一種可擴展的多環形城市中壓配電網系統的製作方法
2023-05-26 16:13:41
本發明涉及城市中壓配電網技術領域，尤其涉及一種可擴展的多環形城市中壓配電網系統。
背景技術：
城市中壓配電網處於電力系統末端，擔負著保證用戶可靠持續供電和提供良好電能質量的作用。過去幾十年的缺電困擾導致了電力建設存在「重發，輕供，不管用」的偏向，配網長期缺乏合理的規劃，基礎設施薄弱。隨著我國經濟尤其是城市經濟的快速發展，配電網內已經呈現出有電「送不進、落不下、用不上」的矛盾，城市電網供電可靠性、電能質量與城市經濟發展要求的矛盾越來越突出，其中，中壓配電網架結構無序發展是其重要原因之一。
合理的網架結構是配電網經濟、可靠、智能運行控制的基礎，我國配網在規劃理念、網架結構、裝備水平、運行方式、自動化等方面都制約著電網經濟、安全、優質供電。相比國內，很多發達國家在漫長的電網發展過程中，已逐步形成了具有自身特點的中壓網架結構，均採用標準化的供電模型。所以在配電網規劃工作中，配電網的網架規劃是很重要的一個部分。對其進行研究，可以提高電力企業的投資效率，對降低電網電能損耗、大幅度提高可靠性、供電質量和節約能源都具有重大的現實意義。
隨著國內近郊城市化程度的迅速提高，現有以輻射供電為主的中壓配電網網架結構表現出以下一系列缺陷：(1)負載率過高，分段不合理，聯絡數過少，無法滿足n-1準則；(2)配電網變電站電源點過少，10kv出線間隔過少，小容量中壓用戶佔用變電站10kv間隔過多，導致變電站10kv間隔利用效率低下；(3)網架不合理，線路長、用戶多，10kv線路供電半徑過大；(4)發生故障造成的停電範圍大，恢復供電的能力較弱等。雖然國內外也廣泛存在以法國巴黎「手拉手」配電網和新加坡「梅花狀」配電網為代表的各種形式的環型結構中壓配電網網架，但這些配電網雖然具有環型結構，但都是開環運行狀態，故雖然技術可行、具有良好的擴展性，但改造成本高、可靠性沒有能夠實現飛躍式的提高。
綜上，城市配電網是面對用戶的最重要和最終的環節。要保證對用戶供電的優質、經濟和可靠，必須合理地選擇中壓配電網網架的結構模型。因此研究和構建一種適合於本地特色的，滿足安全性、經濟性要求的，可實施性和可擴展性較好的，最優化的配電網網架結構具有非常重要的現實意義。
技術實現要素：
本發明實施例提供了一種可擴展的多環形城市中壓配電網系統，解決了國內現有的輻射狀配電網網架結構薄弱、負載率高、可靠性低、恢復供電時間長的技術缺陷。
本發明實施例提供的一種可擴展的多環形城市中壓配電網系統，包括：
設置有1個或1個以上的環的環狀配電網架；
環狀配電網架的每個環內包括有至少1個變電站和至少兩個開關站，變電站的10kv側設置有通過變電站母聯開關連接的母線ⅰ和母線ⅱ，開關站內部設置有通過開關站母聯開關連接的母線ⅰ和母線ⅱ；
每個環內的所有開關站的母線ⅰ連接構成獨立的內部子環ⅰ，每個環內的所有開關站的母線ⅱ連接構成獨立的內部子環ⅱ；
變電站的母線ⅰ與開關站的母線ⅰ連接，用於為內部子環ⅰ供電，變電站的母線ⅱ與開關站的母線ⅱ連接，用於為內部子環ⅱ供電；
在正常運行狀態時，變電站母聯開關和開關站母聯開關均為斷開狀態。
可選地，變電站的變壓器分列運行。
可選地，環狀配電網架設置有1個以上的環時，環與環之間的位置關係為內外嵌套的連接關係。
可選地，環狀配電網架設置有1個以上的環時，環與環之間通過電力開關相連接。
可選地，電力開關為斷路器。
可選地，變電站的變壓器迴路裝設有短路限流器；
和/或
變電站的變壓器採用高阻抗變壓器。
從以上技術方案可以看出，本發明實施例具有以下優點：
本發明實施例提供了一種可擴展的多環形城市中壓配電網系統，包括：設置有1個或1個以上的環的環狀配電網架；環狀配電網架的每個環內包括有至少1個變電站和至少兩個開關站，變電站的10kv側設置有通過變電站母聯開關連接的母線ⅰ和母線ⅱ，開關站內部設置有通過開關站母聯開關連接的母線ⅰ和母線ⅱ；每個環內的所有開關站的母線ⅰ連接構成獨立的內部子環ⅰ，每個環內的所有開關站的母線ⅱ連接構成獨立的內部子環ⅱ；變電站的母線ⅰ與開關站的母線ⅰ連接，用於為內部子環ⅰ供電，變電站的母線ⅱ與開關站的母線ⅱ連接，用於為內部子環ⅱ供電；在正常運行狀態時，變電站母聯開關和開關站母聯開關均為斷開狀態。