超导电力技术在未来智能电网中的应用

陈晓明

武汉华源电力集团有限公司武昌分公司

随着电力工业的高速发展，智能化的电网成为了今后电网发展的重要方向和趋势，针对这一趋势，需要为未来的智能化电网做好准备，解决一些亟待解决的难题，如特大电网的安全、可靠性问题、电网可持续的能源再生能力问题、电网现代化技术融合性问题，等等。目前超导电力技术是一种电力新技术，是21 世纪具有发展战略和潜力的一门新技术，它的产业化和实用化对于未来的影响将不可估量，这一理论目前已经得到了国际上超导技术界广泛支持和认可，这就说明其对未来的智能电网发展将做出巨大的贡献。鉴于此，本文就主要分析了超导电力技术在未来智能电网中的应用，以研究其应用前景和发展方向。

1 超导电力技术的概述

对于超导电力技术，目前世界各国都非常重视该门技术，如美国前几年提出的美国电网2030 计划，在该计划中将超导电力技术放在了重点的位置，并计划利用该超导电力技术来构建美国的核心电网，此外，日本的新能源开发机构也认为目前大力的发展高温超导电力技术将是在未来电力工业领域保持核心竞争力的重要手段。我国目前也尤其重视超导电力技术，清华大学、中国科学院研究所、华北电力大学等都对其开展了大力的研究，并取得了重大的成就，但是我国的超导电力技术和国际发达国家的超导电力技术仍然有一定的差距。超导电力技术涉及到了多个领域、多门学科和多个工业，其研究内容多而复杂，其可以应用在多个硬件高温超导基础设备中，如输电电缆、电动机、变压器、限流器等。超导电力技术的应用不仅能够提高电能的质量和电网的容量，还能够有效的保证线路供电的稳定性和可靠性，这对于输电电网的发展具有极其重要的作用，对未来的电力技术的发展、智能电网的结构等产生巨大的影响。

2 超导电力技术在未来智能电网中的应用分析

提高暂态稳定性

智能电网自身所具备的自愈和自治的能力能够极大的提高电网本身运行过程中的安全性和稳定性，未来的智能电网具有的能量流动双向性，这就必须采用新的设备和技术来缓解或者消除电力系统自身造成的扰动，才能切实的满足未来社会的需求，而运用超导储能装置，能够为电力系统提供反应速度快、独立输出有功和无功的电源，从而提高整个电力系统的应急反应能力和应急调节能力，以增强系统的可控性和大扰动能力，从而提高系统的稳定性。

提高小干扰稳定性

我们知道如果在输电系统中，能够对越限部分进行实时的补偿以及加强互联系统中的电气联系，则能够有效的提高系统小干扰稳定性，而超导储能系统就具有快速充电和放电的功能，其还能够支持有功和无功功率，再利用阻尼控制器就能够实现补偿线路中的功率，从而提高系统小干扰稳定性；此外，超导电缆的使用能够有效的增强互联系统中的电气联系，这是由于超导电缆传输容量大、耗损低、灵活性高、无污染、阻抗小等特点，所以其是解决电能传输瓶颈的最佳选择。

提高抗击打能力

电网时常遭受到外部的打击，如人为因素、自然因素、战争因素、恐怖主义因素等，这些外部打击将会给电网带来严重的损害，从而导致无法供电。智能电网防御是指电网抵御外部打击的能力，提高电网抗击打能力的目的是保证电网在遭受一定程度的外部打击后仍然能够稳定的输送电力，而提高电网的抗击能力最重要的核心是保证负荷供电，中小型的超导储能系统具有容量密度高、反应速度快等特点，能够在紧急情况下作为备用电源，从而确保电网负荷供电。

提高电能质量

提供高质量的电能是电力企业最基本也是最核心的内容，高质量的电能才能切实的满足社会各界的用电需求，是各个行业发展的前提和根本，所以提高电能的质量是电力企业尤其重视的内容。在配电层上，利用中小型超导储能，能够快速的调节有功和无功特性，从而改善功率因素、稳定电网频率、平衡电网次谐波振荡等，从而提高电能的质量；在输电方面，通过利用大型超导储能装置，其能够瞬时吸收以及释放能量，防止出现频率波动，以提高电能的质量。

