新時(shí)期電網(wǎng)技術(shù)面臨的新挑戰(zhàn)

牛金豪　包佳瑞琦　郭嘉

摘 要：闡述最新的電網(wǎng)技術(shù)如靈活交流輸電系統(tǒng)，高溫超導(dǎo)輸電，聚合物電纜及電網(wǎng)系統(tǒng)中的在線分析控制系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、配電網(wǎng)革新系統(tǒng)以及分布式發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)我國(guó)在這些新技術(shù)進(jìn)步進(jìn)行了分析和介紹。最后，從電力市場(chǎng)環(huán)境下的全局視角，闡釋了新時(shí)期電網(wǎng)技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)，以及它所帶動(dòng)的技術(shù)革新以及社會(huì)、經(jīng)濟(jì)收益。

關(guān)鍵詞：靈活交流輸電系統(tǒng)；高溫超導(dǎo)輸電；聚合物電纜；在線分析控制系統(tǒng)；儲(chǔ)能系統(tǒng)；配電網(wǎng)革新

進(jìn)入二十一世紀(jì)，電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)生了重大變化和革新，針對(duì)我國(guó)的情況，主要是電力資源分布不均，進(jìn)行了大量的電力再分配活動(dòng)，傳輸距離和傳輸容量大量的增加，另外現(xiàn)在的工業(yè)及城市用電量急劇增加，電力網(wǎng)絡(luò)也更加復(fù)雜多變，需要處理的電力工業(yè)信息和情況也比以前有了大量的增加。以后的電力系統(tǒng)將會(huì)產(chǎn)生大量的商業(yè)交易，也要求電力能夠經(jīng)濟(jì)、可靠、有效的傳輸，總結(jié)來(lái)說(shuō)目前將面臨著以下新的科技：

1 高溫超導(dǎo)（HTS） 材料

超導(dǎo)材料是利用材料導(dǎo)電過(guò)程中出現(xiàn)的低電阻高荷載的特性，因?yàn)椴牧系碾娮璺浅５?，在傳輸?shù)倪^(guò)程中基本不會(huì)有損耗產(chǎn)生，據(jù)估計(jì)，損耗將比現(xiàn)在的技術(shù)降低至少60%以上，未來(lái)的任務(wù)是降低超導(dǎo)材料的使用溫度，降低成本和更低的輸電電壓， 更低的變電站造價(jià)，更低的功率損耗和改善電能質(zhì)量。

2 聚合物電纜

在直流輸電系統(tǒng)中，直流電纜使用量最大的關(guān)鍵部件。隨著直流輸電技術(shù)的發(fā)展和普及，直流電纜將有大量需求，其生產(chǎn)和制造也越來(lái)越受到人們的關(guān)注。傳統(tǒng)直流電纜采用油紙絕緣，這種電纜的制造和維護(hù)成本較高，已經(jīng)被交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電纜所取代，目前又出現(xiàn)了，MgO、Si02和A1203三種金屬氧化物微米粉體與聚乙烯復(fù)合作為添加物的電纜材料以及非常熱門(mén)的納米氧化物、聚乙烯材料的電纜材質(zhì)[1]，現(xiàn)在正在開(kāi)發(fā)的聚合物電纜能避免傳統(tǒng)電纜在過(guò)載時(shí)出現(xiàn)的氣穴和膨脹，預(yù)期在2020 年將廣泛采用。

3 儲(chǔ)能

抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能將構(gòu)成未來(lái)大容量?jī)?chǔ)能系統(tǒng)的基礎(chǔ)，氫作為儲(chǔ)存能量的介質(zhì)可達(dá)到長(zhǎng)期儲(chǔ)能的目的，除了需要改進(jìn)氫的儲(chǔ)存密度外，作為易燃易爆氣體，更重要的是要解決氫的儲(chǔ)存安全問(wèn)題。另外一方面以改善電能質(zhì)量為目的的小容量?jī)?chǔ)能技術(shù)，主要是發(fā)展可運(yùn)載的蓄電池儲(chǔ)能，面向電力新系統(tǒng)的新理論與新技術(shù)系統(tǒng)，采用超導(dǎo)磁儲(chǔ)能（SMES） 和飛輪儲(chǔ)能技術(shù)[2]，以及最新出現(xiàn)的利用微系統(tǒng)的新能源儲(chǔ)電系統(tǒng)。

