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

陳曉明

武漢華源電力集團(tuán)有限公司武昌分公司

隨著電力工業(yè)的高速發(fā)展，智能化的電網(wǎng)成為了今后電網(wǎng)發(fā)展的重要方向和趨勢(shì)，針對(duì)這一趨勢(shì)，需要為未來的智能化電網(wǎng)做好準(zhǔn)備，解決一些亟待解決的難題，如特大電網(wǎng)的安全、可靠性問題、電網(wǎng)可持續(xù)的能源再生能力問題、電網(wǎng)現(xiàn)代化技術(shù)融合性問題，等等。目前超導(dǎo)電力技術(shù)是一種電力新技術(shù)，是21 世紀(jì)具有發(fā)展戰(zhàn)略和潛力的一門新技術(shù)，它的產(chǎn)業(yè)化和實(shí)用化對(duì)于未來的影響將不可估量，這一理論目前已經(jīng)得到了國(guó)際上超導(dǎo)技術(shù)界廣泛支持和認(rèn)可，這就說明其對(duì)未來的智能電網(wǎng)發(fā)展將做出巨大的貢獻(xiàn)。鑒于此，本文就主要分析了超導(dǎo)電力技術(shù)在未來智能電網(wǎng)中的應(yīng)用，以研究其應(yīng)用前景和發(fā)展方向。

1 超導(dǎo)電力技術(shù)的概述

對(duì)于超導(dǎo)電力技術(shù)，目前世界各國(guó)都非常重視該門技術(shù)，如美國(guó)前幾年提出的美國(guó)電網(wǎng)2030 計(jì)劃，在該計(jì)劃中將超導(dǎo)電力技術(shù)放在了重點(diǎn)的位置，并計(jì)劃利用該超導(dǎo)電力技術(shù)來構(gòu)建美國(guó)的核心電網(wǎng)，此外，日本的新能源開發(fā)機(jī)構(gòu)也認(rèn)為目前大力的發(fā)展高溫超導(dǎo)電力技術(shù)將是在未來電力工業(yè)領(lǐng)域保持核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段。我國(guó)目前也尤其重視超導(dǎo)電力技術(shù)，清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院研究所、華北電力大學(xué)等都對(duì)其開展了大力的研究，并取得了重大的成就，但是我國(guó)的超導(dǎo)電力技術(shù)和國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家的超導(dǎo)電力技術(shù)仍然有一定的差距。超導(dǎo)電力技術(shù)涉及到了多個(gè)領(lǐng)域、多門學(xué)科和多個(gè)工業(yè)，其研究?jī)?nèi)容多而復(fù)雜，其可以應(yīng)用在多個(gè)硬件高溫超導(dǎo)基礎(chǔ)設(shè)備中，如輸電電纜、電動(dòng)機(jī)、變壓器、限流器等。超導(dǎo)電力技術(shù)的應(yīng)用不僅能夠提高電能的質(zhì)量和電網(wǎng)的容量，還能夠有效的保證線路供電的穩(wěn)定性和可靠性，這對(duì)于輸電電網(wǎng)的發(fā)展具有極其重要的作用，對(duì)未來的電力技術(shù)的發(fā)展、智能電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)等產(chǎn)生巨大的影響。

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

提高暫態(tài)穩(wěn)定性

智能電網(wǎng)自身所具備的自愈和自治的能力能夠極大的提高電網(wǎng)本身運(yùn)行過程中的安全性和穩(wěn)定性，未來的智能電網(wǎng)具有的能量流動(dòng)雙向性，這就必須采用新的設(shè)備和技術(shù)來緩解或者消除電力系統(tǒng)自身造成的擾動(dòng)，才能切實(shí)的滿足未來社會(huì)的需求，而運(yùn)用超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置，能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)提供反應(yīng)速度快、獨(dú)立輸出有功和無功的電源，從而提高整個(gè)電力系統(tǒng)的應(yīng)急反應(yīng)能力和應(yīng)急調(diào)節(jié)能力，以增強(qiáng)系統(tǒng)的可控性和大擾動(dòng)能力，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