本發明實施例中通過由開關站之間「手拉手」形成環形結構，且變電站分別對分段運行的開關站進行供電，形成一個由開關站的母線ⅰ和母線ⅱ各自獨立成環的環狀配電網架，且該環狀配電網架可根據城市地理環境以及電網建設的具體情況進行拓展，形成具有1個以上的環的多環結構，使得在某一環出現問題時，從其他環進行轉供電，進一步提高配電網的供電可靠性，本發明實施例提供的可擴展的多環形城市中壓配電網系統屬環型結構合環運行配電網，除滿足傳統安全性指標如線路及變電站的n-1、短路電流在傳統斷路器的遮斷能力內外，還具有變電站負載率均衡、間隔利用率高、電源深入負荷中心、供電區域清晰、運行方式靈活、可擴展性強等特點，解決了國內現有的輻射狀配電網網架結構薄弱、負載率高、可靠性低、恢復供電時間長的技術缺陷。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術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明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。
圖1為本發明實施例提供的一種可擴展的多環形城市中壓配電網系統的結構示意圖；
圖2為本發明實施例提供的一種可擴展的多環形城市中壓配電網系統的遠景拓展示意圖；
圖3為本發明實施例提供的一種中壓配電網雙環網架合環運行模型建模流程圖；
圖4為本發明實施例提供的一種中壓配電網雙環網初步網架圖；
圖5為本發明實施例提供的一種中壓配電網雙環網修正網架圖；
圖6為本發明實施例提供的一種城區雙環網架合環運行模型中的大坡變和城東變的內部連接圖；
圖7為本發明實施例提供的一種城區雙環網架合環運行配電網示意圖；
圖8為本發明實施例提供的一種短路分析的電路結構示意圖。
具體實施方式
本發明實施例提供了一種可擴展的多環形城市中壓配電網系統，用於解決國內現有的輻射狀配電網網架結構薄弱、負載率高、可靠性低、恢復供電時間長的技術缺陷。
為使得本發明的發明目的、特徵、優點能夠更加的明顯和易懂，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而非全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。
請參閱圖1和圖2，本發明實施例提供的一種可擴展的多環形城市中壓配電網系統的一個實施例，包括：
設置有1個或1個以上的環的環狀配電網架；
環狀配電網架的每個環內包括有至少1個變電站和至少兩個開關站，變電站的10kv側設置有通過變電站母聯開關連接的母線ⅰ和母線ⅱ，開關站內部設置有通過開關站母聯開關連接的母線ⅰ和母線ⅱ；
每個環內的所有開關站的母線ⅰ連接構成獨立的內部子環ⅰ，每個環內的所有開關站的母線ⅱ連接構成獨立的內部子環ⅱ；
變電站的母線ⅰ與開關站的母線ⅰ連接，用於為內部子環ⅰ供電，變電站的母線ⅱ與開關站的母線ⅱ連接，用於為內部子環ⅱ供電；
在正常運行狀態時，變電站母聯開關和開關站母聯開關均為斷開狀態。
進一步地，變電站的變壓器分列運行。
進一步地，環狀配電網架設置有1個以上的環時，環與環之間的位置關係為內外嵌套的連接關係。
進一步地，環狀配電網架設置有1個以上的環時，環與環之間通過電力開關相連接。
進一步地，電力開關為斷路器。
進一步地，變電站的變壓器迴路裝設有短路限流器；
和/或
變電站的變壓器採用高阻抗變壓器。
具體的，以下將結合圖1和圖2，以具體的應用例對本發明實施例提供的一種可擴展的多環形城市中壓配電網系統進行詳細的說明。
請參閱圖1，(圖中實線為ⅰ母及ⅰ母間的連接線，虛線為ⅱ母及ⅱ母間的連接線)本發明實施例提供的一種可擴展的多環形城市中壓配電網系統的具體應用例包括：
變電站a和變電站b，及開關站a、開關站b、開關站c、開關站d；
其中，開關站a、開關站b、開關站c、開關站d的母線ⅰ相連構成獨立的內部子環ⅰ，變電站a的母線ⅰ和開關站a、開關站b的母線ⅰ相連，且變電站a通過該連接關係為內部子環ⅰ中的開關站a、開關站b供電；變電站b的母線ⅰ和開關站c、開關站d的母線ⅰ相連，變電站b通過該連接關係為內部子環ⅰ中的開關站c、開關站d供電。開關站a、開關站b、開關站c、開關站d的母線ⅱ相連構成獨立的內部子環ⅱ，變電站a的母線ⅱ和開關站a、開關站b的母線ⅱ相連，變電站a通過該連接關係為內部子環ⅱ中的開關站a、開關站b供電；變電站b的母線ⅱ和開關站c、開關站d的母線ⅱ相連，變電站b通過該連接關係為內部子環ⅱ中的開關站c、開關站d供電。在正常運行時，環內的母聯開關都是斷開的：每個開關站內部連接母線ⅰ和母線ⅱ的母聯開關斷開，實現開關站分段運行；每個變電站的10kv側連接的母線ⅰ和母線ⅱ的母聯開關斷開，實現變電站的變壓器分列運行。
