前言：

發(fā)電機(jī)輸出交流電是從整個(gè)電力系統(tǒng)方面考慮的,，而非僅僅考慮到發(fā)電機(jī)成本問(wèn)題,。

當(dāng)然，交直之爭(zhēng)放到現(xiàn)在,，也不是僅僅以交流電勝出而終止,。就現(xiàn)在的電力系統(tǒng)而言，高壓輸電是交直并存,、相輔相成的狀況,。

甚至，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,，直流輸電也有可能會(huì)再次強(qiáng)勢(shì)回歸主導(dǎo)地位,。總而言之,，交直流的發(fā)展過(guò)程是：

直流（1882）——交直相爭(zhēng)——交流勝出（1893）——直流回歸,，交直并存（1954至今）

我們不妨先來(lái)詳細(xì)扒一扒直流輸電和交流輸電的發(fā)展過(guò)程吧。

一,、直流王朝的開(kāi)辟：

電的商業(yè)化應(yīng)用始于19世紀(jì)70年代后期，當(dāng)時(shí)電弧燈已經(jīng)用于燈塔和街道的照明,。

第一個(gè)完整的電力系統(tǒng)（由發(fā)電機(jī),、電纜。熔絲,、電表和負(fù)荷組成）是托馬斯\cdot 愛(ài)迪生在紐約城歷史上有名的皮埃爾大街站（Pearl Street station）建成并于1882年9月投入運(yùn)行,。

這是一個(gè)直流電力系統(tǒng)，由一臺(tái)蒸汽機(jī)拖動(dòng)直流發(fā)電機(jī)給半徑為1.5km面積內(nèi)的59個(gè)用戶(hù),。

負(fù)荷全部由白熾燈組成,，通過(guò)110V地下電纜供電，在此后幾年內(nèi),，類(lèi)似的電力系統(tǒng)已經(jīng)在世界上大多數(shù)城市投入運(yùn)行,，隨著1884年福蘭克\cdot 斯普萊克（Frank Sprague）對(duì)發(fā)電機(jī)的開(kāi)發(fā)，電動(dòng)機(jī)負(fù)荷也加入到這樣的系統(tǒng)中,。

這是電力系統(tǒng)發(fā)展成為世界最大工業(yè)之一的開(kāi)端,。

二、交直相爭(zhēng),，“交流”一戰(zhàn)成名：

盡管初期直流系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用,，但后來(lái)它幾乎完全被交流系統(tǒng)替代。到1886年,，直流系統(tǒng)的局限性明顯露出來(lái),，因?yàn)樗荒茉诤芏痰木嚯x內(nèi)從發(fā)電機(jī)向外送電,。

為了將輸電損耗（RI2）和電壓降落限制到可以接受的水平（例如低壓直流輸電采用110V，那么到最末端的時(shí)的電壓可能只有80V了）,，長(zhǎng)距離輸電系統(tǒng)必須采用高電壓,。

而這樣高的電壓是發(fā)電機(jī)和用戶(hù)都不能接受的，因此必須采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行電壓變換,。

L.高拉德（L.Gaulard）和法國(guó)巴黎的J.D.吉布（J.D.Gibbs）開(kāi)發(fā)了變壓器和交流輸電技術(shù),，由此產(chǎn)生了交流電力系統(tǒng)。喬治\cdot 西屋（George Westinghouse）獲得了這些新設(shè)備在美國(guó)的應(yīng)用權(quán)利,。

1886年,，西屋的助手威廉\cdot 斯坦利（William Stanley）開(kāi)發(fā)和實(shí)驗(yàn)了商業(yè)實(shí)用的變壓器和在馬薩諸塞州大白靈頓的由150個(gè)電燈組成的交流配電系統(tǒng)。

1889年,，北美洲第一個(gè)交流輸電線(xiàn)在俄勒岡州威拉姆特州瀑布和波特蘭之間建立并投入運(yùn)行,，這是一條單相的線(xiàn)路，輸電電壓4000V,，輸送距離21km,。

隨著尼古拉\cdot 特斯拉（Nikola Tesla）的多相系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，交流系統(tǒng)變得越來(lái)越具有吸引力,。1888年,，特斯拉持有關(guān)于交流發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī),。變壓器和輸電系統(tǒng)的若干專(zhuān)利,。

慧眼識(shí)珠的西屋購(gòu)買(mǎi)了這些早期發(fā)明專(zhuān)利，這些發(fā)明奠定了當(dāng)今交流電力系統(tǒng)的基礎(chǔ),。

