【正文】 m以上BSCCO高溫超導(dǎo)研制成功。2004年4月，中國(guó)第一組實(shí)用高溫超導(dǎo)電纜在昆明普吉變電站正式運(yùn)行，這也是世界上第三組并網(wǎng)運(yùn)行的超導(dǎo)電纜。該組電纜在性能上優(yōu)于目前已經(jīng)頭運(yùn)的美國(guó)和丹麥的兩組電纜系統(tǒng)。2004年底，75m/。在日本，1995年東京電力公司（TEPCO）開發(fā)了7m/66kV/2kA高溫超導(dǎo)電纜。2003年11月，在電力中央研究所的橫須賀研究所開始進(jìn)行長(zhǎng)500m、77kV級(jí)超導(dǎo)電纜實(shí)證實(shí)驗(yàn)。國(guó)家我國(guó)已投入運(yùn)行的高溫超導(dǎo)電纜實(shí)際運(yùn)行結(jié)果顯示：與常規(guī)電纜相比，超導(dǎo)電纜單位長(zhǎng)度電阻要小4~5個(gè)數(shù)量級(jí)。實(shí)際運(yùn)行的超導(dǎo)電纜電阻主要來自愈電纜終端和接頭。整個(gè)超導(dǎo)電纜系統(tǒng)的損耗中，漏熱性質(zhì)的損耗所占比重較大，其中，制冷系統(tǒng)和終端的損耗又占了很大一部分，表明電纜長(zhǎng)度的增加不致引起整個(gè)系統(tǒng)損耗的明顯增加，也就是說，隨著高溫超導(dǎo)電纜長(zhǎng)度的增加，其損耗并不會(huì)大量增加，這也說明了高溫超導(dǎo)電纜在節(jié)能減排方面的巨大應(yīng)用前景。今后高溫超導(dǎo)電纜在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用主要有遠(yuǎn)距離、大容量輸電、為大城市和特殊場(chǎng)合供電、應(yīng)用于變電站內(nèi)的大電流傳輸母線、替換海底電纜、離岸風(fēng)電站接入、可再生能源后備、電網(wǎng)間能源交換等。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)是由電子學(xué)、電力學(xué)和控制理論三個(gè)學(xué)科交叉而成的一門新興技術(shù)，是采用功率半導(dǎo)體器件對(duì)電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換、控制和優(yōu)化利用的技術(shù)隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展和電力系統(tǒng)運(yùn)行要求的不斷提高，電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)發(fā)、輸、配、用等各個(gè)化解得到廣泛的應(yīng)用，因此電力電子技術(shù)也是智能電網(wǎng)得以實(shí)現(xiàn)的基本技術(shù)之一。 電力電子技術(shù)概述電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)是電力電子器件，因此電力電子技術(shù)的發(fā)展是隨著電力電子器件的發(fā)展同步發(fā)展的。1957至1958年間，美國(guó)GE公司研制出世界上第一只普通的反向阻斷型可控硅（Sillion Controlled Rectifier，SCR），又稱晶閘管（Thyristor）。爾后，經(jīng)過近20多年的工藝完善和應(yīng)用開發(fā)，普通晶閘管形成了從低電壓、小電流、到高電壓、大電流的系列產(chǎn)品；同一時(shí)期出現(xiàn)了大量的晶閘管派生和改進(jìn)器件，特別是20世紀(jì)80年代迅速發(fā)展起來的可關(guān)斷晶閘管(GateTurnOff Thyristor, GTO)使得晶閘管在高壓交流輸電、交直流調(diào)速、電解電鍍等方面得到廣泛的應(yīng)用。晶閘管大多是換流器件，開關(guān)頻率不高。工作頻率通常在400Hz以下。20世紀(jì)70年代功率晶閘管，這也促進(jìn)了脈寬調(diào)制入工業(yè)應(yīng)用階段。功率晶閘管的開關(guān)率較晶閘管高，這也長(zhǎng)距離脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulation，PWM）技術(shù)在晶體管變換電路中的應(yīng)用。