试谈智能电网超导电力技术的可能性应用

智能电网已经成为了重要的电力工业的发展方向。智能电网未来需要解决电网发展面临的关键问题，如安全稳定特大电网；电网对支持运行大规模可再生能源的能力；电网对现代电力新技术的应用能力等。从产业化发展进程来看，美国的侧重点在于分布式管理、重构配电网管理等；欧洲的侧重点在于分布式发电的推广；中国的发展相关方面起步晚，同时从中低压和大电网的2个角度切入，在华北、华东电网也得到一定发展，但技术还不成熟，也还没有达到产业化的水平。智能电网需要从多角度，运用新技术和设备，发展电力工业，适应电网发展要求。它从根本上提高了电网的经济性、安全稳定性、包容可再生能源性、电能质量；而超导电力技术的发展和进步给它带来重大的机遇并有提供了可能的解决方案。

1　智能电网超导电力技术简析

超导电力技术的研发涉及多工业、多领域、多学科背景，内容复杂。应用超导电力技术，包括应用限流器、输电电缆、发电机、电动机、超导储能系统和变压器等相关的高温超导产品，有利于电能质量、电网容量、安全可靠性的供电，未来将对智能电网的特点和结构、发展电力技术等带来深远影响。我国虽然也在做这方面的研究，但是跟世界发达国家水平仍然存在比较大的差距。

西方工业界非常重视智能电网超导电力技术的开发研究以及产业化。美国最近提出的，美国电网把这项技术看得十分重要，并计划利用这项技术建设国家骨干电网。美国能源部提出超导电力技术未来可能是电力工业的唯一一项高技术，高温超导电力技术的发展是检验该国对科学的发现和转化成应用技术的能力实践；日本NEDO机构把高温超导电力技术的发展是作为保持高新技术重要优势之关键。所以说，超导电力技术未来可能是最具有战略经济意义的高新技术之一。

2　智能电网超导电力技术的可能性应用

2.1提高电网电能质量

电网频率和电压的波动会造成系统故障，影响工业产品的质量。智能电网优质性能力定义指电网与环境、发电商、需求侧相处和谐，同时满足负荷侧的要求，因此必须提高电网电能质量。在技术上，可以通过两个层面来实现。在输电层，对大功率的远距离性输变电系统，通过使用大型的超导储能装置。这样超导储能瞬时能吸收、释放能量，有效避免频率波动；另外，通过无功／电压支持，稳定电压。在配电层，对中小型、微型超导储能，利用高速调节有／无功的特性稳定频率，平衡次谐的波振荡。在这里超导储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过新技术、联结大电网、建立能源系统互动，从而提高能源系统总效率来实现。智能电网兼容性指电力系统开放性兼容各类能源的能力。再生能源光伏发电系统使用风力发电机单机容量，没有机械惯性以及间歇、不稳定性，限制了电力系统灵活、高效、安全的利用。

超导储能系统解决了这一难题。使用的技术包括超大能量缓存、与邻近的电网进行能量间的互补交换。因为，高温超导储能装置和电缆能健壮电网，实现电网间电能的交换。大容量风力发电站群，发电机与主电网以及它们之间的连接，需要考虑紧密联系电气给环境带来的影响。内部冷却超导电缆既加强了风机的电气联系，也不会影响生态环境。因此说，综合应用分布式的中小型超导储能及电缆技术符合了智能电网兼容性的要求，有利于提高可再生资源的包容性。

2.3提高电力系统暂态和小干扰的稳定性

大电网暂态稳定性的控制方式有：(1)大型超导储能装置可提高电力系统有功备用率及故障应急能力；快速的有功／无功调节。响应速度快、过剩能量回收性的优点，有利于提高暂态稳定。(2)使用超导故障限流器，及时隔离故障部分。降低短路电流，节省开关设备成本，超导储能装置能补偿不平衡的有功功率，满足智能电网暂态稳定。

大规模互联系统中的小干扰稳定与区域联络线功率振荡有关。小干扰稳定性的控制方式有：(1)超导储能系统快速充、放电，对系统提供瞬时的有功／无功功率支持，附加阻尼控制器，补偿线路功率，阻止系统振荡。(2)利用特大高压(>500kV)输电系统，使用超导电缆，增强互联电气系统联系，提高智能电网小干扰稳定性。

2.4提高电网抗打击能力，建立“集约”电力系统

电网外部打击包括人为、自然力、战争、恐怖主义等。提高电网抗打击能力表现在：(1)可使用中小型超导储能系统，作为紧急性备用电源保护负荷，保证重要负荷供电。(2)可使用超导电缆技术，因为它在比常规电缆有较低的运行电压，能把巨大的电能传输到城市的负荷中心，保证非正常情况下重要负荷大量电力的输送。

智能电网中使用超导电缆的优点有：高效利用性、经济实用型、低耗损、结构紧凑性、节省电缆安装空间。使用高临界和无阻的电流密度高温超导线，提高了电流传输能力，降低对环境的污染。有限容量的超导电机、超导变压器的使用，适应了高要求的自然环境的应用，超导电力技术有力于建立集约型的电力系统。

3　结语

超导电力技术是未来具有战略经济意义最新高新技术。超导电力技术在未来智能电网的广泛应用，可极大地提高电力系统暂态和小干扰稳定性、抗打击能力、改善电能的质量、有利于建立“集约型”电力系统，为未来发展智能电网提出一种全新视角。虽然我国在超导电力技术开发和应用方面还不成熟，但是我国电力系统的特点表明超导电力技术在我国未来智能电网中的重要应用价值。

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