眾所周知，電燈的發(fā)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(chǎng)激烈的世紀(jì)電流之戰(zhàn)。這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)的主角，愛(ài)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(gè)堅(jiān)持直流，一個(gè)力推交流。

結(jié)果呢？這場(chǎng)大戰(zhàn)以交流電勝出告終，但直流也沒(méi)下崗，愛(ài)迪生成為電燈之父，直流、交流各自精彩，逐漸成為電力傳輸?shù)膬纱笾髁姟?/span>

時(shí)至今日，電力傳輸又遇到了新難題，想把海上風(fēng)電送回陸地，太遠(yuǎn)！想擴(kuò)容城市電網(wǎng)，沒(méi)地方架新線！想為偏遠(yuǎn)地區(qū)通電，成本太高！……

傳統(tǒng)的輸電技術(shù)，開始力不從心。如果把電力傳輸比作倒啤酒，那么現(xiàn)在的問(wèn)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(xiàng)硬核技術(shù)里。

柔性？低頻？

到底啥段位？

中國(guó)科學(xué)院院士、國(guó)家電網(wǎng)公司副總工程師陳維江一句話總結(jié)：柔性低頻交流輸電的基本內(nèi)涵就是借助于電力電子技術(shù)靈活變換頻率，在0～50赫茲內(nèi)選擇合適的頻率，提高輸送容量，提高系統(tǒng)的柔性控制能力，應(yīng)該說(shuō)是一種高效、新型的交流輸電技術(shù)。

咱們先來(lái)拆詞看本質(zhì)——

低頻

簡(jiǎn)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(jìn)行交流輸電。

我國(guó)電網(wǎng)采用的正弦交流電頻率為50赫茲（也就是1秒之內(nèi)，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(gè)致命缺點(diǎn)——距離越遠(yuǎn)，損耗越大。

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

有點(diǎn)復(fù)雜看不懂？

我們還是用倒啤酒來(lái)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(lái)看看專業(yè)的理論推導(dǎo)

假設(shè)輸電頻率由50赫茲降低為50/3赫茲，且忽略線路電阻，根據(jù)式（1）、式（2）所示的線路靜穩(wěn)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(wěn)極限功率將增大3倍，電壓波動(dòng)也相應(yīng)減小。

式中：Pmax為線路靜穩(wěn)極限功率，代表線路在保證小干擾穩(wěn)定下能傳輸?shù)臉O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(wú)功功率。

然而，對(duì)于實(shí)際線路尤其是電纜，輸送容量主要受到充電功率限制，根據(jù)式（3）、式（4），降低頻率理論上將減少2/3的充電無(wú)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(wú)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(xiàn)）

柔性

柔性通常指的是系統(tǒng)具有高度的可控性和靈活性。具體來(lái)說(shuō)，這種“柔性”體現(xiàn)在能夠通過(guò)電力電子設(shè)備（如變頻器）對(duì)電能進(jìn)行靈活控制，包括但不限于靈活調(diào)控電能的頻率、相位、電壓等級(jí)等。

頭條君給你翻譯成“人話”就是，電能怎么走，聽我的！靈活調(diào)節(jié)，指哪兒打哪兒～

這種靈活性使得輸電系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同的運(yùn)行條件和需求，比如在不同場(chǎng)景下優(yōu)化輸電效率，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，以及更好地集成可再生能源等，讓輸電過(guò)程更加高效、穩(wěn)定。

由此，給電流換個(gè)“節(jié)奏”，還能靈活調(diào)控，這不是妥妥地、穩(wěn)穩(wěn)地把電送到遠(yuǎn)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(jiǎn)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(bǔ)哪里！

柔性低頻輸電系統(tǒng)具備靈活的潮流調(diào)控能力，能夠根據(jù)不同供區(qū)的需求，靈活調(diào)配電力資源，維持電網(wǎng)電壓穩(wěn)定。

輸送能力提升：低頻、低損，效率翻倍！

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

強(qiáng)組網(wǎng)性能：現(xiàn)有設(shè)備直接復(fù)用，優(yōu)勢(shì)延續(xù)！

柔性低頻輸電本質(zhì)上仍屬于交流輸電，可以使用交流開關(guān)和變壓器實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)和電壓等級(jí)變換。

降低成本：少建一座換流站≈省出一個(gè)“小目標(biāo)”，自封一個(gè)“省錢能手”不為過(guò)吧！

采用柔性低頻輸電技術(shù)路線，當(dāng)機(jī)組直接輸出低頻電能時(shí)，送端不再需要建設(shè)換流站，只需通過(guò)低頻升壓站直接提升電壓等級(jí)。相比柔性直流輸電，在海上風(fēng)電送出場(chǎng)景中，柔性低頻輸電省去了海上換流站建設(shè)、運(yùn)維成本，同時(shí)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(wú)須配置多回海纜線路或增設(shè)海上無(wú)功補(bǔ)償平臺(tái)，可以有效減少投資。