4 在線分析和控制

現(xiàn)在的電力系統(tǒng)技術(shù)非常復(fù)雜，也更加智能化，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也運(yùn)用到電力系統(tǒng)中來(lái)，互聯(lián)電力系統(tǒng)的安全和可靠運(yùn)行要求將物理電網(wǎng)和控制網(wǎng)絡(luò)更好地集成。新的復(fù)雜自適應(yīng)理論與越來(lái)越強(qiáng)化的計(jì)算能力相結(jié)合。將提供運(yùn)行人員所需要的全部信息。利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以避免出現(xiàn)故障的連鎖反應(yīng)和保證用戶(hù)所要求的服務(wù)。

5 配電網(wǎng)革新技術(shù)

目前的配電技術(shù)也更加復(fù)雜，數(shù)據(jù)量也相比以前增加了數(shù)倍的數(shù)據(jù)量，這就需要有更先進(jìn)的配電網(wǎng)革新技術(shù)的支持?；谙冗M(jìn)的傳感器和控制可以更快地檢測(cè)和校正擾動(dòng) 以減少停電和改善電能質(zhì)量；基于用戶(hù)的電力技術(shù)能夠提供實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)控制，改善有特殊需要的用戶(hù)的電能質(zhì)量[3]；發(fā)展配電應(yīng)用的發(fā)電和儲(chǔ)能技術(shù)，既改善電能質(zhì)量和使用可靠性，同時(shí)也可更靈活地滿(mǎn)足各種用戶(hù)和配電系統(tǒng)的需要。

6 分布式發(fā)電

分布式發(fā)電是指利用各種可用和分散存在的能源，包括可再生能源（太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、小型風(fēng)能、水能）進(jìn)行發(fā)電，分布式電能發(fā)電的功率大都在幾百、幾千千瓦以?xún)?nèi)，靈活經(jīng)濟(jì)發(fā)電是分布式發(fā)電的主要特點(diǎn)。分布式發(fā)電可降低對(duì)輸- 配電的投資，解決了許多系統(tǒng)的約束和減少了線路損耗；許多分布式發(fā)電技術(shù)還生產(chǎn)適合于熱電聯(lián)產(chǎn)的再生熱；有經(jīng)濟(jì)和環(huán)境價(jià)值。如果將瓦斯系統(tǒng)和配電系統(tǒng)合二為一 ，將對(duì)于電能質(zhì)量和可靠性有很高要求的用戶(hù)意義更大。

7 DC配電網(wǎng)

DC 配電網(wǎng)可直接給用戶(hù)的數(shù)字設(shè)備提供電源；不需要DC/AC換流器就能將分布式發(fā)電系統(tǒng)連接到電網(wǎng)； 減少了某個(gè)用戶(hù)的擾動(dòng)擴(kuò)散到其他用戶(hù)的可能性， 增加了服務(wù)的可靠性； 由于沒(méi)有交流感應(yīng) DC 電纜可像瓦斯和水管一樣放置在同一管道中[4]； DC 電纜價(jià)格低于相同功率的AC 電纜；如果換流器是雙極方式在單線故障時(shí)；將另一線路通過(guò)大地作為回路。 目前 AC/DC 換流器用于配電網(wǎng)的價(jià)格還太高，但隨著電力電子器件價(jià)格的降低，DC 配電網(wǎng)成本將變低。

電力系統(tǒng)經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)了電力大跨度調(diào)配、大容量和高復(fù)雜性調(diào)節(jié)的趨勢(shì)，在新時(shí)期電力電網(wǎng)技術(shù)存在著巨大挑戰(zhàn)，如果能夠順利的解決本文中提出的技術(shù)難題，將對(duì)電力系統(tǒng)和電力行業(yè)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效應(yīng)。

參考文獻(xiàn)

[1].王建；李興源；邱曉燕含有分布式發(fā)電裝置的電力系統(tǒng)研究綜述[期刊論文]-電力系統(tǒng)自動(dòng)化 2005（24）

[2].肖世杰構(gòu)建中國(guó)智能電網(wǎng)技術(shù)思考[期刊論文]-電力系統(tǒng)自動(dòng)2009（09）

[3].余貽鑫面向21世紀(jì)的智能配電網(wǎng) 2008（06）

[4].燕躍豪.鮑薇.李光輝.孫艷霞基于混合儲(chǔ)能的可調(diào)度型分布式電源控制策略[期刊論文]-華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版） 2014（2）