交流与直流输电方式的利弊分析_孙逸翔5040309349.PDFVIP

上海交通大学电子信息与电气工程学院 供电系统中交流与直流传输方式的利弊分析 F0403012 孙逸翔 5040309349 授课教师 张峰 摘要：交流高压输电和直流高压输电是现今两种较为成熟的远距离输电模式。前者已经有了 很长的发展历史，技术相对成熟，在人们的日常生活中得到广泛应用；后者自五十年代起， 开始被人们重视，在海底电缆等情况下相较交流输电有着无可替代的优势。本文针对两种输 电方式的原理和利弊做出一定的分析和讨论，并结合国家重大工程运用现有的基电知识进行 大致的了解和研究。并在最后对二者的发展前途进行了科学的展望。 关键词：高压直流，高压交流，有功功率，无功功率，变压器，耦合，整流，滤波，换流， 三峡水利枢纽 概述 编写说明 编写目的：通过对于交流和直流供电系统的简要分析，掌握交流和直流输 电的相关初步知识，同时和书本学习的内容相结合，巩固书本知识。并且联系实际（三 峡水电站等），关注国家重要工程。 适应对象：电院二年级拥有基电知识的同学。 定义 变压器：利用电磁感应的原理来改变交流电压大小的电路元件。在电气设备和无线电路 中常用来升降电压匹配阻抗等。 整流器：利用电子管或晶体管把交流电变成单方向流动的电流的电路元件。 滤波器：由线圈和电容器组成，用以把不同频率的电磁振荡分离开，只让所需要的频率 通过的电路元件。 换流站：采用半控型的晶闸管器件，利用相控进行交—直和直—交两种变换的电力系统。 绪言 从 80 年代中期开始，著名的发明家爱迪生就开始致力于将各种关于电力的设想化为现 实的研究工作中，并取得了丰硕的成果。但爱迪生一直都倾向于采用直流电来处理和考虑问 题，以至于在爱氏 1887 年年满 40 之际有人提出用交流电取代直流电的设想的时候，他非但 嗤之以鼻，还在以后的长久日子中引发了关于到底应该采取直流还是交流的激烈争论。 从当时的情况看来，如果采用直流电输送电力，由于功率在传导电线的内阻中迅速损耗， 以至于发电厂输送电力的距离最远不超过一英里。如果这种状况继续下去，那么除了大城市 外，别的地方也许就得不到电力。此外，采用直流电输送的电力得把电压局限在 250 伏之内， 如果超过这一标准就会烧毁灯丝，或危及用户的安全。于是另一种想法应运而生：能不能将 电压提高，以利于远距离输电，然后在输入用户或工厂之前，再将电压降下来。 为了能够解决这个升压和降压的问题，人们很自然地想到了采用交流电，因为这样才可 以用变压器来达到升降压的目的。而实际的各种尝试也的确证明了这种想法的可行性。所以 后来出生在奥匈帝国克罗地亚的尼古拉·蒂斯拉的技术原理在乔治·威斯汀豪斯的支持下， 终于将交流电引向实际应用。 而此时，固执的爱迪生的直流电传输理论终于逐渐失去了主导地位，在而后的百年的时 间里逐渐被人遗忘。 但是，直流电传输方式是不是真的就没有任何可取之处呢？答案显然是否定的。现在已 经部分投产的我国三峡水电站的输电模式中，就有 2965 公里的直流输电线路。为什么三峡 工程没有采取已经被经验和时间证实了的输电方式而选取了看似已经被人抛弃的方法呢？ 其中自然必然有一定的道理，我们此次便会去一探究竟。最后对这两种经典输电方式作一番 83 上海交通大学电子信息与电气工程学院 比较。 交流电输电系统特性 当初历史选择了交流电，是有其必然原因的。实践证明，交流电具备很多优点。交流电 动机结构比较简单，重量较轻，而且供电稳定，还可以调离或调低，能够实行远距离送电。 我们可以作如下比较。 由法拉第电磁定律 U=BLv 作为理论基 础，现今发电机的发电电压一般在几千瓦至 十几千瓦之间，而在当时的直流发电电压不 过几百伏特。由于功率 P=U ×I,在电压无法