適用性廣：原動(dòng)機(jī)友好，無(wú)須“二次翻譯”！

柔性低頻輸電適用于風(fēng)電、水電等低轉(zhuǎn)速原動(dòng)機(jī)，常規(guī)永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組通過(guò)改變風(fēng)機(jī)換流器控制策略即能輸出低頻電力，對(duì)于海上風(fēng)電低頻送出領(lǐng)域有良好的適用性。

綜上，柔性低頻輸電有五大優(yōu)勢(shì)：靈活、高效、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、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(dāng)下都有哪些應(yīng)用場(chǎng)景呢？

場(chǎng)景一：偏遠(yuǎn)海島地區(qū)供電

對(duì)于那些遠(yuǎn)離大陸的海島，低頻輸電可是派上了大用場(chǎng)。通過(guò)低頻海纜，將陸上的電能經(jīng)濟(jì)、高效地送到海島上，讓海島居民也用上穩(wěn)定、可靠的電。

2022年6月，臺(tái)州35千伏柔性低頻輸電工程順利投運(yùn)，這是國(guó)內(nèi)首個(gè)柔性低頻輸電示范工程。這個(gè)工程成功地將大陳島的海上風(fēng)電輸送到陸上電網(wǎng)，為海上風(fēng)電資源的優(yōu)化配置搭建了關(guān)鍵的“橋梁”。

這個(gè)工程不僅驗(yàn)證了柔性低頻輸電技術(shù)的可行性，還填補(bǔ)了相關(guān)研究的空缺，為后續(xù)的低頻項(xiàng)目推進(jìn)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

場(chǎng)景二：城市電網(wǎng)互聯(lián)及擴(kuò)容

城市電網(wǎng)想擴(kuò)容卻沒(méi)地方架新線，那就直接在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上改造升級(jí)！依靠柔性低頻輸電技術(shù)，在現(xiàn)有線路兩端建設(shè)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(shí)現(xiàn)供區(qū)合環(huán)運(yùn)行和多端組網(wǎng)，在解決分區(qū)間潮流調(diào)控的同時(shí)，增強(qiáng)分區(qū)間潮流互濟(jì)能力，不增加系統(tǒng)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(wǎng)互聯(lián)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(yùn)。這是當(dāng)前國(guó)際上電壓等級(jí)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(gè)工程憑借一身的“超能力”，為兩個(gè)供區(qū)之間提供了30萬(wàn)千瓦的靈活電能支撐。哪里缺電補(bǔ)哪里，更好地保障了居民的用電需求。

場(chǎng)景三：中遠(yuǎn)距離海上風(fēng)電送出

中遠(yuǎn)距離海上風(fēng)電送出是柔性低頻輸電施展拳腳的“主場(chǎng)”。

我國(guó)海上風(fēng)能資源儲(chǔ)量豐富，開發(fā)潛力巨大。近年來(lái)，我國(guó)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。數(shù)據(jù)顯示，2023年海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)規(guī)模占到了全球海上風(fēng)電總裝機(jī)的一半；2024年，全國(guó)海上風(fēng)電新增并網(wǎng)裝機(jī)規(guī)模達(dá)到404萬(wàn)千瓦，累計(jì)并網(wǎng)容量達(dá)4127萬(wàn)千瓦，連續(xù)4年居全球首位。預(yù)測(cè)到2030年，國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電總裝機(jī)將達(dá)到2億千瓦。

送出中遠(yuǎn)距離海上風(fēng)電，用傳統(tǒng)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(wèn)題迎刃而解。電力不僅送得遠(yuǎn)、損耗低，還經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、靈活可靠！

可以預(yù)見，柔性低頻技術(shù)輸電將在海上風(fēng)電的發(fā)展中，發(fā)揮巨大的作用。

在“雙碳”目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，我國(guó)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型持續(xù)推進(jìn)，新型電力系統(tǒng)加速構(gòu)建，新能源占比不斷提升。如何服務(wù)新能源高質(zhì)量發(fā)展？低頻輸電技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用恰逢其時(shí)。它不僅解決了當(dāng)前輸電技術(shù)的“卡脖子”問(wèn)題，還為未來(lái)的能源發(fā)展提供了更多的可能性。

從愛(ài)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(yuǎn)、更穩(wěn)、更便宜，還要更綠！讓我們一起期待柔性低頻輸電這項(xiàng)“硬核”技術(shù)在未來(lái)的表現(xiàn)吧！

一個(gè)小彩蛋

下次再有人問(wèn)你：“柔性低頻輸電是啥？”

你就告訴他：“把啤酒倒慢點(diǎn)，泡沫少了，杯中酒量翻倍。輸電也是這么個(gè)理兒！”

參考文獻(xiàn)：

1. 段子越,孟永慶,寧聯(lián)輝,等.柔性分頻輸電系統(tǒng)的構(gòu)建規(guī)劃及關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)綜述[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2023, 47(10):205-215.

2. 趙國(guó)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(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用[J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2022,46(15):1-10

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