超導電力技術的發(fā)展及應用分析

凌昌運

摘要 近些年來，高溫超導材料研究成效顯著，其在電力領域中的運用引起了業(yè)內人士的高度重視。超導電力技術是具備戰(zhàn)略經濟意義的新興技術，基于此，本文就超導電力技術的發(fā)展及應用進行深入地分析。

關鍵詞 超導電力技術;發(fā)展;應用

1 引言

伴隨社會經濟的快速發(fā)展，人們對供電品質有著更高的要求，比如：高密度供電、電力安全、高效率供電、高品質供電等等。超導電力技術在電力領域屬于新興技術，其為實現(xiàn)人們對供電高品質的要求提供了全新的渠道。因此，對超導電力技術的發(fā)展及應用進行研究有非常重要的意義

2 超導電力技術發(fā)展現(xiàn)狀

近幾年內，超導電力技術研發(fā)的核心在于超導限流器、超導電纜、超導風力發(fā)電機以及超導儲能系統(tǒng)等等。根據(jù)目前的發(fā)展情況與實際訴求來看，超導電力技術的發(fā)展表現(xiàn)出以下特征：第一，超導電力技術的示范、使用都是以配電系統(tǒng)為起點，為了開發(fā)具有更大優(yōu)勢的技術，現(xiàn)階段超導電力技術的開發(fā)、示范、使用等都在向著輸電系統(tǒng)的方向發(fā)展。第二，超導電力技術的工作機理尤其是超導限流器的機理始終處于發(fā)展狀態(tài)，同時在最近表現(xiàn)出多功能集成化的態(tài)勢;在某個超導電力設備上實現(xiàn)兩種及以上超導電力設備的功能，能夠有效改善系統(tǒng)架構，大幅度減少超導電力設備的成本費用。第三，伴隨以太陽能、風能等為主體的不穩(wěn)定性、間歇性可再生能源的迅猛發(fā)展，以化解新能源使用過程中的問題為中心而開發(fā)對應的超導電力技術已經成為熱點。第四，超導直流輸電與超導交流輸電相比有更加顯著的優(yōu)勢。其一，超導直流輸電并不會損耗交流，所以輸電效率相較于交流更高;其二，在輸送同等容量時，直流輸電與交流輸電相比有更高的經濟性。所以，當前超導直流輸電是超導電力技術發(fā)展的主流趨勢。

3 超導電力技術在智能電網(wǎng)中的應用

3.1 提高小干擾穩(wěn)定性

可再生能源是全球工業(yè)生產的主流趨勢，未來必定會有更加多的可再生能源運用于智能電網(wǎng)中，我們國家的電網(wǎng)系統(tǒng)正向著“大機組、大電網(wǎng)”的發(fā)展快速方向，大容量、遠距離輸送電能是智能電網(wǎng)建設的主要部分，導致電網(wǎng)系統(tǒng)運行的動態(tài)安全性有大幅度降低。小于擾能否保持穩(wěn)定與在相應范圍內聯(lián)絡線的功率振蕩密切相關。若超出功率上限的部分在輸電系統(tǒng)內可以及時獲得補償，可以實現(xiàn)在功率過低時釋放相應的功率，在功率過高時吸收相應的功率，如此就能夠讓聯(lián)絡線功率保持穩(wěn)定狀態(tài)，小干擾穩(wěn)定性同樣會有較大程度的提高。在大規(guī)模的互聯(lián)系統(tǒng)當中設置有相應的儲能系統(tǒng)，儲能系統(tǒng)發(fā)揮著迅速、及時放電以及充電的作用，能夠提供無功和有功功效，可以及時地對線路功率經過附加阻尼控制器來實現(xiàn)，阻尼系統(tǒng)振蕩。

