 kV power grid

为保证±800 kV直流电力安全送出，新建顾路—南汇—漕泾—练塘500 kV交流通道，直流额定容量可以达到6 400 MW。此外，上海电网东部沿海及南部靠近杭州湾的众多电厂和特高压交流的电力，均可通过此新建通道送入500 kV主网架，新建线路导线截面采用6×630 mm²。

500 kV世博变电站和虹杨变电站是两个500 kV终端变电站，为中心城区供电。其中，世博站于2009年投产，虹杨站目前仍在建设。世博、虹杨站主变最终规模均为3×1 500 MVA，本期规模均为2×1 500 MVA。500 kV出线规模远期为3回，本期为2回，采用电缆进线，导线截面为2 500 mm²，单回输送容量约1 500 MW。500 kV世博站本期通过三林—世博双回线路与主网架相连；500 kV虹杨站本期通过杨行—虹杨双回线路接入主网架^[7]。

与北京电网不同的是上海电网地处华东的东部，其地理位置决定了受电形式和受电方向的独特性，其构网模式简述如下：

1)区内形成500 kV内外双环，终端深入市区。

环网结构不再赘述，重点研究500 kV终端站运行方式。极端环境下，即终端站供电区内的220 kV终端站，保证有1路电源从该500 kV终端站来，另外至少1～2路电源来自其他片区500 kV站，即使中心城区的500 kV变电站全停，220 kV终端站也只失去一台主变。终端站的500 kV侧采用线路变压器组接线，随着500 kV电缆、GIS开关设备可靠性水平的大幅度提升，使得终端运行方式的可靠性水平也能达到常规供电可靠性要求。

2)区外交直流受电通道形式多样，分别接入内外环网。

与区外联络的通道达到6条，满足上海电力供应需求。交直流特高压落点合理，根据内外环网电力需求的不同，分别落入相应数量的通道，有利于潮流的控制，保证了内外环网潮流的均匀分布。

国内先进电网的建设经验表明，负荷中心城市的电力供应均主要依靠区外主干交直流通道送入电力，特别需要指出的是北京和上海电网区内规划建设500 kV终端站，通过加强220 kV层面的电网，可以保障终端站的供电可靠性。

目标网架应该能够很好协调短路电流控制和负荷中心输电能力的要求。为控制500 kV主网短路电流，要求电网结构不能太密集，而为了增加负荷中心输电能力，又必然需要新增输电通道，从而加强电网结构。这两个相互矛盾的要求，必须通过合理的原则进行协调。这就要求目标网架规划的研究中，一方面需要简化网架，断开过于密集的局部电网，另一方面需要通过增加输电通道加强电网，有所为和有所不为相结合，以保证电网安全可靠供电。