提高上海重點區域供電可靠性的思考和建議

張銘張瀚舟王曉暉閆晶

1.國網上海市電力公司經濟技術研究院

2.上海市發展改革研究院

0 前言

2020年上海中心城區供電可靠率首次達到“5個9”，躋身世界領先行列。以中心城區、臨港新片區為代表的上海市重點區域承載著上?！拔鍌€中心”建設、能源結構轉型和營商環境再升級的核心任務，確保該區域供電安全可靠具有極高的現實意義。為進一步提高重點區域的供電保障水平，長三角智慧能源研究中心在借鑒東京經驗的基礎上，研究提出上海市“十四五”期間可充分利用現狀電力設施，布局建設“鉆石型”配電網，經濟有效地提高重點區域的供電可靠性。

1 供電可靠率“5個9”來之不易，配電網影響尤為明顯

電網的安全可靠程度極大地決定了城市能否平穩運行，為此國際上始終將“獲得電力”指標作為衡量經濟社會發展水平的重要標尺。供電可靠率作為“獲得電力”的核心評價要素，同時也是優化營商環境、提升城市競爭力的有力抓手。“十三五”以來，上海以對標東京，創建世界一流城市電網為目標，連續兩年開展城市供電可靠性提升專項工程，2019年全口徑供電可靠率首次突破“4個9”（99.991%），助力“獲得電力”指標從第98位躍升至第12位。2020年上海中心城區供電可靠率更是進一步突破“5個9”1“5個9”意味著平均每個電力用戶全年的停電時間不超過5 min，超越紐約、倫敦等國際大都市，邁入世界領先行列。

疫情暴發后，上海推出了“疫情防控期間供電服務保障十項舉措”，確保了電網安全運行，為上海市供電可靠性提升和中心城區供電可靠率突破“5個9”作出了積極貢獻。同時，疫情導致用電需求降低這一因素不容忽視。除了春節假期期間，上海市居民集中用電，帶動全社會用電量呈現短暫、小幅的增長，在全面復工之后，疫情對經濟發展的沖擊在用電量上體現了出來，2020年1-5月份上海市全社會用電量累計減少44.1億kWh。

1.1 在確保輸電網供電安全的情況下，配電網是進一步提升供電可靠性的發力點

輸電網是指連接電廠和變電站或變電站之間的送電網絡，主要承擔輸送電能的任務。目前，上海已形成“五交四直”9個上海市外受電通道和500 kW雙環網為支撐的骨干網架，2019年接受上海市外來電732億kWh，占上海市用電量的47%。堅強的輸電網為上海長距離、高負荷外來電輸送和本地電源平穩注入提供了可靠的基礎設施保障。

配電網是指從輸電網或小型電源點接受電能，通過配電設施就地分配或按電壓逐級分配給各類用戶的電網，起著分配電能的作用。相比輸電網，配電網面向終端用戶，其可靠性更受用戶關注。2019年上海啟動了世界一流城市配電網建設，通過不停電施工、配電自動化主站建設等手段，一定程度上提升了配電網可靠性，但仍存在部分10 kW主干線不滿足“N-1”2電力系統可靠性“N-1”準則即電力系統中任一元件因故障斷開，系統仍能保持穩定運行和正常供電、供電半徑較長、非標準接線較多等問題，阻礙了供電可靠性的進一步提高。

1.2 “十四五”期間提高重點區域的供電可靠性具有必要性和緊迫性

1）中心城區是上海金融服務、大數據、智能互聯網等重點產業和集成電路等戰略性新興產業功能型平臺的集聚地，經濟密度是上海市之最、用電負荷密度極高，對供電可靠性極其敏感。臨港新片區承載著上海進一步改革開放和創新發展的重大和特殊使命，區域內集成電路、生物醫藥等企業對供電可靠性和穩定性均有極高要求，確保新片區尤其是核心區的供電可靠性非常必要。

2）爭取在2060年前實現碳中和目標的確立更加明確能源低碳清潔發展方向，可再生能源發電將進入“倍速”發展階段。隨著可再生能源配額政策實施，“十四五”期間上海市將大力推進分布式光伏、風電等可再生能源發展，預計2025年可再生能源裝機規模和發電量將分別達到580萬kW和142.6億kWh，本地可再生能源發電量占用電量比重將從3.2%提升至8%。電網系統需要提前應對間歇性、不穩定性和分散式可再生能源接入的沖擊，堅強穩定的配電網成為接入高比例可再生能源的前提條件。

2 對標東京，進一步提高供電可靠性任重道遠

目前，世界發達國家主要城市的供電可靠率約在“4個9”左右，僅新加坡、東京等極少數城市達到或超過了“5個9”的水平。從2019年國際主要城市用戶平均停電時間來看，新加坡（0.6 min）、東京（4.8 min）供電可靠性全球領先，上海約47.3 min，與新加坡和東京的差距較為明顯。從配電網結構來看，新加坡在配電網建設之初就不惜成本地采用以變電站為中心的花瓣式接線方式，配電網供電可靠率達到99.9997%，具有不可復制性。東京配電網結構相對簡單，配置原則與上海也較為相似，在減少計劃停電和推廣不停電作業、優化配電網架構、嚴格執行規劃等方面均值得上海借鑒(見表1)。

表1 上海供電可靠率與東京對比情況

1）東京電力主要通過帶電作業和不停電作業來減少計劃停電，大幅降低計劃停電時間和帶電作業是東京供電可靠率從不到“4個9”快速跨越至“5個9”的關鍵

近年來，上海計劃停電次數和時間逐年降低，并且絕大多數是由配電網引起。對于計劃停電仍無法避免的上海，優化停電管理和技術手段，完善設備更新改造，尤其是加強配電網建設是減少計劃停電、提升供電可靠性的關鍵。

