超导电力（共6篇）
超导电力 篇1
超导电力技术是一门前沿高技术,是电气工程领域的革命性新技术。超导电力技术的应用,可以提高电网的输送能力、降低电网损耗、实现电能的快速存取、有效地限制短路电流,因而可以改善电能质量、提高电力系统运行的稳定性和可靠性,从而为实现安全、高效、坚强的智能电网提供强大的技术支持。因此,超导电力技术被誉为21世纪电力工业唯一的高技术储备,已成为国际能源技术发展的重要方向之一。
目前,高温超导电力技术已进入示范应用与准商业化应用阶段:高温超导限流器、变压器、磁储能与超导变电站均已示范运行,高温超导电缆已准商业运行,但高温超导电力技术的大规模应用尚有一定距离,还有诸多问题需要进行研究与解决,还有必要探索高温超导电力应用新技术,以促进于加快高温超导的商业应用。本报告将介绍新型高温超导磁悬浮飞轮储能技术、高温超导逆变技术、及高温超导无线电能传输技术研究的进展情况。
为展示超导电力技术领域的最新进展和发展趋势,共享最新学术和技术成果,《电工电能新技术》编辑部特邀中国科学院电工研究所张国民研究员担任特约主编,主持“超导电力技术”专题,希望与作者、读者一起,共同研讨超导电力技术的应用与未来,共同推进超导电力技术各方面的研究。征稿方式及注意事项如下:
一、专题征稿范围(包括但不限于)
1.超导电缆技术。2.超导变压器技术。3.超导限流技术。4.超导储能技术(磁储能与飞轮储能)。5.超导电机技术(电动机于发电机)。6.其他超导电力应用技术与新技术探索。7.超导电力装置在电网中应用技术。8.超导电力装置的动力学建模研究。9.含超导电力装置的电力系统的理论问题。
二、投稿要求
1. 论文应重点突出、论述严谨、文字简练、避免长篇公式推导(必要的推导可列入附录),篇幅以6-8页为宜。2.来稿请用Word排版、格式、摘要、作者信息参照《电工电能新技术》论文模板。
三、投稿截止日期:
2017年6月30日,拟于2017年9月出版。
四、投稿方式:
请登录http://159.226.64.23/Jwk_dgdn/CN/volumn/home.shtml注册作者用户名和密码投稿,请注意在投稿栏目中选择“超导电力技术”。
真诚欢迎国内外相关领域的专家学者及国家级科研计划承担单位踊跃投稿!
联系方式:杜永红 010-82547196 duyonghong@mail.iee.ac.cn 张国民 gmzhang@mail.iee.ac.cn
摘要：<正>超导电力技术是一门前沿高技术,是电气工程领域的革命性新技术。超导电力技术的应用,可以提高电网的输送能力、降低电网损耗、实现电能的快速存取、有效地限制短路电流,因而可以改善电能质量、提高电力系统运行的稳定性和可靠性,从而为实现安全、高效、坚强的智能电网提供强大的技术支持。因此,超导电力技术被誉为21世纪电力工业唯一的高技术储备,已成为国际能源技术发展的重要方向之一。
超导电力 篇2
摘要：
超导的发现是20世纪物理学的一项伟大成果。文章主要阐述了超导现象，超导材料的研究和发展以及在电力系统方面的应用优势和进展，并做了前景展望。
关键词：
超导材料；超导电缆；超导发电机；超导电动机。Abstract:
The discovery of superconductivity is a great achievement of 20th century in physics.The article mainly describes the phenomenon of superconductivity, the research and development of the superconducting materials as well as in Electric Power System strengths and progress, and outlook.Keywords: superconducting material;superconducting cable;superconducting generators;superconducting electrical motor.超导的诞生和发展
