“分頻（低頻）輸電理論與技術”專欄特約主編寄語

提高輸電線路的傳輸能力一直是電力工程的重要研究領域。近年來，由于陸地出線走廊緊張及海上風力發電投資巨大的影響，提高線路傳輸能力的需求更加突出。

限制交流輸電系統輸送功率的主要因素有熱極限、穩定功率極限等，且與電壓、頻率直接相關。變壓器的發明使得電網可以選用不同的電壓等級達到提高輸送能力、效率的目的，為電力系統的發展發揮了重要作用。但在現代電力系統的規劃與建設中，很少考慮交流輸電的另一個重要參數——頻率的優化問題。

目前，以“碳達峰”“碳中和”為目標的能源轉型將使得可再生能源和清潔能源迅猛發展，世界各國都在全力推進可再生能源發電的研究和建設。這類再生能源的原動機轉速很低，適合發出低頻電力，因此應該重新審視電力系統各環節的最佳頻率問題，開展以分頻（低頻）輸電為代表的多頻率電力系統形態、理論及應用研究。

經過前期精心篩選，本專欄共收錄了7 篇論文。《海上風力發電及送出技術與就地制氫的發展概述》提出風力發電是實現“雙碳”目標的有力途徑之一，通過對海上風電發電技術和送出技術的最新進展進行總結歸納，分析海上風電的發展現狀和趨勢，分別對新一代海上風機、漂浮式海上風電技術、海上風電制氫、集電系統設計、工頻并網改進和新型并網送出方式的研究方向和發展前景進行闡述，對海上風電發展技術進行總結，指出了海上風電技術的發展趨勢，為進一步開展海上風電的研究指明方向。《低頻輸電技術原理之一——M3C 的數學模型與等效電路》認為低頻海底電纜輸電技術在遠海風電送出和海上風電場構網方面具有競爭優勢，而M3C（模塊化多電平矩陣變換器）是低頻輸電技術的核心元件。針對M3C 的數學模型與等效電路展開研究，介紹了低頻輸電技術的發展背景。通過將M3C 看作為已廣泛應用的MMC（模塊化多電平換流器）的結構擴展，給出了類似于MMC 的M3C 拓撲結構和變量命名規則。在此基礎上推導出了M3C 在abc 三相坐標系中的數學模型，并在αβ0 坐標系中建立了M3C 的數學模型，根據M3C 在αβ0 坐標系中的數學方程，推導出了對應的等效電路。《低頻輸電技術原理之二——M3C 的穩態特性與主回路參數設計》針對M3C 的穩態特性與主回路參數設計展開研究，基于M3C 在αβ 坐標系中的數學模型并依據控制器將M3C 環流抑制到零的條件，推導出各橋臂電流的表達式；基于開關函數法和逐次逼近法，推導出子模塊電容電流集合平均值以及子模塊電容電壓集合平均值的解析表達式。并在此基礎上，給出確定橋臂子模塊數目的算法和設計子模塊電容器電容值的公式。《低頻輸電技術原理之三——M3C 基本控制策略與子模塊電壓平衡控制》針對M3C 的控制策略與子模塊電壓平衡控制展開研究：控制器仍然采用電壓源換流器中常用的雙環控制器結構，外環控制器設計與常規方法相同，內環控制器設計分成外部量控制與內部量控制分別進行。其中，內環外部量控制器設計在dq 坐標系下進行，內環內部量控制器設計直接在αβ 坐標系下進行。此外，針對全橋子模塊的特點，通過定義3 個特征量，提出一種簡單有效、基于最近電平逼近且可滿足子模塊電壓平衡控制要求的橋臂子模塊投切策略。《柔性低頻交流輸電技術研究綜述》指出柔性低頻交流輸電技術是采用可關斷電力電子器件和模塊化多電平拓撲的新型輸電技術。因兼具工頻交流輸電和柔性直流輸電的優點，該技術在遠距離輸電、海上風電送出及城市電網相關領域得到了廣泛關注。在詳細介紹柔性低頻交流輸電的基本工作原理和系統結構的基礎上，對其技術特點及相關領域的應用研究現狀進行了梳理總結。最后，就柔性低頻交流輸電需重點研究的關鍵技術，尤其是系統接入技術、變頻器主電路拓撲、控制與保護系統、諧波與電能質量分析、主設備低頻適應性等進行了展望。《面向城市電網擴容改造的雙端型柔性分頻輸電系統M3C 換流站建模與控制研究》通過在線路兩端設置變頻裝置，利用既有線路構建點對點的雙端型分頻輸電系統，可以提升線路容量和輸電效率、降低潮流變化引起的母線電壓波動，是緩解城市電網容量不足的有效方法。圍繞該場景下柔性分頻輸電系統M3C 換流站的建模與控制開展研究，建立雙αβ0 坐標系下M3C 的數學模型，提出基于雙環結構的M3C 換流站控制系統總體架構及各個環節的控制策略，以及送端、受端變頻站的協同控制方法。最后，通過仿真算例驗證了所提控制策略的正確性和有效性。《基于有限元法的低頻輸電電纜溫度場分析》采用有限元法對雙回路排管敷設方式下的電纜線路進行計算，比較低頻與工頻傳輸時電纜的溫度場；計算了不同型號電纜在2 種典型敷設方式下的提升效率。以國內某變電站送出工程為例，對電纜中各項損耗進行分析，結果表明，低頻輸電對輸送容量的提升作用以及對電纜工況的改善效果明顯，電纜截面積越大，降低頻率對傳輸容量的提升效果越明顯。該分析結果可為低頻工程中的電纜選型提供參考。

本刊旨在通過本專欄促進學術交流，與作者、讀者一起探討以分頻（低頻）輸電為代表的多頻率電力系統的發展趨勢和研究成果，促進提高線路傳輸能力技術的理論研究和落地實踐。