蔣曉華， 要鵬飛

(清華大學(xué)電機(jī)系， 北京 100084)

超導(dǎo)電纜的應(yīng)用系統(tǒng)
——柔性超導(dǎo)直流配電環(huán)網(wǎng)綜述

蔣曉華， 要鵬飛

(清華大學(xué)電機(jī)系， 北京 100084)

進(jìn)入2010年代后，高溫超導(dǎo)電纜技術(shù)呈現(xiàn)出從單機(jī)設(shè)備到應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展新趨勢(shì)。最具代表性的應(yīng)用系統(tǒng)一方面是以“柔性超導(dǎo)直流”實(shí)現(xiàn)交流電網(wǎng)之間的互聯(lián)，大幅度提高交流電網(wǎng)之間的潮流容量；另一方面則是將超導(dǎo)交流電纜應(yīng)用于城市配電網(wǎng)，在不增加變電站及地下電纜溝道的場(chǎng)地空間前提下實(shí)現(xiàn)“擴(kuò)容”?！叭嵝猿瑢?dǎo)直流配電環(huán)網(wǎng)”則是利用“柔性超導(dǎo)直流”將城市臨近兩座變電站連接起來(lái)形成閉環(huán)運(yùn)行模式，以提高城市配電網(wǎng)的安全可靠性及供電質(zhì)量和效率。本文對(duì)高溫超導(dǎo)電纜應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)行綜述，對(duì)“柔性超導(dǎo)直流配電環(huán)網(wǎng)”的技術(shù)方案進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

超導(dǎo)； 柔性直流； 配電網(wǎng)； 環(huán)網(wǎng)

1 引言

超導(dǎo)電力技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要是基于超導(dǎo)體的三個(gè)重要特性，即極高的電流密度、零電阻以及從超導(dǎo)態(tài)到正常態(tài)間的相變。這三個(gè)重要特性在各種超導(dǎo)電力設(shè)備中體現(xiàn)出不同的技術(shù)優(yōu)越性。從近幾年的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，超導(dǎo)電力技術(shù)的優(yōu)勢(shì)可能會(huì)更多地體現(xiàn)在由超導(dǎo)電力設(shè)備組成的一些特殊的應(yīng)用系統(tǒng)中。比如，以高溫超導(dǎo)直流電纜實(shí)現(xiàn)的交流電網(wǎng)之間的互聯(lián)，可在大幅度提高交流電網(wǎng)之間潮流容量的同時(shí)，明顯地改善電網(wǎng)的可靠性及安全穩(wěn)定性。另外，如果以高溫超導(dǎo)交流電纜替代常規(guī)城市地下電纜，可在實(shí)現(xiàn)“擴(kuò)容”的同時(shí)，不增加變電站及地下電纜溝道的場(chǎng)地空間，綜合地提高城市“擴(kuò)容”的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

以高溫超導(dǎo)直流電纜實(shí)現(xiàn)交流電網(wǎng)之間的互聯(lián)為例。如果說(shuō)美國(guó)實(shí)現(xiàn)三大電網(wǎng)互聯(lián)的“超級(jí)變電站”Tres Amigas項(xiàng)目為采用“柔性超導(dǎo)直流”輸電實(shí)現(xiàn)大規(guī)模風(fēng)力及太陽(yáng)能等可再生能源的入網(wǎng)傳輸樹立了一個(gè)長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)的話，俄羅斯St. Petersburg的高溫超導(dǎo)直流電纜系統(tǒng)卻為各國(guó)的中心大城市提供了一個(gè)以超導(dǎo)直流電纜實(shí)現(xiàn)配電環(huán)網(wǎng)運(yùn)行從而加強(qiáng)供電安全可靠性的現(xiàn)實(shí)解決方案。

在城市“擴(kuò)容”方面，德國(guó)Essen的高溫超導(dǎo)交流電纜加限流器系統(tǒng)在全球范圍樹立了一個(gè)高溫超導(dǎo)中壓“擴(kuò)容”方案的樣板；而美國(guó)New York將建設(shè)的配電變電站之間通過具有限流功能的高溫超導(dǎo)交流電纜直接互聯(lián)的系統(tǒng)，更是以高溫超導(dǎo)電纜實(shí)現(xiàn)配電環(huán)網(wǎng)運(yùn)行并確保中心城市供電安全可靠的一個(gè)創(chuàng)新思路。