但由于電壓和電流水平比晶閘管低，功率晶體管僅適用于數(shù)百千瓦以下功率的應(yīng)用，同時(shí)存在二次擊穿、安全工作區(qū)（Safe Operation Area，SOA）小、不易并聯(lián)以及過載能力差等問題。20世紀(jì)70年代后期，功率場(chǎng)效應(yīng)管（Power MOSFET）進(jìn)入實(shí)用階段，標(biāo)志著電力電子器件在高頻化發(fā)展過程中的一次重要突破。它具有場(chǎng)控可關(guān)斷、工作頻率高（幾十~數(shù)百千赫，甚至兆赫）、開關(guān)損耗小、SOA寬、易并聯(lián)等優(yōu)點(diǎn)，成為高頻電力電子技術(shù)的核心器件。MOSFET導(dǎo)通電阻隨著承受電壓的增加而快速增大，這限制了它在中、高功率領(lǐng)域的應(yīng)用。20世紀(jì)80年代出現(xiàn)了一類復(fù)合型電力電子器件，他的主要特點(diǎn)是具有雙極型器件與MOS器件的優(yōu)點(diǎn)，在 高電壓大電流和動(dòng)態(tài)性之間取得較好的折衷。典型的復(fù)合型器件為絕緣柵雙極型晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT）和MOS柵控晶閘管（MOS Controlled Thyristor，MCT），它們均為場(chǎng)控器件，工作頻率超過20kHz。目前在中高頻、中小功率應(yīng)用場(chǎng)合，已出現(xiàn)IGBT逐漸取代GTR和MOSFET，MCT取代SCR和GTO趨勢(shì)。在20世紀(jì)90年代末出現(xiàn)的注入增強(qiáng)柵晶閘管（InjectionEnhanced Gate Transistors，IEGT），在2004年該器件已達(dá)到4500V耐壓、關(guān)斷6kA電流的水平。在20世紀(jì)80年代還出現(xiàn)了兩種靜電感應(yīng)原理的電力電子器件，即單極型的靜電感應(yīng)晶體管（Static Induction Transistor，SIT）和雙極型的靜電感應(yīng)晶閘管（Static Induction Thyristor，SITH）。其優(yōu)點(diǎn)是高壓大電流和高頻，但是其通態(tài)壓降較大，不適合大功率電流電子應(yīng)用領(lǐng)域。20世紀(jì)90年代末出現(xiàn)的（集成）門極換流晶閘管[(Integrated) GateCommutated Thyristor, (I) GCT]、MOS關(guān)斷晶閘管（MOS Turnoff Thyristor， MTO）、發(fā)射極關(guān)斷晶閘管（Emitter TurnOff Thyristor，ETO）等，利用集成電路技術(shù)和高速場(chǎng)控起降來改造晶閘管的門極，在大功率與高頻率之間取得了更好的平衡。自20世紀(jì)80年代始，功率電力電子的另一個(gè)重要發(fā)展是高壓功率集成電路（High Voltage Integrated Circuit，HVIC）和智能功率集成模塊（Intelligent/Power Electronic Module，IPEM）的驗(yàn)證和開發(fā)。它們的電力電子和微電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，即將電力電子電路和微電子電路集成在一個(gè)芯片上，或是封裝是一個(gè)模塊內(nèi)構(gòu)成。HVIC將電力電子開關(guān)器件與電力電力變換器中有關(guān)信息電子電路環(huán)節(jié)（如工作狀態(tài)運(yùn)行參數(shù)的檢測(cè)、驅(qū)動(dòng)信號(hào)的生成合處理、緩沖、故障保護(hù)和自診斷）制作在一個(gè)整體芯片上，它突破了傳統(tǒng)“器件”的概念，使之具有功率控制和保護(hù)的能力而發(fā)展成為了一種“電路”。模塊化是器件發(fā)展方向之一，功率集成模塊是由同類或不同類的開關(guān)器件按一定的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接并封裝在一起構(gòu)成的，而如果進(jìn)一步具有信號(hào)檢測(cè)及處理、驅(qū)動(dòng)、保護(hù)與診斷功能，則構(gòu)成所謂的智能功率集成模塊。