超導(dǎo)電力技術(shù)在未來智能電網(wǎng)應(yīng)用研究

胡開勝

摘 ?要：伴隨電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，越來越多的智能化技術(shù)設(shè)備應(yīng)用到電力系統(tǒng)當(dāng)中，智能電網(wǎng)成為電力事業(yè)發(fā)展的重要方向。隨著智能電網(wǎng)的逐漸發(fā)展建設(shè)，隨之而來的是超導(dǎo)電力技術(shù)在智能電網(wǎng)中得到了廣泛應(yīng)用，應(yīng)用前景被一度看好，在未來智能化電網(wǎng)中將會派上用場。

關(guān)鍵詞：超導(dǎo)電力技術(shù);智能電網(wǎng);應(yīng)用

前言

社會發(fā)展中對于電能需求越來越大，促進(jìn)了電力企業(yè)的長足發(fā)展，當(dāng)前的技術(shù)還不能滿足電力工業(yè)的發(fā)展。電力企業(yè)開始嘗試使用新技術(shù)設(shè)備，其中超導(dǎo)電力技術(shù)的應(yīng)用具有顯著成效，對于提高電力系統(tǒng)的運行效率、提升運行的安全穩(wěn)定性發(fā)揮了不可替代的重要作用。

1 超導(dǎo)電力技術(shù)概述

超導(dǎo)電力技術(shù)是應(yīng)用物理學(xué)中的電力原理，利用超導(dǎo)體材料的物理性質(zhì)，與電力工程相結(jié)合的一門新技術(shù)。近些年來超導(dǎo)電力技術(shù)得到了西方國家的高度重視，美國把這門技術(shù)納入到制定的電網(wǎng)規(guī)劃當(dāng)中，計劃借助其技術(shù)在全美進(jìn)行骨干電網(wǎng)的建設(shè)，由此將其技術(shù)擺在了突出位置。眾多學(xué)者一致認(rèn)可在21世紀(jì)中超導(dǎo)電力技術(shù)會成為電力工業(yè)一種為數(shù)不多的高新技術(shù)儲備，一些發(fā)達(dá)國家也一致認(rèn)為高溫超導(dǎo)電力技術(shù)將會是未來電力工業(yè)發(fā)展的一大趨勢，具有重要的經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略意義[1]。

我國對于超導(dǎo)電力技術(shù)同樣給予了高度重視，各大高校極力研究超導(dǎo)技術(shù)，并取得了很大進(jìn)步，但是仍然與發(fā)達(dá)的國家在技術(shù)水平上有很大的差距。但是無論怎樣，發(fā)展超導(dǎo)電力技術(shù)已經(jīng)成為電力工業(yè)的發(fā)展趨勢，無論如何我國都不會放棄對這項技術(shù)的研究。

超導(dǎo)電力技術(shù)研究內(nèi)容紛繁復(fù)雜，與多種學(xué)科領(lǐng)域有著緊密的聯(lián)系，對于研究工作還存在著很大的困難。在未來高溫超導(dǎo)產(chǎn)品是在其技術(shù)發(fā)展而來的主要產(chǎn)品，對于保證供電系統(tǒng)的安全可靠性，提高電網(wǎng)電能質(zhì)量都有著意義深遠(yuǎn)的作用。

2 超導(dǎo)電力技術(shù)在未來智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

2.1 提高系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性

盡管在未來可再生能源是世界工業(yè)生產(chǎn)最主要的使用方向，將會有更多的可再生能源應(yīng)用到智能電網(wǎng)當(dāng)中，我國還是按照大電網(wǎng)、大機(jī)組的發(fā)展方向，遠(yuǎn)距離大容量的電能輸送是我國智能電網(wǎng)主要處理的建設(shè)工作，使得系統(tǒng)運行的動態(tài)安全性大為降低。