“柔性超導(dǎo)直流配電環(huán)網(wǎng)”方案指：中心城市兩座相鄰的110kV/10kV變電站在110kV輸入端，經(jīng)電壓源型整流/逆變器，通過高溫超導(dǎo)直流電纜實(shí)現(xiàn)背靠背互聯(lián)，從而構(gòu)成配電網(wǎng)的可控閉環(huán)運(yùn)行模式，在不增加系統(tǒng)短路容量的前提下，改善中心城市的環(huán)網(wǎng)供電結(jié)構(gòu)，提升城市電網(wǎng)供電的安全可靠性，同時(shí)還能擴(kuò)大供電容量。

2 超導(dǎo)電纜應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

圖1為美國(guó)2010年提出的“超級(jí)變電站”(Tres Amigas)系統(tǒng)[1,2]。該系統(tǒng)核心內(nèi)容是：在Texas州建立“超級(jí)變電站”，通過大容量“柔性超導(dǎo)直流”將東部、西部和Texas州三大電網(wǎng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)三大電網(wǎng)之間的潮流互動(dòng)，同時(shí)也便于大規(guī)?？稍偕茉吹娜刖W(wǎng)傳輸。根據(jù)初步計(jì)劃，用高溫超導(dǎo)直流電纜取代常規(guī)直流電纜，可使三大電網(wǎng)互聯(lián)的功率等級(jí)從2.25GW上升到5GW。Tres Amigas計(jì)劃于2014年初啟動(dòng)。750MW背靠背式DC-DC變換器將分階段建設(shè)，以滿足交換功率的日益增長(zhǎng)。開始階段，這些變換器將與300kV的常規(guī)直流母線連接。隨著簽約功率不斷上升，負(fù)荷也將持續(xù)增長(zhǎng)，計(jì)劃的最大負(fù)荷是5GW。當(dāng)負(fù)荷接近3GW時(shí)，將用超導(dǎo)直流電纜代替原有的常規(guī)直流母線。用于建設(shè)第一臺(tái)750MW變換器的初期預(yù)算為5億$；第二階段，4億$的預(yù)算將用于建設(shè)2.25GW的常規(guī)直流母線聯(lián)網(wǎng)；最后一階段，10億$的預(yù)算將用于以高溫超導(dǎo)直流電纜代替常規(guī)直流母線的建設(shè)，將聯(lián)網(wǎng)容量提升到5GW。由于經(jīng)費(fèi)沒有到位，2016年Tres Amigas提出降低計(jì)劃容量，預(yù)計(jì)首先會(huì)建設(shè)一個(gè)連接?xùn)|部、西部電網(wǎng)的容量約200MW的變電站，預(yù)計(jì)花費(fèi)約2億$[3]。

圖1 美國(guó)計(jì)劃建成的超級(jí)變電站[1,2]Fig.1 Super substation planned in U.S.[1,2]

圖2為俄羅斯聯(lián)邦電網(wǎng)公司建設(shè)的St. Petersburg高溫超導(dǎo)直流電纜系統(tǒng)[4,5]。該系統(tǒng)用20kV、50MW、2500m單極性超導(dǎo)直流電纜將St. Petersburg兩座變電站的110kV系統(tǒng)通過傳統(tǒng)直流輸電變流裝置連接起來(lái)，形成閉環(huán)運(yùn)行模式，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)變電站110kV系統(tǒng)之間的潮流互動(dòng)，以避免城市中心一些后故障系統(tǒng)振蕩模式導(dǎo)致供電中斷的潛在危險(xiǎn)，從而加強(qiáng)城市中心供電的可靠性。項(xiàng)目計(jì)劃2014年完成2500m超導(dǎo)電纜的制作和測(cè)試，2015年上半年完成電纜的安裝，2015年下半年完成電纜的通電，2016年整個(gè)系統(tǒng)開始投入運(yùn)行。2016年，超導(dǎo)電纜、電流接頭等已通過了測(cè)試[6-8]。

圖2 俄羅斯St. Petersburg超導(dǎo)直流電纜系統(tǒng)[4,5]Fig.2 Russia St.Petersburg superconducting DC cable system[4,5]

