电网设计和运行的目标是在满足安全、可靠、稳定运行的前提下以最大的经济效益将符合标准的电能输送到每一个用户。日益紧张的能源资源、土地资源和环境约束使得主力发电厂容量不断加大且更加远离用户(负荷中心),导致了输电网电压等级的不断提高,以便通过有限的输电通道,输送更大的功率。而位于电网末端的千家万户需要的是小容量的、安全的电能,这又钳制住了配电网末端的电压水平。由此形成了电力系统从输电到配电逐级降压和分配电能的电网电压层级结构。随着现代城市经济的高速发展,电网建设面临着一系列的挑战。其中一个最突出的问题表现在:“寸土寸金”使得城市输配电线路和变电站的建设征地困难重重,周期漫长,电网建设速度跟不上城市用电需求的增长速度。如果能通过电压层级优化,减少电压层级或适当提高中压电压等级,理论上可以减少城市的变电站数量和线路回数,从而大幅减少电网建设用地需求。可以说,简化和优化电网的电压层级配置是解决电网建设用地难题的一个重要和有效的技术手段。同时,20kV在苏州工业园试点的成功使得提高城市电网的中压电压等级成为可能。本论文源于广东电网公司对城市电网采用20kV电压等级的技术经济论证和电压层级优化的研究成果。针对城市常见的500kV/220kV/110kV/10kV/0.4kV电压层级序列,论文旨在分析20kV代替10kV层级以及简化110kV层级的可行性和适用范围,另外也对35kV目前不宜作为中压配电电压等级作了分析论证。论文首先综述国内外电压层级配置状况,然后总结不同中压电压等级选择的技术经济分析相关理论成果和主要参数。随后,针对城市高负荷密度新兴区域进行数学建模,从经济性的角度论证中压配电网采用20kV的优越性,同时也分析了简化110kV层级的适用范围。然后,通过中新知识城和广州新城的区域电压层级优化算例归纳出城市高负荷密度新兴区域电压序列优化的原则和建议。最后,针对城市边远地区的低负荷密度区域构造算例,评估了城市边远地区采用20kV配电的可行性及适用范围。本论文研究的内容对于评估城市中压配电网推广20kV的论证以及简化110kV层级的适用范围具有良好的指导意义和工程应用价值。