1911年，荷兰科学家卡麦林·昂尼斯用液氦冷却汞，当温度下降到4.2K（﹣268.95℃）时，汞的电阻变为零，这种现象被称为超导现象，电阻为零时的温度称为临界温度。为了证实超导体的电阻为零，科学家将一个铅制圆环放入温度低于7.2K（﹣265.95℃）的空间，利用电磁感应在铅制圆环内激发起感应电流。结果发现，环内电流能持续下去，从1954年3月16日始，到1956年9月5日止，在两年半的时间内的电流一直没有衰减，这说明圆环内的电能没有损失，这就是著名的昂尼斯持久电流实验。这一实验极大的激发了科学家们的研究热情，国际上也对超导技术在电力方面的应用给予了极大的关注，开展了一系列可行性论证和一定规模的研究，但由于技术上和经济上的原因，这方面的应用研究都没能实现预期的目标。随着不断的实验，超导合金的出现使超导材料的临界温度也不断提高。
1986年瑞士缪勒和柏诺兹发现了一种成分为钡、镧、铜、氧的陶瓷性金属氧化物（La-Ba-Cu-O系氧化物）具有高于30K（﹣243.15℃）的约为35K的超导性。由于陶瓷性金属氧化物通常是绝缘物质，因此这个发现的意义非常重大，缪勒和柏诺兹因此而荣获了1987诺贝尔物理学奖。此后，新的研究成果如雨后春笋般大量出现，出现了研究和发现的高潮。到了1987年底，临界温度达到125K（﹣148.15℃），短短一年多的时间临界温度几乎提高了100K。
从此超导材料的研究方向朝向高温超导材料发展，当然，高温是相对于低温而言，即使是高温，依然远低于冰点。所以在实际应用中超导材料需要制冷等操作，大大提高了成本，也使得超导材料不能大量应用。
超导材料在电力系统的应用
美国物理学家波恩特•特奥•马梯阿斯指出：“电能的输送是超导体最重要的应用之一。”发电站输出电能常用铝线和铜线。由于电阻的存在一部分电力在输出过程中转变为热能而消失，存在着严重的损耗。而利用超导材料输电，由于导线电阻消失，线路损耗也就降为零，用超导材料可制高效率大容量的动力电缆，并且可减少导体的需求量，节约大量有色金属资源。
由于超导材料有零电阻的性质，所以科学家想到把其应用到电力系统中，这样可以大大减少电能的热损耗，节约很大一部分电能。据统计，目前的铜或铝导线输电，约有15%的电能损耗在输电线路上，单单是在中国，每年的电力损失即达1000多亿度。若改为超导电缆输电，节省的电能相当于新建数十个大型发电厂。
在电力领域，利用超导线圈磁体还可以将发电机的磁场强度提高到5万～6万高斯，并且几乎没有能量损失，这种发电机便是交流超导发电机。超导发电机的单机发电容量比常规发电机提高5～10倍，达1万兆瓦，而体积却减少1/2，整机重量减轻1/3，发电效率提高50%。超导发电机的另一个突出特点是有利于改善系统的稳定性。一般来说，发电机的电抗越小，系统就越稳定。超导发电机的电抗大约只有普通发电机的l／4左右，因此在系统电抗相对较小时，系统的稳定极限增加了约4倍。
另外，在2012年4月12日，中国船舶重工集团公司第七一二研究所研制的兆瓦级高温超导电机实现满负载稳定运行，标志着我国首台兆瓦级高温超导电机研制成功。该电机具有完全自主知识产权，达到世界先进水平，对我国超导电机的战略发展具有里程碑意义。今后，该所将着力进行大容量高温超导电机的实用化研究，预计到2020年前进入工程研制，逐步将高温超导电机技术推广运用到电气传动和发电领域，实现该领域的新变革。
超导材料的前景展望
综上所述，在电力系统中采用超导技术可增加电网的输送容量、降低电能损耗、提高电力系统运行的可靠性和稳定性、有利于保护环境．具有广阔的应用前景。现在超导电缆，超导发电机和超导电动机的研制都取得了重大进展，超导技术在电力系统中大规模应用的想法正在不断成为现实。我国的电力科技发展必须紧跟世界电力科技发展的步伐，要加强对超导电缆，超导发电机和超导电动机等可改善电网运行参数、有利于系统稳定且结构相对简单的超导电力设备的研制开发工作，争取在超导材料的研究开发、超导设备的结构设计、降低成本、经济运行等方面取得突破。
参考文献：
真空超导采暖 篇3
我国航天工业部原工程师于兆范先生和沈亨业先生成功地将热管技术运用到采暖系统之中，取得了突破性进展。于兆范和沈亨业先生率先提出民用后，并在全国各地试点安装了几十处2000～7000平方米的大型供暖工程。
