什么是柔性低频输电?

众所周知，电灯的发明彻底改变了人们的生活方式，但电灯的背后却隐藏着一场激烈的世纪电流之战。这场战争的主角，爱迪生和特斯拉为“直流电还是交流电更适合输电”吵得不可开交，他们一个坚持直流，一个力推交流。

结果呢？这场大战以交流电胜出告终，但直流也没下岗，爱迪生成为电灯之父，直流、交流各自精彩，逐渐成为电力传输的两大主力军。

时至今日，电力传输又遇到了新难题，想把海上风电送回陆地，太远！想扩容城市电网，没地方架新线！想为偏远地区通电，成本太高！……

传统的输电技术，开始力不从心。如果把电力传输比作倒啤酒，那么现在的问题就是，怎么在不换杯子的前提下减少泡沫？

答案就藏在，我们本期要介绍的这项硬核技术里。

柔性？低频？

到底啥段位？

中国科学院院士、国家电网公司副总工程师陈维江一句话总结：柔性低频交流输电的基本内涵就是借助于电力电子技术灵活变换频率，在0～50赫兹内选择合适的频率，提高输送容量，提高系统的柔性控制能力，应该说是一种高效、新型的交流输电技术。

咱们先来拆词看本质——

低频

简而言之，就是将频率降到50赫兹以下（通常为15～20赫兹）之间进行交流输电。

我国电网采用的正弦交流电频率为50赫兹（也就是1秒之内，电压、电流做50次周期性变换）。但是，用50赫兹或60赫兹的工频交流输电有个致命缺点——距离越远，损耗越大。

而柔性低频输电技术是通过柔性交—交变频站将工频电力转换为低频传输，或是直接传输由可再生能源发出的低频电力（通常为15～20赫兹），从而实现降低线路电抗、提升输电距离与传输容量的目的。

有点复杂看不懂？

我们还是用倒啤酒来形容一下：

杯中啤酒=有效电量

泡沫=线路损耗

50赫兹工频交流=猛猛倒，泡沫多

直流=换瓶子

柔性低频=慢倒、少沫、不换瓶，杯子（电缆）不变，杯中啤酒的量（有效电量）翻倍！

那么具体有多大的改变呢？

感兴趣的朋友

可以来看看专业的理论推导

假设输电频率由50赫兹降低为50/3赫兹，且忽略线路电阻，根据式（1）、式（2）所示的线路静稳极限功率和电压降落公式，由于线路的电抗降低为工频的1/3，理论上静稳极限功率将增大3倍，电压波动也相应减小。

式中：Pmax为线路静稳极限功率，代表线路在保证小干扰稳定下能传输的极限功率；X为线路电抗，与输电频率成正比；U为线电压；ΔU为线路压降；Q为线路无功功率。

然而，对于实际线路尤其是电缆，输送容量主要受到充电功率限制，根据式（3）、式（4），降低频率理论上将减少2/3的充电无功功率，释放大量线路容量用于有功传输。

式中：Qc为电缆充电无功功率；C为电缆电容；l为电缆距离；SN为视在功率；PR为最大有功传输容量。

（公式截自参考文献）

柔性

柔性通常指的是系统具有高度的可控性和灵活性。具体来说，这种“柔性”体现在能够通过电力电子设备（如变频器）对电能进行灵活控制，包括但不限于灵活调控电能的频率、相位、电压等级等。

头条君给你翻译成“人话”就是，电能怎么走，听我的！灵活调节，指哪儿打哪儿～

这种灵活性使得输电系统能够适应不同的运行条件和需求，比如在不同场景下优化输电效率，提高系统的稳定性和可靠性，以及更好地集成可再生能源等，让输电过程更加高效、稳定。

由此，给电流换个“节奏”，还能灵活调控，这不是妥妥地、稳稳地把电送到远方啦！

柔性低频输电

有啥“超能力”？

柔性低频输电，可不是只有降低频率这么简单，与工频交流输电和直流输电相比它还有好多“超能力”呢！

柔性功率支撑：哪里缺电补哪里！

柔性低频输电系统具备灵活的潮流调控能力，能够根据不同供区的需求，灵活调配电力资源，维持电网电压稳定。

输送能力提升：低频、低损，效率翻倍！

通过降低系统传输频率，交流线路的载流量显著提升，充电无功降低，从而有效提升线路的输送容量和输电距离。

强组网性能：现有设备直接复用，优势延续！

柔性低频输电本质上仍属于交流输电，可以使用交流开关和变压器实现组网和电压等级变换。

降低成本：少建一座换流站≈省出一个“小目标”，自封一个“省钱能手”不为过吧！

采用柔性低频输电技术路线，当机组直接输出低频电能时，送端不再需要建设换流站，只需通过低频升压站直接提升电压等级。相比柔性直流输电，在海上风电送出场景中，柔性低频输电省去了海上换流站建设、运维成本，同时减少多步换流损耗；而相比工频交流送出方案，柔性低频输电无须配置多回海缆线路或增设海上无功补偿平台，可以有效减少投资。

