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（續(xù)上文） 中國電機(jī)工程學(xué)會、武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院、華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院、廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院的研究人員程時杰、陳小良、王軍華、文勁宇、黎靜華，在2015年第19期《電工技術(shù)學(xué)報》上撰文，隨著科技的快速發(fā)展，無線輸電技術(shù)逐漸引起了國內(nèi)外的高度關(guān)注。 首先介紹了無線輸電技術(shù)的背景及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，然后對我國無線輸電技術(shù)的發(fā)展趨勢和應(yīng)用前景進(jìn)行了分析，論述了我國發(fā)展電磁感應(yīng)的短距離、磁共振的中距離、微波無線輸電技術(shù)和飛秒激光長距離無線輸電技術(shù)的重大科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)，最后針對無線輸電技術(shù)在我國電力設(shè)備制造技術(shù)、輸電網(wǎng)發(fā)展、配電網(wǎng)發(fā)展、智能電網(wǎng)和新能源利用方面的研究發(fā)展與應(yīng)用進(jìn)行了探討。 4 對我國電力系統(tǒng)的發(fā)展的影響 4.1電力設(shè)備制造 圖31是需要定期更換設(shè)備電池的塔上監(jiān)測設(shè)備示意圖。應(yīng)用于高壓輸電線路塔上監(jiān)測系統(tǒng)的無線供電電源，代替使用太陽能風(fēng)能或定期更換電池方式，安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、方便。無線輸電技術(shù)的發(fā)展與普及，會使得電力設(shè)備制造商在制造時更多考慮采用無線供電的方式或者有線無線相結(jié)合的供電方式，以在保證安全可靠運行的條件下，提供安裝維護(hù)更為便捷、工作時長更為穩(wěn)定的電力設(shè)備。 圖31 需要定期更換設(shè)備電池的塔上監(jiān)測設(shè)備
4.2輸電網(wǎng) 在中國，東部和西部經(jīng)濟(jì)發(fā)展的差距逐漸增大，兩者資源占有比例非常不均，其間的矛盾也變得越來越嚴(yán)重。一些邊遠(yuǎn)山區(qū)離大電網(wǎng)距離遠(yuǎn)，當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展受到了嚴(yán)重約束。而電網(wǎng)的死角，采用無線能量供應(yīng)后可以較好的得到解決。輸電領(lǐng)域最關(guān)注的方面一是效率，二是經(jīng)濟(jì)性。無線能量輸送的效率主要由三個方面決定，一是電源的效率，二是發(fā)射/接收天線的效率，最后是整流逆變裝置的效率，判斷它的經(jīng)濟(jì)性如何，需要將其與有線方式下所用的相應(yīng)器材價格進(jìn)行比較，另一方面針對某一個具體存在的輸電網(wǎng)絡(luò)，其各項參數(shù)屬性也與經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)。 4.3配電網(wǎng) 由于受多種因素的影響，無線充電方式在實現(xiàn)了用電靈活性的同時，其充電需求在時間和空間上將具有更為隨機(jī)、分散等特點，增加了整個電網(wǎng)的運營管理難度。在對配電網(wǎng)的影響方面，如果進(jìn)行大容量的無線充電，如果沒有合理的配置變壓器容量或繼電保護(hù)裝置的工作閾值，有可能會引起變壓器或的配電線路動作、電容損耗的增加，以及電能質(zhì)量的惡化。 在無線輸電技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，電池獲得了一種新型的充電方式。作為非線性負(fù)荷，充電時，會導(dǎo)致電網(wǎng)的諧波污染，引起線路發(fā)熱和變壓器的附加損耗，甚至引起電感和電容諧振，這樣加大諧波的危害，對電網(wǎng)的影響更嚴(yán)重。