核心提示 柔性低頻交流輸電技術(shù)能讓新能源發(fā)電設備直接輸出低頻電能，實(shí)現廣域組網(wǎng)與電力遠距離送出。國網(wǎng)智研院牽頭組建產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合攻關(guān)團隊，歷經(jīng)9年研發(fā)，掌握了柔性低頻交流輸電系統成套設計、低頻裝備研發(fā)與試驗等核心技術(shù)，并在我國首批柔性低頻輸電示范工程中應用。
  再過(guò)一個(gè)多月，杭州亞運會(huì )即將開(kāi)幕。6月底投運的杭州220千伏柔性低頻交流輸電示范工程實(shí)現了杭州富陽(yáng)、蕭山兩大負荷中心互聯(lián)互通，為杭州亞運會(huì )主場(chǎng)館所在區域提供30萬(wàn)千瓦的靈活電能支撐。這是當前我國電壓等級最高、輸送容量最大的柔性低頻輸電工程。
  該工程采用的柔性低頻交流輸電技術(shù)是我國原創(chuàng )的輸電技術(shù)，能夠支撐中遠距離海上風(fēng)電和陸上邊遠地區新能源電量大規模高效匯集送出，保障國家能源安全供應，助力能源轉型與“雙碳”目標實(shí)現。該項技術(shù)還能促進(jìn)西部新能源產(chǎn)業(yè)與區域經(jīng)濟發(fā)展，實(shí)現東西部平衡協(xié)同發(fā)展，推動(dòng)形成低頻輸變電裝備新產(chǎn)業(yè)，帶來(lái)顯著(zhù)的經(jīng)濟與社會(huì )效益。
  國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院有限公司作為國內最早從事柔性低頻交流輸電技術(shù)研究的科研單位，組建了由中國科學(xué)院院士陳維江擔任首席科學(xué)家，西安交通大學(xué)、中國電科院、南瑞集團、國網(wǎng)浙江電力等單位技術(shù)骨干組成的產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合攻關(guān)團隊。攻關(guān)團隊依托1項國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目、4項國家自然基金項目、13項國家電網(wǎng)有限公司重點(diǎn)項目，歷經(jīng)9年研發(fā)，掌握了柔性低頻交流輸電系統-裝備-試驗核心技術(shù)，并成功應用于我國首批柔性低頻輸電示范工程。
  勇闖技術(shù)無(wú)人區，創(chuàng )立柔性低頻交流輸電系統構建理論
  “柔性低頻交流輸電借助電力電子技術(shù)，可以靈活選擇0～50赫茲范圍內的合適頻率，頻率低于工頻，線(xiàn)路阻抗減小，線(xiàn)路壓降和充電功率小，電纜載流量提高，可顯著(zhù)提升輸電能力，同時(shí)具備電流過(guò)零開(kāi)斷、易組網(wǎng)的優(yōu)勢，并且新能源發(fā)電設備可直接輸出低頻電能，無(wú)須增加變頻站�！眹�網(wǎng)智研院電力電子研究所柔性交流輸電裝備技術(shù)研究室主任陸振綱介紹道。
  柔性低頻交流輸電通常采用電壓源型換流器，實(shí)現交交換流，有功、無(wú)功可四象限運行，具備類(lèi)似柔性直流輸電的柔性調控能力，如潮流靈活調節、無(wú)功補償、電壓動(dòng)態(tài)支撐等。
  國網(wǎng)智研院牽頭組建的柔性低頻交流輸電技術(shù)攻關(guān)團隊創(chuàng )立了柔性低頻交流輸電系統構建理論，提出了計及系統運行方式最優(yōu)、建設經(jīng)濟性最優(yōu)的柔性低頻交流輸電頻率優(yōu)選方法，以及新能源組網(wǎng)形態(tài)與系統構建方法。團隊還提出，柔性低頻交流輸電在70～250千米的海上風(fēng)電送出場(chǎng)景中技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢明顯，并可實(shí)現“沙戈荒”大型風(fēng)電光伏基地100千米半徑廣域組網(wǎng)以及500千米內優(yōu)選并網(wǎng)點(diǎn)位置。
  團隊牽頭承擔了杭州220千伏柔性低頻交流輸電示范工程的成套設計和交交換流器、可控避雷器等核心裝備研發(fā)，為工程成功投運打下了堅實(shí)基礎。
  研制高壓大容量低頻設備，實(shí)現柔性低頻交流輸電設備升級
  交交換流器作為柔性低頻交流輸電系統的“心臟”，對柔性低頻交流輸電技術(shù)的推廣應用有著(zhù)至關(guān)重要的影響。國網(wǎng)智研院研制高壓大容量模塊化多電平交交換流閥，揭示了交流到交流的異頻能量交互作用機理，并應用于杭州220千伏柔性低頻交流輸電示范工程，形成了核心裝備的全自主知識產(chǎn)權體系。
