超导技术在未来电网中的应用

超导技术在未来电网中的应用

刘明新

金冠电气股份有限公司 河南南阳 473000

摘要：超导电力技术是全新的技术，现如今已经步入快速发展阶段。智能电网决定着电力工业的发展方向，超导电力技术促进了智能电网的发展。未来智能电网的智能化程度不断提高，超导电力技能的应用在智能化电网的发展中发挥着重要的作用。基于此，文章就超导技术在未来电网中的应用展开详细分析。

关键词：超导电力；智能电网 ；应用 ；发展

前言：随着电力工业的不断发展，智能化电网是电网发展的方向和趋势。但是智能电网还存在着一些问题，如安全、电网可持续的能源再生、电网现代化技术融合性等问题。超导电力技术是一种电力新技术，超导电力技术具有产业性和实用性的特点，影响着未来智能电网的发展。

1 超导电力技术简述

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

2.1超导电力技术在电力系统暂态稳定性方面的应用

随着智能电网概念的提出，智能配电网作为其重要组成部分，逐渐引起了越来越多的科研工作者的关注。网络通信以及智能配电终端技术的发展，使不同的保护装置（智能终端）之间实现数据的实时对等交换成为可能。提出使用计算相邻ＦＴＵ测得的单相接地暂态零序电流相似性的方法实现定位故障区段，为了保证故障部分能够及时隔离，就要提高暂态的稳定性。目前提高电网暂态稳定性的方法存在着许多问题，使用超导故障限流器能够有效的解决其存在的问题，并且能够提高了电网暂态稳定性。电网暂态稳定性满足了智能电网对系统暂态稳定安全的需求。

2.2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

2.3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。

2.4提升电力的传输效率

在目前我国电力系统的工作中存在着一个巨大的问题，那就是由于大量短路电流的存在，导致电器设备时常会发生故障，严重的甚至会对整个电力系统产生极为恶劣的影响。而之所以会发生这样的事情，很大一部分原因是由于我国电网规模急速的扩张，民众对电力的要求日益增多所导致的。而这个问题，如果能将超导电力技术应用到电网就能迎刃而解了。而且，超导电力技术的应用，不仅可以解决由于大量短路电流而产生的电器设备损坏的问题，同时还能够大大提高电力系统的安全性，并且降低线损率。而智能电网有一个极为明显的优势就是线损率较低，而再结合超导电力技术的应用，智能电网就能在实现低线损率的同时，保证其电网的高效性。比如说，在应用超导电力技术之后，那么在电力传输的时候可以使用高温超导线材，而由于其物理特性，令线材在进行传输的时候能够实现超导无阻，这样一来，电流能量的传输效率就能够大大的提高。而在一些大城市中，特别是如北上广这样的一线城市，由于电网规模的扩大以及用电量需求的激增，因此电缆极容易产生损坏，而超导电力技术的应用就能够很好的解决这个问题。与此同时，相比起传统的电力线缆，环境对超导电缆所产生的作用极小，因此也不需要担心因为环境而对电力的传输产生任何的负面影响。

3超导技术在智能电网的研究方向

与传统电力装置相比，超导电力装置具有许多完全不同的特性，这种特性必会对电力系统特性产生影响。在这种系统和装置相互作用下，会在已形成的现代大规模电力系统的高阶非线性复杂动态模型中引入完全不同类型的数学方程，二者结合将带来许多新的学科问题，对传统的电力系统理论提出了新的挑战。因此，必须从系统角度出发，对超导电力系统理论开展研究。研究方向主要包括 :

（1）超导电力装置的动力学建模研究

由于超导电力装置具有许多完全不同的特性 , 特别表现在时间尺度和动作特性等方面。 因此与传统的元件类似 , 要对超导电力装置进行动力学建模 , 以分析其对电力系统稳态和动态稳定的影响 。

（2）超导电力系统的分级建模和控制

超导电力应用大功率电力电子能量变换、控制装置 , 其动态行为和模型具有其特殊性 , 在装置级和系统级两个层次上对建模和控制提出更高的要求。

（3）含超导电力装置的智能电力系统建模理论

超导电力装置对电气运行方式 、温度、电磁环境等非常敏感 , 其状态变换也非常迅速 , 而传统的电力系统理论已不适应 , 需要扩展至超导电力装置理论体系才能满足超导技术在智能电网应用要求。

（4）超导电力装置与智能电网的协调运行

超导电力装置特性可能对电力系统具有完全陌生的环境 , 因此 , 对于传统的电网运行方式、保护 、控制等要随之调整 , 只有两者协调运行 , 才能最大化地发挥超导的优越性 , 才能适应未来电网运行要求。

（5）超导电力系统智能控制策略。

智能电网决策与控制的实时性、易用性和互操作性都大大提高 ,要求超导电力系统满足其控制要求 , 包括故障的快速检测、判断和预测、电能质量和系统实时同步跟踪等。研究超导电力系统相应的应对措施及装置的控制策略、控制方式和拓扑结构。

（6）快速可控装置的智能协调控制

超导电力装置的应用将改变传统电力系统中快速可控元件主要集中于电网端部节点的发电机和负荷的局面 , 使电网各环节都会出现快速可控元件 , 这对各类快速可控装置的协调控制提出更高的要求和新的挑战。

结语：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。

参考文献：

[1] 胡开胜. 超导电力 技术在未来智能电网应用 研究[J]. 科技创新与应用， 2016（5）： 191-191.

[2] 袁凯. 超导电力 技术在未来智能电网应用 研究[J]. 城市建设理论研究： 电子版， 2015（22） .

[3] 郭举富， 刘鹏. 超导电力 技术在未来智能电网中的应用[J]. 水电与抽水蓄能， 2015（8）： 56-57.