蓄電池作為容性負(fù)荷，它的負(fù)荷功率較為低下，這樣導(dǎo)致公司對功率因數(shù)的需求難以得到滿足。 此外，無線電能供應(yīng)的品質(zhì)在一些場合下會有所降低，故在大型無線充電站中，對于安裝的電能計量設(shè)備，不僅需要能夠?qū)χC波起到消除作用，同時還需要能夠?qū)χ绷麟娔芎蛯捸?fù)載進(jìn)行計量。無線充電站主要有兩種情況，其中一種是快充，另一種則是慢充，在這種情況下就要求，在充電站中，充電負(fù)荷能夠得到合理的調(diào)整，使容量達(dá)到一個比較均衡的水平。無線電能供應(yīng)類負(fù)載的充電時間較為分散，無線充電站仍然要適當(dāng)安排充電行程，提升充電站的負(fù)荷利用效率。 電動汽車對電網(wǎng)產(chǎn)生干擾的因素表現(xiàn)在于電動汽車的普及程度、類型、供電時間、電能供應(yīng)方式、電池特性以及供電設(shè)施規(guī)劃建設(shè)等。對電網(wǎng)的影響具體表現(xiàn)在電力網(wǎng)絡(luò)的整體性、同步電機(jī)的穩(wěn)定、系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定以及其他影響。對于電動汽車接入電網(wǎng)的方式來說，當(dāng)其僅限于充電站（樁）時，它對電網(wǎng)的影響就借由充電站（樁）籠統(tǒng)地反映出來。 當(dāng)下中國的電動汽車行業(yè)正處于迅猛進(jìn)步之中，對于電網(wǎng)而言，龐大數(shù)量、不同種類電動汽車的電能供應(yīng)行為會造成極大影響，但就電力系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性而言，電動汽車的儲能特性亦能夠提供一個新的機(jī)會。電動汽車的商業(yè)發(fā)展模式正深深地影響著電動汽車充電對電網(wǎng)所造成的沖擊，不確定性的因素眾多。 結(jié)合負(fù)荷均衡來看待這個問題，電動汽車的應(yīng)用和充電站電能供應(yīng)時間特性相結(jié)合可以起到削峰填谷的作用，故不會對輸電網(wǎng)造成過大的干擾，但對配網(wǎng)局部而言，可能會引起大的干擾，這主要是由其群聚效應(yīng)所引起，就這一點而言仍有待深入探索鉆研。 與此同時，就我國的充電設(shè)施建設(shè)而言，已經(jīng)十分熱烈，但存在一個尚待完善的問題，即對充電站進(jìn)行布置和合理地規(guī)劃大小，目前還沒有特別成熟的理論與辦法。 在配電網(wǎng)規(guī)劃中進(jìn)行布點和配置容量對于電動汽車的發(fā)展是不得不考慮的問題。長遠(yuǎn)看來，電動汽車進(jìn)入人們的生活是一種必然，伴隨充電和計量技術(shù)的不斷進(jìn)步與創(chuàng)新，分布式的家庭電能供應(yīng)必將具有極大規(guī)模，這也將成為探究電動汽車電能供應(yīng)領(lǐng)域?qū)﹄娋W(wǎng)的干擾時不得不考慮的一個重點因素。 4.4智能電網(wǎng) 目前對于變電站的巡檢，有著必須要考慮的非常重要的兩個方面，一是工作效率，二是其運行的安全可靠，在這種情況下，大力發(fā)展變電站的無人值守化，利用巡檢機(jī)器人在一定程度上替代人工巡檢已成為了一種不可避免的趨勢。 變電站設(shè)備巡檢機(jī)器人是近幾年開始研究和發(fā)展的，經(jīng)過這幾年的探索，我國的變電站巡檢機(jī)器人技術(shù)取得了較大進(jìn)展，在變電站巡檢機(jī)器人充電方面，已經(jīng)投入運行的變電站巡檢機(jī)器人均采用接觸式（相當(dāng)于有線）充電方式，但是接觸式充電方式容易存在定位不精確使充電裝置與機(jī)器人對接不穩(wěn)定導(dǎo)致充電失敗、有安全隱患等缺點。 能夠不接觸充電、對定位精度要求不高、安全等優(yōu)點使無接觸電能傳輸技術(shù)在變電站巡檢機(jī)器人充電方面有巨大的研究價值。其中耦合諧振式的無線輸電技術(shù)的發(fā)展空間更廣闊。 電動汽車在規(guī)模化以后亦能夠儲存電網(wǎng)的電能。在使用無線輸電技術(shù)后能夠顯著提升電動汽車與電網(wǎng)之間的互聯(lián)，極大的促進(jìn)智能電網(wǎng)的發(fā)展。具體優(yōu)勢表現(xiàn)為： 1）對于再生能源，能更好地抑制其輸出波動。