超導(dǎo)電力技術(shù)在未來智能電網(wǎng)運(yùn)用

李德剛

山西省電力公司晉中電力公司壽陽供電公司，山西 晉中 045400

超導(dǎo)電力技術(shù)作為21世紀(jì)的高新技術(shù)之一，其應(yīng)用與發(fā)展具有不可忽視的戰(zhàn)略意義。通過應(yīng)用超導(dǎo)電力技術(shù)，可有效促進(jìn)電力工業(yè)發(fā)展水平的提升，推動(dòng)電力工業(yè)改革與發(fā)展。以我國實(shí)際國情為出發(fā)點(diǎn)，再加上電力工業(yè)發(fā)展的實(shí)際情況，超導(dǎo)電力技術(shù)在未來智能電網(wǎng)中的運(yùn)用，將解決電力工業(yè)發(fā)展面臨的各種難題，已成為電力工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。

1 增強(qiáng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性能

以智能電網(wǎng)的發(fā)展來看，具有獨(dú)特的自治能力和自愈能力，從根本上確保電網(wǎng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性。而智能電網(wǎng)的未來發(fā)展，也必將實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)，通過更多新設(shè)備、新技術(shù)的運(yùn)用，可逐漸減少由于電力系統(tǒng)擾動(dòng)而產(chǎn)生的影響，滿足智能電網(wǎng)的未來發(fā)展需求。作為控制大電網(wǎng)穩(wěn)定性的重要手段，可考慮采用超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置，以發(fā)揮一個(gè)獨(dú)立輸出、快速反應(yīng)的電源功能，加設(shè)到電力系統(tǒng)中，有效確保系統(tǒng)的有功備用效率，即使發(fā)生故障情況下，也可快速反應(yīng)，將故障損失降到最低[1]。通過快捷、有效的有功調(diào)節(jié)或者無功調(diào)節(jié)，可極大增強(qiáng)系統(tǒng)可控性能，提高應(yīng)對擾動(dòng)能力，進(jìn)而確保整個(gè)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。與當(dāng)前已經(jīng)投入使用的電網(wǎng)穩(wěn)定裝置相比，采用超導(dǎo)電力技術(shù)，可更好地回收過剩能量，提高反應(yīng)速度，滿足智能電網(wǎng)對穩(wěn)定性提出的更高要求。因此，將超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)當(dāng)做功能強(qiáng)大的全新裝置，實(shí)現(xiàn)電能和電網(wǎng)之間有功功率的靈活交換，由過去被動(dòng)致穩(wěn)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)致穩(wěn)，效果良好。

另外，若想保持電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，及時(shí)隔離故障部分也是有效方法之一。如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，而電氣系統(tǒng)不能及時(shí)隔離，必然對暫態(tài)穩(wěn)定不利。隨著電網(wǎng)容量的進(jìn)一步擴(kuò)大發(fā)展，短路電流水平隨之增強(qiáng)，但是由于電氣設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)主要以短路容量為標(biāo)準(zhǔn)，因此極大提高開關(guān)設(shè)備成本，甚至難以準(zhǔn)確選型。因此，為了進(jìn)一步控制短路電流，以當(dāng)前使用的方法來看，無論是改變運(yùn)行方式還是電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，或者運(yùn)用電氣設(shè)備，都將帶來成本的增高，也對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性不利[2]；如果采用超導(dǎo)故障限流器，將有效控制短路電流現(xiàn)象，通過實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)體中常態(tài)和超導(dǎo)的轉(zhuǎn)換，將零電阻在最短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化為高阻值，控制短路電流現(xiàn)象；因此，應(yīng)用超導(dǎo)故障限流器，可剛好地滿足智能電網(wǎng)運(yùn)行的快捷性、精準(zhǔn)性、穩(wěn)定性，快速將故障隔離，并利用超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置實(shí)現(xiàn)有功功率的補(bǔ)償，雙重保障穩(wěn)定性，確保智能電網(wǎng)順利運(yùn)行。

2 支持可再生能源的運(yùn)用

在低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大背景下，可再生能源已成為發(fā)展未來電力的重要一部分。若想提高可再生能源的應(yīng)用效率，必須采取必要的措施或方法，改善可再生能源品質(zhì)，更好地與智能電網(wǎng)運(yùn)行相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)互動(dòng)、優(yōu)化互補(bǔ)，增強(qiáng)能源應(yīng)用效率。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，可再生能源具有不穩(wěn)定性和間歇性等特征，再加上光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)用與傳統(tǒng)汽輪機(jī)組、水輪機(jī)組等有所不同，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的慣性與單機(jī)容量等也有所不同，因此發(fā)電方式的變化，必將帶來電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、管理手段及控制方法的轉(zhuǎn)變，對電力系統(tǒng)如何安全、有效、穩(wěn)定運(yùn)行，提出更多挑戰(zhàn)[3]。超導(dǎo)電力技術(shù)的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)備用儲(chǔ)能需求，可極大支持可再生能源的發(fā)電接入，對增強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行安全性、可靠性具有重要意義。同時(shí)，超導(dǎo)電力技術(shù)還可改善分布式發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行方式，提高可再生能源發(fā)電的電能質(zhì)量，保障功率平衡。

3 增強(qiáng)智能電網(wǎng)的抗打擊能力

對于電網(wǎng)運(yùn)行來說，可能受到各種外部打擊作用，如自然力、戰(zhàn)爭、人為因素等等；以我國2008年嚴(yán)重的冰凍災(zāi)害對電網(wǎng)造成的影響來看，提高電網(wǎng)抗打擊能力至關(guān)重要。以智能電網(wǎng)發(fā)展來看，增強(qiáng)防御能力就是有力抵擋來自外部的破壞力，即使電網(wǎng)受到一定的外部打擊，仍能確保安全、穩(wěn)定運(yùn)行，尤其保障對關(guān)鍵負(fù)荷的有效電力輸送。