為便於清晰說明本發明實施例提供的可擴展的多環形城市中壓配電網系統的可擴展性，可參閱圖2中對網架的遠景擴展進行的說明，即圖1所示的單環環狀網架可以按圖2所示不斷擴展到n個環，即內環與外環之間層層嵌套的關係，且當設置有包括2個或以上環的環狀網架時，環與環之間通過電力開關相連。具體實施時，可以根據具體情況在相鄰環的開關站之間設置電力開關，電力開關可使用斷路器實現。正常合環供電時，圖2所示的開關(包括環內的母聯開關和環間的電力開關)均不閉合，僅在故障等情況下需要對運行方式調整時才閉合部分或全部。本發明設計的環型供電方案可靠性較高，基本不用環間的電力開關來轉供負荷，因此在環間也可以不設置電力開關。
此外，考慮到便於控制系統的短路電流，變電站的變壓器迴路裝設有短路限流器和/或變電站的變壓器採用高阻抗變壓器。兩種方式同時採用或者任選其一都可以，具體設置實現本發明不予贅述。
以上為對於本發明實施例提供的一種可擴展的多環形城市中壓配電網系統的結構的具體應用例的詳細說明，為了進一步說明本發明提供的可擴展的多環形城市中壓配電網系統的技術效果，以下將所提供的配電網系統為模型應用到國內某一城區的中壓配電網(以下簡稱a城區)的實際設計中，並進行詳細的具體應用方案說明。
具體包括下列規劃步驟：
(1)從電網結構、設備狀況和運行水平分析城市中壓配電網的實際情況，分析存在的薄弱點。
a.電網結構
a)城市電網110kv變電站接線模式
b)城市配電網主幹線長度分布
c)城市配電網接線模式
b.設備狀況和運行水平
d)變電站狀況
e)110kv線路分析
f)容載比分析
g)「n-1」校驗分析
h)對現狀高壓電網進行潮流、短路、線損、電壓水平分析
i)配電網絕緣化率、電纜化率分析
j)導線型號、截面分析
k)線路運行年限分析
l)線路負載率及安全可靠供電能力分析
m)配變負載率分析
n)配變型號、容量及運行年限分析
(2)調研國內外中壓配電網供電模型，參考配電網規劃導則，提出了指導城市中壓配電網供電模型設計的規劃原則。
a.網架設計標準化，模型化：
標準化、模型化設計可大大減少規劃設計部門的工作量，方便配電網擴展，利於實現自動化，採用統一的控制策略，並為中壓側用戶的接入提供明確的入網標準和評估體系。
b.模型設計應結合城市特徵：
具體設計模型時，需結合城市的特徵，而其很大程度上體現在地形地域方面，如巴黎的典型三環設計就是根據巴黎城市地形地域設計。而新加坡國家較小，各地區發展相對均衡，地勢低平為採用統一的梅花狀供電模型建設提供可能。
c.模型應具備可擴展性：
供電模型應具備良好的擴展性，隨著城市的不斷發展，負荷的不斷延展增加，展示其高靈活性，這是電網統一建設的保障。
d.各級配電網協調發展：
以提高可靠性為基本原則，促進高、中、低壓網協調發展；適當考慮層與層之間的負荷轉移和相互支援，使中壓配電網供電模型具備良好的負荷轉移能力。
(3)建立高壓配電網作為研究城市中壓配電網的邊界條件，基於網架結構理論對城市中壓配電網網架結構模型進行初步設計。通過靜態安全校驗、短路電流水平和電磁環網分析對模型進行修正。
(4)基於建立的城市中壓配電網網架模型，分別從以下7個方面對其進行可行性分析，驗證其可行性。
a.建設可行性分析
a)變電站間隔分析
b)線路通道分析
b.負荷水平分析
c.潮流特性
a)變電站至開關站潮流
b)開關站之間潮流
d.短路水平分析
e.靜態安全分析
f.可靠性分析
g.可擴展性分析
a城區配電網的改造流程如圖3所示：
第一步，a城區配電網現狀分析：電網現狀分析是未來電網發展、規劃、建設的基礎與依據。從高壓配電網、中低壓配電網兩方面對a市配電網進行詳細分析，指出現有配電網中需要改造的薄弱環節，指導a城區配電網的規劃與設計。
a城區電網目前網架結構發展與設計非標準化，線路存在掛燈籠現狀；同時電能質量較低、可靠性不高，此外由於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電網線路截面以185mm2為主，線路輸送能力不高，110kv變電站主變負載率偏高，共4座不能滿足主變「n-1」，故障後負荷轉移能力較弱。a城區主要以丁字口變(城中變)、金泉變、大坡變、青山變、鴨塘變5個110千伏變電站向城區進行供電，其中以丁字口變和金泉變為主向城市中心供電,供電區域佔整個城市的70％，只要任一個站失電，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移供電。
