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(qū)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(xiàn)了交流220千伏電壓等級電氣量的頻率可控轉(zhuǎn)換，助2023年柔性低頻輸電項目整體投運邁出了關(guān)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(tǒng)構(gòu)建深入推進，電力輸電場景越來越多元化、復雜化，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行還面臨不少新挑戰(zhàn)。以浙江為例，浙江電力系統(tǒng)既面臨著海上中遠距離輸電、大規(guī)模清潔能源消納等挑戰(zhàn)，在杭州等城市部分高密度負荷區(qū)域，還存在著供電能力吃緊等現(xiàn)狀。
“我們將柔性低頻輸電技術(shù)，作為攻克上述難題的關(guān)鍵核心技術(shù)創(chuàng)新，嘗試在落地應(yīng)用中驗證其科學性和有效性。”國網(wǎng)浙江省電力有限公司(以下簡稱國網(wǎng)浙江電力)電力科學研究院技術(shù)人員裘鵬介紹，柔性低頻是一種以電力電子技術(shù)為基礎(chǔ)的高效交流輸電技術(shù)，可以將傳統(tǒng)電網(wǎng)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(shù)的問世，最初是為了解決海上風電遠距離輸送的難題。國網(wǎng)浙江電力看準了該技術(shù)在大都市高密度負荷區(qū)域的應(yīng)用前景，率先以杭州為試點將高壓柔性低頻輸電技術(shù)應(yīng)用到城市電網(wǎng)。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(xiàn)兩大電網(wǎng)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(tǒng)……”近日，在220千伏亭山換頻站，國網(wǎng)杭州供電公司技術(shù)人員許挺對工程14項全球首臺首套成果如數(shù)家珍。
這些成果，搶占了全球柔性低頻輸電領(lǐng)域核心裝備和關(guān)鍵技術(shù)制高點。更重要的是，它們發(fā)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(wǎng)一樣，受短路電流限制，500千伏和220千伏的供區(qū)分別獨立運行，供區(qū)間互濟能力沒有被充分利用，有時便會出現(xiàn)“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(shè)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(lián)，實現(xiàn)富陽和蕭山南部兩大電網(wǎng)的柔性潮流互濟、異步互聯(lián)，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(qū)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(shè)過程中應(yīng)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(tǒng)等14項國際領(lǐng)先首臺首套創(chuàng)新成果，攻克了低頻和工頻同步加壓難題，首次實現(xiàn)大功率換頻閥功率器件和電容國產(chǎn)化的應(yīng)用，實現(xiàn)了世界首套高壓大容量M3C換頻閥的投運。
技術(shù)成果可應(yīng)用于多種場景
作為世界首個500千伏供區(qū)異步互聯(lián)，杭州220千伏柔性低頻輸電工程為柔性低頻輸電設(shè)備與系統(tǒng)提供全面技術(shù)驗證，也為這些前沿技術(shù)朝著更多場景轉(zhuǎn)化應(yīng)用更進了一步。
首先該技術(shù)可應(yīng)用于中遠距離海上風電高效送出。“目前國內(nèi)、國際上的近海風電場一般采用工頻交流技術(shù)，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(fā)電工程而言不夠經(jīng)濟。柔性低頻輸電兼具工頻交流輸電與直流輸電的優(yōu)勢，在70—200公里范圍內(nèi)使用柔性低頻輸電，能有效降低海上風電輸送的成本。”國網(wǎng)杭州市富陽區(qū)供電公司低頻運維班副班長黃晗江介紹。
其次該技術(shù)還可讓電網(wǎng)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(xiàn)了對電網(wǎng)參數(shù)的靈活控制，提高了電力系統(tǒng)的靈活性和穩(wěn)定性。在杭州，本地的光伏發(fā)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(tài)可調(diào)無功補償作用，為分布式光伏的電壓穩(wěn)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(wǎng)供電。如今，不少城市核心地區(qū)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(shè)110千伏變電站已非常困難。柔性低頻輸電技術(shù)使利用現(xiàn)有的資源，挖掘電網(wǎng)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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