超导采暖的独特优势
真空超导热管技术的民用技术，具有传热速度快、热转换效率高、节约能源等特点，该技术的研制成功是供暖系统的一次突破性革命，其显著特点如下：
1、传递速度快：整个系统用少量的超导液作为载热体来实现传热，每分钟的传导速度在20米以上，比水暖快几十倍，点火后约5分钟左右室内温度升高，一幢上万平方米的楼房仅需10分钟左右就能循环供热。
2、节约能源：真空超导采暖热源随意，可用煤、油、气、电、太阳能、工业废热汽回收作热源，家庭供暖用一个小蜂窝煤炉就能实现供暖。经验证得知：它节约水100％，综合节省能源50％以上。
3、零下40％不结冰：超导采暖系统即使在零下40％也不会发生冻结现象，烧停随意，工厂、宾馆、学校等供暖单位不会因休假熄火而发愁。
4、终生不用维修：水暖系统几乎每年都得检查维修，仅维修一项就会损失较多的人力和财力，若保养不好的话，一般水暖设备3～5年就不能用了。而超导系统供暖，其优点是显而易见的。
5、用途广泛：真空超导采暖，凡是水暖能够达到的它都能达到，水暖不能达到的它更高一筹。现今已用于家庭、饭店、学校采暖、塑料大棚增温、淋浴、食品药材的烘干等领域。用于化工厂、发电厂，汽车尾气的余热回收利用，效率和效益都会增高。在高寒地区，由于温度过低，空调无法正常运行，利用真空超导采暖技术生产的风机盘管热风机，在任何地区都能使用。
6、结构简单、安装方便、安全可靠：真空超导采暖安装结构简单，若家庭使用，单管就可以循环供热，占用空间小，不会影响室内装饰和家俱布置，超导液一次注入永久使用，使用过程中不用添加，它无毒、无腐蚀、不燃烧，永远不用担心爆炸。
7、投资少、效益显著：真空超导采暖系统的生产投资不限，可大可小。若开办一个采暖门市部，设备投资2000元，流动资金1000元，有一个电焊工即可。若开办超导电暖气厂或家用超导空调加热器厂，设备投资不超过1万元，流动资金2万～5万元，2个电工，3个焊工，3间厂房就可规模生产。
生产安装真空超导产品的利润约50～300％，水暖安装费一般是每平方32～55元，以100平方米的家庭住宅计算，则需3200～5500元，而安装真空超导采暖的成本仅需5200元左右，利润空间非常大。
超导煤炉的生产成本，每台200元左右，市场售价高达400～700元。
超导燃气炉的成本是每台1000元，市场价是每台6000元以上。
一个普通的电锅炉，市场价最少是每台1000元，若用真空超导技术制作，只需几十元即可。
超导锅炉的生产成本为每台600～800元，市场价达4000元。
一座普通的干燥房造价为6万～10万元，若用真空超导技术安装，仅需1万～2万元。
一个150～200平方米的家用中央空调，市场价是1.8～2.5万元，若用真空超导热风机，总共成本才几千元。
值得一提的是，安装这种供暖系统，资金周转特别快，一个星期或半个月的周转，利润即是投资额的数倍。
超导采暖之真伪鉴别
目前超导采暖“鱼龙混杂”，真正技术过关的单位甚少，那么怎样才能鉴别真空超导采暖的真伪呢?
首先注重的是无论生产什么样的产品，都要有理论数据的支持，和精确的图纸，才能生产出合格的实用的产品，比方说：您要用该采暖技术生产一个风机盘管的热风机，您就让他们计算一下，当室外环境温度零下10℃时，室内面积20平方米，要在15分钟内将室内温度提升至20～25℃，需要多少平方热管散热器?又需要加多少公斤超导液?每天工作几个小时能保证24小时供暖?这都是一个常规数字，如果连这个都算不出来，您自己想一下，没有数据您怎样搞生产和安装?同样用煤炉也是一样，通过交谈，真假专家就轻而易举的了解了。
再就是看，俗语说：“眼见为实，耳听为虚”，要看推广户有没有使用户、有多少，到用户那里去打听，多看几家，能听到真实的声音，能看到真实的效果。
新技术与真空超导采暖的完美结合
超导电力 篇4
随着经济的发展,电力需求越来越大,电网系统结构复杂化,对电能质量、电网的安全性和可靠性的要求也越来越高,系统短路电流和短路容量也越来越大,可再生能源陆续并网发电,这些都需要更加灵活高效的电力新技术。这些新技术包括超导磁储能(SMES)和超导故障限流(SFCL),它们都能有效地改善电力系统的整体性能。SMES能为高压输电系统提供快速响应容量,提高输电线路输送功率极限,抑制频率和电压波动,改善电能质量,提高系统稳定性。SFCL能够限制电网的短路容量,减轻断路器等各种高压电气设备的动、热稳定负担,提高其动作可靠性和使用寿命,保证系统稳定运行[1]。