在19世紀(jì)90年代,，曾有過(guò)關(guān)于電力系統(tǒng)采用直流還是交流作為標(biāo)準(zhǔn)的相當(dāng)大的爭(zhēng)論。在主張直流的愛(ài)迪生和偏好交流的西屋之間發(fā)生了激烈的辯論（愛(ài)迪生還允許助手通過(guò)使用交流電電死大象,、試驗(yàn)電椅等的試驗(yàn)來(lái)證明交流電的危害）,。

在世紀(jì)之交，交流系統(tǒng)對(duì)直流系統(tǒng)取得了勝利,，其主要原因是：

1,、交流系統(tǒng)的電壓水平更容易地轉(zhuǎn)換，因此提供了使用不同電壓的發(fā)電,、輸電和用電的靈活性,。

2、交流發(fā)電機(jī)比直流發(fā)電機(jī)更簡(jiǎn)單,。

3,、交流電動(dòng)機(jī)比直流電動(dòng)機(jī)更簡(jiǎn)單、更便宜,。

1893年,，南加州一條12km長(zhǎng)的2300V電力線(xiàn)路投入使用,。它是北美洲第一條三相電力線(xiàn)路。

大約在同一時(shí)期尼亞加瀑布也選擇了交流送電,，因?yàn)椴捎弥绷鞑豢赡軐㈦娏λ?span>電送往30km以外的布法羅,。這一結(jié)果結(jié)束了交直之爭(zhēng)并奠定了交流系統(tǒng)獲勝的基礎(chǔ)。

日益增長(zhǎng)的向更遠(yuǎn)距離輸送大量電力的需求是推動(dòng)逐漸采用更高電壓水平的動(dòng)因,。早期交流系統(tǒng)采用了12.44kV和60kV,。

于1922年采用了165kV，1923年提高為220kV,，1935年提高為287kV,，1953年提高為330kV，1965年提高到500kV,?？笨穗娏值牡谝粭l735kV線(xiàn)路于1966年送電，美國(guó)765kV線(xiàn)路則于1969年投入運(yùn)行,。

三,、“直流”回歸，是百日王朝還是東山再起,？

隨著汞弧閥于20世紀(jì)50年代的發(fā)展,，高壓直流（HVDC）輸電系統(tǒng)在某些情況下變得更經(jīng)濟(jì)。高壓直流輸電對(duì)于大容量遠(yuǎn)距離輸電更有吸引力,。

與交流電相比直流輸電方案變得更具有競(jìng)爭(zhēng)力的輸電距離交叉點(diǎn)對(duì)架空線(xiàn)路大約是800km,。當(dāng)電力系統(tǒng)間由于系統(tǒng)穩(wěn)定的考慮而不適合聯(lián)網(wǎng)或者系統(tǒng)的額定頻率不同時(shí)，高壓直流還提供非同步聯(lián)網(wǎng)（背靠背）,。

第一個(gè)現(xiàn)代商用的高壓直流輸電于1954年在瑞典建成，它通過(guò)96km的海底電纜將瑞典本土與哥特蘭島互聯(lián)起來(lái),。隨著晶閘管閥的發(fā)展,，高壓直流輸電變得更具有吸引力。

第一個(gè)采用晶閘管閥的高壓直流系統(tǒng)是1972年在伊爾河的背靠背工程,。它提供了魁北克和新不倫瑞克之間的非同步電網(wǎng)互聯(lián),。

伴隨著交流設(shè)備價(jià)格的降低、尺寸的縮小和可靠性的提高,，高壓直流輸電的應(yīng)用正在逐步擴(kuò)大,。

20世紀(jì)90年代以后，一種新型氧化物半導(dǎo)體器件 － 絕緣柵雙極晶體管（IGBT）在工業(yè)驅(qū)動(dòng)裝置上得到廣泛應(yīng)用,，并引入了直流輸電領(lǐng)域,。

1997年，第一個(gè)采用IGBT閥組成的電壓源換流器的直流輸電工業(yè)性試驗(yàn)工程（3 MW,、10kV,、10km）在瑞典投運(yùn),。

更是為直流輸電的發(fā)展帶來(lái)了嶄新的面貌。若從對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性角度來(lái)看,，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,，電力電子設(shè)備的成本下降，那么直流輸電的優(yōu)越性會(huì)更大程度地提高,，而直流輸電回歸霸主的地位就完全是有可能的,。

我國(guó)高壓直流輸電工程起步雖然比較晚,，但是發(fā)展卻非常迅速，步入世界先進(jìn)行列,。

我國(guó)第一個(gè)HVDC工程是浙江舟山HVDC工程(為工業(yè)試驗(yàn)性工程),葛滬HVDC工程是我國(guó)第一個(gè)遠(yuǎn)距離大容量HVDC工程;

