高压交流输电和高压直流输电的优劣比较

高压交流输电和高压直流输电的优劣比较工业化进程的加快使我们越来越依赖于电，如何使电尽可能多的从发电站输送到用户端成为研究人员非常关注的一个课题。早在19世纪电刚刚出现的时候，爱迪生和特拉斯就应该使用直流电还是交流电的问题争执不休。但是因为爱迪生对特拉斯的打压，导致特拉斯放弃了交流电的专利权。所以，一开始的时候，世界上只有爱迪生公司提供的的低压直流供电系统。但是，低压直流供电不能长距离传送，据说最大传送距离只有1.5英里(约2400米)。后来，交流电和变压器的发明解决了升降电压的问题，从而可以长距离输送。但是爱迪生完全拒绝交流电，还到处宣传高压交流电的危险性，正是因为如此，当最后美国决定采用交流电时，使用了较低的110伏标准。现在，我们基本上都会采用高压交流输电的方式。但是，随着频发的安全事故，人们在一次把目光投向了高压直流输电，但此时的高压交流输电已远远成熟于当时的低压直流输电。下面就高压交流电和直流电的产生以及高压交流输电和高压直流输电的优劣进行阐述。

一、产生

交流电最早是由尼古拉特拉斯发明。现在使用的交流电由交流电动机产生：电动机定子绕组通电后将产旋转磁场，由于这时转子并没有转动，所以转子与磁场之间就有相对运动，转子就会产生感应电流，感应电流使处于磁场中的转子受到磁场力作用而转动；这个循环会一直进行下去，持续不断地产生的感应电动势经处理后就成为最初从发电站输出的交流电。

爱迪生最早发明了直流电。直流电主要有三种发电方式。一是由各种电池直接产生。如利用干电池、蓄电池等提供，但是这样产生的电流很小，不适用于为大型电器供电。二是直流发电机直接发出直流电。这种发电机上装有换向器，因此发出来的直接就是直流电。三是将交流电整流获得直流电。交流电被整流为脉动直流电后再通过滤波，就可获得平滑直流电。第三种方法是应用的最为广泛。

二、传输

任何传输电流的介质都有一定的电阻，所以电在传输的过程中总存在一定的损耗，传输的电流在导线上的损耗可以由P=I2R计算。显然，为降低这种损耗要么降低传输的电流，要么降低电线的电阻。但是由于技术限制，目前很难降低输电导线的电阻。因此，降低传输电流的大小是唯一有效的办法。从发电厂输出的电的功率是一定的，根据P=IU，提高电网中的电压即可降低导线中的电流，从而达到了节约能源的目的交流电升降压容易的特点使这种思路变得切实可行，仅使用结构简单的升降压变压器就可实现。发电厂使用升压变压器将交流电升至几千至几十万伏，这样可以使电线上的损耗尽可能地减少；到了城市内，再用降压变压器将电压降低至合适值以保证安全；进户前会再次降压至市电电压以供用电器使用。

由于直流电不像交流电一样易于升降，只能根据实际电压的高低直接用高压电缆传输。正是由于直流电不易于升降，经济效益较差，19世纪80年代以后，直流输电不得不让位于交流输电。20世纪60年代以来，由于采用高电压、大功率变流器降至六点变为交流电，直流输电系统又重新受到重视。

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三、直流输电与交流输电的比较

高压直流输电方式与高压交流输电方式相比，有明显的优越性。历史上仅仅由于技术的原因，才使得交流输电代替了直流输电。

交流电的优点主要表现在发电和配电方面：利用建立在电磁感应原理基础上的交流发电机可以经济方便地把水流能、风能等机械能、诸如石油、天然气的化学能等其他形式的能转化为电能。与同功率的直流电源和直流换流站相比，交流电源和交流变电站的造价大为低廉。除此之外，交流电可以很方便地通过变压器升压和降压，这给配送电能带来极大的方便。因此，交流电能易获得、易变压、输送造价低廉的特点称为它与直流电相比所具有的独特优势。

直流电的优点主要体现在输电方面。首先，输送相同功率时，直流输电所用线材仅为交流输电的2／3～1／2。直流输电采用两线制，以大地或者海水作回线，与三线三相制交流输电相比，在输电线载面积相同和电流密度相同的条件下，即使不考虑趋肤效应，也可以输送相同的电功率，而输电线和绝缘材料可节省1／3。如果考虑趋肤效应和其他各种损耗，输送同样功率交流电所用的导线截面积大于或等于直流输电所用的1.33倍。同时，直流输电杆塔结构比同容量的三相交流输电简单，线路占地面积也小得多。其次，在电缆输电线路中，直流输电没有电容电流产生，而交流输电线路存在电容电流，引起损耗。在一些特殊的场合，我们必须使用电缆输电，比如高压输电线经过大城市时会采用地下电缆，经过海峡时要用到海底电缆。由于电缆芯线与大地之间构成同轴电容器，用交流高压输电线路时产生的空载电容电流极为可观。如果全部采用直流输电，电压波动小，因此基本不会有电容电流加在电缆上。第三，直流输电时，其两侧交流系统不需同步运行，而交流电必须同步运行。为了消除远距离交流输电中电流相位在交流输电系统的两端时产生的显著的相位差，需要用复杂庞大的补偿系统和综合性强的技术加以调整，否则就可能在设备中形成强大的循环电流，导致设备损坏，严重时甚至会造成大面积的停电。而直流电输电线路互联，它两端的交流电网可以以各自的频率和相位运行，不需要同步调整，更不会出现安全事故。第四，直流输电系统发生故障的损失比交流输电小。如果用交流线路将两个交流系统互联，当一侧系统发生短路时，另一侧要向故障一侧输送短路电流；此时，两侧系统原有的开关切断短路电流的能力受到威胁，这就需要更换开关。直流输电多采用可控硅装置，电路功率能方便、迅速地进行调节。所以，直流输电线路上基本不像发生短路的交流系统一样输送短路电流，故障侧交流系统的短路电流于没有互联时的一样，也不必更换两侧而原有的开关和载流设备。

直流输电线路各级独立调节和工作，彼此没有影响。即便一极发生故障，只要停运故障极，另一极仍可输送不少于一半功率的电能。但是在交流输电线路中，任一相发生永久性故障就必须全线停电。

通过以上对交流电、直流电的产生和传输的分析，不难看出，高压直流输电不论是在经济效益还是安全性能方面都比交流输电有很大的优势。因此，在这样的背景下，我们应该大力研究高压直流输电方法。我国能源与负荷分布不均，需要大容量、远距离输电；沿海岛屿众多，许多岛屿需要由大陆送电或互联并网；大城市人口集中，采用高压交流输电会有很大的安全隐患。正是由于我国这些特殊的国情，早日实现高压直流电对我国加快工业化进程有着十分重要的现实意义。

参考文献

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