對于電動汽車的充放電來說，采用無線輸電的方式后可以與電網(wǎng)更加強(qiáng)有力地進(jìn)行互動，這樣便能實現(xiàn)電動汽車充電和放電的自動優(yōu)化調(diào)控，進(jìn)一步可以壓制可再生能源的波動，對于可再生能源的消耗與容納也可以起到提高作用。 2）大減電網(wǎng)受到的沖擊。與有線的電能供應(yīng)模式相比，無線電能供應(yīng)的地點更加分散，對電動汽車充電的集合程度而言比較有優(yōu)勢；因為與電網(wǎng)之間無物理連接，電能采用無線供能的模式其應(yīng)變能力、安全性得到了很大程度上的提高，不僅能夠分開過于集中的供能時刻，并且也使得短時間供電完畢的概率極大降低。在無線的電能供應(yīng)模式下，電動汽車從電網(wǎng)取電導(dǎo)致的的不良影響得到了極大的緩解。 3）可強(qiáng)力削峰填谷，這樣便達(dá)到平衡負(fù)荷的目標(biāo)。通過用戶意愿設(shè)定，合理調(diào)度電網(wǎng)各個環(huán)節(jié)，與電網(wǎng)積極互動，完成充放電。同時電網(wǎng)穩(wěn)定性可以得到極大提高，也符合當(dāng)今節(jié)能減排的主題。 4）電池容量要求低。電池在很大程度上約束了電動汽車的進(jìn)一步投入使用。據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)電動汽車的行駛里程達(dá)到150000km時，電池的失效問題便會變得很嚴(yán)重，這種情況不得不更換新電池。但采用無線電能供應(yīng)的模式后在很大程度上能夠降低對于電池容量大小的需求，從而達(dá)到減少經(jīng)濟(jì)成本的目的。 4.5新能源利用 風(fēng)電、太陽能、潮汐發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電等屬于新能源發(fā)電，但是它們均存在發(fā)電間隔，這樣電網(wǎng)會受到較大的沖擊影響，因而在新能源發(fā)電廠附近建設(shè)電動汽車無線電能充電站是一種不錯的選擇。因在距市區(qū)有較遠(yuǎn)的地方是建設(shè)新能源發(fā)電廠的主要場所，在新能源電廠周圍建設(shè)充電站的主要目的是采用無線輸電的方式對需要長途行駛的電動汽車進(jìn)行供電。這種舉措對分布式新能源發(fā)電的發(fā)展將起到非常積極的推進(jìn)功效。 作為空間太陽能電站結(jié)構(gòu)的根基，無線輸電技術(shù)是決定其結(jié)構(gòu)、效率、尺寸的非常重大的一個影響因子，同時無線輸電技術(shù)非常重大的一個使用投入方向便是空間太陽能電站。 目前空間太陽能電站的電能供應(yīng)主要有三種方式：其一是直接將太陽光反射到地面，其二是利用微波以無線的方式傳送電能，最后一種是利用激光以無線的方式傳送電能。對于直接將太陽光反射到地面的方式，由于太陽光線發(fā)散角的存在，需要的地面接收尺寸非常大，要求空間聚光系統(tǒng)尺寸也非常大；對于利用微波進(jìn)行電能的供應(yīng)，對接收天線的面積要求相對來說較高；對于將電能轉(zhuǎn)換激光進(jìn)行電能的供應(yīng)，要求接收面積相對較小。 利用微波進(jìn)行無線方式電能的供應(yīng)是空間太陽能電站研究最多的供能方式，具有較高的轉(zhuǎn)化和供能效率，在特定頻段上的氣體、云層穿透性非常優(yōu)良，技術(shù)也比較完善，波束功率密度低，并且可以通過波束進(jìn)行高精度指向控制，具有較高的安全性。但由于波束寬，發(fā)射和接收天線的規(guī)模都非常大，工程實現(xiàn)具有較大的難度，比較適合于超大功率的空間太陽能電站系統(tǒng)。 空間太陽能電站作為是未來一種前景廣闊的可再生供能方式，其實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)便是無線輸電。天地之間的無線輸電適合采用微波或激光的方式，各有優(yōu)缺點，太陽能發(fā)電陣和發(fā)射天線間適合采用基于電磁耦合的無線輸電方式。 由于功率巨大、傳送效率大等需求，對于各種無線方式下電能的供應(yīng)要求相對比較高。需要結(jié)合應(yīng)用加強(qiáng)無線輸電系統(tǒng)和重點技術(shù)的鉆研，突破核心技術(shù)，推進(jìn)性的進(jìn)行相關(guān)實驗檢驗，從而為將來空間太陽能電站的應(yīng)用打下一個良好的根基。 （全文完） |
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