本文综合相关文献,分析总结了国内外各种SMES和SFCL的研究现状和项目发展情况。因为SMES和SFCL的主体都是超导磁体,本文从稳定效果和控制方法方面,对两者进行了比较性研究,并做了仿真分析。
1 超导磁储能系统简介与发展状况
一个典型的SMES装置如图1所示,包括超导磁体、功率调节系统和监控系统,其中超导磁体包括超导线圈、低温容器和冷却系统[2]。
其工作原理是:SMES系统预先在超导线圈中存储一定的能量,当功率高于或低于基准功率或电网要求功率时,控制器检测信号并通过触发电路向变流器发出触发脉冲,使其工作于整流状态(或逆变状态),将多余的能量以磁能的形式存储在超导线圈中(或将超导线圈中的能量回馈到电网)。在这过程中,失超保护针对失超时所引起的过热、高压放电和应力过载,对超导线圈进行保护。目前采用的方法主要有分段电阻保护、并联电阻保护、变压器保护和谐振电路保护。冷却装置保证了超导线圈的工作环境,目前的冷却方式主要有两种:一种是将线圈浸泡在液氦之中的浸泡冷却方式;另一种是在导体内部强制通过超临界氦流的强制冷却方式。
功率调节系统包括变流器及其控制系统,其中常用的变流器有两种:电压型和电流型。从目前变流器应用来看,电压型比电流型更为成熟。
表1列出了国内外SMES项目的发展状况[3,4,5],就目前的发展趋势来看,低温超导SMES因低温材料性能稳定、价格低廉而占据主导地位。虽然国内外已有大量SMES研究项目,但是实现商业化运行的只是少数。目前,储能系统中容量最大的是美国CAPS公司正在研制中的100 MJ/96 MW样机。
2超导故障限流系统简介及发展状况
超导故障限流器是限制电力系统短路电流最理想的方法,它是利用超导体的超导(S)/正常(N)态的转变特性。线路正常时,超导体处于超导态,具有零电阻和完全排磁通效应(迈斯纳效应),装置阻抗很低;在发生短路故障时,它转为正常态,具有一定的电阻,失去完全排磁通效应,使装置阻抗迅速增大以限制短路电流。根据结构特点,可分为电阻型、桥路型、磁屏蔽型、变压器型、饱和铁心型、三相电抗器型等。表2列出了目前国内外SFCL项目的发展状况[6,7]。
3 仿真分析
3.1系统模型
用于分析SFCL和SMES对电力系统稳定影响的仿真如图2所示,系统包括同步发电机、变压器、双回输电线路和无穷大系统。单机无穷大系统仿真采用MATLAB中的Simulink软件包和PSB工具箱。同步发电机采用五阶隐极机模型,同时实现自动电压调节器(AVR)的功能,励磁系统采用PSB工具箱中励磁模块。单机无穷大系统参数:发电机额定容量500 MVA,额定运行电压13.8 kV;变压器额定容量200 MVA,一次侧绕组额定电压13.8 kV,二次侧绕组额定电压230 kV;无穷大系统采用理想三相源模块代替,额定电压230 kV,系统短路容量100 GVA。系统稳定运行在P0=0.85 p.u.的工况下,在t=2 s时输电线路L2的输入端发生三相接地短路,t=2.1 s时系统切除故障,输电线路L2退出运行。
SMES的变流系统采用电压型变流器,其控制策略采用同步PI电流控制,如图3所示。同步PI电流控制的过程是:电压外环PI调节,输出的交流电流指令id*、iq*;通过检测电网电压得到相位;通过电压及电流采样得到实际交流电压ua、ub、uc及电流ia、ib、ic,经过dq变换得到电压分量ud、uq及电流分量id、iq;将指令电流id*、iq*与变换后的电流分量id、iq相比较,得到电流误差分别送入PI调节器,得到控制电压,通过计算得到电压指令信号Vd、Vq,再进行dq反变换,得到电压指令分量Vα、Vβ,最后通过SVPWM方式生成电压指令。同步PI电流控制可实现有功和无功电流解耦控制,独立调节有功和无功功率,固定开关频率,此外,采用PI调节器实现无静差调节,可获得较好的动静态特性[8]。
