據(jù)全球風(fēng)能理事會（GWEC）發(fā)布公布的數(shù)據(jù)，2021年全球新增海上風(fēng)電裝機容量21.1GW，其中中國海上風(fēng)電新增裝機占比80%，位居世界第一，海上風(fēng)電在我國的應(yīng)用前景廣闊。
目前我國近海風(fēng)電資源開發(fā)已經(jīng)進入尾聲，海上風(fēng)電建設(shè)正在邁向中遠海。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，但海上平臺造價高，建設(shè)難度大，運維困難。以某工程為例，送出系統(tǒng)總投資約47億元，其中海上平臺造價約9億元，海上平臺成為制約大規(guī)模深遠海風(fēng)電發(fā)展的瓶頸[1]。
針對以上輸電方式在中遠海風(fēng)電送出中的缺點，中國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荷能力，大大延長了電能傳輸距離；不需要建設(shè)海上換流站，使得送出系統(tǒng)建設(shè)和維護成本都大幅降低，是未來中遠海風(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
工程應(yīng)用情況
柔性低頻交流輸電技術(shù)是借助先進電力電子技術(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、易實現(xiàn)電壓等級變換以及直流系統(tǒng)易于遠距離大容量電能輸送的優(yōu)點，同時具備功率控制、電壓動態(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、臺州柔性低頻輸電工程分別實現(xiàn)世界首個500kV、35kV供區(qū)異步低頻互聯(lián)，為國際首創(chuàng)性技術(shù)。
杭州低頻示范工程項目通過在已建成的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)起富陽和蕭山南部兩大負荷中心。未來可釋放昇光變盈余供電能力的同時，有效緩解富陽變供電壓力，滿足富陽區(qū)負荷增長需求。預(yù)計可實現(xiàn)供區(qū)之間300MVA規(guī)模的潮流靈活互濟，提升跨江通道輸電能力和事故、檢修支援能力。平高集團為杭州亭山站-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，最終實現(xiàn)龍隱-中埠-亭山三個低頻變電站互聯(lián)，將為柔性低頻交流輸電技術(shù)積累寶貴的建設(shè)、運行經(jīng)驗。
臺州低頻輸電工程項目作為全國首個海上柔性低頻輸電工程，通過在35kV鹽場變、35kV大陳變建設(shè)2個35kV低頻站，通過已有鹽場-大陳運行線路，實現(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60萬kWh，未來可達80-100萬kWh，對更加高效地利用海上富余風(fēng)電資源具有積極意義。
平高集團為臺州鹽場變、大陳變提供全部的40.5kV低頻開關(guān)柜，目前已投入運行，為大陳島低頻風(fēng)電并入陸上電網(wǎng)提供了關(guān)鍵保護，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,實現(xiàn)多個從0到1的大跨越，研發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)世界首臺套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%，遠遠超過了現(xiàn)有斷路器的極限開斷能力。
平高集團借助先進的電弧仿真技術(shù)完成適用于低頻工況的滅弧室設(shè)計方案和試驗驗證，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，燃弧時間長，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)計關(guān)鍵技術(shù)，創(chuàng)新制定互感器準確度設(shè)計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避雷器老化特性、避雷器低頻過電壓耐受時間特性、避雷器絕緣狀態(tài)的影響研究，突破了低頻避雷器設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)。
標準規(guī)范
目前，世界范圍內(nèi)沒有低頻GIS和開關(guān)柜型式試驗及出廠試驗相關(guān)標準，試驗參數(shù)和試驗方法尚處于摸索階段。結(jié)合現(xiàn)行高壓開關(guān)設(shè)備試驗標準，平高集團聯(lián)合浙江省電科院、國網(wǎng)電力科學(xué)研究院有限公司實驗驗證中心（常州）等多家單位起草了首個低頻GIS試驗規(guī)范、低頻開關(guān)柜試驗規(guī)范和低頻互感器試驗規(guī)范，為低頻GIS和開關(guān)柜設(shè)備的研制提供了標準支撐。
結(jié)語
低頻輸電技術(shù)及開關(guān)設(shè)備的突破將引領(lǐng)中遠距離海上風(fēng)電輸電技術(shù)革新。平高集團將踐行“賦能智慧電氣、創(chuàng)引綠色能源”的企業(yè)使命，為我國高壓電氣裝備行業(yè)技術(shù)進步和海上風(fēng)電事業(yè)發(fā)展提供技術(shù)、設(shè)備和標準支持，積極推進“雙碳”目標實現(xiàn)和清潔能源轉(zhuǎn)型，推動電氣裝備產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級高質(zhì)量發(fā)展。