超导电力技术的发展及应用分析

    凌昌运

    摘要 近些年来，高温超导材料研究成效显著，其在电力领域中的运用引起了业内人士的高度重视。超导电力技术是具备战略经济意义的新兴技术，基于此，本文就超导电力技术的发展及应用进行深入地分析。

    关键词 超导电力技术;发展;应用

    1 引言

    伴随社会经济的快速发展，人们对供电品质有着更高的要求，比如：高密度供电、电力安全、高效率供电、高品质供电等等。超导电力技术在电力领域属于新兴技术，其为实现人们对供电高品质的要求提供了全新的渠道。因此，对超导电力技术的发展及应用进行研究有非常重要的意义

    2 超导电力技术发展现状

    近几年内，超导电力技术研发的核心在于超导限流器、超导电缆、超导风力发电机以及超导储能系统等等。根据目前的发展情况与实际诉求来看，超导电力技术的发展表现出以下特征：第一，超导电力技术的示范、使用都是以配电系统为起点，为了开发具有更大优势的技术，现阶段超导电力技术的开发、示范、使用等都在向着输电系统的方向发展。第二，超导电力技术的工作机理尤其是超导限流器的机理始终处于发展状态，同时在最近表现出多功能集成化的态势;在某个超导电力设备上实现两种及以上超导电力设备的功能，能够有效改善系统架构，大幅度减少超导电力设备的成本费用。第三，伴随以太阳能、风能等为主体的不稳定性、间歇性可再生能源的迅猛发展，以化解新能源使用过程中的问题为中心而开发对应的超导电力技术已经成为热点。第四，超导直流输电与超导交流输电相比有更加显著的优势。其一，超导直流输电并不会损耗交流，所以输电效率相较于交流更高;其二，在输送同等容量时，直流输电与交流输电相比有更高的经济性。所以，当前超导直流输电是超导电力技术发展的主流趋势。

    3 超导电力技术在智能电网中的应用

    3.1 提高小干扰稳定性

    可再生能源是全球工业生产的主流趋势，未来必定会有更加多的可再生能源运用于智能电网中，我们国家的电网系统正向着“大机组、大电网”的发展快速方向，大容量、远距离输送电能是智能电网建设的主要部分，导致电网系统运行的动态安全性有大幅度降低。小于扰能否保持稳定与在相应范围内联络线的功率振荡密切相关。若超出功率上限的部分在输电系统内可以及时获得补偿，可以实现在功率过低时释放相应的功率，在功率过高时吸收相应的功率，如此就能够让联络线功率保持稳定状态，小干扰稳定性同样会有较大程度的提高。在大规模的互联系统当中设置有相应的储能系统，储能系统发挥着迅速、及时放电以及充电的作用，能够提供无功和有功功效，可以及时地对线路功率经过附加阻尼控制器来实现，阻尼系统振荡。

    3.2加强暂态稳定性

    智能電网具备自愈、自治等特征，有效确保电网系统运行的稳定性及安全性。智能电网能量双向流动的发展趋势，决定了应该有新装置、新技术的使用以缓解或者排除电力系统扰动所产生的影响，以符合未来智能电网发展的需求。伴随电网系统容量的日益扩大，造成其短路电流水平快速提升，因为电气装置需要根据短路容量水平进行设计，此就大幅度提高了开关设备的成本费用，最终导致无法选型。为了能够有效降低短路电流，现有方式无论是从电网系统架构又或是从运行模式、电气设备等层面进行考虑，成本都显得比较高昂，极易造成电力系统的不稳定。超导故障限流器是近几年迅速发展的用于抑制短路电流的新型装备，其通过超导体的超导/常态转换特征，从零电阻快速转化成高阻值，进而实现降低系统短路电流的目标。超导故障限流器可以实现智能电网对于暂态稳定的精准性与快速性的诉求。所以，采用超导故障限流器迅速、及时的隔离故障，利用超导储能设备来补偿不平衡的有功功率，都可以加强电网系统的暂态稳定性，以实现智能电网对于系统暂态安全稳定的根本需求。

    3.3 提高抗击打能力

    电网系统的日常运行通畅会遭受外部各种因素带来的影响，此因素主要包含人为因素、环境因素等等，此便需求电网系统应当有强大的抵抗外部因素干扰的能力，在遭受外部打击的情况下，依然可以维持系统的平稳工作。对抗打击能力而言，最为关键的就是重要负荷的供电，在配电系统内中小型的超导储能系统有着大量优势，比如反应迅速等等，能够在突发状况下用作备用电源对敏感负载进行保护。提高电网系统的抗击打能力，即使是在受到外部因素影响的状况下，重要负荷还可以输送很多的电力。超导电缆技术无需太高的运行电压，因此在运行中低电压的环境下，超导电缆扮演着“搬运工”的角色，将大量的电能传递到城市的负荷中心。尽管输电走廊遭受极其严重的损坏，同样可以保持重要负荷的稳定供电。因此超导电缆技术应对电网系统的突发事件中具有非常广阔的发展前景。

    3.4 加强电能质量

    从输电脚底来看，针对远距离、大功率的输变电系统，能够采用大型超导储能设备加强电网系统的电能质量。超导储能能够瞬间释放及吸收能量，防止频率的大幅度波动;并且超导储能无需电压/无功提供支持，能够让电压保持稳定状态，波动比较小。从配电角度来看，对中小型超导储能来说，尤其是微型超导储能，可通过其高速调节无功、有功特征以优化功率因数，确保电网频率处于稳定状态，调控电压的瞬时变化，对电网次谐波振荡加以平衡，进而在较大程度上加强供电质量，实现工业、军事、民用电力的要求。在加强电能质量环节，超导储能系统并非必须要有很大的储能容量，然而其功率容量通常比较大。所以，超导储能技术可以在配电与输电方面加强电网系统的电能质量，以实现智能电网的高质电能诉求。

    4 结论

    总而言之，超导电力技术具有诸多优势，在面对电能质量、电网安全、大容量远距离输电以及可再生能源等各种要求时，可以发挥不可取代的作用。在当前环境、资源以及人口等各类压力日益增大的环境下，应当积极发展超导电力技术，从而推动电力行业的高质量发展。

    参考文献：

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