超導電力技術在未來智能電網運用

李德剛

山西省電力公司晉中電力公司壽陽供電公司，山西 晉中 045400

超導電力技術作為21世紀的高新技術之一，其應用與發展具有不可忽視的戰略意義。通過應用超導電力技術，可有效促進電力工業發展水平的提升，推動電力工業改革與發展。以我國實際國情為出發點，再加上電力工業發展的實際情況，超導電力技術在未來智能電網中的運用，將解決電力工業發展面臨的各種難題，已成為電力工業可持續發展的必經之路。

1 增強電力系統穩定性能

以智能電網的發展來看，具有獨特的自治能力和自愈能力，從根本上確保電網運行的安全性、穩定性。而智能電網的未來發展，也必將實現能量雙向流動，通過更多新設備、新技術的運用，可逐漸減少由于電力系統擾動而產生的影響，滿足智能電網的未來發展需求。作為控制大電網穩定性的重要手段，可考慮采用超導儲能裝置，以發揮一個獨立輸出、快速反應的電源功能，加設到電力系統中，有效確保系統的有功備用效率，即使發生故障情況下，也可快速反應，將故障損失降到最低[1]。通過快捷、有效的有功調節或者無功調節，可極大增強系統可控性能，提高應對擾動能力，進而確保整個系統的安全、穩定運行。與當前已經投入使用的電網穩定裝置相比，采用超導電力技術，可更好地回收過剩能量，提高反應速度，滿足智能電網對穩定性提出的更高要求。因此，將超導儲能技術當做功能強大的全新裝置，實現電能和電網之間有功功率的靈活交換，由過去被動致穩轉變為主動致穩，效果良好。

另外，若想保持電網運行的穩定性，及時隔離故障部分也是有效方法之一。如果系統出現故障，而電氣系統不能及時隔離，必然對暫態穩定不利。隨著電網容量的進一步擴大發展，短路電流水平隨之增強，但是由于電氣設備設計時主要以短路容量為標準，因此極大提高開關設備成本，甚至難以準確選型。因此，為了進一步控制短路電流，以當前使用的方法來看，無論是改變運行方式還是電網結構，或者運用電氣設備，都將帶來成本的增高，也對電力系統的穩定性不利[2]；如果采用超導故障限流器，將有效控制短路電流現象，通過實現超導體中常態和超導的轉換，將零電阻在最短時間內轉化為高阻值，控制短路電流現象；因此，應用超導故障限流器，可剛好地滿足智能電網運行的快捷性、精準性、穩定性，快速將故障隔離，并利用超導儲能裝置實現有功功率的補償，雙重保障穩定性，確保智能電網順利運行。

2 支持可再生能源的運用

在低碳經濟發展的大背景下，可再生能源已成為發展未來電力的重要一部分。若想提高可再生能源的應用效率，必須采取必要的措施或方法，改善可再生能源品質，更好地與智能電網運行相結合，實現能源系統互動、優化互補，增強能源應用效率。應該認識到，可再生能源具有不穩定性和間歇性等特征，再加上光伏發電系統的運用與傳統汽輪機組、水輪機組等有所不同，而風力發電機組中的慣性與單機容量等也有所不同，因此發電方式的變化，必將帶來電網結構、管理手段及控制方法的轉變，對電力系統如何安全、有效、穩定運行，提出更多挑戰[3]。超導電力技術的運用，實現了電網備用儲能需求，可極大支持可再生能源的發電接入，對增強電網運行安全性、可靠性具有重要意義。同時，超導電力技術還可改善分布式發電系統的運行方式，提高可再生能源發電的電能質量，保障功率平衡。

3 增強智能電網的抗打擊能力

對于電網運行來說，可能受到各種外部打擊作用，如自然力、戰爭、人為因素等等；以我國2008年嚴重的冰凍災害對電網造成的影響來看，提高電網抗打擊能力至關重要。以智能電網發展來看，增強防御能力就是有力抵擋來自外部的破壞力，即使電網受到一定的外部打擊，仍能確保安全、穩定運行，尤其保障對關鍵負荷的有效電力輸送。