HVIC和IPEM的發(fā)展使得電力電子器件使用起來更方便，可靠性高。從電力電子器件發(fā)展歷史來看，電力電子器件的發(fā)展主要取決于兩個(gè)因素，即應(yīng)用的需要和器件本身在理論及工藝上的突破。大致表現(xiàn)以下幾個(gè)方面：①提高現(xiàn)有器件的容量和性能。②開發(fā)新的器件。③集成化、智能化。④基于新材料的電力電子器件。按造發(fā)展歷史來看，電力電子器件分為第一代、第二代和第三代產(chǎn)品。第一代產(chǎn)品主要分立式換流開關(guān)器件，它們不具有自關(guān)斷有自關(guān)斷，包括SR、thyristor等；第二代產(chǎn)品主要指具有自關(guān)斷能力的器件，包括GTO、GTR、CDMOS、SIT、SITH等；第三代產(chǎn)品是一些性能優(yōu)異的復(fù)合器件和功率集成器件、電路、如IGBT、MTO、（I）GCT、MCT、IEGT以及HVIC、IPEM、PEBB等。根據(jù)器件主體是基于晶閘管工作原理還是晶體管工作原理還可分為晶閘管類器件和晶體管類器件，其中前者包括Thyristor、GTO、SITH、（I）GCT、MTO、MCT等，后者包括GTR、MOSFET、IGBT、SIT等。根據(jù)是否需要控制信號(hào)，器件又可分為半控型、全控型和不可控器件：半控型器件是指通過控制信號(hào)可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷的器件，主要包括晶閘管（Thyristor）及其大部分派生器件。半控型器件的關(guān)斷由其在主電路中承受的電壓和電流決定的。全控型器件是指通過控制信號(hào)既可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān)斷，所以又稱為自關(guān)斷器件。主要包括絕緣柵雙極晶體管（InsulatedGate Bipolar Transistor，IGBT）、電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Power MOSFET，簡(jiǎn)稱為電力MOSFET）和門極可關(guān)斷晶閘管(GateTurnOff Thyristor, GTO)。不可控器件是指不能用控制信號(hào)來控制其通斷的器件，這類器件不需要驅(qū)動(dòng)電路。如電力二極管（Power Diode），只有兩個(gè)端子，器件的通和斷是由其在主電路中承受電壓和電流決定的。按照驅(qū)動(dòng)電路加在器件控制端和公共端之間信號(hào)的性質(zhì)，電力電子器件可分為兩類：（1）電流驅(qū)動(dòng)型。通過從控制端注入或者抽出電流來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。（2）電壓驅(qū)動(dòng)型。僅通過在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號(hào)就可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。電壓驅(qū)動(dòng)器件實(shí)際上是通過加在控制端上的電壓在器件的兩個(gè)主電路端子之間產(chǎn)生可控的電場(chǎng)來改變流過器件的電流大小和通斷狀態(tài)，所以又稱為場(chǎng)控器件，或場(chǎng)效應(yīng)器件。（1）單極型器件。有一種載流參與導(dǎo)電的器件。（2）雙極型器件。由電子和點(diǎn)穴兩種載流子參與導(dǎo)電的器件。（3）復(fù)合型器件。由單極型器件和雙極型器件集成混合而成的器件。電力電子器件的特性參數(shù)可分為靜態(tài)參數(shù)和動(dòng)態(tài)參數(shù)。前者描述器件在穩(wěn)定工作情況下的特性及其參數(shù)，后者用于描述電力電子器件在開通、關(guān)斷動(dòng)態(tài)行為中的性能和指標(biāo)。這些指標(biāo)和器件原理、制作工藝等密切相關(guān)，也是設(shè)計(jì)人員在選擇電力電子器件時(shí)所必須考慮的因素。主要的靜態(tài)特性參數(shù)包括：（1）額定電壓（耐壓）：正常工作時(shí)，器件能耐受的正向或反向電壓，平均或峰值電壓。