概述

下图展示了电力系统的主要组成部分

配电网络处在电力系统的中间层，它将负责能量传输的输电网与负责能量配置的低压用电侧互联起来,是社会发展和国民经济的重要公共基础设施。

我国配电网存在问题

与输电网相比，配电网络从变电站、10kV馈线一直延伸到终端用户，配电设备种类多、数量大，需管理的基础资料非常多，且线路的接线方式十分复杂，设备的增改和检修十分频繁，管理任务十分繁重。然而，长期以来受“重输、轻配、不管用”观念的影响，国内配电网的建设落后于输电网。我国配电网的发展与国际先进水平尚存在较大的差距，具体体现在：

（1）供电可靠性不足。

（2）配电网结构相对薄弱。

（3）配电网自动化水平较低。

智能配电网

目前，作为电力系统相对薄弱环节的配电网络正日益得到重视。此外，随着分布式电源大量接入配电网，传统配电网的单向潮流特性将逐渐向双向潮流转变，这对配电网的稳定运行提出了更高要求，建设坚强、可靠的智能配电网成为未来电力系统发展的重要目标。

智能配电网是集成现代通信技术、高级量测技术、智能控制技术和智能调度技术的新型配电网，可以实现网络运行状态和设备的实时监测与管理，能够有效地利用分布式发电与储能技术，与终端用户开展积极互动，降低用户成本、提高电网运行的经济性和安全性。

智能配电网包括智能表计、智能网络和智能运行3个部分。

智能表计用以实现网络中的数据测量、收集、存储、分析与双向传输，技术上依靠高级量测体系实现。智能表计提高了系统的可观性，只有首先实现电网的信息化才可能实现电网的智能化。

智能网络，未来将不会仅限于电力传输，而会是包含了其他形式能源的智能能源网。

智能运行基于智能表计的量测数据完成各种计算与分析功能，通过智能决策对智能配电网进行控制，以实现运行效率的优化和系统安全性的改善，满足各类不同的商业需求。智能运行是实现智能配电网的关键，也是技术难度最大的部分。

对配电网络进行精确的建模和分析，是实现配电网智能运行的前提。为此，课程首先为配电网络中的主要元件建立精确的模型，进而讨论智能配电网络的潮流计算、状态估计、网络重构等重要问题的分析方法，最后介绍主动配电网的相关内容。

配电网络

配电网络是指从输电网或地区发电厂接受电能，通过配电设施就地分配或按电压逐级分配给各类用户的电力网。

我国配电网按电压等级分类可分为

• 高压配电网（35~110kV）
• 中压配电网（6~20kV）
• 低压配电网（220V/380V）

66kV（110kV）电网的主要作用是连接区域高压（220kV及以上）电网。

35kV及以下配网的主要作用是为各个配电站和各类用户提供电源。

10kV及以上电压等级的高压用户直接由供电变电站高压配电装置以及高压用户专用线提供电源。

我国习惯上把10kV中压配电网看作是配电网的主干，它的供电半径约在10 km左右，因此可以说配电网是电力传输的“最后10 km”。

配电网络一般采用闭环设计、开环运行，其结构呈辐射状。采用闭环结构是为了提高运行的灵活性和供电可靠性；开环运行一方面是为了限制短路故障电流，另一方面是为了控制故障波及范围，避免故障停电范围扩大。

简易配电变电站

展示了在所有变电站都存在的一些主要设施。

（1）高压端和低压端开关：图中，高压端的断合由一个简易的开关来完成。对于一些大规模的变电站，则可能会在各种高压母线的设计中使用高压断路器。图中低压端的断合由继电器控制的断路器来完成。

