随着分布式电源加速接入配网运行,以及用户对供电质量和可靠性提出越来越高的期望,使配电网的建设和运行面临着重大挑战。传统10kV配电网开环运行模式由于可靠性低、供电容量小、分布式电源接入不友好等弊端,遭遇发展的瓶颈,采用20kV配电网闭环运行模式将成为有效的解决途径。但国内配电网长期采用10kV开环运行模式,传统的分析评价体系和控制手段不能够适应20kV配网闭环运行的要求,与实现20kV配电网闭环运行优化目标相适应的关键理论和技术支撑体系尚未形成,制约了20kV配电网运行模式的推广应用。本文密切结合20kV配电网建设运行的应用需要,以实现20kV配电网运行优化和提升供电可靠性为根本目标,围绕20kV配网闭环运行的关键理论和技术支撑体系进行研究。建立和提出了配网闭环运行安全性分析和可靠性评估的模型、方法,提出了20kV配电网无功配置率优化方法、适用配网闭环运行的保护控制策略以及基于广域保护控制系统的配网通信组网方案。主要工作包括:(1)建立了配网闭环运行安全性分析和可靠性评估的模型、方法。针对馈线带分支结构情况,改进闭环运行潮流计算模型,通过极端运行条件和典型运行条件的配网潮流计算,对闭环运行方式进行安全性评价;建立覆盖系统网络、馈线主干线和馈线分支的可靠性模型,描述各模型元件对配网闭环运行可靠性的影响关系,为电网可靠性量化评估提供参考依据;并结合某地区配网方式的计算,推荐出优选的配网闭环运行方式。(2)提出了20kV配电网无功配置率优化方法。采用由点及面的建模思路,利用相关性分析的方法对20kV配电网进行无功配置率的优化研究,给出全网下具不同特性的配变台区无功配置率参考范围,以解决目前对20kV配电网无功配置率研究不足、指导原则中配置区间过于笼统、缺乏差异性的问题,同时避免针对各线路逐一进行无功优化规划的通用性不足的问题。并通过算例结果验证该方法的有效性。(3)提出了适用20kV配电网闭环运行的保护控制方案。从兼顾保护配合原则、通信效率和功能扩展的需求出发,搭建由广域保护和就地保护配合的配网保护控制系统框架。研究适用广域控制的差动保护算法和具有自适应功能的就地保护算法,提高配网保护对闭环运行方式的适应性。针对馈线闭环回路过载的问题,研究相应的负荷联切策略及其算法。(4)研究了基于配网广域保护控制系统的通信组网方案。构建配电网广域保护控制系统通信网络框架,研究通信网的组网方式、调度策略,以及基于IEC 61850标准的通信网络构建方法,利用OPNET仿真平台搭建广域保护控制系统通信网络仿真模型,并构建系统化的仿真场景,为评价网络性能提供定量化分析手段,借助案例仿真分析提出适用配电网广域保护控制系统的通信组网技术方案。(5)以某地区20kV闭环运行配电网为对象进行了广域保护控制方案的设计,并与常规配网保护方案进行比较,从投资规模和性能两方面评价广域保护控制方案的合理性。