眾所周知，電燈的發明徹底改變了人們的生活方式，但電燈的背后卻隱藏著一場激烈的世紀電流之戰。這場戰爭的主角，愛迪生和特斯拉為“直流電還是交流電更適合輸電”吵得不可開交，他們一個堅持直流，一個力推交流。

結果呢？這場大戰以交流電勝出告終，但直流也沒下崗，愛迪生成為電燈之父，直流、交流各自精彩，逐漸成為電力傳輸的兩大主力軍。

時至今日，電力傳輸又遇到了新難題，想把海上風電送回陸地，太遠！想擴容城市電網，沒地方架新線！想為偏遠地區通電，成本太高！……

傳統的輸電技術，開始力不從心。如果把電力傳輸比作倒啤酒，那么現在的問題就是，怎么在不換杯子的前提下減少泡沫？

答案就藏在，我們本期要介紹的這項硬核技術里。

柔性？低頻？

到底啥段位？

中國科學院院士、國家電網公司副總工程師陳維江一句話總結：柔性低頻交流輸電的基本內涵就是借助于電力電子技術靈活變換頻率，在0～50赫茲內選擇合適的頻率，提高輸送容量，提高系統的柔性控制能力，應該說是一種高效、新型的交流輸電技術。

咱們先來拆詞看本質——

低頻

簡而言之，就是將頻率降到50赫茲以下（通常為15～20赫茲）之間進行交流輸電。

我國電網采用的正弦交流電頻率為50赫茲（也就是1秒之內，電壓、電流做50次周期性變換）。但是，用50赫茲或60赫茲的工頻交流輸電有個致命缺點——距離越遠，損耗越大。

而柔性低頻輸電技術是通過柔性交—交變頻站將工頻電力轉換為低頻傳輸，或是直接傳輸由可再生能源發出的低頻電力（通常為15～20赫茲），從而實現降低線路電抗、提升輸電距離與傳輸容量的目的。

有點復雜看不懂？

我們還是用倒啤酒來形容一下：

杯中啤酒=有效電量

泡沫=線路損耗

50赫茲工頻交流=猛猛倒，泡沫多

直流=換瓶子

柔性低頻=慢倒、少沫、不換瓶，杯子（電纜）不變，杯中啤酒的量（有效電量）翻倍！

那么具體有多大的改變呢？

感興趣的朋友

可以來看看專業的理論推導

假設輸電頻率由50赫茲降低為50/3赫茲，且忽略線路電阻，根據式（1）、式（2）所示的線路靜穩極限功率和電壓降落公式，由于線路的電抗降低為工頻的1/3，理論上靜穩極限功率將增大3倍，電壓波動也相應減小。

式中：Pmax為線路靜穩極限功率，代表線路在保證小干擾穩定下能傳輸的極限功率；X為線路電抗，與輸電頻率成正比；U為線電壓；ΔU為線路壓降；Q為線路無功功率。

然而，對于實際線路尤其是電纜，輸送容量主要受到充電功率限制，根據式（3）、式（4），降低頻率理論上將減少2/3的充電無功功率，釋放大量線路容量用于有功傳輸。

式中：Qc為電纜充電無功功率；C為電纜電容；l為電纜距離；SN為視在功率；PR為最大有功傳輸容量。

（公式截自參考文獻）

柔性

柔性通常指的是系統具有高度的可控性和靈活性。具體來說，這種“柔性”體現在能夠通過電力電子設備（如變頻器）對電能進行靈活控制，包括但不限于靈活調控電能的頻率、相位、電壓等級等。

頭條君給你翻譯成“人話”就是，電能怎么走，聽我的！靈活調節，指哪兒打哪兒～

這種靈活性使得輸電系統能夠適應不同的運行條件和需求，比如在不同場景下優化輸電效率，提高系統的穩定性和可靠性，以及更好地集成可再生能源等，讓輸電過程更加高效、穩定。

由此，給電流換個“節奏”，還能靈活調控，這不是妥妥地、穩穩地把電送到遠方啦！

柔性低頻輸電

有啥“超能力”？

柔性低頻輸電，可不是只有降低頻率這么簡單，與工頻交流輸電和直流輸電相比它還有好多“超能力”呢！

柔性功率支撐：哪里缺電補哪里！

柔性低頻輸電系統具備靈活的潮流調控能力，能夠根據不同供區的需求，靈活調配電力資源，維持電網電壓穩定。

輸送能力提升：低頻、低損，效率翻倍！

通過降低系統傳輸頻率，交流線路的載流量顯著提升，充電無功降低，從而有效提升線路的輸送容量和輸電距離。

強組網性能：現有設備直接復用，優勢延續！

柔性低頻輸電本質上仍屬于交流輸電，可以使用交流開關和變壓器實現組網和電壓等級變換。

降低成本：少建一座換流站≈省出一個“小目標”，自封一個“省錢能手”不為過吧！

采用柔性低頻輸電技術路線，當機組直接輸出低頻電能時，送端不再需要建設換流站，只需通過低頻升壓站直接提升電壓等級。相比柔性直流輸電，在海上風電送出場景中，柔性低頻輸電省去了海上換流站建設、運維成本，同時減少多步換流損耗；而相比工頻交流送出方案，柔性低頻輸電無須配置多回海纜線路或增設海上無功補償平臺，可以有效減少投資。