三常HVDC工程是我國(guó)第一個(gè)輸送容量最大(3000MW)的HVDC工程,靈寶(河南省靈寶縣)背靠背HVDC工程是我國(guó)第一個(gè)背靠背HVDC工程。

我國(guó)現(xiàn)有直流輸電線(xiàn)路：

說(shuō)完歷史,，再來(lái)說(shuō)說(shuō)技術(shù)層面的東西吧,。

交流電在十九世紀(jì)的勝出——經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)越

從十九世紀(jì)的技術(shù)上看

首先：

1、導(dǎo)致直流電被淘汰的最主要原因是線(xiàn)損問(wèn)題（即線(xiàn)路上的電能損耗）,。

利用這種低壓（110V）輸電,，想要長(zhǎng)距離輸送電能需要付出很多代價(jià)，首先是隨著輸送距離的增加,，那么線(xiàn)路的等效電阻R就隨之增大,，線(xiàn)路損耗也就增大，線(xiàn)損甚至能達(dá)到50%以上.

也就是說(shuō),，如果發(fā)電廠(chǎng)發(fā)出1000W的電,，那么用戶(hù)可能就只得到了500W的電能，有500W的電能損耗在了輸電線(xiàn)路上,。這樣的損耗,，是任何一家發(fā)電廠(chǎng)都不愿意接受的。

（補(bǔ)充說(shuō)明,，不然很多朋友會(huì)誤解,，從現(xiàn)在來(lái)看，相同電壓等級(jí)下,，固然直流輸電線(xiàn)損是更小的,，但是在19世紀(jì)，直流輸電電壓根本就不能很高,，而交流輸電卻能上到很高的電壓,，在較高的電壓情況下，高壓交流輸電相對(duì)低壓直流輸電其線(xiàn)損肯定是更小的,。）

2,、電壓（電能質(zhì)量,、電壓降落）問(wèn)題

就如前面提到的，如果采用低壓直流輸電（110V）,，靠近發(fā)電廠(chǎng)附近的用戶(hù)能保證自己獲得的電壓接近110V,，而遠(yuǎn)離發(fā)電廠(chǎng)的用戶(hù)可能獲得的電壓卻只有80V了，這將嚴(yán)重影響了電器的使用和壽命了,。

那么有人會(huì)問(wèn),？為什么不把發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓升高一點(diǎn)呢？

提升可以,，可是到底還是要對(duì)用戶(hù)負(fù)責(zé)啊,，假如把電壓提升到了140V，在發(fā)電廠(chǎng)末端的用戶(hù)將可能獲得了110V的電壓,；

而靠近發(fā)電廠(chǎng)的用戶(hù)就要承擔(dān)140V的電壓,，這個(gè)電壓就超出了電器的額定電壓了，同樣會(huì)損壞電器,、降低其使用壽命,。

那趕緊使用變壓器啊,？,？？

如果你僅僅知道變壓器有升高和降低電壓的功能,，問(wèn)這個(gè)問(wèn)題也情有可原,。

回到變壓器的原理——電流的磁效應(yīng)、電磁感應(yīng)原理

電流的磁效應(yīng)——交變的電流產(chǎn)生變化的電磁場(chǎng),；

電磁感應(yīng)原理——變化的電磁場(chǎng)產(chǎn)生變化的電動(dòng)勢(shì),。

都脫離不了一個(gè)詞“交變”，所以,，它注定屬于交流電的產(chǎn)物,。

3、從繼電保護(hù)上來(lái)比較：

如果使用高壓輸電,，我們想要在故障時(shí)快速切斷故障電流,，這時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)很大的電弧,，如果不及時(shí)把這個(gè)電弧切斷會(huì)嚴(yán)重破壞電力系統(tǒng),。

交流相比直流，交流過(guò)零點(diǎn),，電弧會(huì)短暫熄滅,，而直流電不存在,，就斷路器的制造方面來(lái)說(shuō)，交流斷路器是更容易實(shí)現(xiàn)的,。

即使放到現(xiàn)在，交流斷路器已經(jīng)更新?lián)Q代了數(shù)次,，技術(shù)可謂相當(dāng)成熟了，而高壓直流斷路器依然是一個(gè)較難實(shí)現(xiàn)的東西,，現(xiàn)有的高壓直流斷路器也是差強(qiáng)人意。