10kv中壓配電網部分線路供電半徑已經超標，單輻射接線模式的線路共22回，聯絡率為65.6％，n-1通過率僅為30％，容易造成故障時負荷轉供困難。而且線路的負載率平均水平偏高、配變的負載率不均衡。
第二步，提出了a城區建設合環運行雙環配電網的規劃思路：隨著我國經濟尤其是城市經濟的快速發展，城市電網供電可靠性、電能質量與城市經濟發展要求的矛盾越來越突出，其中，中壓網架結構無序發展是其重要原因之一。
(1)國內外發達國家城區配電網典型供電模型
新加坡城市各分區內，變電站每兩回22kv饋線構成環網，形成花瓣結構，稱之為梅花狀供電模型。不同電源變電站的每兩個環網中間又相互連接，組成花瓣式相切的形狀。其網絡接線實際上是由變電站間單聯絡和變電站內單聯絡組合而成。站間聯絡部分開環運行，站內聯絡部分閉環運行，而兩個環網之間的聯絡處為最重要的負荷所在。構成多朵「梅花」供電的城市整體網架，顯示了良好的可擴展性。
巴黎城市電網具有鮮明的環狀結構：外環、中環和內環，三環又將其分割成4個分區，各個變電站就處於分區之間，每個環內的變電站向兩側的分區電。當負荷增加時，可在分區之間增加一變電站，將分區再一分為二，顯示了良好的可擴展性。
(2)城市中壓配電網供電模型的指導原則
結合國內外發達國家城區配電網典型供電模型啟示，結合配電網規劃導則，建立a城區中壓配電網供電模型的指導原則：
網架設計標準化，模型化：標準化、模型化設計可大大減少規劃設計部門的工作量，方便配電網擴展，利於實現自動化，採用統一的控制策略，並為中壓側用戶的接入提供明確的入網標準和評估體系。
模型設計應結合城市特徵：具體設計模型時，需結合城市的特徵，而其很大程度上體現在地形地域方面，如巴黎的典型三環設計就是根據巴黎城市地形地域設計。而新加坡國家較小，各地區發展相對均衡，地勢低平為採用統一的梅花狀供電模型建設提供可能。
模型應具備可擴展性：供電模型應具備良好的擴展性，隨著城市的不斷發展，負荷的不斷延展增加，展示其高靈活性，這是電網統一建設的保障。
各級配電網協調發展：以提高可靠性為基本原則，促進高、中、低壓網協調發展；適當考慮層與層之間的負荷轉移和相互支援，使中壓配電網供電模型具備良好的負荷轉移能力。
(3)a城區中壓配電網供電模型的規劃思路
中壓網架設計的最重要的指導原則之一是模型設計應結合城市特徵，而城市特徵很大程度表現在地形地域特徵上，並且負荷分布特徵與此又是緊密相聯，對於a城區來說，其地形特點是地址平坦，城市特點是一個典型的內環與外環結構。對配電網進行規劃時，通常都是把開關站的布局和網絡接線分開來進行。a城區負荷沿地形呈現出圓形分布的，故建模的重點在於開關站布局，即確定開關站之間及其與變電站之間如何「連線」的問題。
通過分析a城區現狀電網的薄弱點，在總結國內外發達國家中壓配電網供電模型的基礎上，結合a地形特點，提出在a城區10kv配電網利用現有開關站和規劃開關站最終形成內環網和外環網的理念，探索簡單、統一、合理的城市中壓配電網網架模型。具體規劃的指導思想如下：
1)形成以110kv丁字口變，110kv城西變和規劃的110kv城中變為中心的內環網，110kv變電站通過10kv出線至內環網上開關站形成環網供電；形成以110kv金泉變、規劃的110kv城東變、110kv青山變和110kv大坡變為中心的外環網，110kv變電站通過10kv出線至外環網上開關站形成環網供電。
2)從變電站到開關站線路以及開關站線路之間直接由電纜相連，線路之間原則上不帶負荷，所有負荷都由開關站出線帶。
3)專用用戶由變電站直供。
4)主幹線分段運行，但允許環網運行。
(4)a城區中壓配電網雙環網模型的預期供電效果
1)供電可靠性高：加強配電網網架結構，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；同時改變以往負荷只有一兩個電源點供電的現象，降低城市大面積停電的風險。
2)電源深入負荷中心：將110千伏變電站10千伏母線延伸至城區中心負荷密集區，實現了變電站10kv母線整體向負荷側前移供電，體現了供電電源儘量深入負荷中心的原則，縮短配電網二級網架供電半徑，為電能質量管理做出有力的保障。
3)供電區域清晰：為線損四分管理、配電自動化夯實基礎。
4)運行方式靈活：只要還有一座110千伏變電站運行，其他變電站失壓情況下，該變電站能為整個城市提供保安電源。