額定電流：正常工作時(shí)，器件能流通平均或峰值電流。額定電壓和額定電流是決定器件容量的主要參數(shù)。（3）通態(tài)壓降：器件導(dǎo)通時(shí)正負(fù)極之間的電壓降，這是決定器件通態(tài)損耗的主要參數(shù)。（4）結(jié)溫：正常工作時(shí)器件的閥體溫度，是跟散熱條件密切相關(guān)的參數(shù)。（5）安全工作區(qū)（SOA）：為確保器件在開關(guān)過程中能安全可靠地長(zhǎng)期工作，其開關(guān)動(dòng)態(tài)軌跡必須限定在特定的安全范圍內(nèi)，該范圍稱為SOA。它一般由電流、電壓、耗散功率和二次擊穿（針對(duì)晶體管）等限制線所界定，又可分為正偏SOA和反偏SOA。（6）過載能力。電力電子器件都具有一定的短時(shí)過負(fù)荷能力，過載能力越高則越不容易因?yàn)閿_動(dòng)、故障（如短路）等非正常運(yùn)行情況而損壞。Thyristor具有很好的過載能力，如某些Thyristor在數(shù)秒內(nèi)兩倍過電流能力、數(shù)周波內(nèi)十倍過電流能力、一個(gè)周波內(nèi)五十倍過流能力。（7）門極參數(shù)：如輸入阻抗、驅(qū)動(dòng)功率等。主要?jiǎng)討B(tài)特性和參數(shù)包括：（1）開通時(shí)間：從門極加上開通信號(hào)到器件完全導(dǎo)通所需要的時(shí)間。（2）關(guān)斷時(shí)間：從門極加上關(guān)斷信號(hào)到器件完全關(guān)斷所需要的時(shí)間。（3）工作頻率：主要由開通和關(guān)斷時(shí)間決定的反映器件正常工作能適應(yīng)的開關(guān)動(dòng)作頻度范圍。（4）電壓升降率（du/dt）：當(dāng)器件兩端的電壓變化率過高時(shí)，器件（特別是晶閘管類器件）會(huì)發(fā)生非常正常導(dǎo)通甚至損壞，正常工作時(shí)能經(jīng)受的電壓變化率即為器件的du/dt耐量。（5）電流上升率（di/dt）：對(duì)于晶閘管器件，如導(dǎo)通時(shí)在很短的時(shí)間內(nèi)流過一個(gè)上升率很大的電流，會(huì)導(dǎo)致門極附近的電流密度過大，引起局部導(dǎo)通區(qū)的強(qiáng)烈發(fā)熱、溫度上升，隨著導(dǎo)通區(qū)的擴(kuò)展，該區(qū)溫度升降波動(dòng)，易于導(dǎo)致器件熱疲勞損壞。因此，在一定的長(zhǎng)期工作壽命內(nèi)，器件有一個(gè)承受電流上升率的能力問題，亦所謂的di/dt耐量。由上所述電力電子元件構(gòu)成，通過選擇合適的電路和控制方式，即可形成電力電子設(shè)備，如整流器、逆變器等，這些設(shè)備在智能電網(wǎng)當(dāng)中將得到廣泛的應(yīng)用。以下即從發(fā)、輸、配、用等角度介紹電力電子技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用。 電力電子技術(shù)在新能源接入方面的應(yīng)用如前所述，新能源發(fā)電技術(shù)發(fā)展很快，也是智能電網(wǎng)完成節(jié)能減排目標(biāo)的基石。但大部分新能源發(fā)電技術(shù)所發(fā)出的電能在頻率和電壓水平上均不能滿足現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的要求，不能采用直接接入電網(wǎng)的方式，而是需要通過電力電子設(shè)備才能接入電網(wǎng)?？偨Y(jié)起來，現(xiàn)有新能源發(fā)電接入電網(wǎng)主要可分為整流——逆變器接入和直接通過逆變器接入兩類。整流——逆變器接入使用于電源所發(fā)出的電能為不符合電網(wǎng)接入標(biāo)準(zhǔn)的交流電，將其通過整流器變換為直流電，再通過逆變器逆變?yōu)楹碗娋W(wǎng)同頻率的交流電接入電網(wǎng)。目前采用這種接入方式的新能源發(fā)電技術(shù)主要包括直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和微型燃?xì)廨啓C(jī)。