  同時(shí)，國網(wǎng)智研院攻克了低頻電氣設備關(guān)鍵技術(shù)，掌握了低頻下外絕緣放電規律；攻克了低頻電流長(cháng)燃弧開(kāi)斷方法，解決了長(cháng)燃弧燒蝕觸頭難題，大幅延長(cháng)了低頻斷路器壽命；提出低頻變壓器等線(xiàn)圈類(lèi)設備輕型化、緊湊化方案，滿(mǎn)足了具有高溫、高濕、高鹽霧、高維護成本特點(diǎn)的海上風(fēng)電場(chǎng)景應用需求；研制了低頻可控避雷器，有效降低了系統操作過(guò)電壓水平，為將來(lái)研制用于海上風(fēng)電場(chǎng)景的耗能限壓裝置打下基礎。
  國網(wǎng)智研院電力電子研究所所長(cháng)趙國亮介紹，依托國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“柔性低頻輸電關(guān)鍵技術(shù)”項目，攻關(guān)團隊攻克了高壓大容量柔性低頻交流輸電系統成套設計、關(guān)鍵設備設計及優(yōu)化、控制保護等核心技術(shù)。在此基礎上，團隊形成了220千伏柔性交交換流器、低頻變壓器、低頻快速斷路器等一系列世界首臺首套設備成果，搶占了全球柔性低頻交流輸電領(lǐng)域核心裝備和關(guān)鍵技術(shù)制高點(diǎn)，為后續技術(shù)推廣應用奠定了基礎。
  建設柔性低頻交流輸電工程，為實(shí)現大規模推廣應用積累經(jīng)驗
  目前，國網(wǎng)智研院已構建了柔性低頻交流輸電系統與裝備試驗檢驗體系，具有一流的設備試驗、系統調試能力，可為柔性低頻交流輸電工程成功投運提供技術(shù)支撐。近年來(lái)，國網(wǎng)智研院參與建設了浙江臺州海島風(fēng)電35千伏、杭州220千伏柔性低頻輸電示范工程，實(shí)現柔性低頻交流輸電系統與設備的實(shí)證驗證。
  臺州海島風(fēng)電35千伏柔性低頻交流輸電示范工程于2022年6月投運。該工程改造了3臺低頻風(fēng)機，通過(guò)全功率變流器直接輸出20赫茲的低頻交流電，滿(mǎn)足柔性低頻交流輸電技術(shù)的電源側要求；在低頻變流器控制、低頻并網(wǎng)技術(shù)、低頻整機系統控制保護策略、低頻建模與仿真技術(shù)、低頻測試技術(shù)等方面取得重大突破，為海上風(fēng)電柔性低頻交流輸電研發(fā)了關(guān)鍵技術(shù)裝備，探索了實(shí)施路徑。
  杭州220千伏柔性低頻交流輸電示范工程實(shí)現了500千伏富陽(yáng)和昇光變電站供區30萬(wàn)千瓦的柔性潮流互濟，提升了電網(wǎng)事故支援能力，提高了亞運會(huì )場(chǎng)館靈活供電能力。單站換流閥可在靜止同步補償器模式下運行，提供30萬(wàn)千乏的動(dòng)態(tài)可調無(wú)功，穩定工頻交流母線(xiàn)電壓，降低交流系統故障誘發(fā)浙北、紹興換流站換相失敗的風(fēng)險，提升區域電網(wǎng)安全穩定性。該工程的成功投運為將來(lái)建設更高電壓等級、更遠輸送距離、更大傳輸容量的柔性低頻交流輸電系統積累了經(jīng)驗。
  中國工程院院士湯廣福近日在接受央視采訪(fǎng)時(shí)表示，柔性低頻交流輸電技術(shù)除了應用于城市內部電網(wǎng)互聯(lián)外，在中遠距離海上風(fēng)電送出、多島嶼互聯(lián)等場(chǎng)景也有著(zhù)明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢，無(wú)須建設和運維大型海上平臺，整體施工時(shí)間更短、成本更低、效率更高。除此之外，該技術(shù)還可應用于“沙戈荒”大型風(fēng)電光伏基地送出與西部廣域弱電網(wǎng)等場(chǎng)景，實(shí)現并網(wǎng)點(diǎn)電壓的靈活調控及對工頻交流弱系統的主動(dòng)支撐，提升電網(wǎng)穩定性。
  預計到2030年，我國海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)規模將達9000萬(wàn)千瓦，“沙戈荒”大型風(fēng)電光伏基地總體規劃規模將達4.55億千瓦。隨著(zhù)新能源開(kāi)發(fā)規模的持續擴大，柔性低頻交流輸電技術(shù)有望得到更廣泛的應用，為推動(dòng)我國能源轉型、實(shí)現“雙碳”目標提供技術(shù)支撐。