第三步，a城區環型網架建模：即a城區中壓配電網雙環網架環型供電模型建模。負荷預測是城市電網規劃的基礎，其準確度直接影響電網規劃的質量，根據a市規劃以及a市的供電局相關資料，a城區預計年負荷將達到178mw，其中內環負荷為72mw，外環負荷到達106mw。
a城區中壓配電網建模，主要包括兩個部分，a城區110kv以上高壓配電網和a城區10kv中壓配電網，其中a城區110kv以上高壓配電網作為城區中壓配電網運行的邊界條件和上層網絡的約束條件，a城區10kv中壓配電網為研究對象。建模的整體流程如下：
(5)高壓配電網建模
高壓配電網的建模僅考慮a地區500kv、220kv變電站、110kv變電站的電氣連接網絡；運行方式採用大負荷運行方式，變電站負荷為年的最大負荷，負荷集中等值到110kv變電站10kv出線所至開關站的10kv母線側。
在500kv/220kv建模過程中，平衡節點選擇500kv施秉變，在建立的550kv/220kv網架結構的基礎上，進行220kv/110kv電網建模。
(1)10kv配電網雙環網架初步設計
調研a城區現狀中壓配電網網架結構模型，以巴黎和新加坡配電網供電模型的經驗和配電網規劃導則為指導原則，考慮a城區分負荷發展情況，結合a城區高壓配電網的規劃情況(中高壓配電網協調發展)，對a城區配電網進行雙環網建設,主要包括網架結構設計，變電站布點設計和開關站布點設計。
1)網架結構設計
由第二步中對a地形特點的分析可知，a地形平坦，城市結構特點是一個典型的內環與外環結構，負荷沿地形呈現出圓形分布，結合中壓配電網網架設計指導原則，借鑑巴黎「手拉手」環狀網架結構的經驗，在a城區現狀配電網的基礎上，提出利用現有開關站和規劃開關站最終形成內環網和外環網的理念，利用開關站之間「手拉手」形成兩個獨立的環型結構。
2)變電站布點設計
在進行配網規劃設計前，首先對城區進行供電區域的劃分，分析其負荷類型，負荷的增長趨勢，分別確定城區變電站的數量以及變電站的供電區域，儘量不跨區供電，使變電站的供電區域清晰，為配電網的自動化奠定堅實的基礎。
結合現有a城區110kv變電站的分布情況，分析確定a城區未來的負荷發展需要，分析a城區需要新建2座110kv變電站，因此a城區年目標年雙環網架的供電電源共有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、規劃110kv城中變和規劃110kv城東變。
內環負荷由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110kv變電站供電。外環負荷由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110kv變電站供電；
3)開關站布點設計
在確定變電站的供電區域後，結合負荷預測結果，對內環網和外環網的供電區域進行細分，每一個小的供電區域由一個開關站供電。
圖4為所設計的a中壓配電網雙環網初步網架圖(為了圖形簡潔，圖中每條線路均對應實際的兩回線路)：
內環開關站：凱旋公館開關站、商場街開關站、新九棟開關站、市畜牧開關站、二六二開關站、供電大樓開關站、騰龍開關站、文化南路開關站、大地星月開關站、師專開關站等。
外環開關站：清江開關站、老水泥廠開關站、市建二公司開關站、永豐東加油站、永豐開關站、市風情開關站、博南開關站、仰阿莎開關站、州衛校開關站、岔路口開關站、市郊局開關站、沁園賓館開關站、二龍開關站、狀元府開關站、酒廠開關站等。
此外還有韶山路開關站、國際名居開關站未加入合環。
由7個變電站為各開關站供電。
其中a城區電網電纜推薦採用型號為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，並以此有功功率作為每回線路的熱穩極限。
對該初步設計的網架進行潮流特性分析、靜態安全分析(配網屬於受端網絡，沒有暫穩問題)以及短路水平分析，可知，該網架所帶負荷滿足目標年的負荷預測值、正常運行的線路潮流不超過熱穩極限、中壓配電網線路均滿足n-1，即潮流特性和靜態安全分析均可滿足要求，但城區配電網的短路電流最大高達56.75ka，遠遠超過a城區現有斷路器20ka的遮斷水平。
(2)10kv雙環網網架結構的修正
