研究前沿︱《无线输电关键技术及其应用》之三：对我国电力系统的发展的影响
（续上文）
中国电机工程学会、武汉大学电气工程学院、华中科技大学电气与电子工程学院、广西大学电气工程学院的研究人员程时杰、陈小良、王军华、文劲宇、黎静华，在2015年第19期《电工技术学报》上撰文，随着科技的快速发展，无线输电技术逐渐引起了国内外的高度关注。
首先介绍了无线输电技术的背景及国内外发展现状，然后对我国无线输电技术的发展趋势和应用前景进行了分析，论述了我国发展电磁感应的短距离、磁共振的中距离、微波无线输电技术和飞秒激光长距离无线输电技术的重大科学问题和关键技术，最后针对无线输电技术在我国电力设备制造技术、输电网发展、配电网发展、智能电网和新能源利用方面的研究发展与应用进行了探讨。
4 对我国电力系统的发展的影响
4.1电力设备制造
图31是需要定期更换设备电池的塔上监测设备示意图。应用于高压输电线路塔上监测系统的无线供电电源，代替使用太阳能风能或定期更换电池方式，安全、可靠、经济、方便。无线输电技术的发展与普及，会使得电力设备制造商在制造时更多考虑采用无线供电的方式或者有线无线相结合的供电方式，以在保证安全可靠运行的条件下，提供安装维护更为便捷、工作时长更为稳定的电力设备。
图31 需要定期更换设备电池的塔上监测设备
4.2输电网
在中国，东部和西部经济发展的差距逐渐增大，两者资源占有比例非常不均，其间的矛盾也变得越来越严重。一些边远山区离大电网距离远，当地经济发展受到了严重约束。而电网的死角，采用无线能量供应后可以较好的得到解决。输电领域最关注的方面一是效率，二是经济性。无线能量输送的效率主要由三个方面决定，一是电源的效率，二是发射/接收天线的效率，最后是整流逆变装置的效率，判断它的经济性如何，需要将其与有线方式下所用的相应器材价格进行比较，另一方面针对某一个具体存在的输电网络，其各项参数属性也与经济性密切相关。
4.3配电网
由于受多种因素的影响，无线充电方式在实现了用电灵活性的同时，其充电需求在时间和空间上将具有更为随机、分散等特点，增加了整个电网的运营管理难度。在对配电网的影响方面，如果进行大容量的无线充电，如果没有合理的配置变压器容量或继电保护装置的工作阈值，有可能会引起变压器或的配电线路动作、电容损耗的增加，以及电能质量的恶化。
在无线输电技术不断发展的过程中，电池获得了一种新型的充电方式。作为非线性负荷，充电时，会导致电网的谐波污染，引起线路发热和变压器的附加损耗，甚至引起电感和电容谐振，这样加大谐波的危害，对电网的影响更严重。蓄电池作为容性负荷，它的负荷功率较为低下，这样导致公司对功率因数的需求难以得到满足。
此外，无线电能供应的品质在一些场合下会有所降低，故在大型无线充电站中，对于安装的电能计量设备，不仅需要能够对谐波起到消除作用，同时还需要能够对直流电能和宽负载进行计量。无线充电站主要有两种情况，其中一种是快充，另一种则是慢充，在这种情况下就要求，在充电站中，充电负荷能够得到合理的调整，使容量达到一个比较均衡的水平。无线电能供应类负载的充电时间较为分散，无线充电站仍然要适当安排充电行程，提升充电站的负荷利用效率。
电动汽车对电网产生干扰的因素表现在于电动汽车的普及程度、类型、供电时间、电能供应方式、电池特性以及供电设施规划建设等。对电网的影响具体表现在电力网络的整体性、同步电机的稳定、系统频率的稳定以及其他影响。对于电动汽车接入电网的方式来说，当其仅限于充电站（桩）时，它对电网的影响就借由充电站（桩）笼统地反映出来。
当下中国的电动汽车行业正处于迅猛进步之中，对于电网而言，庞大数量、不同种类电动汽车的电能供应行为会造成极大影响，但就电力系统的安全性和经济性而言，电动汽车的储能特性亦能够提供一个新的机会。电动汽车的商业发展模式正深深地影响着电动汽车充电对电网所造成的冲击，不确定性的因素众多。
结合负荷均衡来看待这个问题，电动汽车的应用和充电站电能供应时间特性相结合可以起到削峰填谷的作用，故不会对输电网造成过大的干扰，但对配网局部而言，可能会引起大的干扰，这主要是由其群聚效应所引起，就这一点而言仍有待深入探索钻研。
与此同时，就我国的充电设施建设而言，已经十分热烈，但存在一个尚待完善的问题，即对充电站进行布置和合理地规划大小，目前还没有特别成熟的理论与办法。