2）合理的網架結構和嚴格執行規劃是可靠性穩步提升的基石

從輸電網結構來看，上海輸電網結構更加堅強，事故支援和負荷轉移能力均優于東京。從配電網結構來看，對規劃導則的執行力度是造成上海網架結構不完善的主要原因。在規劃執行層面，東京電力嚴格按照多分段多聯絡、負荷均分等原則進行線路分段。上海由于業務擴展、市政建設等工程實施過程中并未嚴格執行規劃標準，導致現狀電網存在大量非標準線路。

3）東京供電可靠率統計比上海更為精細

東京供電可靠率統計到實際簽約用戶（約2 930萬戶），包括低壓用戶。上海僅統計到中壓變壓器（約6.2萬戶），統計數量遠小于東京。東京對于配電自動化恢復送電在1 min之內的不作為停電統計，上海則是3 min之內不統計。東京對外公布的戶均年停電時間是全區域，上海的統計范圍則不含農村。建設世界一流配電網，除了在計量方法上進行統一，切實提高重點區域各類用戶的供電可靠性是根本舉措和當務之急。

3 “鉆石型”配電網兼具可靠性和經濟性，是提升重點區域供電可靠性的務實之選

3.1 “鉆石型”配電網技術可靠性較高

“鉆石型”配電網主要指以開關站為核心、雙側電源供電、雙環網連接、配置自愈功能的10 kW主干網，具有“全互聯、全自愈、全電纜”的特征。“鉆石型”配電網采用分層分級的結構，其拓撲結構與鉆石極為相似因而得名（見圖1）。

圖1 “鉆石型”配電網架構示意圖

“全互聯”指配電網的10 kW主干網可向不同等級變電站的雙側電源供電，使變電站間聯絡率和負荷轉移能力均達100%，有效平衡雙側電源站點的負載率?！叭杂敝概潆娋W具備秒級自愈能力，單一故障情況下影響范圍有限，因此可有效縮短計劃檢修及施工停電時間。“全電纜”指配電網開關站同時作為變電站母線延伸，可有效避免因分布式電源和微電網接入引起的潛在繼電保護、保護拒動和誤動問題，滿足800 kVA以上大容量用戶的接入需求。

2018年以來，青浦等多個區域都開展了“鉆石型”配電網的試點工程建設。從實際運行來看，“鉆石型”配電網可大幅縮短停電時間，年戶均停電時間僅為2.0 min，能夠滿足“N-1”前提下不停電作業，同時有效平衡雙環網兩側110 kW與35 kW變電站的負荷，并最高可減少50%的間隔利用。

3.2 中心城區改造“鉆石型”配電網經濟性顯著

當前，上海用電負荷及電量已進入緩慢增長階段，配電網不具備大規模更新改造的條件，而中心城區35 kW配電網規模遠大于110 kW配電網，因此，通過新建或改接少量開關站間線路即可實現向“鉆石型”配電網的升級，有效節省線路通道和上級變電站電源間隔，大幅降低投資成本。經測算，“鉆石型”配電網改造投資較雙側電源單環網顯著降低約16.5%~32.1%，在中心城區進行“鉆石型”接線模式改造，經濟性和可操作性尤為明顯。

同時，應辯證認識高供電可靠性和經濟性的關系。電力設施的建設和運行維護成本一定程度上會轉嫁為終端用戶的用能成本，傳統的依靠電量高速增長支撐大規模投資的電網發展方式難以為繼，因此，對于供電可靠性要求不高或經濟和社會效益都欠佳的區域，應謹慎開展“鉆石型”配電網的新建和改造。

4 “十四五”期間布局建設“鉆石型”配電網可進一步提升重點區域供電可靠性

“鉆石型”配電網建設并非越早越好，需要充分依托中心城區現有開關站配電網建設基礎和重點區域開發建設節奏，綜合分析區域投入產出效率，在同時滿足特定區域對供電可靠性和經濟性的雙重訴求下新建和改造“鉆石型”配電網。

1）兼顧可靠性和經濟性，應在重點區域突破應用“鉆石型”配電網

“鉆石型”配電網僅適用于對供電可靠性要求高、配電網建設近乎成熟、電網改造成本高昂的中心城區，以及配電網仍處于規劃或建設初期中、需要為未來提供高供電可靠性提前謀劃、有較好成本收益率的重點區域。“十四五”期間可考慮在“一核兩翼”等負荷密度高、供電可靠性要求高、高壓配電網長期處于110 kW與35 kW共存的區域，以及虹橋商務區、臨港新片區核心區、長三角示范區等對可靠性有特殊要求的區域優先推廣建設“鉆石型”配電網網架結構。

2）探索實施可靠性電價4可靠性電價是根據用戶對供電可靠性的不同要求而制定的差別電價，為終端用戶提供配套選擇

不同用戶對電能質量的要求不同，可靠性越高，供電成本越高，用戶承擔的成本費用越多?，F行電價制度只反映了供應側成本，沒有考慮到用戶的用電特性和需求。未來，對于需要極高供電可靠性的區域和集成電路、生物醫藥、精細化工等企業，按照終端用戶的可靠性要求區別供電，同時根據“優質優價”原則，為此類用戶提供可靠性電價作為配套選擇之一。

目前，我國正加快形成以國內大循環為主體、國內國際雙循環相互促進的新發展格局，上海應緊抓“十四五”發展和“兩新一重”建設機遇期，充分發揮已有配電網的優勢，針對不同區域和用戶的供電可靠性和配電網改造需求實施差異化推廣、提供多元電價方案，因地制宜、應時而動，穩妥推進“鉆石型”配電網建設，為上海打造世界一流配電網、優化電力營商環境、助力“五個中心”建設奠定良好的基礎。