2021年，三峽能源江蘇如東海上風電柔性直流輸電工程投運。該工程先后攻克了換流站建造、直流海纜研發(fā)、國產(chǎn)化換流閥研發(fā)應用、設備適海性設計和測試等技術難題，是國內首次將柔性直流輸電技術應用于海上風電送出領域。三峽能源江蘇如東海上風電柔性直流輸電工程的海上換流站，也成為當時全球容量最大、電壓等級最高、體積最大的海上換流站?？傆?10萬千瓦裝機容量海上風電項目所生產(chǎn)的電能，被海上換流站轉換為直流電后，通過1回±400kV直流海纜送至陸上換流站，逆變?yōu)?00kV交流電后接入電網(wǎng)。

“海上風電的交變直流轉換站，平均面積相當于一個足球場，高度相當于15層的居民樓，重達2.2萬噸，運維和投資費用十分巨大。如果海上風電項目的輸電距離沒有達到一定的長度，輸電成本會比較高。”有研究電力系統(tǒng)的專家坦言。

因此，業(yè)內正將目光投向適用于近海50Hz工頻輸電和適用于遠海直流輸電的中間頻率上，這就使低頻輸電技術有了用武之地。

相比直流，海上風電低頻輸電系統(tǒng)可利用風電機組直接輸出低頻電能，通過匯集系統(tǒng)將低頻電能傳輸至海上平臺，并通過低頻變壓器升壓后經(jīng)海纜線路送出，最后由陸上交交變頻站將其變換為工頻匯入工頻電網(wǎng)。由于無需建設換流站等設施，整個輸電工程的造價更低。

“總的來說，隨著離岸距離越來越遠，工頻交流送出越發(fā)困難，成本相應上浮。在當前產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀下，直流方案成本高，需要長距離送出才有經(jīng)濟性。因此，低頻輸電在特定送出距離情況下將更有經(jīng)濟性。”上海電氣風電集團股份有限公司(下稱“電氣風電”)工程與技術研究院副院長曹廣啟在接受《風能》采訪時表示，“基于現(xiàn)有項目執(zhí)行經(jīng)驗，離岸送出距離80公里到170公里左右的項目可以考慮采用低頻方案，并通過詳細的專題比選做最終的路線選擇。”

除了具有一定的成本優(yōu)勢外，柔性低頻輸電采用了電壓源型換流器，具備類似柔性直流輸電的柔性調控能力，如潮流靈活調節(jié)、無功補償、電壓動態(tài)支撐等，能夠實現(xiàn)海上風電場黑啟動，可建立系統(tǒng)電壓/頻率，更適合于風電等新能源并網(wǎng)送出、電網(wǎng)互聯(lián)、海島供電與互聯(lián)等應用場景。

在海上風電低頻輸電系統(tǒng)中，低頻風電機組的改造與應用最為關鍵。

據(jù)曹廣啟介紹，從工頻50Hz到低頻20Hz，需針對電氣系統(tǒng)，如核心的變流器、變壓器、開斷設備及機組自耗電電氣設備等做適應性設計，與電氣設備相連接的整機系統(tǒng)也需要做相應的調整。

“低頻風電機組設計目前沒有國家標準可循，電氣系統(tǒng)設計更要結合借鑒工頻標準及低頻仿真、實物試驗開展，確保電氣設備的可靠。電氣風電協(xié)同國內高校、科研院所、電力科學院、成套設計方、權威檢測中心等機構共同論證，在標準空白的情況下，突破性地實現(xiàn)了低頻方案在海上風電的批量產(chǎn)品應用。”曹廣啟表示，“低頻機組不僅是低頻電氣方案的突破，更是風電整機基于場景工況統(tǒng)籌精細化設計。一個直觀的例子是，當前低頻變壓設備的重量比工頻變壓設備重約1.5倍，給整機載荷、承載部件結構設計帶來較大的難度，在適配低頻電氣設計的同時，需要考慮整機設計的最優(yōu)方案。”

據(jù)悉，不久前，電氣風電下線了全球最大的低頻海上風電機組，單機容量達到16MW。該機型參與了浙江玉環(huán)2號海上低頻風電示范項目風電機組設備競標，并成功中標19臺共304MW海上風電機組訂單。項目將于2025年全容量并網(wǎng)。