圖3為德國(guó)Essen的一個(gè)10kV、1km高溫超導(dǎo)交流電纜加高溫超導(dǎo)限流器系統(tǒng)[9-11]。該系統(tǒng)用10kV超導(dǎo)交流電纜替代市中心一個(gè)正在老化的常規(guī)110kV/10kV輸配電系統(tǒng)(一條110kV地下輸電線和一臺(tái)110kV/10kV變壓器)，在保持原有地下電纜溝道不變的情況下，實(shí)現(xiàn)以10kV傳輸與原有110kV相同的容量。新的超導(dǎo)系統(tǒng)還具有故障電流限制功能。超導(dǎo)限流器所占空間為變電站里原有的110kV/10kV變壓器室。經(jīng)濟(jì)分析表明，10kV高溫超導(dǎo)中壓方案的預(yù)算比更新110kV常規(guī)高壓方案的預(yù)算低9.2%，而比10kV常規(guī)中壓方案的預(yù)算僅高6.8%。選擇超導(dǎo)方案是因?yàn)樗瘸Ｒ?guī)中壓方案損耗更低、所需場(chǎng)地空間更小。該項(xiàng)目2011年9月啟動(dòng)，電纜系統(tǒng)安裝于2013年第三季度完成，2013年第四季度開始試運(yùn)行。2014年3月10日起，系統(tǒng)開始連續(xù)運(yùn)行。系統(tǒng)總?cè)萘繛?0MV·A(2.3kA)[12]。

圖3 德國(guó)Essen市中心地下電纜系統(tǒng)采用超導(dǎo)電纜進(jìn)行改造電氣結(jié)構(gòu)變化圖[9-11]Fig.3 Electrical structure change of underground cable system using superconducting cable in center of Essen, Germany[9-11]

圖4為美國(guó)New York的配電變電站通過高溫超導(dǎo)交流電纜直接實(shí)現(xiàn)閉環(huán)運(yùn)行模式的系統(tǒng)[13-15]。該電纜連接兩個(gè)鄰近配電變電站的變壓器二次側(cè)，并具有限制故障電流的固有功能，其優(yōu)勢(shì)是：①減小每個(gè)變電站對(duì)備用變壓器的需求；②允許釋放每個(gè)變電站的容量余度，從而實(shí)現(xiàn)“擴(kuò)容”；③提高配電變電站之間的連通性，將可以在發(fā)生災(zāi)難性事故或是某個(gè)單獨(dú)的高壓饋線斷電時(shí)，保護(hù)城市中的關(guān)鍵負(fù)荷。這個(gè)高溫超導(dǎo)電纜系統(tǒng)原計(jì)劃在2010年投入運(yùn)行，但因經(jīng)濟(jì)衰退而推遲到2014年開始實(shí)施，系統(tǒng)的選址也從Manhattan改到Manhattan北部，系統(tǒng)的電纜長(zhǎng)度由200～250m改為170m。

圖4 美國(guó)New York城市配電變電站通過高溫超導(dǎo)電纜連接示意圖[15-17]Fig.4 HTS cable connection of substation in New York, U. S. [15-17]

3 “柔性超導(dǎo)直流配電環(huán)網(wǎng)”方案

“柔性超導(dǎo)直流配電環(huán)網(wǎng)”方案應(yīng)用電壓源型高溫超導(dǎo)直流系統(tǒng)，連接相鄰110kV配電變電站的110kV入線以構(gòu)成配電網(wǎng)的閉環(huán)運(yùn)行系統(tǒng)(如圖5所示)，從而在不增加系統(tǒng)短路容量的前提下，提高供電可靠性、供電容量以及供電效率。如果該方案的電壓等級(jí)根據(jù)110kV電壓而設(shè)計(jì)為±60kV，那么，采用高溫超導(dǎo)直流電纜則可使系統(tǒng)的容量到達(dá)到192～288MW。在現(xiàn)有高溫超導(dǎo)材料的基礎(chǔ)上，高溫超導(dǎo)直流電纜長(zhǎng)度可以達(dá)到km量級(jí)。

圖5 “柔性超導(dǎo)直流配電環(huán)網(wǎng)”方案Fig.5 Flexible superconducting DC closed-loop distribution network scheme

目前，為了提高城市配電網(wǎng)的供電可靠性，兩回110kV的供電線路可以通過聯(lián)絡(luò)斷路器相連，聯(lián)絡(luò)斷路器在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)是斷開的，只有當(dāng)其中某一回線路出現(xiàn)故障時(shí)，聯(lián)絡(luò)斷路器才會(huì)閉合，從而通過未故障線路向兩座110kV變電站供電，減少因故障造成的停電時(shí)間。采用圖5中的電壓源型高溫超導(dǎo)直流系統(tǒng)的閉環(huán)連接方式，可以使得兩供電線路在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)也可以進(jìn)行功率交換，電壓源型直流系統(tǒng)可以任意控制功率的流向和大小，而且在出現(xiàn)故障切換供電線路時(shí)的動(dòng)態(tài)相應(yīng)時(shí)間相比聯(lián)絡(luò)斷路器閉合的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間明顯減小。