增強智能電網的抗打擊能力，關鍵在于保護對重要負荷的供電能力。因此可以考慮在配電系統中，應用中小型超導儲能設備，以發揮容量密度高、反應速度快等優勢，可作為緊急時期的備用電源，發揮有力保護作用。增強電網防御能力，就是在電網處于非正常運行的情況下，仍能確保對重要負荷的大量電力輸送工作。利用超導電力技術，即使運行電壓比常規電纜偏低，仍能將強大的電能通過超導電纜傳輸到負荷中心[4]。因此，即使輸電走廊出現問題，也可通過超導電力技術確保重要負荷的正常運行。通過應用超導儲能備用技術或者超導電纜的大容量傳輸技術，可全面確保智能電網的防御能力提升，應用于突發情況中，具有一定現實意義。

4 確保智能電網的電能質量

隨著信息化社會的飛速發展，電網電壓與頻率的波動作用可能給信息系統的穩定運行帶來影響，并對工業產品的質量與壽命產生危害。因此，提高電網的電能質量，應引起足夠重視。一方面，輸電系統的質量控制。對于遠距離、大功率的輸變電系統來說，通過應用超導電力技術，可有效確保電網的電能質量。這樣，可以實現瞬間吸收或者釋放能量的目標，減少頻率波動；同時通過超導電力技術的電壓支持或無功支持，也可確保電壓的穩定性。

另一方面，配電系統的質量控制。以中小型超導儲能設備運行，尤其是微型超導儲能來看，可以通過對速度的調節來優化有功特性或無功特性，以此改善功率因數，確保電網頻率的穩定性，減少電壓波動，實現電網諧波平衡，提升供電質量，滿足工業、生產、生活等全方面需要[5]。

在優化電能質量過程中，并不需要涉及較大的超導儲能系統容量，但是對功率要求較高。因此，通過提升輸電層面與配電層面的電能質量，基本可確保智能電網的優質性發展。

5 實現集約型

通過應用智能電網，具有高效性特征，極大確保電網設備的使用效率，降低線損，優化運營成本。通過應用新技術、新設備、新手段，可確保網絡安全、穩定運行。使用超導電阻，實現電流密度的無臨界，并以高溫超導線作為主要導體，可增強電流能量傳輸性能。由于超導電纜的損耗極低，可有效控制供電網絡的損耗問題，與低碳經濟發展目標相一致。另外，超導電纜的結構非常緊湊，即使不增加電纜的尺寸，也可確保傳輸功率的有效提升，同時對環境影響非常小，基本可以忽略不計[6]。因此，從電纜運行的安全性、經濟性角度來看，該技術的應用可確保供電穩定性，節約安裝空間與成本，具有廣泛的應用前景。

總之，超導電力技術在智能電網的應用尚處于初級探索階段，結合我國電力系統發展的實際情況及運行特征，超導電力技術必將在未來智能電網發展中，發揮重要作用。

[1]陳中，肖立業，王海風.超導電力技術在未來智能電網應用研究[J].電工文摘，2010(3).

[2]楊公安，蒲永平，王瑾菲，等.超導材料研究進展及其應用[J].陶瓷，2009(7).

[3]徐建，邱曉燕，汪興旺.超導儲能技術對智能電網電壓穩定的影響[J].四川電力技術，2009(z1).

[4]胡煒，王璐，王晶晶，王清.智能電網技術框架下的節能降耗技術若干思考[J].2010年中國電機工程學會年會，2010.

[5]胡毅，唐躍進，任麗，等.超導電力技術的發展與超導電力裝置的性能檢測[J].高電壓技術，2007(7).

[6]孫文明.淺議電網改造中超導限流技術應用前景[J].數字技術與應用，2011(10).