国内外已有多种限制故障电流的SFCL模型和测试,包括桥路型、磁屏蔽型、电阻型等。本文采用电阻型超导故障限流器模型,如图4所示。
电阻型SFCL是利用交流超导体从超导态向常态(高阻)快速转变原理来限制电力系统的故障电流。由于超导体失超的过渡时间很短(几个微秒),在仿真中可以假设电阻型SFCL投入电阻的过程是一个阶跃过程。由于电阻型超导故障限流器失超后需要较长的恢复时间,这里采用两个SFCL的模型,SFCL1和SFCL2,如图5所示。
发生故障后,SFCL1先投入使用,当短路器打开时,开关SW2立即闭合,这样故障电流通过SFCL1和SFCL2形成的回路。这样,系统可以选用更小的限流电阻而获得更佳的限流效果。
3.2仿真结果
从仿真结果来看,SMES和SFCL都可以抑制电力系统功率振荡,使发电机功角、发电机输出功率迅速恢复到稳态值。图6为SMES、SFCL分别参与运行和SMES、SFCL不参与运行时的发电机功角特性曲线,从特性曲线来看,SMES参与运行时对功角的稳定效果最好。图7为SMES、SFCL分别参与运行和SMES、SFCL不参与运行时的发电机输出有功特性曲线,同样,从特性曲线来看,SMES参与运行时系统的稳定效果最好。
4 结语
本文介绍了SMES和SFCL目前在国内外的发展概况,从稳定效果和控制方法两方面对两者进行讨论研究,比较了两者在电力系统应用中的作用与区别。仿真结果表明,SMES和SFCL都可以有效抑制电力系统功率振荡,SMES的控制策略比SFCL的复杂,但是SMES对电力系统的稳定效果比SFCL的更好。随着超导技术的迅速发展,以及建立坚强智能电网的需求,两者在电力系统中的应用前景都非常广泛。
参考文献
[1]韩翀,李艳,余江,等.超导电力磁储能系统研究进展(一)——超导储能装置[J].电力系统自动化,2001,25(12):63-68.
[2]唐跃进,石晶,任丽.超导磁储能系统(SMES)及其在电力系统中的应用[M].北京:中国电力出版社,2009.
[3]Steurer M,Ribeiro P F,Noe M.Superconducting Magnetic Energy Storage and Fault Current Limiters-Projects,Considerations,and Outlook[C]//IEEE Transmission and Distribution Conference and Exposition,2003.
[4]Wang Qiuliang,Dai Yinming,Song Souseng,et al.A 30kJ Bi2223 High Temperature SuperconductingMagnet for SMES with Solid-Nitrogen Protection[J].IEEE Transactions on ASC,2008,18(2):754-757.
[5]Shi Jing,Tang Yuejin,Zhou Yusheng,et al.Development of a Conduction-Cooled HTS SMES[J].IEEE Transactions on ASC,2007,17(3):3846-3852.
[6]叶莺,肖立业.超导故障限流器的应用研究新进展[J].电力系统自动化,2005,29(13):92-96.
[7]杨智龙.超导故障限流器对电力系统暂态稳定性影响的分析[D].保定:华北电力大学,2007.
超导电力 篇5
社会发展中对于电能需求越来越大, 促进了电力企业的长足发展, 当前的技术还不能满足电力工业的发展。电力企业开始尝试使用新技术设备, 其中超导电力技术的应用具有显著成效, 对于提高电力系统的运行效率、提升运行的安全稳定性发挥了不可替代的重要作用。
1 超导电力技术概述
超导电力技术是应用物理学中的电力原理, 利用超导体材料的物理性质, 与电力工程相结合的一门新技术。近些年来超导电力技术得到了西方国家的高度重视, 美国把这门技术纳入到制定的电网规划当中, 计划借助其技术在全美进行骨干电网的建设, 由此将其技术摆在了突出位置。众多学者一致认可在21 世纪中超导电力技术会成为电力工业一种为数不多的高新技术储备, 一些发达国家也一致认为高温超导电力技术将会是未来电力工业发展的一大趋势, 具有重要的经济战略意义[1]。
