世界首个电压等级最高、输送容量最大柔性低频输电工程投运,频率为啥选20赫兹?

电力知识学堂 2023-07-02 11:49:12

近日,世界首个220kV也是我国首个220千伏柔性低频输电工程在浙江杭州投运。低频最终选择为20赫兹,这也是当前我国电压等级最高、输送容量最大的柔性低频输电工程。

很多人好奇,0-50赫兹都属于低频,为什么频率最终选择为20赫兹?

柔性低频输电本质上仍然属于交流输电,频率降低有助于降低系统中的无功消耗,理论上频率越低,输电距离可以大幅度提高。

但是频率选择也是有一定限制的,如对核心器件柔性低频输电变压器来说。在维持变压器感应电动势与磁通密度不变的前提下,变压器的匝数和铁心截面积与频率成反比,意味着当变压器运行在低频工况时,为了避免磁饱和,变压器匝数与铁心截面积比在工频时要增大,造成低频变压器的体积、重量上升。

同等的电压等级及容量条件下,频率从50Hz将至20Hz,220kV柔性低频变压器与工频变压器相比,重量增加约70%,体积增加约45%,变压器负载损耗增加33%。但低于20Hz后变压器体积与重量将迅速增加。

来自中国电科院的院士专家团队,利用原理和仿真手段进行详细分析和论证后认为,选择柔性低频输电系统工作频率为20Hz是较为合适的。

据了解,220千伏中埠-亭山柔性低频输电示范项目是世界首个220kV柔性低频输电工程,该项目应用6台单相DF-110000/220“低频”变压器产品,通过在已建成的13.2千米的220千伏亭中输电线路两侧建设换频站,通过20Hz低频互联起富阳和萧山南部两大负荷中心。

柔性低频交流输电技术是借助电力电子技术灵活选择0~50Hz合适频率,是一种新型高效的交流输电技术。柔性低频交流输电技术可提升电网输送容量和柔性调控能力。

据专家介绍,将传统电网50赫兹输送频率降至20赫兹,通过降低输电频率,可以减少‘输电阻力’,从而提高输电容量、距离和效率。填补了工频输电和直流输电的短板,除应用于城市内部电网互联外,在大规模海上风电送出、多岛屿互联等场景下,与现有的工频交流和直流输电相比,柔性低频输电技术在70至200公里海域内有着明显的经济优势。

核算研究发现,直流输电和低频输电的经济分界线距离为 185km。也就是说在185公里以下,由于海缆的投资占比比较小,可以采用低频输电技术较为经济。但当传输距离超过185km以上时,由于海缆投资占比较大,采用直流输电技术经济上更有优势。

我国海上风电发展迅速,离岸距离基本在200公里以内,因此低频输电技术未来大有可为!

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