新時期電網技術面臨的新挑戰

牛金豪　包佳瑞琦　郭嘉

摘 要：闡述最新的電網技術如靈活交流輸電系統，高溫超導輸電，聚合物電纜及電網系統中的在線分析控制系統、儲能系統、配電網革新系統以及分布式發電系統，對我國在這些新技術進步進行了分析和介紹。最后，從電力市場環境下的全局視角，闡釋了新時期電網技術面臨的挑戰，以及它所帶動的技術革新以及社會、經濟收益。

關鍵詞：靈活交流輸電系統；高溫超導輸電；聚合物電纜；在線分析控制系統；儲能系統；配電網革新

進入二十一世紀，電力網絡系統發生了重大變化和革新，針對我國的情況，主要是電力資源分布不均，進行了大量的電力再分配活動，傳輸距離和傳輸容量大量的增加，另外現在的工業及城市用電量急劇增加，電力網絡也更加復雜多變，需要處理的電力工業信息和情況也比以前有了大量的增加。以后的電力系統將會產生大量的商業交易，也要求電力能夠經濟、可靠、有效的傳輸，總結來說目前將面臨著以下新的科技：

1 高溫超導（HTS） 材料

超導材料是利用材料導電過程中出現的低電阻高荷載的特性，因為材料的電阻非常低，在傳輸的過程中基本不會有損耗產生，據估計，損耗將比現在的技術降低至少60%以上，未來的任務是降低超導材料的使用溫度，降低成本和更低的輸電電壓， 更低的變電站造價，更低的功率損耗和改善電能質量。

2 聚合物電纜

在直流輸電系統中，直流電纜使用量最大的關鍵部件。隨著直流輸電技術的發展和普及，直流電纜將有大量需求，其生產和制造也越來越受到人們的關注。傳統直流電纜采用油紙絕緣，這種電纜的制造和維護成本較高，已經被交聯聚乙烯（XLPE）電纜所取代，目前又出現了，MgO、Si02和A1203三種金屬氧化物微米粉體與聚乙烯復合作為添加物的電纜材料以及非常熱門的納米氧化物、聚乙烯材料的電纜材質[1]，現在正在開發的聚合物電纜能避免傳統電纜在過載時出現的氣穴和膨脹，預期在2020 年將廣泛采用。

3 儲能

抽水蓄能和壓縮空氣儲能將構成未來大容量儲能系統的基礎，氫作為儲存能量的介質可達到長期儲能的目的，除了需要改進氫的儲存密度外，作為易燃易爆氣體，更重要的是要解決氫的儲存安全問題。另外一方面以改善電能質量為目的的小容量儲能技術，主要是發展可運載的蓄電池儲能，面向電力新系統的新理論與新技術系統，采用超導磁儲能（SMES） 和飛輪儲能技術[2]，以及最新出現的利用微系統的新能源儲電系統。

4 在線分析和控制

現在的電力系統技術非常復雜，也更加智能化，互聯網技術也運用到電力系統中來，互聯電力系統的安全和可靠運行要求將物理電網和控制網絡更好地集成。新的復雜自適應理論與越來越強化的計算能力相結合。將提供運行人員所需要的全部信息。利用互聯網技術以避免出現故障的連鎖反應和保證用戶所要求的服務。

5 配電網革新技術

目前的配電技術也更加復雜，數據量也相比以前增加了數倍的數據量，這就需要有更先進的配電網革新技術的支持。基于先進的傳感器和控制可以更快地檢測和校正擾動 以減少停電和改善電能質量；基于用戶的電力技術能夠提供實時網絡控制，改善有特殊需要的用戶的電能質量[3]；發展配電應用的發電和儲能技術，既改善電能質量和使用可靠性，同時也可更靈活地滿足各種用戶和配電系統的需要。

6 分布式發電

分布式發電是指利用各種可用和分散存在的能源，包括可再生能源（太陽能、生物質能、小型風能、水能）進行發電，分布式電能發電的功率大都在幾百、幾千千瓦以內，靈活經濟發電是分布式發電的主要特點。分布式發電可降低對輸- 配電的投資，解決了許多系統的約束和減少了線路損耗；許多分布式發電技術還生產適合于熱電聯產的再生熱；有經濟和環境價值。如果將瓦斯系統和配電系統合二為一 ，將對于電能質量和可靠性有很高要求的用戶意義更大。

7 DC配電網

DC 配電網可直接給用戶的數字設備提供電源；不需要DC/AC換流器就能將分布式發電系統連接到電網； 減少了某個用戶的擾動擴散到其他用戶的可能性， 增加了服務的可靠性； 由于沒有交流感應 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；將另一線路通過大地作為回路。 目前 AC/DC 換流器用于配電網的價格還太高，但隨著電力電子器件價格的降低，DC 配電網成本將變低。

電力系統經過數十年的發展，已經出現了電力大跨度調配、大容量和高復雜性調節的趨勢，在新時期電力電網技術存在著巨大挑戰，如果能夠順利的解決本文中提出的技術難題，將對電力系統和電力行業產生巨大的經濟效益和社會效應。

參考文獻

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

[2].肖世杰構建中國智能電網技術思考[期刊論文]-電力系統自動2009（09）

[3].余貽鑫面向21世紀的智能配電網 2008（06）

[4].燕躍豪.鮑薇.李光輝.孫艷霞基于混合儲能的可調度型分布式電源控制策略[期刊論文]-華北電力大學學報（自然科學版） 2014（2）