短路電流過大是制約a城區雙環電網合環運行的關鍵因素，通過對電磁環網運行的分析，短路電流過大主要是由於雙環網環路較多，提供短路電流的電源點較多。所以從改進網架結構角度來考慮，降低短路水平主要有以下兩方面：一是儘量減少電磁環網運行的電壓等級，以降低環路中電壓等級；其次，提出內外環獨立運行，110kv變電站只供內環或者只供外環開關站的修正思想。據此思想，提出了圖5所示的a城區中壓配電網雙環網修正網架圖：修正時調整了變電站與開關站、開關站與開關站之間的連線，例如城西變、城中變、丁字口變只為內環供電，城東變、金泉變只為外環供電。
對修正後網架進行潮流特性分析、靜態安全分析以及短路水平分析，可知，該網架所帶負荷滿足目標年的負荷預測值、正常運行的線路潮流不超過熱穩極限、中壓配電網線路均滿足n-1，即潮流特性和靜態安全分析均可滿足要求，但城區配電網的短路電流仍達40.43ka，仍然超過a城區現有斷路器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城區雙環網架採用合環運行的關鍵。常規的限流措施有：電網分層分區運行，合理規劃電源接入系統方式，提高電壓等級和發展直流輸電；拉停開關、線路，變電站採用母線分裂運行，採用高阻抗設備和加裝短路電流限制器。前四種屬於從改變電網結構層面考慮的限流措施，因改變電網結構對電網將產生較大的影響，故不予與採用。而拉停開關、線路與提高配電網可靠性的預期目標相反，故也不採用。
在借鑑變電站採用母線分裂運行、採用高阻抗設備和加裝短路電流限制器三種措施的基礎上，以增大系統阻抗為目的，首次提出了開關站母線分段運行的限流措施，並將變電站採用母線分裂運行和開關站母線分段運行並稱為改變中壓配電網的運行方式，故接下來從原理上論證改變中壓配電網的運行方式、變電站採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的短路電流(不考慮短路的暫態過程)。
1)改變中壓配電網的運行方式增加系統阻抗
變電站母線分列運行、開關站母線分段運行均可明顯增加系統阻抗，有效降低短路電流。兩者混合的運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站母線分段的混合運行方式對短路電流的控制作用。以圖8所示系統結構為例：包括變電站a、開關站a、變電站b、開關站b，可得改變中壓配電網的運行方式後開關站a的ii母出線發生三相短路時的短路電流明顯小於改變中壓配電網運行方式之前的短路電流，具體分析如下：
改變中壓配電網的運行方式前：
改變中壓配電網的運行方式後：
其中，if指開關站a的ii母出線發生三相短路時(如圖8中f處)的短路電流，e1、e2指兩個電源點的等效電動勢，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站的線路等效阻抗，z12指的是開關站相連線路的等效阻抗。
2)採用高阻抗變壓器增加系統阻抗
110kv變壓器10kv低壓側的短路電流和10kv分區電網的短路電流都要從110kv變電站的變壓器通過。以圖8所示等效電路圖為例，開關站a的ii母出口線路發生短路時的短路電流與變壓器阻抗zt成反比，具體分析如下：
變壓器採用高阻抗變壓器時，zt11//zt12和zt21//zt22都將增大，進而導致if降低。因此選用高阻抗變壓器能夠控制系統的短路電流。
3)採用限流電抗器以增加系統的阻抗
110kv變壓器10kv低壓側的短路電流和10kv分區電網的短路電流都要從110kv變電站的變壓器通過。同樣以圖8所示系統結構為例，開關站a的ii母出口線路發生短路時的短路電流與變壓器迴路阻抗成反比，在110kv變電站的變壓器迴路加裝限流電抗器前的短路電流如下：
在110kv變電站的變壓器迴路加裝限流電抗器後的短路電流表達式如下：
其中zk指變電站內部裝設的限流電抗器的阻抗值。
很明顯，在110kv變電站的變壓器迴路加裝限流電抗器能夠控制系統的短路電流。
由以上分析可知，上述3種措施均可有效降低電網的短路電流，即
1)採用改變中壓配電網的運行方式以增大系統阻抗；
2)採用高阻抗變壓器增加系統阻抗；
3)採用限流電抗器以增加系統的阻抗。
單獨將1)用於a城區實際的雙環網架合環運行模型時，經過psasp仿真計算可知，此時a城區10kv配電網的最大短路電流仍將達到27.36ka，超出了現有斷路器20ka的遮斷能力。故單獨採用方法1)並未能有效的降低短路電流至合理的水平。
單獨將2)用於a城區實際的雙環網架合環運行模型時，為了將a城區10kv配電網的最大短路電流限制到20ka的水平，需採用標么值xt*＝1.4的三相繞組變壓器，遠遠超出了xt*＝0.25左右的正常水平，故單獨採用方法2)也不可行。
