超導電力技術的發展及應用分析

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內人士的高度重視。超導電力技術是具備戰略經濟意義的新興技術，基于此，本文就超導電力技術的發展及應用進行深入地分析。

關鍵詞 超導電力技術;發展;應用

1 引言

伴隨社會經濟的快速發展，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展及應用進行研究有非常重要的意義

2 超導電力技術發展現狀

近幾年內，超導電力技術研發的核心在于超導限流器、超導電纜、超導風力發電機以及超導儲能系統等等。根據目前的發展情況與實際訴求來看，超導電力技術的發展表現出以下特征：第一，超導電力技術的示范、使用都是以配電系統為起點，為了開發具有更大優勢的技術，現階段超導電力技術的開發、示范、使用等都在向著輸電系統的方向發展。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展狀態，同時在最近表現出多功能集成化的態勢;在某個超導電力設備上實現兩種及以上超導電力設備的功能，能夠有效改善系統架構，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定性、間歇性可再生能源的迅猛發展，以化解新能源使用過程中的問題為中心而開發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展的主流趨勢。

3 超導電力技術在智能電網中的應用

3.1 提高小干擾穩定性

可再生能源是全球工業生產的主流趨勢，未來必定會有更加多的可再生能源運用于智能電網中，我們國家的電網系統正向著“大機組、大電網”的發展快速方向，大容量、遠距離輸送電能是智能電網建設的主要部分，導致電網系統運行的動態安全性有大幅度降低。小于擾能否保持穩定與在相應范圍內聯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內可以及時獲得補償，可以實現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，如此就能夠讓聯絡線功率保持穩定狀態，小干擾穩定性同樣會有較大程度的提高。在大規模的互聯系統當中設置有相應的儲能系統，儲能系統發揮著迅速、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，阻尼系統振蕩。

3.2加強暫態穩定性

智能電網具備自愈、自治等特征，有效確保電網系統運行的穩定性及安全性。智能電網能量雙向流動的發展趨勢，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擾動所產生的影響，以符合未來智能電網發展的需求。伴隨電網系統容量的日益擴大，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，現有方式無論是從電網系統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，極易造成電力系統的不穩定。超導故障限流器是近幾年迅速發展的用于抑制短路電流的新型裝備，其通過超導體的超導/常態轉換特征，從零電阻快速轉化成高阻值，進而實現降低系統短路電流的目標。超導故障限流器可以實現智能電網對于暫態穩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，都可以加強電網系統的暫態穩定性，以實現智能電網對于系統暫態安全穩定的根本需求。

3.3 提高抗擊打能力

電網系統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、環境因素等等，此便需求電網系統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，依然可以維持系統的平穩工作。對抗打擊能力而言，最為關鍵的就是重要負荷的供電，在配電系統內中小型的超導儲能系統有著大量優勢，比如反應迅速等等，能夠在突發狀況下用作備用電源對敏感負載進行保護。提高電網系統的抗擊打能力，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定供電。因此超導電纜技術應對電網系統的突發事件中具有非常廣闊的發展前景。

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，能夠采用大型超導儲能設備加強電網系統的電能質量。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，能夠讓電壓保持穩定狀態，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，可通過其高速調節無功、有功特征以優化功率因數，確保電網頻率處于穩定狀態，調控電壓的瞬時變化，對電網次諧波振蕩加以平衡，進而在較大程度上加強供電質量，實現工業、軍事、民用電力的要求。在加強電能質量環節，超導儲能系統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系統的電能質量，以實現智能電網的高質電能訴求。

4 結論

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

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