2021年电力电子科普征文大赛-三等奖作品

簌簌

100年前，著名发明家爱迪生曾与他手下的一名职员特斯拉“神仙打架”，上演了一场电流大战。爱迪生是直流电的忠实维护者，而特斯拉却更看好交流电的发展前景。在日益激化的矛盾下，特斯拉选择了跳槽到美国西屋电气公司专心研究交流电系统，最终在电流大战中大获全胜。

其实在我们的生活中，许多电器用的都是直流电，小到手机电脑，大到电视机微波炉等，为什么交流电还能成为每家每户的电源，让人们心甘情愿地将其转换为直流电再投入使用呢？原因就是交流电可以轻松通过变压器升压和降压。

在远距离输电过程中，由电站功率P=I^2*R，而损耗的功率P=I*U（I表示电流，U表示电压，R表示导线的电阻）可见，当输电时电压越高，在电站提供的功率不变情况下，电流越小，电流越小，损耗的功率越小，输送效率也就越高。交流电相较直流电而言，可以通过升压器提高电压，减少功率的损耗，再通过降压器降低至生活用电所需电压大小，投入使用。高压交流输电是非常简易的输电方式，很快就就实现了大面积的普及。

  到现在为止，高压交流输电系统已经发展得比较完善，然而人们还在不断追求完美，更节能，更实惠，更方便，更大程度满足人们的需求。于是，高压交流输电迎来了它的“弟弟”高压直流输电。 

弟弟和哥哥拥有极亲的血缘关系

“弟弟”与“哥哥”虽然一个直流一个交流，但是“弟弟”有不少“基因”与“哥哥”相同。最明显的就是“弟弟”的发电系统和用电系统仍然是三相交流电，和“哥哥”完全相同。除此以外，“弟弟”在保留“哥哥”的变压器的基础上增加了许多设备，形成了换流站。

以换流站I为例， “弟弟”的换流站I的主要组成部分是换流器，换流变压器，平波电抗器，交流滤波器和无功补偿社备。三相交流电输入时经换流变压器调节电压至适当等级的不接地三相电压源，输入到换流器，其间经过交流滤波器减少注入交流系统的谐波，  另外无功补偿设备提供换流器所需要的无功功率，减小换流器与系统的无功交换，然后换流器将交流电转换成直流电，经过平波电抗器减小谐波，减小换相失败的几率，防止轻载时直流电流间断，限制直流短路电流峰值后进行高压直流输电。

既然是“兄弟”，难免会被拿来对比

高压交流输电“哥哥”还没来得及体会新得“小弟弟”的欣喜，就被“七大姑八大姨”从头到尾对比了一遍。

用“弟弟”进行远距离输电更加省钱且效率高。虽然高压直流输电用到的换流站比较复杂，成本比较高，但是交流输电架空线路通常采用3根导线，而直流输电架空线路只需要1根(单极)或2根(双极)导线，线路造价更低。当远距离输电的距离长到一定程度时，高压直流输电反而比高压交流输电成本更低。并且由于直流架空线路仅使用1根或2根导线，所以有功损耗较小，并且具有"空间电荷"效应，其电晕损耗和无线电干扰均比交流架空线路要小，所以线路有功损耗更小，输电效率更高。

“弟弟”游泳更厉害。

在海底的环境下，输电必须用电缆，而电缆线路是有电容的，当电缆通过交流电时，线路上会出现电容电流，严重降低了交流电的输电能力，而如果用直流输电，则不会产生电容电流，输电能力不会明显下降。

“弟弟”更稳重

直流输电时，发电的交流系统和用电的交流系统无需同步运行，而交流输电时，这两个系统必须同步运行。我国的交流系统中，交流电的频率为50赫，各系统必须按这个频率同步运行，否则，容易造成停电事故，甚至损坏设备。而用直流输电线路互连的交流系统不涉及这一类问题，两端的交流系统可以按各自的频率和相位运行。并且直流输电线路中的两极是独立调节和工作的，彼此间并无影响，因此，当一极发生故障时，只须停运故障极，另一极仍可工作，只是输送的电能减少了。在交流输电时，只要有一相发生故障，就要全线停电检修。因此高压直流输电的稳定性更强。  

世上没有绝对的好坏，“哥哥”和“弟弟”需相辅相成，共同组成祖国的输电系统。

“弟弟”也并不是十全十美的，比如高压直流输电的换流站会产生谐波电流，使电缆温度升高 ，当架空线路，电缆线路过短时，高压直流输电比高压交流输电成本高得多。所以高压交流输电和高压直流输电不能互相取代，只能相辅相成 ，“强交强直”的混搭模式将是未来特高压建设的发展方向。