提高上海重点区域供电可靠性的思考和建议

张铭张瀚舟王晓晖闫晶

1.国网上海市电力公司经济技术研究院

2.上海市发展改革研究院

0 前言

2020年上海中心城区供电可靠率首次达到“5个9”，跻身世界领先行列。以中心城区、临港新片区为代表的上海市重点区域承载着上海“五个中心”建设、能源结构转型和营商环境再升级的核心任务，确保该区域供电安全可靠具有极高的现实意义。为进一步提高重点区域的供电保障水平，长三角智慧能源研究中心在借鉴东京经验的基础上，研究提出上海市“十四五”期间可充分利用现状电力设施，布局建设“钻石型”配电网，经济有效地提高重点区域的供电可靠性。

1 供电可靠率“5个9”来之不易，配电网影响尤为明显

电网的安全可靠程度极大地决定了城市能否平稳运行，为此国际上始终将“获得电力”指标作为衡量经济社会发展水平的重要标尺。供电可靠率作为“获得电力”的核心评价要素，同时也是优化营商环境、提升城市竞争力的有力抓手。“十三五”以来，上海以对标东京，创建世界一流城市电网为目标，连续两年开展城市供电可靠性提升专项工程，2019年全口径供电可靠率首次突破“4个9”（99.991%），助力“获得电力”指标从第98位跃升至第12位。2020年上海中心城区供电可靠率更是进一步突破“5个9”1“5个9”意味着平均每个电力用户全年的停电时间不超过5 min，超越纽约、伦敦等国际大都市，迈入世界领先行列。

疫情暴发后，上海推出了“疫情防控期间供电服务保障十项举措”，确保了电网安全运行，为上海市供电可靠性提升和中心城区供电可靠率突破“5个9”作出了积极贡献。同时，疫情导致用电需求降低这一因素不容忽视。除了春节假期期间，上海市居民集中用电，带动全社会用电量呈现短暂、小幅的增长，在全面复工之后，疫情对经济发展的冲击在用电量上体现了出来，2020年1-5月份上海市全社会用电量累计减少44.1亿kWh。

1.1 在确保输电网供电安全的情况下，配电网是进一步提升供电可靠性的发力点

输电网是指连接电厂和变电站或变电站之间的送电网络，主要承担输送电能的任务。目前，上海已形成“五交四直”9个上海市外受电通道和500 kW双环网为支撑的骨干网架，2019年接受上海市外来电732亿kWh，占上海市用电量的47%。坚强的输电网为上海长距离、高负荷外来电输送和本地电源平稳注入提供了可靠的基础设施保障。

配电网是指从输电网或小型电源点接受电能，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网，起着分配电能的作用。相比输电网，配电网面向终端用户，其可靠性更受用户关注。2019年上海启动了世界一流城市配电网建设，通过不停电施工、配电自动化主站建设等手段，一定程度上提升了配电网可靠性，但仍存在部分10 kW主干线不满足“N-1”2电力系统可靠性“N-1”准则即电力系统中任一元件因故障断开，系统仍能保持稳定运行和正常供电、供电半径较长、非标准接线较多等问题，阻碍了供电可靠性的进一步提高。

1.2 “十四五”期间提高重点区域的供电可靠性具有必要性和紧迫性

1）中心城区是上海金融服务、大数据、智能互联网等重点产业和集成电路等战略性新兴产业功能型平台的集聚地，经济密度是上海市之最、用电负荷密度极高，对供电可靠性极其敏感。临港新片区承载着上海进一步改革开放和创新发展的重大和特殊使命，区域内集成电路、生物医药等企业对供电可靠性和稳定性均有极高要求，确保新片区尤其是核心区的供电可靠性非常必要。

2）争取在2060年前实现碳中和目标的确立更加明确能源低碳清洁发展方向，可再生能源发电将进入“倍速”发展阶段。随着可再生能源配额政策实施，“十四五”期间上海市将大力推进分布式光伏、风电等可再生能源发展，预计2025年可再生能源装机规模和发电量将分别达到580万kW和142.6亿kWh，本地可再生能源发电量占用电量比重将从3.2%提升至8%。电网系统需要提前应对间歇性、不稳定性和分散式可再生能源接入的冲击，坚强稳定的配电网成为接入高比例可再生能源的前提条件。

2 对标东京，进一步提高供电可靠性任重道远

目前，世界发达国家主要城市的供电可靠率约在“4个9”左右，仅新加坡、东京等极少数城市达到或超过了“5个9”的水平。从2019年国际主要城市用户平均停电时间来看，新加坡（0.6 min）、东京（4.8 min）供电可靠性全球领先，上海约47.3 min，与新加坡和东京的差距较为明显。从配电网结构来看，新加坡在配电网建设之初就不惜成本地采用以变电站为中心的花瓣式接线方式，配电网供电可靠率达到99.9997%，具有不可复制性。东京配电网结构相对简单，配置原则与上海也较为相似，在减少计划停电和推广不停电作业、优化配电网架构、严格执行规划等方面均值得上海借鉴(见表1)。

表1 上海供电可靠率与东京对比情况

1）东京电力主要通过带电作业和不停电作业来减少计划停电，大幅降低计划停电时间和带电作业是东京供电可靠率从不到“4个9”快速跨越至“5个9”的关键

近年来，上海计划停电次数和时间逐年降低，并且绝大多数是由配电网引起。对于计划停电仍无法避免的上海，优化停电管理和技术手段，完善设备更新改造，尤其是加强配电网建设是减少计划停电、提升供电可靠性的关键。

