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世界首个高压大容量低频换频站通电投运

日期:2022-12-26    来源:杭州日报

国际电力网

2022
12/26
15:49
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关键词: 换频站 低频输电工程 柔性低频输电技术

12月18日,国内首个高压大容量低频换频站亭山换频站在杭州市富阳区顺利启动带电,在世界上首次实现了交流220千伏电压等级电气量的频率可控转换。作为杭州220千伏柔性低频输电工程重要组成部分,该换频站全球首次实现交流220千伏电压等级电气量的频率可控转换,为明年整个柔性低频输电项目整体投运迈出了关键一步。

为什么要研制并落地高压大容量柔性低频技术和装备?这些世界前沿技术将如何助益电网输电和运行?未来还将有怎样的应用前景?

亭山换频站用三个“新”给出了答案。

新挑战——新型电力系统复杂性前所未有,“问计”柔性低频输电技术

在攻坚亭山换频站建设的现场工作人员眼中,这不仅是杭州220千伏柔性低频输电工程的一部分,更是系统呈现浙江建设新型电力系统省级示范区成果的窗口之一。

这样的共识从何而来?

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创新挑战。以浙江为例,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。这看似小小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。该技术的问世,最初是为了解决海上风电远距离输送的难题。国网浙江电力瞄准柔性低频输电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,在全国范围内首创将高压柔性低频输电技术应用到城市电网。

新方案——集成14项国际领先首台首套创新成果,抢占世界电力科技高地

“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……”12月23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,发挥出了解决问题的实用实效。

许挺介绍,杭州作为大受端城市,呈现以“两交两直”为主要电源,东、西、北三个环网的电网布局,但与全国所有城市电网一样,受短路电流限制,500千伏和220千伏的不同供区分别独立运行,有时便会出现“饱汉不知饿汉饥”的状况。以本工程涉及的500千伏富阳变电站和500千伏昇光变电站为例,富阳变现有主变容量225万千伏安,主供富阳、杭州市区南部和桐庐东部等区域。而昇光变现有主变容量360万千伏安,主供滨江、萧山西南部和富阳南部等区域。近年来,富阳变负载率居高不下,最高负荷达188万千瓦,在用电尖峰时期“出力值”已超过限额。而昇光变供电区域负荷增长较为平稳,最高负荷165万千瓦,仍有不少出力“余额”。

柔性低频输电为这一问题带来了一套解决方案。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。换句话说,此时如果将500千伏富阳变和500千伏昇光变比喻为两个大型“充电宝”的话,柔性低频输电相当于在两者间接通了灵活的连接线,让电量富余的“充电宝”可随时支援电量告紧的“充电宝”,彰显了新型电力系统的灵活性和弹性。

据测算,±800千伏金塘直流投产后,杭州220千伏柔性低频输电工程可在避免形成电磁环网的前提下,消除“富阳-昇光”过江断面制约瓶颈,提升全省受电能力60万千瓦,尤其是500千伏建德变投产后将提升全省受电能力100-120万千瓦。并将进一步提升跨江通道输电能力和事故、检修支援能力。

新前景——多种应用场景,航向前沿技术转化应用“蓝海”

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是当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,为柔性低频输电设备与系统提供全面技术验证。

亭山换频站的顺利投运,则让这些前沿技术朝着更多场景转化应用更进了一步。

首先是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道。

其次是让电网更加友好,能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。

除此之外,直流落点地区潮流疏散、多岛屿互联、偏远地区长距离输电……这样的可推广应用场景还有许多,柔性低频输电技术正航向前沿技术转化应用“蓝海”,用实践写下“把能源的饭碗牢牢端在自己手里”的新篇章。


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