近日，世界首个电力高压大容量低频换频站——220千伏亭山换频站，在浙江省杭州市富阳区富春湾新城正式通电投运。作为杭州220千伏柔性低频输电工程重要组成部分，该换频站在全球首次实现了交流220千伏电压等级电气量的频率可控转换，助2023年柔性低频输电项目整体投运迈出了关键一步。
有效提升输送容量、距离和效率
随着碳达峰、碳中和进程加快，新型电力系统构建深入推进，电力输电场景越来越多元化、复杂化，电力系统安全稳定运行还面临不少新挑战。以浙江为例，浙江电力系统既面临着海上中远距离输电、大规模清洁能源消纳等挑战，在杭州等城市部分高密度负荷区域，还存在着供电能力吃紧等现状。
“我们将柔性低频输电技术，作为攻克上述难题的关键核心技术创新，尝试在落地应用中验证其科学性和有效性。”国网浙江省电力有限公司（以下简称国网浙江电力）电力科学研究院技术人员裘鹏介绍，柔性低频是一种以电力电子技术为基础的高效交流输电技术，可以将传统电网中50赫兹的输送频率降低到20赫兹。这小小30赫兹的降幅，作用却非常显著——将有效提升输电线路的输送容量、输送距离以及输送效率。
柔性低频输电技术的问世，最初是为了解决海上风电远距离输送的难题。国网浙江电力看准了该技术在大都市高密度负荷区域的应用前景，率先以杭州为试点将高压柔性低频输电技术应用到城市电网。杭州柔性低频输电示范工程也是目前国际上电压等级最高、输送容量最大的柔性低频输电工程。
实现两大电网的柔性潮流互济
“这是大容量柔性交换频站，那是低频变压器，那是低频断路器和低频控保系统……”近日，在220千伏亭山换频站，国网杭州供电公司技术人员许挺对工程14项全球首台首套成果如数家珍。
这些成果，抢占了全球柔性低频输电领域核心装备和关键技术制高点。更重要的是，它们发挥出了解决问题的实效。
一直以来，杭州作为大受端城市与全国所有城市电网一样，受短路电流限制，500千伏和220千伏的供区分别独立运行，供区间互济能力没有被充分利用，有时便会出现“饱汉不知饿汉饥”的状况。柔性低频输电为这一问题带来了一套解决方案。
许挺告诉记者，通过建设杭州220千伏柔性低频输电工程，杭州亭山、中埠两座高压大容量换频站将形成低频互联，实现富阳和萧山南部两大电网的柔性潮流互济、异步互联，有效减少浙北、绍兴特高压换流站的换相失败风险。
此次启动带电的亭山换频站位于富阳区富春湾新城，总建筑面积7810平方米，是杭州220千伏柔性低频输电项目的重要组成部分。亭山换频站在建设过程中应用了包括高压大容量换频器、低频变压器、低频断路器、低压控保系统等14项国际领先首台首套创新成果，攻克了低频和工频同步加压难题，首次实现大功率换频阀功率器件和电容国产化的应用，实现了世界首套高压大容量M3C换频阀的投运。
技术成果可应用于多种场景
作为世界首个500千伏供区异步互联，杭州220千伏柔性低频输电工程为柔性低频输电设备与系统提供全面技术验证，也为这些前沿技术朝着更多场景转化应用更进了一步。
首先该技术可应用于中远距离海上风电高效送出。“目前国内、国际上的近海风电场一般采用工频交流技术，而远海风电送出通常采用直流输电，但直流输电换流站投资较高，对中短距离的海上风力发电工程而言不够经济。柔性低频输电兼具工频交流输电与直流输电的优势，在70—200公里范围内使用柔性低频输电，能有效降低海上风电输送的成本。”国网杭州市富阳区供电公司低频运维班副班长黄晗江介绍。
其次该技术还可让电网兼容陆上多种新能源汇集与送出。柔性低频输电的“柔性”意味着实现了对电网参数的灵活控制，提高了电力系统的灵活性和稳定性。在杭州，本地的光伏发电容量已近200万千瓦，成为了本地最大电源，柔性低频输电的动态可调无功补偿作用，为分布式光伏的电压稳定运行提供有效支撑。
与此同时，柔性低频还有一个大胆的潜在场景——电缆化城网供电。如今，不少城市核心地区供电负荷密度峰高，但是供电走廊非常少，多采用10千伏交流电缆，而要在城市中心新建设110千伏变电站已非常困难。柔性低频输电技术使利用现有的资源，挖掘电网更大输电能力成为可能。