在配电网规划中进行布点和配置容量对于电动汽车的发展是不得不考虑的问题。长远看来，电动汽车进入人们的生活是一种必然，伴随充电和计量技术的不断进步与创新，分布式的家庭电能供应必将具有极大规模，这也将成为探究电动汽车电能供应领域对电网的干扰时不得不考虑的一个重点因素。
4.4智能电网
目前对于变电站的巡检，有着必须要考虑的非常重要的两个方面，一是工作效率，二是其运行的安全可靠，在这种情况下，大力发展变电站的无人值守化，利用巡检机器人在一定程度上替代人工巡检已成为了一种不可避免的趋势。
变电站设备巡检机器人是近几年开始研究和发展的，经过这几年的探索，我国的变电站巡检机器人技术取得了较大进展，在变电站巡检机器人充电方面，已经投入运行的变电站巡检机器人均采用接触式（相当于有线）充电方式，但是接触式充电方式容易存在定位不精确使充电装置与机器人对接不稳定导致充电失败、有安全隐患等缺点。
能够不接触充电、对定位精度要求不高、安全等优点使无接触电能传输技术在变电站巡检机器人充电方面有巨大的研究价值。其中耦合谐振式的无线输电技术的发展空间更广阔。
电动汽车在规模化以后亦能够储存电网的电能。在使用无线输电技术后能够显著提升电动汽车与电网之间的互联，极大的促进智能电网的发展。具体优势表现为：
1）对于再生能源，能更好地抑制其输出波动。对于电动汽车的充放电来说，采用无线输电的方式后可以与电网更加强有力地进行互动，这样便能实现电动汽车充电和放电的自动优化调控，进一步可以压制可再生能源的波动，对于可再生能源的消耗与容纳也可以起到提高作用。
2）大减电网受到的冲击。与有线的电能供应模式相比，无线电能供应的地点更加分散，对电动汽车充电的集合程度而言比较有优势；因为与电网之间无物理连接，电能采用无线供能的模式其应变能力、安全性得到了很大程度上的提高，不仅能够分开过于集中的供能时刻，并且也使得短时间供电完毕的概率极大降低。在无线的电能供应模式下，电动汽车从电网取电导致的的不良影响得到了极大的缓解。
3）可强力削峰填谷，这样便达到平衡负荷的目标。通过用户意愿设定，合理调度电网各个环节，与电网积极互动，完成充放电。同时电网稳定性可以得到极大提高，也符合当今节能减排的主题。
4）电池容量要求低。电池在很大程度上约束了电动汽车的进一步投入使用。据统计，当电动汽车的行驶里程达到150000km时，电池的失效问题便会变得很严重，这种情况不得不更换新电池。但采用无线电能供应的模式后在很大程度上能够降低对于电池容量大小的需求，从而达到减少经济成本的目的。
4.5新能源利用
风电、太阳能、潮汐发电、地热发电等属于新能源发电，但是它们均存在发电间隔，这样电网会受到较大的冲击影响，因而在新能源发电厂附近建设电动汽车无线电能充电站是一种不错的选择。因在距市区有较远的地方是建设新能源发电厂的主要场所，在新能源电厂周围建设充电站的主要目的是采用无线输电的方式对需要长途行驶的电动汽车进行供电。这种举措对分布式新能源发电的发展将起到非常积极的推进功效。
作为空间太阳能电站结构的根基，无线输电技术是决定其结构、效率、尺寸的非常重大的一个影响因子，同时无线输电技术非常重大的一个使用投入方向便是空间太阳能电站。
目前空间太阳能电站的电能供应主要有三种方式：其一是直接将太阳光反射到地面，其二是利用微波以无线的方式传送电能，最后一种是利用激光以无线的方式传送电能。对于直接将太阳光反射到地面的方式，由于太阳光线发散角的存在，需要的地面接收尺寸非常大，要求空间聚光系统尺寸也非常大；对于利用微波进行电能的供应，对接收天线的面积要求相对来说较高；对于将电能转换激光进行电能的供应，要求接收面积相对较小。
利用微波进行无线方式电能的供应是空间太阳能电站研究最多的供能方式，具有较高的转化和供能效率，在特定频段上的气体、云层穿透性非常优良，技术也比较完善，波束功率密度低，并且可以通过波束进行高精度指向控制，具有较高的安全性。但由于波束宽，发射和接收天线的规模都非常大，工程实现具有较大的难度，比较适合于超大功率的空间太阳能电站系统。
空间太阳能电站作为是未来一种前景广阔的可再生供能方式，其实现的关键技术便是无线输电。天地之间的无线输电适合采用微波或激光的方式，各有优缺点，太阳能发电阵和发射天线间适合采用基于电磁耦合的无线输电方式。
由于功率巨大、传送效率大等需求，对于各种无线方式下电能的供应要求相对比较高。需要结合应用加强无线输电系统和重点技术的钻研，突破核心技术，推进性的进行相关实验检验，从而为将来空间太阳能电站的应用打下一个良好的根基。
（全文完）