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人民生活水平的不斷改善，對(duì)城市供電的可靠性和安全性以及供電質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，配電網(wǎng)的開環(huán)運(yùn)行方式已開始顯現(xiàn)出其固有的弱點(diǎn)及局限性。在供電可靠性方面，開環(huán)運(yùn)行下的配電網(wǎng)，即便完成了饋線自動(dòng)化改造，進(jìn)行故障隔離和故障后倒閘的平均停電時(shí)間也不少于30s，相應(yīng)的供電可靠性為99.995%[18]。高級(jí)配電自動(dòng)化(ADA)要求供電可靠性達(dá)到99.9999%，甚至是99.9999999%[18,19]。顯然，開環(huán)運(yùn)行下的配電網(wǎng)遠(yuǎn)未達(dá)到ADA的需求。

如果采用閉環(huán)運(yùn)行方式，配電網(wǎng)進(jìn)行故障隔離和故障后倒閘的平均停電時(shí)間可減小到ms量級(jí)，而非故障區(qū)域則不會(huì)出現(xiàn)停電現(xiàn)象。采用閉環(huán)運(yùn)行方式，配電網(wǎng)還可以將民用線路和工業(yè)線路組成一個(gè)環(huán)網(wǎng)，形成各用戶用電特性的互補(bǔ)，這樣不僅可以提高配電網(wǎng)電壓合格率，還可以有效地減小設(shè)備的備用容量，提高設(shè)備利用率。另外，從供電安全性角度來(lái)看，閉環(huán)配電網(wǎng)加強(qiáng)了配電系統(tǒng)區(qū)域之間的聯(lián)系，負(fù)荷可以從至少兩個(gè)方向接受電能，這樣，在配電系統(tǒng)遭受恐怖襲擊或自然災(zāi)害時(shí)，可以將停電范圍控制到最小。

然而，要實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的閉環(huán)運(yùn)行還須解決一系列問題，其中最關(guān)鍵的問題是：閉環(huán)后配電網(wǎng)的短路阻抗相當(dāng)于閉環(huán)前開環(huán)的兩個(gè)線路阻抗并聯(lián)，這會(huì)使閉環(huán)系統(tǒng)的短路阻抗降低，短路故障電流顯著增大。從原理上來(lái)講，通過在環(huán)路中串聯(lián)電抗器可以限制系統(tǒng)短路電流。但是，串聯(lián)電抗器的引入不僅會(huì)給正常運(yùn)行的系統(tǒng)帶來(lái)額外的損耗，其本身還會(huì)產(chǎn)生一定的壓降，從而影響供給負(fù)荷的電壓水平。另一方面，當(dāng)需要限制的短路電流很大時(shí)，電抗器本身的體積和重量也會(huì)十分龐大，在負(fù)荷密度較高的城市配電網(wǎng)中難以裝設(shè)。實(shí)際上，如何有效地限制配電網(wǎng)閉環(huán)運(yùn)行時(shí)顯著增大的短路故障電流已成為目前配電環(huán)網(wǎng)發(fā)展的主要技術(shù)瓶頸。

針對(duì)中心大城市配電環(huán)網(wǎng)連接的問題，采用直流系統(tǒng)構(gòu)成環(huán)網(wǎng)具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。直流系統(tǒng)可以靈活、有效地控制潮流的方向和大小，而且不會(huì)增加系統(tǒng)的短路電流，故而可以有效提高系統(tǒng)的供電可靠性，同時(shí)還可避免交流環(huán)網(wǎng)存在的問題。與常規(guī)直流輸電技術(shù)相比，電壓源型直流輸電技術(shù)，即所謂的“柔性直流輸電”，具有更加強(qiáng)大的控制能力，可以獨(dú)立解耦控制有功潮流和無(wú)功潮流，甚至可以通過控制將其直接用作靜止無(wú)功補(bǔ)償器。

圖6為兩端電壓源型直流系統(tǒng)的電路原理圖，其中，電壓源型變流器(VSC)每個(gè)橋臂可由多個(gè)IGBT串聯(lián)而成。一般來(lái)說(shuō)，電壓源型直流系統(tǒng)使用六脈沖型式的換流橋；而對(duì)于大功率的應(yīng)用場(chǎng)合，現(xiàn)在更多采用的是十二脈沖型式的換流橋。圖6中，交流電抗器是VSC與交流側(cè)能量交換的紐帶，同時(shí)也起濾波的作用；直流電容器的主要功能則是為關(guān)斷電流提供一條低電感通路，儲(chǔ)備能量以控制潮流，同時(shí)為變流器提供電壓支撐，緩沖橋臂關(guān)斷時(shí)的沖擊電流，并減小直流側(cè)諧波。電壓源型直流輸電系統(tǒng)在線路功率流方向反轉(zhuǎn)時(shí)，不用改變直流電壓的極性，只需改變直流電流的方向。

