據(jù)全球風(fēng)能理事會(huì)（GWEC）發(fā)布公布的數(shù)據(jù)，2021年全球新增海上風(fēng)電裝機(jī)容量21.1GW，其中中國(guó)海上風(fēng)電新增裝機(jī)占比80%，位居世界第一，海上風(fēng)電在我國(guó)的應(yīng)用前景廣闊。
  目前我國(guó)近海風(fēng)電資源開發(fā)已經(jīng)進(jìn)入尾聲，海上風(fēng)電建設(shè)正在邁向中遠(yuǎn)海。受制于交流海纜充電電流和充電功率的限制，工頻交流輸電一般只適用于離岸小于70km、容量小于400MW的近海風(fēng)電場(chǎng)送出；柔性直流輸電雖然具有送出效率高、線路損耗小等優(yōu)點(diǎn)，但海上平臺(tái)造價(jià)高，建設(shè)難度大，運(yùn)維困難。以某工程為例，送出系統(tǒng)總投資約47億元，其中海上平臺(tái)造價(jià)約9億元，海上平臺(tái)成為制約大規(guī)模深遠(yuǎn)海風(fēng)電發(fā)展的瓶頸[1]。
  針對(duì)以上輸電方式在中遠(yuǎn)海風(fēng)電送出中的缺點(diǎn)，中國(guó)電科院院士陳維江在題為“柔性低頻交流輸電構(gòu)想”的演講中提出采用20Hz低頻輸電技術(shù)。通過降低頻率提升電纜載流量的方法，提高了電纜的有效負(fù)荷能力，大大延長(zhǎng)了電能傳輸距離；不需要建設(shè)海上換流站，使得送出系統(tǒng)建設(shè)和維護(hù)成本都大幅降低，是未來中遠(yuǎn)海風(fēng)電送出技術(shù)發(fā)展的新方向。
  注[1]：數(shù)據(jù)來源：全直流海上風(fēng)電匯集與送出輕型化DC/DC換流器關(guān)鍵技術(shù) 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 徐殿國(guó)
  工程應(yīng)用情況
  柔性低頻交流輸電技術(shù)是借助先進(jìn)電力電子技術(shù)靈活輸出20Hz頻率交流電能的新型輸電技術(shù)。與直流輸電利用電力電子裝置將工頻50Hz變成直流相比，可以兼顧工頻交流系統(tǒng)組網(wǎng)靈活、易實(shí)現(xiàn)電壓等級(jí)變換以及直流系統(tǒng)易于遠(yuǎn)距離大容量電能輸送的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具備功率控制、電壓動(dòng)態(tài)調(diào)整、異步電網(wǎng)互聯(lián)等柔性調(diào)控功能。目前柔性低頻輸電在電力系統(tǒng)尚無應(yīng)用，浙江省電力公司首次在杭州柔性低頻輸電工程、臺(tái)州柔性低頻輸電工程分別實(shí)現(xiàn)世界首個(gè)500kV、35kV供區(qū)異步低頻互聯(lián)，為國(guó)際首創(chuàng)性技術(shù)。
  杭州低頻示范工程項(xiàng)目通過在已建成的13.2km的220kV亭中（亭山站-中埠站）輸電線路兩側(cè)建設(shè)換頻站，低頻互聯(lián)起富陽(yáng)和蕭山南部?jī)纱筘?fù)荷中心。未來可釋放昇光變盈余供電能力的同時(shí)，有效緩解富陽(yáng)變供電壓力，滿足富陽(yáng)區(qū)負(fù)荷增長(zhǎng)需求。預(yù)計(jì)可實(shí)現(xiàn)供區(qū)之間300MVA規(guī)模的潮流靈活互濟(jì)，提升跨江通道輸電能力和事故、檢修支援能力。平高集團(tuán)為杭州亭山站-中埠站低頻示范一期工程提供2間隔72.5kV低頻GIS和4間隔252kV低頻GIS，后續(xù)二期龍隱站建成后，最終實(shí)現(xiàn)龍隱-中埠-亭山三個(gè)低頻變電站互聯(lián)，將為柔性低頻交流輸電技術(shù)積累寶貴的建設(shè)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。
  臺(tái)州低頻輸電工程項(xiàng)目作為全國(guó)首個(gè)海上柔性低頻輸電工程，通過在35kV鹽場(chǎng)變、35kV大陳變建設(shè)2個(gè)35kV低頻站，通過已有鹽場(chǎng)-大陳運(yùn)行線路，實(shí)現(xiàn)大陳島與大陸柔性互聯(lián)，將來自大陳島的海上風(fēng)電輸送到陸上電網(wǎng)。目前，大陳島日輸送電能最高可達(dá)60萬kWh，未來可達(dá)80-100萬kWh，對(duì)更加高效地利用海上富余風(fēng)電資源具有積極意義。