提高对再生能源包容性

可再生能源对于未来电网的发展尤为重要，对于再生能源的有效利用，同样需要采用新的技术和新的设备，并让其和大地网有效的联结，再让其和其它能源产生互动，以综合的提高能源的利用效率。智能电网所具备的兼容特性能够兼容各种类型的能源，而超导储能系统能够为智能电网提供高效的储能备用，其还能够为电网的运行提供保障，从而提高电网的可靠性和安全性，再者其同时也能够提高可再生能源接入电网的比例，从而提高再生资源的利用效率。因此，超导储能技术提高了可再生能源的包容性，在应用方面具有十分深远的影响。

构建起集约型的电力系统

总体来说，智能电网的高效性主要反映在设备的利用率、线耗损、运营成本等方面，利用先进的技术的和设备综合的提高智能电网的经济性，确保电力企业能够可持续发展并为社会提供高质量的服务。超导电缆具有结构紧凑、线耗低、无污染等特点，能够在不增加电缆尺寸的前提下极大的提高传输功率，并且也能够极大的降低整个网络的耗损，其非常适合电缆安装空间有限的大城市或者特殊场所的供电；超导电机、超导变压器具有耗损低、密度高、面积小等特点，其适合安装条件特别高的场所，通过运用超导技术和设备，能够构建起集约型的电力系统，不仅能够方便管理，最主要的是提高企业经济效益的同时还能切实的满足社会日益提高的用电需求。

3 超导电力技术在未来智能电网中的研究方向分析

超导电力装置动力学建模

超导电力技术的运用需要电力装置具有符合超导电力的特性，如快速反应动作特性、时间尺度特性等，所以和传统元件较为类似的是动力学建模，超导电力装置的动力学建模是分析整个电力系统动态稳定和系统稳定的前提和基础。

超导电力系统控制和分级建模

超导电力技术的运用过程中应用了一些大功率的电力电子能量转换和控制装置等，使得超导电力系统的动态模型与行为都具有一定的特殊性，这就使得在系统级与装置级上对电力系统的控制和建模都提出了更高的挑战。

具有超导电力装置的智能电网的建模

我们知道超导电力装置的功能和特性都非常突出，使得其在运用过程中对运行的方式、运行的温度、运行的电磁环境都极为的敏感，使得其在状态的转换上尤为快速，这和传统电力系统的理论明显有较大的出入，所以在未来还需要进一步的完善和扩展超导电力装置理论体系才能够符合超导电力技术在未来智能电网中的应用需求。

超导电力装置和智能电网的协调运行

对于智能电网来说，超导电力装置无疑是新装置，对于超导电力装置来说，智能电网无疑是一个陌生的新环境，所以来实现两者统一协调的运行需要对电网的控制、保护、运行等方面做出较大的调整，才能完全的发挥着超导电力装置的优势和特性，才能满足未来的电网发展。

超导电力系统的智能控制

由于超导电力装置在智能电网中的运用，使得对智能电网的互操作性、实时性、易用性等方面的控制提出更高的要求，如判断与预测、故障快速检测和处理、同步监测和跟踪等。

快速可控装置智能协调控制

超导电力装置的应用将会根本性的改变目前电力系统中快速可控元件大多数集中在电网端部节点负荷以及发电机的局面，超导电力装置的使用使得在未来的智能电网中各个环节都有可能存在着快速可控元件，这就对电网中的各种快速可控装置的协调控制提出更高的要求。

4 结束语

超导技术在未来的智能电网中将起着极其重要的作用，能够提高系统稳定性、提高电能质量、提高抗外力击打能力等。目前我国的超导技术研究和应用尚处于初级阶段，还需要进一步的研究和完善，以为未来的智能电网建设奠定良好的基础。