圖6 兩端電壓源型直流系統(tǒng)電路原理圖Fig.6 Circuit of dual voltage source DC system

采用高溫超導(dǎo)直流電纜代替普通直流電纜，可以大幅度提高“柔性直流輸電”系統(tǒng)的傳輸容量，而且，高溫超導(dǎo)直流電纜的應(yīng)用還能夠基本消除電纜在運(yùn)行過程中的損耗。以現(xiàn)有高溫超導(dǎo)線材為例，超導(dǎo)直流電纜的傳輸容量可高達(dá)常規(guī)直流電纜5倍；常規(guī)電纜的損耗在8%左右，而高溫超導(dǎo)交流電纜的損耗為3%～4%，高溫超導(dǎo)直流電纜的損耗則更小，基本只有1%～2%[20]。

與傳統(tǒng)的銅導(dǎo)體相比，高溫超導(dǎo)體最大的優(yōu)勢(shì)就是其超高的載流密度。圖7為一段載流量達(dá)到3000A(溫度77K)的高溫超導(dǎo)線材與載流量為1000A的銅線材的尺寸對(duì)比[21]。由此可見，采用高溫超導(dǎo)帶材不僅能夠極大地提升輸電線路的送電容量，還能夠大幅減小電纜的體積，而且超導(dǎo)電纜在運(yùn)行過程中不會(huì)發(fā)熱，不需要任何散熱空間。即便是加上低溫容器，整個(gè)高溫超導(dǎo)電纜的體積也要比相同容量的普通電纜體積小很多，再加上不用考慮散熱空間，這為超導(dǎo)電纜在中心城市的敷設(shè)帶來(lái)了明顯的便利和經(jīng)濟(jì)效益。

圖7 高溫超導(dǎo)線材與銅線材對(duì)比圖[21]Fig.7 Comparison of HTS wire and copper wire[21]

目前，城市電纜敷設(shè)的主要方式包括以下幾類。

(1)直埋敷設(shè)。是直接將電纜掩埋在地下的一種方式。這種方式最方便且投資少，但不易散熱和維修，而且容易受到各種侵蝕，所以只適用于一些電纜線路走廊不太密集的城市區(qū)域。

(2)溝道敷設(shè)。一般用于多條電纜的敷設(shè)。雖然前期投資會(huì)比直埋方式大一些，但有利于采取監(jiān)測(cè)和散熱措施，也便于電纜的檢修和更新。但如果城市地下管道比較集中，電纜溝道路徑的選取將變得非常困難。

(3)隧道敷設(shè)。對(duì)于一些地下管道集中的中心城市，如果電纜的容量較大，電纜較粗，那么很難進(jìn)行電纜的布局，這時(shí)就必須建設(shè)較大空間的地下走廊。然而，隧道敷設(shè)最大的缺點(diǎn)是成本太高，而且電纜敷設(shè)的工作量也很大。

(4)排管敷設(shè)。排管方式在城市電纜敷設(shè)中應(yīng)用最廣。對(duì)于電纜通道狹窄、城市建設(shè)頻繁的地區(qū)，為了更好地利用各種地形，保護(hù)電纜安全運(yùn)行，這是一種最合理的敷設(shè)方式。但其最大的不足是電纜散熱條件明顯下降，電纜的載流量也隨之降低。

綜合以上四種電纜敷設(shè)的方式可以發(fā)現(xiàn)，在增大城市110kV供電線路載流量時(shí)，如果采用普通電纜，相對(duì)較合適的電纜敷設(shè)方式是隧道敷設(shè)，這將使得電纜敷設(shè)的成本非常高。而采用高溫超導(dǎo)直流電纜連接配電變電站的110kV入線，則可以采用最節(jié)省空間的排管敷設(shè)方式。圖8為日本人口密集城市中兩類電纜敷設(shè)方式的對(duì)比圖。其中，同樣是輸送700MV·A的功率，普通275kV電纜需要采用隧道敷設(shè)方式，其隧道內(nèi)徑為2.1m，而如果采用66kV的高溫超導(dǎo)電纜，則可以采用排管敷設(shè)方式，單個(gè)排管的直徑只有0.15m。在日本人口密集的城市中，隧道敷設(shè)的成本在30～60M$/km，而排管敷設(shè)的成本只有3～4M$/km。另外，高溫超導(dǎo)電纜線路發(fā)生火災(zāi)爆炸等事故的可能性也更小[22]。