小干擾是否穩(wěn)定與在一定區(qū)域內(nèi)聯(lián)絡(luò)線的功率振蕩有著很大關(guān)系。如果超出功率限制的部分在輸電系統(tǒng)中能夠得到實時補(bǔ)償，能夠做到當(dāng)過低的功率時釋放一定的功率，當(dāng)過高的功率時吸收一定的功率，這樣就可以使得聯(lián)絡(luò)線功率達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)，小干擾穩(wěn)定性也就會得到相應(yīng)的提高。在大規(guī)模互聯(lián)系統(tǒng)中有儲能系統(tǒng)的設(shè)置，儲能系統(tǒng)起到在短時間內(nèi)快速充電和放電的作用，支持有功與無功功率的提供，可以實時地對線路功率通過附加阻尼控制器來完成，阻尼系統(tǒng)振蕩[2]。

增強(qiáng)互聯(lián)系統(tǒng)中的電氣聯(lián)系同樣能夠提高系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性，通常采用大于500kV的特高壓輸電系統(tǒng)來增強(qiáng)電氣聯(lián)系。但是特高壓輸電系統(tǒng)的設(shè)計制造較為困難，特別是在電纜上設(shè)計制造的要求極為嚴(yán)格苛刻，因此超導(dǎo)材料制成的電纜為增強(qiáng)電氣聯(lián)系，從而提高系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性發(fā)揮了重要作用。由超導(dǎo)材料制成的電纜具有損耗小、傳輸容量大等優(yōu)點，是提高電能傳輸切實可行的解決方法。在超導(dǎo)情況下超導(dǎo)電纜技術(shù)的阻抗很小，由此增強(qiáng)了互聯(lián)系統(tǒng)的電氣聯(lián)系，大大提高了小干擾安全性。

2.2 提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性

智能電網(wǎng)的“智能”重點體現(xiàn)在針對影響電力系統(tǒng)的不安全因素具有自治與自我治愈的能力，能夠從根本上保證安全穩(wěn)定可靠的電網(wǎng)運行。在未來為了更好地促進(jìn)電網(wǎng)發(fā)展，要求在智能電網(wǎng)中能量流動具有雙向性，這就要求新技術(shù)設(shè)備能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)擾動起到良好地緩解消除作用。

大型超導(dǎo)儲能裝置在大型電網(wǎng)系統(tǒng)中以其反應(yīng)快速的特點，對于控制暫態(tài)穩(wěn)定起到了很重要的作用。在發(fā)生故障情況下迅速進(jìn)行有功與無功，增加了系統(tǒng)的可靠性，與大電網(wǎng)穩(wěn)定裝置相比，還具有過剩能量回收的優(yōu)點，不至于使過多的資源流失。超導(dǎo)儲能系統(tǒng)被看做是一種具有靈活性的交流輸電系統(tǒng)，具有強(qiáng)大的功能，使暫態(tài)穩(wěn)定性大為提升。

當(dāng)發(fā)生故障的時候，暫態(tài)穩(wěn)定性能夠及時將故障部分隔離，當(dāng)故障不能及時得到隔離，對于暫態(tài)穩(wěn)定性的研究是無稽之談。短路電流水平隨著電網(wǎng)容量逐漸擴(kuò)大而提高，如果按照短路水平進(jìn)行對電氣設(shè)備的設(shè)計，設(shè)計制造的成本將會增加，嚴(yán)重情況下會影響到選型。現(xiàn)今從運行方式與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)方面考慮降低短路電流，勢必會花費一筆巨大的費用，產(chǎn)生系統(tǒng)運行不穩(wěn)定的問題。近年來針對短路電流現(xiàn)象的限制，采用了超導(dǎo)故障限流器進(jìn)行對其限制，是一種新興的技術(shù)設(shè)備，可以在短時間內(nèi)將零電阻轉(zhuǎn)換成高阻值，使短路電流現(xiàn)象得到有效地控制，體現(xiàn)出對于保證快速準(zhǔn)確性的暫態(tài)穩(wěn)定要求。