3.2加強暫態(tài)穩(wěn)定性

智能電網(wǎng)具備自愈、自治等特征，有效確保電網(wǎng)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性及安全性。智能電網(wǎng)能量雙向流動的發(fā)展趨勢，決定了應該有新裝置、新技術的使用以緩解或者排除電力系統(tǒng)擾動所產生的影響，以符合未來智能電網(wǎng)發(fā)展的需求。伴隨電網(wǎng)系統(tǒng)容量的日益擴大，造成其短路電流水平快速提升，因為電氣裝置需要根據(jù)短路容量水平進行設計，此就大幅度提高了開關設備的成本費用，最終導致無法選型。為了能夠有效降低短路電流，現(xiàn)有方式無論是從電網(wǎng)系統(tǒng)架構又或是從運行模式、電氣設備等層面進行考慮，成本都顯得比較高昂，極易造成電力系統(tǒng)的不穩(wěn)定。超導故障限流器是近幾年迅速發(fā)展的用于抑制短路電流的新型裝備，其通過超導體的超導/常態(tài)轉換特征，從零電阻快速轉化成高阻值，進而實現(xiàn)降低系統(tǒng)短路電流的目標。超導故障限流器可以實現(xiàn)智能電網(wǎng)對于暫態(tài)穩(wěn)定的精準性與快速性的訴求。所以，采用超導故障限流器迅速、及時的隔離故障，利用超導儲能設備來補償不平衡的有功功率，都可以加強電網(wǎng)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，以實現(xiàn)智能電網(wǎng)對于系統(tǒng)暫態(tài)安全穩(wěn)定的根本需求。

3.3 提高抗擊打能力

電網(wǎng)系統(tǒng)的日常運行通暢會遭受外部各種因素帶來的影響，此因素主要包含人為因素、環(huán)境因素等等，此便需求電網(wǎng)系統(tǒng)應當有強大的抵抗外部因素干擾的能力，在遭受外部打擊的情況下，依然可以維持系統(tǒng)的平穩(wěn)工作。對抗打擊能力而言，最為關鍵的就是重要負荷的供電，在配電系統(tǒng)內中小型的超導儲能系統(tǒng)有著大量優(yōu)勢，比如反應迅速等等，能夠在突發(fā)狀況下用作備用電源對敏感負載進行保護。提高電網(wǎng)系統(tǒng)的抗擊打能力，即使是在受到外部因素影響的狀況下，重要負荷還可以輸送很多的電力。超導電纜技術無需太高的運行電壓，因此在運行中低電壓的環(huán)境下，超導電纜扮演著“搬運工”的角色，將大量的電能傳遞到城市的負荷中心。盡管輸電走廊遭受極其嚴重的損壞，同樣可以保持重要負荷的穩(wěn)定供電。因此超導電纜技術應對電網(wǎng)系統(tǒng)的突發(fā)事件中具有非常廣闊的發(fā)展前景。

3.4 加強電能質量

從輸電腳底來看，針對遠距離、大功率的輸變電系統(tǒng)，能夠采用大型超導儲能設備加強電網(wǎng)系統(tǒng)的電能質量。超導儲能能夠瞬間釋放及吸收能量，防止頻率的大幅度波動;并且超導儲能無需電壓/無功提供支持，能夠讓電壓保持穩(wěn)定狀態(tài)，波動比較小。從配電角度來看，對中小型超導儲能來說，尤其是微型超導儲能，可通過其高速調節(jié)無功、有功特征以優(yōu)化功率因數(shù)，確保電網(wǎng)頻率處于穩(wěn)定狀態(tài)，調控電壓的瞬時變化，對電網(wǎng)次諧波振蕩加以平衡，進而在較大程度上加強供電質量，實現(xiàn)工業(yè)、軍事、民用電力的要求。在加強電能質量環(huán)節(jié)，超導儲能系統(tǒng)并非必須要有很大的儲能容量，然而其功率容量通常比較大。所以，超導儲能技術可以在配電與輸電方面加強電網(wǎng)系統(tǒng)的電能質量，以實現(xiàn)智能電網(wǎng)的高質電能訴求。

4 結論

總而言之，超導電力技術具有諸多優(yōu)勢，在面對電能質量、電網(wǎng)安全、大容量遠距離輸電以及可再生能源等各種要求時，可以發(fā)揮不可取代的作用。在當前環(huán)境、資源以及人口等各類壓力日益增大的環(huán)境下，應當積極發(fā)展超導電力技術，從而推動電力行業(yè)的高質量發(fā)展。

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