圖8 電纜敷設(shè)方式[22]Fig.8 Cable laying mode[22]

4 結(jié)論

進(jìn)入2010年代后，高溫超導(dǎo)電纜技術(shù)呈現(xiàn)出從單機(jī)設(shè)備到應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展新趨勢(shì)。在以高溫超導(dǎo)直流電纜實(shí)現(xiàn)交流電網(wǎng)之間的互聯(lián)方面，美國(guó)“超級(jí)變電站”Tres Amigas系統(tǒng)旨在通過大容量“柔性超導(dǎo)直流”將東部、西部和Texas州三大電網(wǎng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)三大電網(wǎng)之間的潮流互動(dòng)，同時(shí)也便于大規(guī)?？稍偕茉吹娜刖W(wǎng)傳輸；俄羅斯St. Petersburg的高溫超導(dǎo)直流電纜將兩座變電站的110kV進(jìn)線端通過傳統(tǒng)直流輸電變流裝置連接起來(lái)，形成閉環(huán)運(yùn)行模式，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)變電站110kV進(jìn)線端之間的潮流互動(dòng)，以避免城市中心一些后故障系統(tǒng)振蕩模式導(dǎo)致供電中斷的潛在危險(xiǎn)，從而加強(qiáng)城市中心供電的可靠性。在城市“擴(kuò)容”方面，德國(guó)Essen的高溫超導(dǎo)交流電纜加限流器系統(tǒng)在全球范圍樹立了一個(gè)高溫超導(dǎo)中壓“擴(kuò)容”方案的樣板；美國(guó)New York計(jì)劃建設(shè)的配電變電站之間通過具有限流功能的高溫超導(dǎo)交流電纜直接互聯(lián)的系統(tǒng)，更是以高溫超導(dǎo)電纜實(shí)現(xiàn)配電環(huán)網(wǎng)運(yùn)行并確保中心城市供電安全可靠的一個(gè)創(chuàng)新思路。

“柔性超導(dǎo)直流配電環(huán)網(wǎng)”將中心城市兩座相鄰的110kV/10kV變電站在110kV輸入端，經(jīng)電壓源型整流/逆變器，通過高溫超導(dǎo)直流電纜實(shí)現(xiàn)背靠背互聯(lián)，從而構(gòu)成配電網(wǎng)的可控閉環(huán)運(yùn)行模式。在不增加系統(tǒng)短路容量的前提下，改善中心城市的環(huán)網(wǎng)供電結(jié)構(gòu)，提升城市電網(wǎng)供電的安全可靠性，同時(shí)還能擴(kuò)大供電容量。

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ApplicationsystemsofHTS——FlexibleHTSDCdistributionclosed-loopnetwork:anoverview

JIANG Xiao-hua, YAO Peng-fei

(Department of Electrical Engineering, Tsinghua Univeristy, Beijing 100084, China)

Since 2010, the high-temperature superconducting (HTS) cable technology has a developing trend from stand-alone equipment to application systems. The most representative application system is the “flexible superconducting DC” used to interconnect between AC power grids, which substantially increases power flow capacity between the AC grids. Another example of the application systems is the HTS AC cable application in urban distribution networks, which increases power capacity without increasing substation and underground cable space. “Flexible superconducting DC distribution closed-loop network” makes use of the “flexible superconducting DC” to connect two adjacent substations for the closed-loop operation, which can improve reliability, power quality and efficiency of urban distribution networks. In this paper, the development of the HTS cable application systems is reviewed, and the technical scheme of the “flexible HTS DC distribution closed-loop network” is briefly analyzed.

superconducting; flexible DC; distribution network; closed-loop network

10.12067/ATEEE1707009

1003-3076(2017)10-0032-06

TM725

2017-07-03

蔣曉華(1963-)， 男， 四川籍， 教授， 博導(dǎo)， 研究方向?yàn)殡娏﹄娮蛹夹g(shù)與應(yīng)用超導(dǎo)；要鵬飛(1992-)， 男， 內(nèi)蒙古籍， 博士研究生， 研究方向?yàn)殡娏﹄娮蛹夹g(shù)。