近日，世界首個電力高壓大容量低頻換頻站——220千伏亭山換頻站，在浙江省杭州市富陽區富春灣新城正式通電投運。作為杭州220千伏柔性低頻輸電工程重要組成部分，該換頻站在全球首次實現了交流220千伏電壓等級電氣量的頻率可控轉換，助2023年柔性低頻輸電項目整體投運邁出了關鍵一步。
有效提升輸送容量、距離和效率
隨著碳達峰、碳中和進程加快，新型電力系統構建深入推進，電力輸電場景越來越多元化、復雜化，電力系統安全穩定運行還面臨不少新挑戰。以浙江為例，浙江電力系統既面臨著海上中遠距離輸電、大規模清潔能源消納等挑戰，在杭州等城市部分高密度負荷區域，還存在著供電能力吃緊等現狀。
“我們將柔性低頻輸電技術，作為攻克上述難題的關鍵核心技術創新，嘗試在落地應用中驗證其科學性和有效性。”國網浙江省電力有限公司(以下簡稱國網浙江電力)電力科學研究院技術人員裘鵬介紹，柔性低頻是一種以電力電子技術為基礎的高效交流輸電技術，可以將傳統電網中50赫茲的輸送頻率降低到20赫茲。這小小30赫茲的降幅，作用卻非常顯著——將有效提升輸電線路的輸送容量、輸送距離以及輸送效率。
柔性低頻輸電技術的問世，最初是為了解決海上風電遠距離輸送的難題。國網浙江電力看準了該技術在大都市高密度負荷區域的應用前景，率先以杭州為試點將高壓柔性低頻輸電技術應用到城市電網。杭州柔性低頻輸電示范工程也是目前國際上電壓等級最高、輸送容量最大的柔性低頻輸電工程。
實現兩大電網的柔性潮流互濟
“這是大容量柔性交換頻站，那是低頻變壓器，那是低頻斷路器和低頻控保系統……”近日，在220千伏亭山換頻站，國網杭州供電公司技術人員許挺對工程14項全球首臺首套成果如數家珍。
這些成果，搶占了全球柔性低頻輸電領域核心裝備和關鍵技術制高點。更重要的是，它們發揮出了解決問題的實效。
一直以來，杭州作為大受端城市與全國所有城市電網一樣，受短路電流限制，500千伏和220千伏的供區分別獨立運行，供區間互濟能力沒有被充分利用，有時便會出現“飽漢不知餓漢饑”的狀況。柔性低頻輸電為這一問題帶來了一套解決方案。
許挺告訴記者，通過建設杭州220千伏柔性低頻輸電工程，杭州亭山、中埠兩座高壓大容量換頻站將形成低頻互聯，實現富陽和蕭山南部兩大電網的柔性潮流互濟、異步互聯，有效減少浙北、紹興特高壓換流站的換相失敗風險。
此次啟動帶電的亭山換頻站位于富陽區富春灣新城，總建筑面積7810平方米，是杭州220千伏柔性低頻輸電項目的重要組成部分。亭山換頻站在建設過程中應用了包括高壓大容量換頻器、低頻變壓器、低頻斷路器、低壓控保系統等14項國際領先首臺首套創新成果，攻克了低頻和工頻同步加壓難題，首次實現大功率換頻閥功率器件和電容國產化的應用，實現了世界首套高壓大容量M3C換頻閥的投運。
技術成果可應用于多種場景
作為世界首個500千伏供區異步互聯，杭州220千伏柔性低頻輸電工程為柔性低頻輸電設備與系統提供全面技術驗證，也為這些前沿技術朝著更多場景轉化應用更進了一步。
首先該技術可應用于中遠距離海上風電高效送出。“目前國內、國際上的近海風電場一般采用工頻交流技術，而遠海風電送出通常采用直流輸電，但直流輸電換流站投資較高，對中短距離的海上風力發電工程而言不夠經濟。柔性低頻輸電兼具工頻交流輸電與直流輸電的優勢，在70—200公里范圍內使用柔性低頻輸電，能有效降低海上風電輸送的成本。”國網杭州市富陽區供電公司低頻運維班副班長黃晗江介紹。
其次該技術還可讓電網兼容陸上多種新能源匯集與送出。柔性低頻輸電的“柔性”意味著實現了對電網參數的靈活控制，提高了電力系統的靈活性和穩定性。在杭州，本地的光伏發電容量已近200萬千瓦，成為了本地最大電源，柔性低頻輸電的動態可調無功補償作用，為分布式光伏的電壓穩定運行提供有效支撐。
與此同時，柔性低頻還有一個大膽的潛在場景——電纜化城網供電。如今，不少城市核心地區供電負荷密度峰高，但是供電走廊非常少，多采用10千伏交流電纜，而要在城市中心新建設110千伏變電站已非常困難。柔性低頻輸電技術使利用現有的資源，挖掘電網更大輸電能力成為可能。（富岑瀅 洪恒飛 江 耘）
作者：富岑瀅 洪恒飛? 江 耘
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