我国对于超导电力技术同样给予了高度重视, 各大高校极力研究超导技术, 并取得了很大进步, 但是仍然与发达的国家在技术水平上有很大的差距。但是无论怎样, 发展超导电力技术已经成为电力工业的发展趋势, 无论如何我国都不会放弃对这项技术的研究。
超导电力技术研究内容纷繁复杂, 与多种学科领域有着紧密的联系, 对于研究工作还存在着很大的困难。在未来高温超导产品是在其技术发展而来的主要产品, 对于保证供电系统的安全可靠性, 提高电网电能质量都有着意义深远的作用。
2 超导电力技术在未来智能电网中的应用
2.1 提高系统小干扰稳定性
尽管在未来可再生能源是世界工业生产最主要的使用方向, 将会有更多的可再生能源应用到智能电网当中, 我国还是按照大电网、大机组的发展方向, 远距离大容量的电能输送是我国智能电网主要处理的建设工作, 使得系统运行的动态安全性大为降低。
小干扰是否稳定与在一定区域内联络线的功率振荡有着很大关系。如果超出功率限制的部分在输电系统中能够得到实时补偿, 能够做到当过低的功率时释放一定的功率, 当过高的功率时吸收一定的功率, 这样就可以使得联络线功率达到平稳状态, 小干扰稳定性也就会得到相应的提高。在大规模互联系统中有储能系统的设置, 储能系统起到在短时间内快速充电和放电的作用, 支持有功与无功功率的提供, 可以实时地对线路功率通过附加阻尼控制器来完成, 阻尼系统振荡[2]。
增强互联系统中的电气联系同样能够提高系统动态稳定性, 通常采用大于500k V的特高压输电系统来增强电气联系。但是特高压输电系统的设计制造较为困难, 特别是在电缆上设计制造的要求极为严格苛刻, 因此超导材料制成的电缆为增强电气联系, 从而提高系统动态稳定性发挥了重要作用。由超导材料制成的电缆具有损耗小、传输容量大等优点, 是提高电能传输切实可行的解决方法。在超导情况下超导电缆技术的阻抗很小, 由此增强了互联系统的电气联系, 大大提高了小干扰安全性。
2.2 提高系统暂态稳定性
智能电网的“智能”重点体现在针对影响电力系统的不安全因素具有自治与自我治愈的能力, 能够从根本上保证安全稳定可靠的电网运行。在未来为了更好地促进电网发展, 要求在智能电网中能量流动具有双向性, 这就要求新技术设备能够对电力系统扰动起到良好地缓解消除作用。
大型超导储能装置在大型电网系统中以其反应快速的特点, 对于控制暂态稳定起到了很重要的作用。在发生故障情况下迅速进行有功与无功, 增加了系统的可靠性, 与大电网稳定装置相比, 还具有过剩能量回收的优点, 不至于使过多的资源流失。超导储能系统被看做是一种具有灵活性的交流输电系统, 具有强大的功能, 使暂态稳定性大为提升。
当发生故障的时候, 暂态稳定性能够及时将故障部分隔离, 当故障不能及时得到隔离, 对于暂态稳定性的研究是无稽之谈。短路电流水平随着电网容量逐渐扩大而提高, 如果按照短路水平进行对电气设备的设计, 设计制造的成本将会增加, 严重情况下会影响到选型。现今从运行方式与电网结构方面考虑降低短路电流, 势必会花费一笔巨大的费用, 产生系统运行不稳定的问题。近年来针对短路电流现象的限制, 采用了超导故障限流器进行对其限制, 是一种新兴的技术设备, 可以在短时间内将零电阻转换成高阻值, 使短路电流现象得到有效地控制, 体现出对于保证快速准确性的暂态稳定要求。
所以针对上述对于系统暂态稳定性的论述中可以知道, 超导故障限流器对于保证暂态稳定性具有重要的作用, 该技术设备犹如坚固的天然屏障能够将故障问题很好地隔绝, 以免系统运行不再受故障的打扰, 能够对不平衡的有功功率进行补偿, 极大地促进了系统暂态安全稳定性能的长久性。
2.3 提升电网的抗打击能力
电网系统的正常运行也会受到外界因素的影响, 外界因素包括自然环境与人为因素的影响, 这就要求电网要对外界因素有良好地抵御能力, 在受到外部打击的情况下, 仍然能够保持系统的正常稳定运行。