（2）变压：配电变电站的主要功能是将电压降至配电电压水平。在图中我们只展示了一个变压器。而在其他变电站的设计中则可能需要两个或者更多的三相变压器。

（3）电压调节：随着馈线上负荷的变化，变电站和用户之间的压降也会发生变化。为了将用户的电压保持在一个可接受的范围内，变电站的电压要随着负荷的变化进行调节。

（4）保护措施：变电站必须有保护措施来应对短路的发生。在图中的简易设计中，变电站内唯一能够自动应对短路的保护是通过变压器高压端的熔断器来实现的。

（5）计量：每个变电站都设有计量装置。目前，数字仪表应用普遍，这种仪表能记录电流、电压、功率等在一段特定时间段内的最大值、平均值和最小值。

3/2断路器接线的两变压器变电站

图示为一采用3/2断路器接线的变电站布局，相比上图其包含的设施更为全面。该变电站有两个包含负荷侧分接头的变压器，同时为四条配电馈线供电，并由两条子传输线供电。在正常情况下，断路器的状态为断路器X、Y、1、3、4、6闭合，断路器Z、2、5开断。

当断路器处于正常状态时，每个变压器都由不同的子传输线供电，同时为两条馈线供电。如果其中一条子传输线停止供电，则断路器X或Y断开，断路器Z闭合，这时两台变压器都是由同一条子传输线路供电。变压器的容量应满足每台变压器能够在紧急情况下同时为四条馈线供电。

举个例子，如果变压器T-1停止工作，则令断路器X、1和4断开，断路器2和5闭合。通过这样的操作，所有四条馈线均由变压器T-2供电。图中的两条馈线需要三个断路器，所以该接线方式也被称为3/2断路器接线。

辐射状网络

辐射状配电网络的特点是只有一条从电源（配电站）流向用户的电力通路。一个典型的配电网络由一个或多个配电站组成，而配电站又包含一条或多条馈线。馈线可能由如下几个部分组成:三相主馈线；三相、两相（“V”相）和单相支路；步进式电压调节器；串联变压器；并联电容器组；配电变压器；次级线路；三相、两相和单相负荷。

由于需要为大量不相等的单相负荷供电，配电网络的负荷通常是不对称的。除此之外，三相架空线和地下线路的非对称导体间距也会加剧这种不对称性。

由于配电网络特有的性质，用于输电网潮流和短路等问题分析的方法通常不适用于配电网

• 一方面是因为这些方法用于辐射状网络的收敛性较差
• 另一方面是因为这些方法需假定系统完全对称，以便使用单相等效系统来对问题进行研究。

图示是一个简单辐射状配电网络接线图，其中的连接点称为“节点”。可以看到，图中清晰地展示了各线路段的相对位置，这对于建立一个精确的模型极为重要。

配电网馈线分布图

配电网络的分析对于配电工程师来说很重要，这有助于确定网络的现有操作条件，并且能够用于模拟网络在未来变化下的场景。配电工程师在对配电网络进行分析之前，必须获取馈线的详细分布图。馈线分布示意图包含如下信息:

（1）馈线（包括架空线及地下线）的位置、长度、导体尺寸（图中未显示）、相位。

（2）配电变压器的位置、视在功率额定值和连接方式。

（3）串联变压器的位置、视在功率额定值和连接方式。

（4）并联电容器的位置、无功功率额定值和连接方式。

（5）电压调节器的位置、连接方式和类型（图中未显示，单相或三相）。

（6）开关的位置和正常情况下的开/关状态。

配电馈线电气特性

配电馈线分布图中的信息定义了各种元件的物理位置。在进行配电网络分析之前，还需要确定每个元件的电气特性，为此还需要获取以下数据:

（1）架空线和地下线的间距。

（2）导体信息，包括导体几何平均半径、直径和电阻率。

（3）电压调节器的电压互感器变比、电流互感器变比和补偿器设置（包括电压水平、带宽、电阻和电抗设置）。

（4）变压器的额定视在功率、额定电压、阻抗和空载损耗。

总结

准确地对配电网络进行建模和分析变得越来越重要。尽管变电站可能会采用不同的设计，但在绝大多数情况下它们还是会为一条或者多条辐射状馈线供电。为了使分析具备意义，每条馈线都必须尽可能精确地建模。有时配电工程师最困难的工作是获取所有必要的数据。在馈线分布图上会包含大部分配电工程师所需要的信息。至于其他的数据，诸如标准极的配置、每条线路上使用的导线型号、三相变压器的连接方式和电压调节器的设置等，则应来自以前存储的数据。一旦获得了所需的所有数据，就可以使用后面章节介绍的各种元件模型对配电网络进行分析。