  平高集團(tuán)為臺(tái)州鹽場(chǎng)變、大陳變提供全部的40.5kV低頻開關(guān)柜，目前已投入運(yùn)行，為大陳島低頻風(fēng)電并入陸上電網(wǎng)提供了關(guān)鍵保護(hù)，為柔性低頻交流輸電工程“從0到1”提供了重要支撐。
  產(chǎn)品介紹
  平高集團(tuán)開展了斷路器、隔離接地開關(guān)、互感器等核心元件的全面技術(shù)創(chuàng)新,實(shí)現(xiàn)多個(gè)從0到1的大跨越，研發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)世界首臺(tái)套20Hz 72.5kV、252kV低頻GIS產(chǎn)品，以及40.5kV開關(guān)柜。
  斷路器
  頻率降低，使電流周期增加至50毫秒，開斷過程中，電弧燃燒產(chǎn)生的能量相比常規(guī)斷路器增加了將近80%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了現(xiàn)有斷路器的極限開斷能力。
  平高集團(tuán)借助先進(jìn)的電弧仿真技術(shù)完成適用于低頻工況的滅弧室設(shè)計(jì)方案和試驗(yàn)驗(yàn)證，突破了低頻六氟化硫和真空斷路器開斷技術(shù)瓶頸。
  隔離開關(guān)、接地開關(guān)
  與斷路器相比，隔離開關(guān)和接地開關(guān)沒有熄弧裝置，在開合過程中，燃弧時(shí)間長(zhǎng)，電弧能量積累大，加劇了觸頭燒蝕。通過開關(guān)觸頭結(jié)構(gòu)優(yōu)化，攻克了低頻工況下結(jié)構(gòu)緊湊和開合性能兼顧的難題。
  互感器
  通過開展互感器關(guān)鍵參數(shù)匹配特性、鐵芯截面、繞組結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究，突破了低頻互感器設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)，創(chuàng)新制定互感器準(zhǔn)確度設(shè)計(jì)方案和電壓互感器繞組結(jié)構(gòu)。
  避雷器
  通過開展低頻電壓對(duì)避雷器老化特性、避雷器低頻過電壓耐受時(shí)間特性、避雷器絕緣狀態(tài)的影響研究，突破了低頻避雷器設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)。
  標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范
  目前，世界范圍內(nèi)沒有低頻GIS和開關(guān)柜型式試驗(yàn)及出廠試驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)參數(shù)和試驗(yàn)方法尚處于摸索階段。結(jié)合現(xiàn)行高壓開關(guān)設(shè)備試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，平高集團(tuán)聯(lián)合浙江省電科院、國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院有限公司實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中心（常州）等多家單位起草了首個(gè)低頻GIS試驗(yàn)規(guī)范、低頻開關(guān)柜試驗(yàn)規(guī)范和低頻互感器試驗(yàn)規(guī)范，為低頻GIS和開關(guān)柜設(shè)備的研制提供了標(biāo)準(zhǔn)支撐。
  結(jié)語(yǔ)
  低頻輸電技術(shù)及開關(guān)設(shè)備的突破將引領(lǐng)中遠(yuǎn)距離海上風(fēng)電輸電技術(shù)革新。平高集團(tuán)將踐行“賦能智慧電氣、創(chuàng)引綠色能源”的企業(yè)使命，為我國(guó)高壓電氣裝備行業(yè)技術(shù)進(jìn)步和海上風(fēng)電事業(yè)發(fā)展提供技術(shù)、設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)支持，積極推進(jìn)“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)和清潔能源轉(zhuǎn)型，推動(dòng)電氣裝備產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)高質(zhì)量發(fā)展。