提高小干擾穩(wěn)定性

我們知道如果在輸電系統(tǒng)中，能夠?qū)υ较薏糠诌M(jìn)行實(shí)時(shí)的補(bǔ)償以及加強(qiáng)互聯(lián)系統(tǒng)中的電氣聯(lián)系，則能夠有效的提高系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性，而超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)就具有快速充電和放電的功能，其還能夠支持有功和無功功率，再利用阻尼控制器就能夠?qū)崿F(xiàn)補(bǔ)償線路中的功率，從而提高系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性；此外，超導(dǎo)電纜的使用能夠有效的增強(qiáng)互聯(lián)系統(tǒng)中的電氣聯(lián)系，這是由于超導(dǎo)電纜傳輸容量大、耗損低、靈活性高、無污染、阻抗小等特點(diǎn)，所以其是解決電能傳輸瓶頸的最佳選擇。

提高抗擊打能力

電網(wǎng)時(shí)常遭受到外部的打擊，如人為因素、自然因素、戰(zhàn)爭(zhēng)因素、恐怖主義因素等，這些外部打擊將會(huì)給電網(wǎng)帶來嚴(yán)重的損害，從而導(dǎo)致無法供電。智能電網(wǎng)防御是指電網(wǎng)抵御外部打擊的能力，提高電網(wǎng)抗擊打能力的目的是保證電網(wǎng)在遭受一定程度的外部打擊后仍然能夠穩(wěn)定的輸送電力，而提高電網(wǎng)的抗擊能力最重要的核心是保證負(fù)荷供電，中小型的超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)具有容量密度高、反應(yīng)速度快等特點(diǎn)，能夠在緊急情況下作為備用電源，從而確保電網(wǎng)負(fù)荷供電。

提高電能質(zhì)量

提供高質(zhì)量的電能是電力企業(yè)最基本也是最核心的內(nèi)容，高質(zhì)量的電能才能切實(shí)的滿足社會(huì)各界的用電需求，是各個(gè)行業(yè)發(fā)展的前提和根本，所以提高電能的質(zhì)量是電力企業(yè)尤其重視的內(nèi)容。在配電層上，利用中小型超導(dǎo)儲(chǔ)能，能夠快速的調(diào)節(jié)有功和無功特性，從而改善功率因素、穩(wěn)定電網(wǎng)頻率、平衡電網(wǎng)次諧波振蕩等，從而提高電能的質(zhì)量；在輸電方面，通過利用大型超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置，其能夠瞬時(shí)吸收以及釋放能量，防止出現(xiàn)頻率波動(dòng)，以提高電能的質(zhì)量。

提高對(duì)再生能源包容性

可再生能源對(duì)于未來電網(wǎng)的發(fā)展尤為重要，對(duì)于再生能源的有效利用，同樣需要采用新的技術(shù)和新的設(shè)備，并讓其和大地網(wǎng)有效的聯(lián)結(jié)，再讓其和其它能源產(chǎn)生互動(dòng)，以綜合的提高能源的利用效率。智能電網(wǎng)所具備的兼容特性能夠兼容各種類型的能源，而超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)提供高效的儲(chǔ)能備用，其還能夠?yàn)殡娋W(wǎng)的運(yùn)行提供保障，從而提高電網(wǎng)的可靠性和安全性，再者其同時(shí)也能夠提高可再生能源接入電網(wǎng)的比例，從而提高再生資源的利用效率。因此，超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)提高了可再生能源的包容性，在應(yīng)用方面具有十分深遠(yuǎn)的影響。

構(gòu)建起集約型的電力系統(tǒng)

總體來說，智能電網(wǎng)的高效性主要反映在設(shè)備的利用率、線耗損、運(yùn)營(yíng)成本等方面，利用先進(jìn)的技術(shù)的和設(shè)備綜合的提高智能電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性，確保電力企業(yè)能夠可持續(xù)發(fā)展并為社會(huì)提供高質(zhì)量的服務(wù)。超導(dǎo)電纜具有結(jié)構(gòu)緊湊、線耗低、無污染等特點(diǎn)，能夠在不增加電纜尺寸的前提下極大的提高傳輸功率，并且也能夠極大的降低整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的耗損，其非常適合電纜安裝空間有限的大城市或者特殊場(chǎng)所的供電；超導(dǎo)電機(jī)、超導(dǎo)變壓器具有耗損低、密度高、面積小等特點(diǎn)，其適合安裝條件特別高的場(chǎng)所，通過運(yùn)用超導(dǎo)技術(shù)和設(shè)備，能夠構(gòu)建起集約型的電力系統(tǒng)，不僅能夠方便管理，最主要的是提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)還能切實(shí)的滿足社會(huì)日益提高的用電需求。