適用性廣：原動機友好，無須“二次翻譯”！

柔性低頻輸電適用于風電、水電等低轉速原動機，常規永磁直驅風電機組通過改變風機換流器控制策略即能輸出低頻電力，對于海上風電低頻送出領域有良好的適用性。

綜上，柔性低頻輸電有五大優勢：靈活、高效、環保、經濟、可靠。

柔性低頻輸電

都能用在哪？

柔性低頻輸電的這些“超能力”當下都有哪些應用場景呢？

場景一：偏遠海島地區供電

對于那些遠離大陸的海島，低頻輸電可是派上了大用場。通過低頻海纜，將陸上的電能經濟、高效地送到海島上，讓海島居民也用上穩定、可靠的電。

2022年6月，臺州35千伏柔性低頻輸電工程順利投運，這是國內首個柔性低頻輸電示范工程。這個工程成功地將大陳島的海上風電輸送到陸上電網，為海上風電資源的優化配置搭建了關鍵的“橋梁”。

這個工程不僅驗證了柔性低頻輸電技術的可行性，還填補了相關研究的空缺，為后續的低頻項目推進奠定了堅實基礎。

場景二：城市電網互聯及擴容

城市電網想擴容卻沒地方架新線，那就直接在現有的基礎上改造升級！依靠柔性低頻輸電技術，在現有線路兩端建設變頻裝置，降低輸電頻率，提升輸電容量。

此外，低頻輸電還可實現供區合環運行和多端組網，在解決分區間潮流調控的同時，增強分區間潮流互濟能力，不增加系統短路電流，相比柔性直流輸電顯著降低直流斷路器、直流變壓器的成本。

由此，城市電網互聯so easy！

2023年6月30日，杭州220千伏柔性低頻輸電工程正式投運。這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。

在杭州高溫天氣下，這個工程憑借一身的“超能力”，為兩個供區之間提供了30萬千瓦的靈活電能支撐。哪里缺電補哪里，更好地保障了居民的用電需求。

場景三：中遠距離海上風電送出

中遠距離海上風電送出是柔性低頻輸電施展拳腳的“主場”。

我國海上風能資源儲量豐富，開發潛力巨大。近年來，我國海上風電產業取得了長足進步。數據顯示，2023年海上風電累計裝機規模占到了全球海上風電總裝機的一半；2024年，全國海上風電新增并網裝機規模達到404萬千瓦，累計并網容量達4127萬千瓦，連續4年居全球首位。預測到2030年，國內海上風電總裝機將達到2億千瓦。

送出中遠距離海上風電，用傳統的工頻交流輸電方式效率較低，而直流輸電成本又高。柔性低頻輸電憑借一身的“超能力”讓這些問題迎刃而解。電力不僅送得遠、損耗低，還經濟實惠、靈活可靠！

可以預見，柔性低頻技術輸電將在海上風電的發展中，發揮巨大的作用。

在“雙碳”目標驅動下，我國能源綠色低碳轉型持續推進，新型電力系統加速構建，新能源占比不斷提升。如何服務新能源高質量發展？低頻輸電技術的研發和應用恰逢其時。它不僅解決了當前輸電技術的“卡脖子”問題，還為未來的能源發展提供了更多的可能性。

從愛迪生的直流，到特斯拉的交流，再到今天的柔性低頻交流。電力人一直在追求一件事：讓電跑得更遠、更穩、更便宜，還要更綠！讓我們一起期待柔性低頻輸電這項“硬核”技術在未來的表現吧！

一個小彩蛋

下次再有人問你：“柔性低頻輸電是啥？”

你就告訴他：“把啤酒倒慢點，泡沫少了，杯中酒量翻倍。輸電也是這么個理兒！”

參考文獻：

1. 段子越,孟永慶,寧聯輝,等.柔性分頻輸電系統的構建規劃及關鍵設備技術綜述[J].電力系統自動化, 2023, 47(10):205-215.

2. 趙國亮,陳維江,鄧占鋒,于弘洋,徐云飛,趙澤昕．柔性低頻交流輸電關鍵技術及應用[J]．電力系統自動化,2022,46(15):1-10

3. 林進鈿,倪曉軍,裘鵬.柔性低頻交流輸電技術研究綜述[J].浙江電力,2021,40(10):42-50.DOI:10.19585/j.zjdl.202110005.