單獨將3)用於a城區實際的雙環網架合環運行模型，採用psasp進行仿真計算時，通過增大線路電抗的方式，模擬限流電抗器的安裝。為了實現環網的整體短路水平降到20ka，仿真中的電抗器標么值設為xk*＝1.2。雙環網結構的線路型號為yjv-300，對應最大載流量為485a，則限流電抗器的額定電流取為485a。代入百分電抗計算公式得：
式中，ub為基準電壓，單位為kv；sb為基準容量，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：
正常工作時，電抗器的電壓損失不得大於額定電壓的5％。電壓損失的計算公式如下：
式中，igmax為電抗器的持續最大工作電流，單位為a；ψ為負荷功率因數角，一般約等於36.78°；xk為電抗器的阻抗值。
將計算得到的電抗百分數代入電壓損失校驗，得：
故單獨採用方法3)也不合理。
故必須採用方法1)至方法3)的組合進行a城區短路電流的限制，經算例仿真可知，方法1)改變中壓配電網的運行方式以增大系統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城區雙環網架合環運行時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變電站迴路加裝限流電抗器；
方案二：採用高阻抗變壓器；
方案三：同時採用高阻抗變壓器和在110kv變電站的變壓器迴路加裝限流電抗器。
三種方案通過選取合理的參數，均可以有效的將短路電流降低至20ka，同時系統的電壓損耗、功率損耗、電壓水平等也均能滿足要求。從經濟性角度對三種方案進行簡要的定性分析，在滿足電網安全、可靠和穩定運行的基礎上推薦a城區雙環網架環型供電中採用方案一。
故提出的a城區中壓配電網雙環網架合環運行模型仍如圖5所示，不過內部結構做了如圖6所示的變化：圖6以外環的大坡變和城東變供電區域為例給出了部分變電站至開關站和開關站至開關站的內部連接結構圖，110kv大坡變10kv側的母線ⅰ和ⅱ分別連接清江開關站、狀元府開關站、酒廠開關站的母線ⅰ和ⅱ供電；110kv城東變10kv側的母線ⅰ和ⅱ分別連接沁園賓館開關站、二龍開關站、市郊局開關站、岔路口開關站、州衛校開關站的的母線ⅰ和ⅱ供電；各開關站的同一段母線之間環狀連接。其中開關站內部的分段母聯開關斷開，110kv變電站的10kv側母聯斷開。a城區最終雙環網架合環運行配電網示意圖如圖7所示，包括了外環和內環的雙環網架。
第四步，a城區雙環網架合環運行可行性分析：網架結構是中壓配電網的筋骨，堅強的網架是電網安全可靠、經濟優質運行的基礎，因此網架結構是否堅強，是否能經受系統中發生大的擾動的考驗，成為規劃網架能否投入運行的決定性因素。接下來從建設可行性、負荷分布、潮流特性、短路電流水平、靜態安全分析以及可靠性分析、可擴展性分析7個方面對所提出的a城區雙環網架合環運行模型進行分析。
(1)建設可行性
對a城區建成的網架結構的110kv變電站出線間隔利用情況進行分析，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％，故給城區供電的七座110kv變電站出現間隔是完全滿足要求的。
對a城區建成的網架結構的環網布線通道可行性進行分析，結果表明該環網是可建設的。
(2)負荷分布
a城區年負荷預計將達到178mw，預計負荷的分布情況是內環負荷達到72mw，外環負荷達到106mw。雙環網結構供電模型在滿足靜態潮流安全分析的基礎上對內外環的負荷推薦了一組值，即內環開關站可帶負荷90mw,應對未來a城區在年負荷突增18mw的極端情況；外環開關站帶負荷132mw。
潮流特性
城區雙環網供電電源有7座，110kv變電站到開關站線路共有66條。導線型號推薦使用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(按功率因數不大於0.95)。單回線路最大有功功率為5.537mw,不超過8mw，滿足線路的熱穩極限。開關站之間線路的最大潮流為3.477mw，同樣也不超過8mw，滿足線路的熱穩極限。
(3)短路電流水平
對a城區110kv變電站低壓母線側加裝限流電抗器後的雙環網進行三相短路分析，其中母線名表示發生三相短路的母線。可以看出，此時金泉變10kv母線發生三相短路時短路電流最大，為16.94ka，但仍然滿足斷路器20ka開斷能力的要求。