对于抗打击能力, 重要一点是重要负荷的供电, 中小型的超导储能系统在配电系统中具有很多优势, 如反应速度快等特点, 可以在特殊紧急情况下作为备用的电源保护敏感负载。针对电网的抗打击能力, 在系统受到外部因素的影响下, 重要负荷还能够进行大量电力的输送。超导电缆技术运行电压比较低, 所以运行中低电压的情况下, 超导电缆充当起了搬运工的角色, 将巨大的电能传入城市负荷中心。即使输电走廊受到了较为严重的破坏, 也能够维持重要负荷正常持续的供电。所以超导电缆对突如其来的情况, 对外界因素的抗打击方面有着广阔的应用前景。
2.4 提升电网的电能质量
在信息化技术快速发展的今天, 电网电压不稳定的波动对于信息系统的正常运行, 对工业产品的质量都有着不可小觑的影响。超导储能设备起到了调节有功和无功功率, 通过功率的调节功率因数进行调节, 对瞬时波动起到很好地控制作用, 促使电网频率稳定下来, 电网次谐波振荡达到平衡状态, 这使得供电质量得到了改善, 这是超导储能设备在配电方面发挥重要作用的体现[3]。在输电方面, 大型超导储能装置对于提升大功率远距离输变电系统的电网电能质量也具有重要作用。为了避免频率波动, 其装置进行瞬时吸收与释放能量, 促使电压波动小, 保证电压的稳定性。
3 结束语
综上所述, 文章从两个方面对超导电力技术在未来智能电网应用展开了论述。第一部分是对超导电力技术基本概念的论述, 可以知道超导电力技术是超导材料与电学工程相结合发展而来的一种重要技术。第二部分从四个方面对其技术在未来智能电网中的应用, 可以看出超导电力技术在未来智能电网中的应用体现在提高系统小干扰稳定性等。作为一种经济战略意义的高新技术, 未来在外界因素抵御能力等方面将会有很大的改观。目前其技术的应用还处于探索阶段, 不过对此应抱以十足的信心, 相信通过长期夜以继日的深入研究, 其技术将会更加成熟, 得到更广泛的应用。
参考文献
[1]姚永嘉.浅析智能电网在电力技术及电力系统规划中的应用[J].山东工业技术, 2014, 22:231.
[2]张利.智能电网中的电力设计技术分析[J].科技展望, 2015, 4:101.
超导电力 篇6
1 超导电力技术
从理论上来讲, 超导电力技术就是利用超导体的特殊物理性质与电力工程相结合而发展起来的一门新技术。超导体具有自身电阻突然消失的电阻特性, 超导电力技术主要借助超导体的特性, 将其应用到电力系统中[1]。目前, 超导电力技术的研究已成为我国重点研究项目之一。
2 超导电力技术在未来智能电网中的应用
国际超导技术领域专家普遍认为, 新一代的超导技术, 如钇系高温超导带材, 在未来将很快商品化并全面引入应用。美国的“电网2030计划”已经将超导技术放在了重要位置, 将引发全世界范围内对超导技术的应用创新。继美国之后, 欧洲、日本、韩国等也相继宣布了发展超导技术的相关计划, 全世界正式进入了超导技术竞争态势。面对这一世界形势, 我国应及时部署超导技术应用战略, 充分发掘和利用国内各种资源优势, 鼓励超导技术创新, 加大超导技术科研投入力度, 将其作为关系国计民生的重大战略来看待, 以抢先占领世界超导技术高地。
具体而言, 将超导技术应用于未来电网, 有以下好处。
2.1 降低电力系统线损率
当前我国电网规模和容量正在快速增长, 整个电力系统运行过程中的短路容量也在不断增加。大量的短路电流如果得不到限制, 必将对电气设备产生破坏性影响, 超导电力技术的引入为解决此类问题提供了方向, 使电力系统的安全性得到提高, 线损率得以降低。
智能电网在供电过程中具有高效性、降低运营成本、减少线损等能力, 这是提高电力系统运行水平的关键。尤其是应用超导电力技术后, 智能电网的运行效率得到了提高, 如使用高温超导线材后, 电缆能够超导无阻, 更有效地提高了电流能量的传输能力[2]。
在一些大城市以及一些特殊场合的供电中, 电缆极易产生线损, 线损量过大会对电力系统造成一定的影响。将超导电力技术有效地应用到这些大城市以及一些特殊场合供电中, 能够大幅度降低电缆的损耗率, 同时还能有效地提升电缆的传输功率。而且, 相比于传统电缆, 超导电缆受环境影响极小。从整体上看, 超导电缆更适合大城市以及特殊场合的供电, 不仅能够有效节约土地的占用率和建设资金的消耗量, 更能节约安装空间, 与传统的电缆线路相比安装也极为方便, 有效地节省了人力、物力和财力。
