試談智能電網超導電力技術的可能性應用

智能電網已經成為了重要的電力工業的發展方向。智能電網未來需要解決電網發展面臨的關鍵問題，如安全穩定特大電網；電網對支持運行大規模可再生能源的能力；電網對現代電力新技術的應用能力等。從產業化發展進程來看，美國的側重點在于分布式管理、重構配電網管理等；歐洲的側重點在于分布式發電的推廣；中國的發展相關方面起步晚，同時從中低壓和大電網的2個角度切入，在華北、華東電網也得到一定發展，但技術還不成熟，也還沒有達到產業化的水平。智能電網需要從多角度，運用新技術和設備，發展電力工業，適應電網發展要求。它從根本上提高了電網的經濟性、安全穩定性、包容可再生能源性、電能質量；而超導電力技術的發展和進步給它帶來重大的機遇并有提供了可能的解決方案。

1 智能電網超導電力技術簡析

超導電力技術的研發涉及多工業、多領域、多學科背景，內容復雜。應用超導電力技術，包括應用限流器、輸電電纜、發電機、電動機、超導儲能系統和變壓器等相關的高溫超導產品，有利于電能質量、電網容量、安全可靠性的供電，未來將對智能電網的特點和結構、發展電力技術等帶來深遠影響。我國雖然也在做這方面的研究，但是跟世界發達國家水平仍然存在比較大的差距。

西方工業界非常重視智能電網超導電力技術的開發研究以及產業化。美國最近提出的，美國電網把這項技術看得十分重要，并計劃利用這項技術建設國家骨干電網。美國能源部提出超導電力技術未來可能是電力工業的唯一一項高技術，高溫超導電力技術的發展是檢驗該國對科學的發現和轉化成應用技術的能力實踐；日本NEDO機構把高溫超導電力技術的發展是作為保持高新技術重要優勢之關鍵。所以說，超導電力技術未來可能是最具有戰略經濟意義的高新技術之一。

2 智能電網超導電力技術的可能性應用

2.1提高電網電能質量

電網頻率和電壓的波動會造成系統故障，影響工業產品的質量。智能電網優質性能力定義指電網與環境、發電商、需求側相處和諧，同時滿足負荷側的要求，因此必須提高電網電能質量。在技術上，可以通過兩個層面來實現。在輸電層，對大功率的遠距離性輸變電系統，通過使用大型的超導儲能裝置。這樣超導儲能瞬時能吸收、釋放能量，有效避免頻率波動；另外，通過無功／電壓支持，穩定電壓。在配電層，對中小型、微型超導儲能，利用高速調節有／無功的特性穩定頻率，平衡次諧的波振蕩。在這里超導儲能的容量不一定很大，但功率的容量需要很大。

2.2提高可再生能源的包容性

可再生能源的利用可通過新技術、聯結大電網、建立能源系統互動，從而提高能源系統總效率來實現。智能電網兼容性指電力系統開放性兼容各類能源的能力。再生能源光伏發電系統使用風力發電機單機容量，沒有機械慣性以及間歇、不穩定性，限制了電力系統靈活、高效、安全的利用。

超導儲能系統解決了這一難題。使用的技術包括超大能量緩存、與鄰近的電網進行能量間的互補交換。因為，高溫超導儲能裝置和電纜能健壯電網，實現電網間電能的交換。大容量風力發電站群，發電機與主電網以及它們之間的連接，需要考慮緊密聯系電氣給環境帶來的影響。內部冷卻超導電纜既加強了風機的電氣聯系，也不會影響生態環境。因此說，綜合應用分布式的中小型超導儲能及電纜技術符合了智能電網兼容性的要求，有利于提高可再生資源的包容性。

2.3提高電力系統暫態和小干擾的穩定性

大電網暫態穩定性的控制方式有：(1)大型超導儲能裝置可提高電力系統有功備用率及故障應急能力；快速的有功／無功調節。響應速度快、過剩能量回收性的優點，有利于提高暫態穩定。(2)使用超導故障限流器，及時隔離故障部分。降低短路電流，節省開關設備成本，超導儲能裝置能補償不平衡的有功功率，滿足智能電網暫態穩定。

大規模互聯系統中的小干擾穩定與區域聯絡線功率振蕩有關。小干擾穩定性的控制方式有：(1)超導儲能系統快速充、放電，對系統提供瞬時的有功／無功功率支持，附加阻尼控制器，補償線路功率，阻止系統振蕩。(2)利用特大高壓(>500kV)輸電系統，使用超導電纜，增強互聯電氣系統聯系，提高智能電網小干擾穩定性。

2.4提高電網抗打擊能力，建立“集約”電力系統

電網外部打擊包括人為、自然力、戰爭、恐怖主義等。提高電網抗打擊能力表現在：(1)可使用中小型超導儲能系統，作為緊急性備用電源保護負荷，保證重要負荷供電。(2)可使用超導電纜技術，因為它在比常規電纜有較低的運行電壓，能把巨大的電能傳輸到城市的負荷中心，保證非正常情況下重要負荷大量電力的輸送。

智能電網中使用超導電纜的優點有：高效利用性、經濟實用型、低耗損、結構緊湊性、節省電纜安裝空間。使用高臨界和無阻的電流密度高溫超導線，提高了電流傳輸能力，降低對環境的污染。有限容量的超導電機、超導變壓器的使用，適應了高要求的自然環境的應用，超導電力技術有力于建立集約型的電力系統。

3 結語

超導電力技術是未來具有戰略經濟意義最新高新技術。超導電力技術在未來智能電網的廣泛應用，可極大地提高電力系統暫態和小干擾穩定性、抗打擊能力、改善電能的質量、有利于建立“集約型”電力系統，為未來發展智能電網提出一種全新視角。雖然我國在超導電力技術開發和應用方面還不成熟，但是我國電力系統的特點表明超導電力技術在我國未來智能電網中的重要應用價值。