3 超導(dǎo)電力技術(shù)在未來智能電網(wǎng)中的研究方向分析

超導(dǎo)電力裝置動(dòng)力學(xué)建模

超導(dǎo)電力技術(shù)的運(yùn)用需要電力裝置具有符合超導(dǎo)電力的特性，如快速反應(yīng)動(dòng)作特性、時(shí)間尺度特性等，所以和傳統(tǒng)元件較為類似的是動(dòng)力學(xué)建模，超導(dǎo)電力裝置的動(dòng)力學(xué)建模是分析整個(gè)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和系統(tǒng)穩(wěn)定的前提和基礎(chǔ)。

超導(dǎo)電力系統(tǒng)控制和分級(jí)建模

超導(dǎo)電力技術(shù)的運(yùn)用過程中應(yīng)用了一些大功率的電力電子能量轉(zhuǎn)換和控制裝置等，使得超導(dǎo)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型與行為都具有一定的特殊性，這就使得在系統(tǒng)級(jí)與裝置級(jí)上對(duì)電力系統(tǒng)的控制和建模都提出了更高的挑戰(zhàn)。

具有超導(dǎo)電力裝置的智能電網(wǎng)的建模

我們知道超導(dǎo)電力裝置的功能和特性都非常突出，使得其在運(yùn)用過程中對(duì)運(yùn)行的方式、運(yùn)行的溫度、運(yùn)行的電磁環(huán)境都極為的敏感，使得其在狀態(tài)的轉(zhuǎn)換上尤為快速，這和傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的理論明顯有較大的出入，所以在未來還需要進(jìn)一步的完善和擴(kuò)展超導(dǎo)電力裝置理論體系才能夠符合超導(dǎo)電力技術(shù)在未來智能電網(wǎng)中的應(yīng)用需求。

超導(dǎo)電力裝置和智能電網(wǎng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行

對(duì)于智能電網(wǎng)來說，超導(dǎo)電力裝置無疑是新裝置，對(duì)于超導(dǎo)電力裝置來說，智能電網(wǎng)無疑是一個(gè)陌生的新環(huán)境，所以來實(shí)現(xiàn)兩者統(tǒng)一協(xié)調(diào)的運(yùn)行需要對(duì)電網(wǎng)的控制、保護(hù)、運(yùn)行等方面做出較大的調(diào)整，才能完全的發(fā)揮著超導(dǎo)電力裝置的優(yōu)勢(shì)和特性，才能滿足未來的電網(wǎng)發(fā)展。

超導(dǎo)電力系統(tǒng)的智能控制

由于超導(dǎo)電力裝置在智能電網(wǎng)中的運(yùn)用，使得對(duì)智能電網(wǎng)的互操作性、實(shí)時(shí)性、易用性等方面的控制提出更高的要求，如判斷與預(yù)測(cè)、故障快速檢測(cè)和處理、同步監(jiān)測(cè)和跟蹤等。

快速可控裝置智能協(xié)調(diào)控制

超導(dǎo)電力裝置的應(yīng)用將會(huì)根本性的改變目前電力系統(tǒng)中快速可控元件大多數(shù)集中在電網(wǎng)端部節(jié)點(diǎn)負(fù)荷以及發(fā)電機(jī)的局面，超導(dǎo)電力裝置的使用使得在未來的智能電網(wǎng)中各個(gè)環(huán)節(jié)都有可能存在著快速可控元件，這就對(duì)電網(wǎng)中的各種快速可控裝置的協(xié)調(diào)控制提出更高的要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

超導(dǎo)技術(shù)在未來的智能電網(wǎng)中將起著極其重要的作用，能夠提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、提高電能質(zhì)量、提高抗外力擊打能力等。目前我國(guó)的超導(dǎo)技術(shù)研究和應(yīng)用尚處于初級(jí)階段，還需要進(jìn)一步的研究和完善，以為未來的智能電網(wǎng)建設(shè)奠定良好的基礎(chǔ)。