4、還有其他的就如前面提到的發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)成本等等的問(wèn)題了,。

直流電的回歸——科技帶來(lái)曙光

交流電的優(yōu)越性貌似多不勝數(shù),。

但,，那只是一個(gè)相對(duì)性的問(wèn)題,，隨著時(shí)間推移,、科技的發(fā)展，優(yōu)越性甚至?xí)蔀槠涠贪濉?/p>

交流電力系統(tǒng)也存在著其固有的弊端——系統(tǒng)穩(wěn)定性,。

交流電力系統(tǒng)之間,，因?yàn)榇嬖谥瞧胶猓@就涉及到兩個(gè)系統(tǒng)間的功角穩(wěn)定性問(wèn)題,，一旦兩個(gè)系統(tǒng)失去同步，很可能導(dǎo)致兩個(gè)系統(tǒng)都發(fā)生崩潰而停電,。

而直流電不存在著功角問(wèn)題,，用來(lái)聯(lián)絡(luò)兩個(gè)交流系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)上述問(wèn)題。

20世紀(jì)50年代后,，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，整流器（將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡?、逆變器（將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姡┫嗬^而生,。換流閥的控制技術(shù)也進(jìn)入了一個(gè)相當(dāng)明朗的地步，切斷直流電的速度并不亞于交流斷路器,。

高壓直流輸電的優(yōu)點(diǎn)在于：

1,、輸送相同功率時(shí)，線(xiàn)路造價(jià)低：

對(duì)于架空線(xiàn)路,，交流輸電通常采用3根導(dǎo)線(xiàn),，而直流單極只需1根，雙極只需2根,。對(duì)于電纜線(xiàn)路,，其投資費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)都更為經(jīng)濟(jì)，這也是越來(lái)越多的大城市采用地下直流電纜的原因,。

2、線(xiàn)路有功損耗?。?/p>

直流線(xiàn)路沒(méi)有感抗和容抗，也就沒(méi)有無(wú)功損耗。其電暈損耗和無(wú)線(xiàn)電干擾均比交流架空線(xiàn)路要小,。

3,、沒(méi)有系統(tǒng)的穩(wěn)定問(wèn)題：

交流系統(tǒng)有一定的電抗，輸送的功率有一定的極限,，如果超過(guò)這極限,，送端的發(fā)電機(jī)和受端的發(fā)電機(jī)可能失去同步而造成系統(tǒng)的解列。

4,、能限制系統(tǒng)的短路電流,；

5、調(diào)節(jié)速度快,，運(yùn)行可靠。

這些優(yōu)點(diǎn)的體現(xiàn)幾乎都有賴(lài)于電力電子技術(shù)的從無(wú)到有,，從開(kāi)始到高速發(fā)展,。

而目前最限制直流輸電發(fā)展的是換流站昂貴的造價(jià)，所以目前來(lái)看并不顯現(xiàn)出其卓越的優(yōu)越性,，但相信,，隨著這方面技術(shù)的發(fā)展，降低換流站的造價(jià)是指日可待的事,，而是否由高壓直流輸電一統(tǒng)天下還是讓我們拭目以待吧,！

還有不少朋友想簡(jiǎn)單了解下直流輸電、換流閥這些專(zhuān)業(yè)性的東西,，我覺(jué)得要想教詳細(xì)地了解是比較困難的,，我只能盡量嘗試去簡(jiǎn)單說(shuō)說(shuō)其中的原理了：

這是一個(gè)簡(jiǎn)單的直流輸電系統(tǒng)，電能從交流系統(tǒng)Ⅰ 通過(guò)高壓直流線(xiàn)路輸送到交流系統(tǒng)Ⅱ,。

首先，系統(tǒng)Ⅰ 中的交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓假設(shè)是18.5kV,，通過(guò)交流變壓器將電壓升至500kV送到換流站CS1,；

通過(guò)換流站的整流器,，把500kV的交流電轉(zhuǎn)換為500kV的直流電,，經(jīng)過(guò)直流輸電線(xiàn)路長(zhǎng)距離的輸送（例如600km）至換流站CS2,；

這時(shí)再通過(guò)換流站CS2中的逆變器將500kV的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)?00kV的交流電，然后回到傳統(tǒng)的直流輸電系統(tǒng)，這就完成了一個(gè)簡(jiǎn)單的直流輸電過(guò)程,。

整流器和逆變器其中原理就難以展開(kāi)來(lái)講了，望大家見(jiàn)諒,。給幾個(gè)圖大家簡(jiǎn)單了解下就好了,。

換流站換流變和閥廳設(shè)備布置圖：