2.2 有效提升电网输送电能的质量
电能存取是电网输送过程中一个重要的环节, 是确保电网平稳安全可靠运行的关键。目前采用的技术主要是抽水储能技术, 这种技术可提供长时间的大功率, 但反应速度过慢, 难以应对瞬态电能质量与功率失衡造成的冲击, 无法及时对失衡状态进行必要的补偿, 这就使电网输送电能的质量大打折扣。超导技术的引入, 可以较好地解决这个瓶颈问题。
电网输送电质量是一直困扰电力企业的主要问题之一, 电网系统在运行过程中, 输送电质量可能会受到内部和外部因素的影响, 致使电网输送电质量不高, 尤其是一些大功率远距离输变电系统, 输送电质量更是受到极大的影响[3]。将超导电力技术应用于智能电网, 能够有效改善这方面存在的缺陷, 可以利用大型超导储能装置实现大功率远距离输变电系统的稳定运行, 在此过程中超导储能装置能够瞬时吸收或释放能力, 避免了传统电网输送电过程中出现的频率波动现象, 而且超导储能装置还能沟通电压的无功支持, 确保电压的稳定性, 从而有效提高电网输送的电能的质量。
2.3 提高可再生能源的利用性
随着社会经济的不断发展, 能源的开发和利用率也在逐渐提升, 而能源枯竭问题是世界各国所关注的焦点。电力企业的发展虽然能够进一步满足人们对电能的需求, 但是也消耗了大量的能源。为了减缓化石能源消耗, 可以采用可再生能源来进行发电, 这是未来智能电网发展的必然趋势。新技术、新设备、新产品的不断应用, 对提高电网的运行效率有极大的作用[4]。但是, 在可再生能源利用和开发过程中发现, 由于可再生资源具有不稳定性、间歇性等特点, 电力系统的工作状态不稳定, 使得电力系统运行的安全性、高效性、可靠性、灵活性等受到了一定的限制。应用超导储能系统能有效地改善电网的储能备用, 对提高可再生能源的接受和储存率有极大的作用, 可充分提高可再生能源的利用率。而且在利用超导储存装置对配网进行供电的过程中, 也会增加电网供电的稳定性, 进而提高配网系统的运行效率, 确保为客户提供稳定、可靠、安全的用电环境。
2.4 提升电网对外部影响因素的抗性
现有的电力系统存在多电压等级现象和交直流电共存现象, 加上采用传统的铝线铜线作为导材, 设备易老化, 易超载, 受天气等外部因素影响大, 对整个电网的运行安全造成了极大的影响。超导技术的引入可在一定程度上减小这种影响。
智能电网在运行的过程中可能会受到外部因素的影响, 自身线路会受到一定的损伤和破坏, 例如, 暴风雪、不可抗拒自然力的影响, 人为的影响等都会对电网系统的安全运行造成一定的影响。要彻底解决这类问题, 必须从电缆线路的防御能力入手。在输送电过程中, 防御能力较好的电缆能够承受大量电力负荷, 而且在较低的电压下超导电缆的传输效率比普通电缆要高很多。一般情况下, 超导电缆线路主要应用在输电路径较长的路段, 在电力系统输电走廊受到破坏的情况下, 可以保证重要负荷的供电, 进一步提高智能电网运行的可靠性和安全性。
3 结语
超导电力技术在智能电网中的应用是21世纪极具战略意义的大事, 对新世纪我国电力技术的发展与改革起着决定性的作用。超导应用成功, 我国将立即成为世界电力技术领先国, 否则就会落后于人, 处处受制。联系我国电力发展实际, 加大超导技术投入力度及推广应用力度, 是当前我国电力领域的重要工作。
综上所述, 超导电力技术是未来智能电网发展中的主流技术, 对提高电力系统的运行效率也有着极大的作用, 如提升电力系统运行的稳定性、抗性、电能质量等。当然, 现阶段超导电力技术的发展还不成熟, 需要我们不断地去研究、探索, 以期为智能电网的发展提供可靠的帮助, 保障我国电力事业的可持续发展。
参考文献
[1]肖立业, 王子凯, 赵彩宏, 等.基于超导磁体和电力电子的新型桥路超导限流器[J].低温物理学报, 2005 (S1) :1106-1112.
[2]胡毅, 唐跃进, 任丽, 等.超导电力技术的发展与超导电力装置的性能检测[J].高电压技术, 2007 (7) :1-8.
[3]林晓明, 郭进利, 肖勇.智能电网建设中加强电力需求侧管理研究[J].科技创新导报, 2011 (22) :61.