所以針對上述對于系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的論述中可以知道，超導(dǎo)故障限流器對于保證暫態(tài)穩(wěn)定性具有重要的作用，該技術(shù)設(shè)備猶如堅固的天然屏障能夠?qū)⒐收蠁栴}很好地隔絕，以免系統(tǒng)運行不再受故障的打擾，能夠?qū)Σ黄胶獾挠泄β蔬M(jìn)行補(bǔ)償，極大地促進(jìn)了系統(tǒng)暫態(tài)安全穩(wěn)定性能的長久性。

2.3 提升電網(wǎng)的抗打擊能力

電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運行也會受到外界因素的影響，外界因素包括自然環(huán)境與人為因素的影響，這就要求電網(wǎng)要對外界因素有良好地抵御能力，在受到外部打擊的情況下，仍然能夠保持系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行。

對于抗打擊能力，重要一點是重要負(fù)荷的供電，中小型的超導(dǎo)儲能系統(tǒng)在配電系統(tǒng)中具有很多優(yōu)勢，如反應(yīng)速度快等特點，可以在特殊緊急情況下作為備用的電源保護(hù)敏感負(fù)載。針對電網(wǎng)的抗打擊能力，在系統(tǒng)受到外部因素的影響下，重要負(fù)荷還能夠進(jìn)行大量電力的輸送。超導(dǎo)電纜技術(shù)運行電壓比較低，所以運行中低電壓的情況下，超導(dǎo)電纜充當(dāng)起了搬運工的角色，將巨大的電能傳入城市負(fù)荷中心。即使輸電走廊受到了較為嚴(yán)重的破壞，也能夠維持重要負(fù)荷正常持續(xù)的供電。所以超導(dǎo)電纜對突如其來的情況，對外界因素的抗打擊方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

2.4 提升電網(wǎng)的電能質(zhì)量

在信息化技術(shù)快速發(fā)展的今天，電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定的波動對于信息系統(tǒng)的正常運行，對工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量都有著不可小覷的影響。超導(dǎo)儲能設(shè)備起到了調(diào)節(jié)有功和無功功率，通過功率的調(diào)節(jié)功率因數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，對瞬時波動起到很好地控制作用，促使電網(wǎng)頻率穩(wěn)定下來，電網(wǎng)次諧波振蕩達(dá)到平衡狀態(tài)，這使得供電質(zhì)量得到了改善，這是超導(dǎo)儲能設(shè)備在配電方面發(fā)揮重要作用的體現(xiàn)[3]。在輸電方面，大型超導(dǎo)儲能裝置對于提升大功率遠(yuǎn)距離輸變電系統(tǒng)的電網(wǎng)電能質(zhì)量也具有重要作用。為了避免頻率波動，其裝置進(jìn)行瞬時吸收與釋放能量，促使電壓波動小，保證電壓的穩(wěn)定性。

3 結(jié)束語

綜上所述，文章從兩個方面對超導(dǎo)電力技術(shù)在未來智能電網(wǎng)應(yīng)用展開了論述。第一部分是對超導(dǎo)電力技術(shù)基本概念的論述，可以知道超導(dǎo)電力技術(shù)是超導(dǎo)材料與電學(xué)工程相結(jié)合發(fā)展而來的一種重要技術(shù)。第二部分從四個方面對其技術(shù)在未來智能電網(wǎng)中的應(yīng)用，可以看出超導(dǎo)電力技術(shù)在未來智能電網(wǎng)中的應(yīng)用體現(xiàn)在提高系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性等。作為一種經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略意義的高新技術(shù)，未來在外界因素抵御能力等方面將會有很大的改觀。目前其技術(shù)的應(yīng)用還處于探索階段，不過對此應(yīng)抱以十足的信心，相信通過長期夜以繼日的深入研究，其技術(shù)將會更加成熟，得到更廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]姚永嘉.淺析智能電網(wǎng)在電力技術(shù)及電力系統(tǒng)規(guī)劃中的應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2014，22：231.

[2]張利.智能電網(wǎng)中的電力設(shè)計技術(shù)分析[J].科技展望，2015，4：101.

[3]鄭健超.故障電流限制器發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用前景[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2014，29：5140-5148.