12月23日，國內首個電力高壓大容量低頻換頻站——220千伏亭山換頻站，在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，該換頻站首次實現交流220千伏電壓等級電氣量的頻率可控轉換，為2023年整個柔性低頻輸電項目整體投運邁出了關鍵一步。

國內首個高壓大容量低頻換頻站亭山換頻站在富陽區順利啟動帶電。黃輝攝

為什麼要研制並落地高壓大容量柔性低頻技術和裝備？這些世界前沿技術將如何助益電網輸電和運行？未來還將有怎樣的應用前景？亭山換頻站用三個“新”進行了解答。

新挑戰

新型電力系統復雜性前所未有，“問計”柔性低頻輸電技術

在攻堅亭山換頻站建設的現場工作人員眼中，這不僅是杭州220千伏柔性低頻輸電工程的一部分，更是系統呈現浙江建設新型電力系統省級示范區成果的窗口之一。

這樣的共識從何而來？

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創新挑戰。以浙江為例，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証其科學性和有效性。”國網浙江省電力有限公司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。這看似小小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。該技術的問世，最初是為了解決海上風電遠距離輸送的難題。國網浙江電力瞄准柔性低頻輸電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，在全國范圍內首創將高壓柔性低頻輸電技術應用到城市電網。

新方案

集成14項國際領先首台首套創新成果，搶佔世界電力科技高地

“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……”12月23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項全球首台首套成果如數家珍。

這些成果，搶佔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，發揮出了解決問題的實用實效。

許挺介紹，杭州作為大受端城市，呈現以“兩交兩直”為主要電源，東、西、北三個環網的電網布局，但與全國所有城市電網一樣，受短路電流限制，500千伏和220千伏的不同供區分別獨立運行，有時便會出現“飽漢不知餓漢飢”的狀況。以本工程涉及的500千伏富陽變電站和500千伏昇光變電站為例，富陽變現有主變容量225萬千伏安，主供富陽、杭州市區南部和桐廬東部等區域。而昇光變現有主變容量360萬千伏安，主供杭州濱江、蕭山西南部和富陽南部等區域。近年來，富陽變負載率居高不下，最高負荷達188萬千瓦，在用電尖峰時期“出力值”已超過限額。而昇光變供電區域負荷增長較為平穩，最高負荷165萬千瓦，仍有不少出力“余額”。

柔性低頻輸電為這一問題帶來了一套解決方案。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。

據測算，±800千伏金塘直流投產后，杭州220千伏柔性低頻輸電工程可在避免形成電磁環網的前提下，消除“富陽-昇光”過江斷面制約瓶頸，提升全省受電能力60萬千瓦，尤其是500千伏建德變投產后將提升全省受電能力100-120萬千瓦。並將進一步提升跨江通道輸電能力和事故、檢修支援能力。

新前景

多種應用場景，航向前沿技術轉化應用“藍海”

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是當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，為柔性低頻輸電設備與系統提供全面技術驗証。

亭山換頻站的順利投運，則讓這些前沿技術朝著更多場景轉化應用更進了一步。

首先是應用於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採用工頻交流技術，而遠海風電送出通常採用直流輸電，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公裡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。

其次是讓電網更加友好，能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，多採用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。

除此之外，直流落點地區潮流疏散、多島嶼互聯、偏遠地區長距離輸電……這樣的可推廣應用場景還有許多，柔性低頻輸電技術正航向前沿技術轉化應用“藍海”，用實踐寫下“把能源的飯碗牢牢端在自己手裡”的新篇章。（富岑瀅、汪曉池、謝浩鎧）

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