(4)靜態安全分析
a城區配電網是一個典型的受端電網，因此城區電網不存在功角穩定及暫態穩定問題，故a城區電網的堅強性主要考慮其靜態安全問題。
選取開關站之間功率超過3mw和變電站與開關站之間功率超過5mw的線路作為考慮對象，對其分別進行靜態安全分析。結果表明，所有線路均滿足n-1校驗，無線路過載(以n-1後無線路有功超過8mw為校驗標準)。以城中變10kv母線——文化南路開關站為例，n-1故障前後網絡中功率變化超過1mw的線路中，最大變化量為2.843mw，n-1後線路功率大於4mw的所有線路中，線路最大有功功率為5.686mw，滿足線路熱穩定極限。
(5)可靠性分析
經濟性和可靠性是電力系統的兩個非常重要的指標，但同時也是相互矛盾的兩個指標。目前國內外對這兩方面都進行了非常多的研究，但綜合考慮兩者的研究卻不多，本分析結合了可靠性和經濟性兩項指標對a城區雙環網架合環運行模型進行評估。
a城區電網採用合環運行閉環運行方式可有效地減少停電範圍和時間，提高供電可靠性，增加供電量。採用這種運行方式，可以充分地利用現有的網絡資源，使用戶獲得兩個或更多個電源供電，在提高了供電的可靠性的同時，也大大節省了投資。
基於最小路集最小割集的可靠性評估模型和基於總擁有費用的經濟性評估模型分析表明，a城區中壓配電網雙環網模型合環運行為可靠性經濟性最優的供電方案，此時供電可靠性為99.998510％，相比巴黎的99.994％，日本東京99.9914％、英國倫敦的99.9914％而言，本發明提出的供電模型可靠性經濟性達到了世界先進水平。
綜上，從建設可行性角度分析，該網架結構在工程建設中是可行的，而且此時的內外雙環的帶載能力也完全滿足2015年a城區增長的負荷需求。同時，通過對該a城區雙環網進行潮流特性分析、短路電流分析和靜態安全分析，從psasp仿真結果可知，該網架潮流分布合理、短路水平合理、能滿足n-1校驗。最後基於經濟性可靠性雙重評估分析表明本發明所提出的a城區重壓配電網雙環網架合環運行模型不僅建設成本低而且可靠性達到了世界先進水平。因此從建設可行性、負荷需求、潮流、短路、靜態安全分析和可靠性分析的角度，a城區雙環網進行合環運行是可行的。
(6)可擴展性分析
由附圖7中a城區雙環網架合環運行模型示意圖可知，所提出的a城區中壓配電網雙環網架合環供電模型具有很強的獨立擴展性，隨著城區的不斷擴大，可以以市區為中心逐環擴展建設，而且各個獨立的環型配電網在故障時還可以互相支援，使得a城區配電網相比國內外現有的中壓配電網模型更加的「堅強」、「可靠」。
本發明實施例提供了一種可擴展的多環形城市中壓配電網系統，包括：設置有1個或1個以上的環的環狀配電網架；環狀配電網架的每個環內包括有至少1個變電站和至少兩個開關站，變電站的10kv側設置有通過變電站母聯開關連接的母線ⅰ和母線ⅱ，開關站內部設置有通過開關站母聯開關連接的母線ⅰ和母線ⅱ；每個環內的所有開關站的母線ⅰ連接構成獨立的內部子環ⅰ，每個環內的所有開關站的母線ⅱ連接構成獨立的內部子環ⅱ；變電站的母線ⅰ與開關站的母線ⅰ連接，用於為內部子環ⅰ供電，變電站的母線ⅱ與開關站的母線ⅱ連接，用於為內部子環ⅱ供電；在正常運行狀態時，變電站母聯開關和開關站母聯開關均為斷開狀態。本發明實施例中通過由開關站之間「手拉手」形成環形結構，且變電站分別對分段運行的開關站進行供電，形成一個由開關站的母線ⅰ和母線ⅱ各自獨立成環的環狀配電網架，且該環狀配電網架可根據城市地理環境以及電網建設的具體情況進行拓展，形成具有1個以上的環的多環結構，使得在某一環出現問題時，從其他環進行轉供電，進一步提高配電網的供電可靠性，本發明實施例提供的可擴展的多環形城市中壓配電網系統屬環型結構合環運行配電網，除滿足傳統安全性指標如線路及變電站的n-1、短路電流在傳統斷路器的遮斷能力內外，還具有變電站負載率均衡、間隔利用率高、電源深入負荷中心、供電區域清晰、運行方式靈活、可擴展性強等特點，解決了國內現有的輻射狀配電網網架結構薄弱、負載率高、可靠性低、恢復供電時間長的技術缺陷。
所屬領域的技術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，裝置和單元的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應過程，在此不再贅述。
以上所述，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。