增強(qiáng)智能電網(wǎng)的抗打擊能力，關(guān)鍵在于保護(hù)對重要負(fù)荷的供電能力。因此可以考慮在配電系統(tǒng)中，應(yīng)用中小型超導(dǎo)儲(chǔ)能設(shè)備，以發(fā)揮容量密度高、反應(yīng)速度快等優(yōu)勢，可作為緊急時(shí)期的備用電源，發(fā)揮有力保護(hù)作用。增強(qiáng)電網(wǎng)防御能力，就是在電網(wǎng)處于非正常運(yùn)行的情況下，仍能確保對重要負(fù)荷的大量電力輸送工作。利用超導(dǎo)電力技術(shù)，即使運(yùn)行電壓比常規(guī)電纜偏低，仍能將強(qiáng)大的電能通過超導(dǎo)電纜傳輸?shù)截?fù)荷中心[4]。因此，即使輸電走廊出現(xiàn)問題，也可通過超導(dǎo)電力技術(shù)確保重要負(fù)荷的正常運(yùn)行。通過應(yīng)用超導(dǎo)儲(chǔ)能備用技術(shù)或者超導(dǎo)電纜的大容量傳輸技術(shù)，可全面確保智能電網(wǎng)的防御能力提升，應(yīng)用于突發(fā)情況中，具有一定現(xiàn)實(shí)意義。

4 確保智能電網(wǎng)的電能質(zhì)量

隨著信息化社會(huì)的飛速發(fā)展，電網(wǎng)電壓與頻率的波動(dòng)作用可能給信息系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來影響，并對工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量與壽命產(chǎn)生危害。因此，提高電網(wǎng)的電能質(zhì)量，應(yīng)引起足夠重視。一方面，輸電系統(tǒng)的質(zhì)量控制。對于遠(yuǎn)距離、大功率的輸變電系統(tǒng)來說，通過應(yīng)用超導(dǎo)電力技術(shù)，可有效確保電網(wǎng)的電能質(zhì)量。這樣，可以實(shí)現(xiàn)瞬間吸收或者釋放能量的目標(biāo)，減少頻率波動(dòng)；同時(shí)通過超導(dǎo)電力技術(shù)的電壓支持或無功支持，也可確保電壓的穩(wěn)定性。

另一方面，配電系統(tǒng)的質(zhì)量控制。以中小型超導(dǎo)儲(chǔ)能設(shè)備運(yùn)行，尤其是微型超導(dǎo)儲(chǔ)能來看，可以通過對速度的調(diào)節(jié)來優(yōu)化有功特性或無功特性，以此改善功率因數(shù)，確保電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定性，減少電壓波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)諧波平衡，提升供電質(zhì)量，滿足工業(yè)、生產(chǎn)、生活等全方面需要[5]。

在優(yōu)化電能質(zhì)量過程中，并不需要涉及較大的超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)容量，但是對功率要求較高。因此，通過提升輸電層面與配電層面的電能質(zhì)量，基本可確保智能電網(wǎng)的優(yōu)質(zhì)性發(fā)展。

5 實(shí)現(xiàn)集約型

通過應(yīng)用智能電網(wǎng)，具有高效性特征，極大確保電網(wǎng)設(shè)備的使用效率，降低線損，優(yōu)化運(yùn)營成本。通過應(yīng)用新技術(shù)、新設(shè)備、新手段，可確保網(wǎng)絡(luò)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。使用超導(dǎo)電阻，實(shí)現(xiàn)電流密度的無臨界，并以高溫超導(dǎo)線作為主要導(dǎo)體，可增強(qiáng)電流能量傳輸性能。由于超導(dǎo)電纜的損耗極低，可有效控制供電網(wǎng)絡(luò)的損耗問題，與低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)相一致。另外，超導(dǎo)電纜的結(jié)構(gòu)非常緊湊，即使不增加電纜的尺寸，也可確保傳輸功率的有效提升，同時(shí)對環(huán)境影響非常小，基本可以忽略不計(jì)[6]。因此，從電纜運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性角度來看，該技術(shù)的應(yīng)用可確保供電穩(wěn)定性，節(jié)約安裝空間與成本，具有廣泛的應(yīng)用前景。

總之，超導(dǎo)電力技術(shù)在智能電網(wǎng)的應(yīng)用尚處于初級(jí)探索階段，結(jié)合我國電力系統(tǒng)發(fā)展的實(shí)際情況及運(yùn)行特征，超導(dǎo)電力技術(shù)必將在未來智能電網(wǎng)發(fā)展中，發(fā)揮重要作用。

[1]陳中，肖立業(yè)，王海風(fēng).超導(dǎo)電力技術(shù)在未來智能電網(wǎng)應(yīng)用研究[J].電工文摘，2010(3).

[2]楊公安，蒲永平，王瑾菲，等.超導(dǎo)材料研究進(jìn)展及其應(yīng)用[J].陶瓷，2009(7).

[3]徐建，邱曉燕，汪興旺.超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)對智能電網(wǎng)電壓穩(wěn)定的影響[J].四川電力技術(shù)，2009(z1).

[4]胡煒，王璐，王晶晶，王清.智能電網(wǎng)技術(shù)框架下的節(jié)能降耗技術(shù)若干思考[J].2010年中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)年會(huì)，2010.

[5]胡毅，唐躍進(jìn)，任麗，等.超導(dǎo)電力技術(shù)的發(fā)展與超導(dǎo)電力裝置的性能檢測[J].高電壓技術(shù)，2007(7).

[6]孫文明.淺議電網(wǎng)改造中超導(dǎo)限流技術(shù)應(yīng)用前景[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2011(10).