适用性广：原动机友好，无须“二次翻译”！

柔性低频输电适用于风电、水电等低转速原动机，常规永磁直驱风电机组通过改变风机换流器控制策略即能输出低频电力，对于海上风电低频送出领域有良好的适用性。

综上，柔性低频输电有五大优势：灵活、高效、环保、经济、可靠。

柔性低频输电

都能用在哪？

柔性低频输电的这些“超能力”当下都有哪些应用场景呢？

场景一：偏远海岛地区供电

对于那些远离大陆的海岛，低频输电可是派上了大用场。通过低频海缆，将陆上的电能经济、高效地送到海岛上，让海岛居民也用上稳定、可靠的电。

2022年6月，台州35千伏柔性低频输电工程顺利投运，这是国内首个柔性低频输电示范工程。这个工程成功地将大陈岛的海上风电输送到陆上电网，为海上风电资源的优化配置搭建了关键的“桥梁”。

这个工程不仅验证了柔性低频输电技术的可行性，还填补了相关研究的空缺，为后续的低频项目推进奠定了坚实基础。

场景二：城市电网互联及扩容

城市电网想扩容却没地方架新线，那就直接在现有的基础上改造升级！依靠柔性低频输电技术，在现有线路两端建设变频装置，降低输电频率，提升输电容量。

此外，低频输电还可实现供区合环运行和多端组网，在解决分区间潮流调控的同时，增强分区间潮流互济能力，不增加系统短路电流，相比柔性直流输电显著降低直流断路器、直流变压器的成本。

由此，城市电网互联so easy！

2023年6月30日，杭州220千伏柔性低频输电工程正式投运。这是当前国际上电压等级最高、输送容量最大的柔性低频输电工程。

在杭州高温天气下，这个工程凭借一身的“超能力”，为两个供区之间提供了30万千瓦的灵活电能支撑。哪里缺电补哪里，更好地保障了居民的用电需求。

场景三：中远距离海上风电送出

中远距离海上风电送出是柔性低频输电施展拳脚的“主场”。

我国海上风能资源储量丰富，开发潜力巨大。近年来，我国海上风电产业取得了长足进步。数据显示，2023年海上风电累计装机规模占到了全球海上风电总装机的一半；2024年，全国海上风电新增并网装机规模达到404万千瓦，累计并网容量达4127万千瓦，连续4年居全球首位。预测到2030年，国内海上风电总装机将达到2亿千瓦。

送出中远距离海上风电，用传统的工频交流输电方式效率较低，而直流输电成本又高。柔性低频输电凭借一身的“超能力”让这些问题迎刃而解。电力不仅送得远、损耗低，还经济实惠、灵活可靠！

可以预见，柔性低频技术输电将在海上风电的发展中，发挥巨大的作用。

在“双碳”目标驱动下，我国能源绿色低碳转型持续推进，新型电力系统加速构建，新能源占比不断提升。如何服务新能源高质量发展？低频输电技术的研发和应用恰逢其时。它不仅解决了当前输电技术的“卡脖子”问题，还为未来的能源发展提供了更多的可能性。

从爱迪生的直流，到特斯拉的交流，再到今天的柔性低频交流。电力人一直在追求一件事：让电跑得更远、更稳、更便宜，还要更绿！让我们一起期待柔性低频输电这项“硬核”技术在未来的表现吧！

一个小彩蛋

下次再有人问你：“柔性低频输电是啥？”

你就告诉他：“把啤酒倒慢点，泡沫少了，杯中酒量翻倍。输电也是这么个理儿！”

参考文献：

1. 段子越,孟永庆,宁联辉,等.柔性分频输电系统的构建规划及关键设备技术综述[J].电力系统自动化, 2023, 47(10):205-215.

2. 赵国亮,陈维江,邓占锋,于弘洋,徐云飞,赵泽昕．柔性低频交流输电关键技术及应用[J]．电力系统自动化,2022,46(15):1-10

3. 林进钿,倪晓军,裘鹏.柔性低频交流输电技术研究综述[J].浙江电力,2021,40(10):42-50.DOI:10.19585/j.zjdl.202110005.