直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電機(jī)軸直接連接到葉輪軸上，由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速而改變，其交流的頻率也隨之變化，因此不能直接接入電網(wǎng)。微型燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速很高，可達(dá)到80000r/min，而且交流發(fā)電機(jī)具有很高的頻率，也不能被直接連接到交流電網(wǎng)上。在這種情況下，通常采用整流——逆變器接入的方式。對(duì)于一些發(fā)電形式為直流電的新能源發(fā)電方式如燃料電池、太陽能，以及一些儲(chǔ)能裝置如超級(jí)電容器、鈉硫電池等，由于其發(fā)電方式為直流電，因此通常需要經(jīng)過逆變器接入交流電網(wǎng)。在可再生能源并網(wǎng)中，電力電子技術(shù)扮演著越來越重要的角色。如何提高整流、逆變器的轉(zhuǎn)化率，減少諧波，有效控制電壓和無功，減少可再生能源對(duì)電網(wǎng)的不利影響，促進(jìn)可再生能源在智能電網(wǎng)中的大規(guī)模應(yīng)用，仍是電力電子技術(shù)所面臨的重要課題。 電力電子技術(shù)在智能輸配電領(lǐng)域的應(yīng)用在輸配電領(lǐng)域，電力電子技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。其中柔性交流輸電系統(tǒng)（Flexible AC Transmission System FACTS）和高壓交流輸電（HVDC）都是基于電力電子技術(shù)而發(fā)展起來的，它們之間既有共同點(diǎn)，又有區(qū)別，是現(xiàn)代電力工業(yè)中重要的兩種互補(bǔ)性支撐技術(shù)，它們與新興的信息技術(shù)、通信技術(shù)以及先進(jìn)的控制控制理論相結(jié)合，將不斷推動(dòng)智能電網(wǎng)中輸配電技術(shù)的完善和發(fā)展。（1）柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）隨著電力電子技術(shù)、信息技術(shù)和控制理論的進(jìn)一步發(fā)展和綜合應(yīng)用，美國(guó)電力科學(xué)院于1986年最早提出了柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）概念。用于大功率、高性能的電力電子元件制成可控的有功或無功電源以及電網(wǎng)的一次設(shè)備等，以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電系統(tǒng)的電壓、阻抗、相位角、功率、潮流等的靈活控制，將原來基本不可控的電網(wǎng)輸電環(huán)節(jié)變得可以全面控制。它旨在提高交流電網(wǎng)的可控性，實(shí)現(xiàn)靈活的潮流控制和最大電網(wǎng)的傳輸能力，它將推動(dòng)交流輸電系統(tǒng)向一個(gè)更高級(jí)的階段發(fā)展。FACTS概念一經(jīng)提出就立即受到各國(guó)電力科研所、高等院校、電力公司和制造廠家的重視，尤其在最近的二三十年中，F(xiàn)ACTS技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，并在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。從理論上講，交流輸電系統(tǒng)所傳輸?shù)墓β什坏艿狡錈岱€(wěn)定性的限制，還受到輸電穩(wěn)定性的限制、電壓及環(huán)流的限制。通過合理安裝和配置FACTS設(shè)備，可在投資較小的前提下提高輸電線路傳輸容量、靈活性和安全性，進(jìn)而提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。因此，柔性交流輸電系統(tǒng)非常適合于在無法建設(shè)新的輸電線路時(shí)提高系統(tǒng)輸送能力，也便于對(duì)現(xiàn)有電網(wǎng)進(jìn)行改造。FACTS涵蓋了電力和工業(yè)應(yīng)用的多種技術(shù)，根據(jù)連接到電網(wǎng)的方式不同分為串聯(lián)補(bǔ)償裝置與并聯(lián)補(bǔ)償裝置；串聯(lián)補(bǔ)償裝置包括