2）合理的网架结构和严格执行规划是可靠性稳步提升的基石

从输电网结构来看，上海输电网结构更加坚强，事故支援和负荷转移能力均优于东京。从配电网结构来看，对规划导则的执行力度是造成上海网架结构不完善的主要原因。在规划执行层面，东京电力严格按照多分段多联络、负荷均分等原则进行线路分段。上海由于业务扩展、市政建设等工程实施过程中并未严格执行规划标准，导致现状电网存在大量非标准线路。

3）东京供电可靠率统计比上海更为精细

东京供电可靠率统计到实际签约用户（约2 930万户），包括低压用户。上海仅统计到中压变压器（约6.2万户），统计数量远小于东京。东京对于配电自动化恢复送电在1 min之内的不作为停电统计，上海则是3 min之内不统计。东京对外公布的户均年停电时间是全区域，上海的统计范围则不含农村。建设世界一流配电网，除了在计量方法上进行统一，切实提高重点区域各类用户的供电可靠性是根本举措和当务之急。

3 “钻石型”配电网兼具可靠性和经济性，是提升重点区域供电可靠性的务实之选

3.1 “钻石型”配电网技术可靠性较高

“钻石型”配电网主要指以开关站为核心、双侧电源供电、双环网连接、配置自愈功能的10 kW主干网，具有“全互联、全自愈、全电缆”的特征。“钻石型”配电网采用分层分级的结构，其拓扑结构与钻石极为相似因而得名（见图1）。

图1 “钻石型”配电网架构示意图

“全互联”指配电网的10 kW主干网可向不同等级变电站的双侧电源供电，使变电站间联络率和负荷转移能力均达100%，有效平衡双侧电源站点的负载率。“全自愈”指配电网具备秒级自愈能力，单一故障情况下影响范围有限，因此可有效缩短计划检修及施工停电时间。“全电缆”指配电网开关站同时作为变电站母线延伸，可有效避免因分布式电源和微电网接入引起的潜在继电保护、保护拒动和误动问题，满足800 kVA以上大容量用户的接入需求。

2018年以来，青浦等多个区域都开展了“钻石型”配电网的试点工程建设。从实际运行来看，“钻石型”配电网可大幅缩短停电时间，年户均停电时间仅为2.0 min，能够满足“N-1”前提下不停电作业，同时有效平衡双环网两侧110 kW与35 kW变电站的负荷，并最高可减少50%的间隔利用。

3.2 中心城区改造“钻石型”配电网经济性显著

当前，上海用电负荷及电量已进入缓慢增长阶段，配电网不具备大规模更新改造的条件，而中心城区35 kW配电网规模远大于110 kW配电网，因此，通过新建或改接少量开关站间线路即可实现向“钻石型”配电网的升级，有效节省线路通道和上级变电站电源间隔，大幅降低投资成本。经测算，“钻石型”配电网改造投资较双侧电源单环网显著降低约16.5%~32.1%，在中心城区进行“钻石型”接线模式改造，经济性和可操作性尤为明显。

同时，应辩证认识高供电可靠性和经济性的关系。电力设施的建设和运行维护成本一定程度上会转嫁为终端用户的用能成本，传统的依靠电量高速增长支撑大规模投资的电网发展方式难以为继，因此，对于供电可靠性要求不高或经济和社会效益都欠佳的区域，应谨慎开展“钻石型”配电网的新建和改造。

4 “十四五”期间布局建设“钻石型”配电网可进一步提升重点区域供电可靠性

“钻石型”配电网建设并非越早越好，需要充分依托中心城区现有开关站配电网建设基础和重点区域开发建设节奏，综合分析区域投入产出效率，在同时满足特定区域对供电可靠性和经济性的双重诉求下新建和改造“钻石型”配电网。

1）兼顾可靠性和经济性，应在重点区域突破应用“钻石型”配电网

“钻石型”配电网仅适用于对供电可靠性要求高、配电网建设近乎成熟、电网改造成本高昂的中心城区，以及配电网仍处于规划或建设初期中、需要为未来提供高供电可靠性提前谋划、有较好成本收益率的重点区域。“十四五”期间可考虑在“一核两翼”等负荷密度高、供电可靠性要求高、高压配电网长期处于110 kW与35 kW共存的区域，以及虹桥商务区、临港新片区核心区、长三角示范区等对可靠性有特殊要求的区域优先推广建设“钻石型”配电网网架结构。

2）探索实施可靠性电价4可靠性电价是根据用户对供电可靠性的不同要求而制定的差别电价，为终端用户提供配套选择

不同用户对电能质量的要求不同，可靠性越高，供电成本越高，用户承担的成本费用越多。现行电价制度只反映了供应侧成本，没有考虑到用户的用电特性和需求。未来，对于需要极高供电可靠性的区域和集成电路、生物医药、精细化工等企业，按照终端用户的可靠性要求区别供电，同时根据“优质优价”原则，为此类用户提供可靠性电价作为配套选择之一。

目前，我国正加快形成以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局，上海应紧抓“十四五”发展和“两新一重”建设机遇期，充分发挥已有配电网的优势，针对不同区域和用户的供电可靠性和配电网改造需求实施差异化推广、提供多元电价方案，因地制宜、应时而动，稳妥推进“钻石型”配电网建设，为上海打造世界一流配电网、优化电力营商环境、助力“五个中心”建设奠定良好的基础。