下载文档原格式
直流输电与交流输电优缺点汇总1．HVDC的优点（1）直流输电线路造价低，对于架空线路，当线路建设费用相近时，直流输电的功率约为交流输电功率的1.5倍,对于电缆线路,直流输电的功率更大于1.5倍交流输电功率.（2）直流输电和交流输电线路，如绝缘水平相当，采用相同截面的导线，可输送大致相同的功率，由于节约一根导线，杆型也较简单，可降低线路造价30%～40%左右。
（3）采用双极型直流输电方式时，其换流站可分期建设，先建设其中一极，投入运行，以降低工程的初期投资。
（4）双极直流输电系统中，如果其中一极的设备发生故障，另一极仍能以大地作备用回路，带半负载运行，而交流输电则无法做到这一点。
（5）直流输电不存在磁滞损耗和涡流损耗，线损较小，节约能量。
（7）直流输电对通讯的干扰小于交流输电。
（8）交流电网用直流隔开后，由于电网小了其短路容量也较小，对电气设备有利，事故停电的影响范围也较小，提高了电网运行的安全性。
2．HVDC的缺点（1）直流输电的换流装臵造价较高，抵消了一部分建设直流线路所节省的投资。
（2）大容量换流装臵的本身是一个谐波源，会使电网的电压和电流波形产生畸变，因此在交流侧和直流侧均应装设滤波装臵，以抑制谐波分量。
（3）HVDC线路两端的换流站都要消耗无功功率，需要装设约为输送功率40%～60%的并联电容器组进行补偿。
（4）目前HVDC的电气设备，直流断路器尚在研制中，直流避雷器、直流电压、电流互感器以及线路上专用的直流绝缘子尚需依赖进口，由于生产批量不大，制造成本及价格较昂贵。
交直流输电优缺点对比随着电力系统的扩大，输电功率的增加，输电距离增长，交流输电遇到了一些技术困难，现在直流输电作为解决输电技术困难的方向之一。
交流输电遇到了什么困难，直流输电又有什么优点呢？导线不但有电阻，还有电感。
较细的导线，电阻的作用超过电感.在输电功率大，输电导线横截面积大的情况下，对交流来说，感抗会超过电阻，但对稳定的支流则只有电阻，没有感抗。
特高压交流与特高压直流输电技术特点对比分析1 特高压交流输电的技术特点（1）特高压交流输电中间可以落点，具有电网功能，可以根据电源分布、负荷布点、输送电力、电力交换实际需要构成国家特高压骨干网架。
特高压交流电网明显的优点是：输电能力大（每提高一个电压等级，在满足短路电流不超标的前提下，电网输送功率的分区控制规模可以提高两倍以上，见表附-1）、覆盖范围广（可以覆盖全国范围）、网损小（铜耗与电压平方成反比；为了降低地面场强、减少电晕损耗，特高压交流线路一般采用八分裂导线，导线电流密度一般选择0.5~0.6A/2mm 左右）、节省架线走廊（如果都按照自然功率输送同等容量的电力1000万千瓦，采用500kV 交流输电，需要8~10回；采用1000kV 交流输电，仅需要2回，可以明显减少输电走廊，如果采用同塔双回，将进一步节省输电走廊，这对寸土寸金的长三角地区是很有意义的）。
特高压交流电网适合电力市场运营体制。
适应随着时间推移“西电东送、南北互补”电力流的变化。
附表-1短路电流控制水平及相应的系统分区控制规模（2）随着电网发展装机容量增加，等值转动惯量加大，电网同步功率系数逐步加强（设功角特性曲线的最大值为M P ，运行点功角为0δ,则同步功率系数为功角特性曲线上运行点功率的微分，0δCOS P P M S =，0δ越小，S P 越大，同步能力越强），交流同步电网的同步能力得到较充分利用。
同步电网结构越坚强，送受端电网的概念越模糊，如欧洲电网那样普遍密集型电网结构，功角稳定问题不突出，电压稳定问题上升为主要稳定问题。
法国联合电网1978年“12.19”大面积停电事故剖析：这次事故损失负荷29GW，约占当时全法国负荷75%，停电8.5小时，少送电1亿kWh。
造成这次大面积停电事故的主要原因是：低温造成系统负荷大量增加，系统无功备用容量不足，导致系统电压崩溃。
当时法国气温比往年同期低5～7℃，负荷水平比预计多1.2～1.3GW。
追溯历史，最初采用的输电方式是直流输电，于1874年出现于俄国。
当时输电电压仅100V。
随着直流发电机制造技术的提高，到1885年，直流输电电压已提高到6000V。
但要进一步提高大功率直流发电机的额定电压，存在着绝缘等一系列技术困难。
由于不能直接给直流电升压，输电距离受到极大的限制，不能满足输送容量增长和输电距离增加的要求。
19世纪80年代末，人类发明了三相交流发电机和变压器。
1891年，世界上第一个三相交流发电站在德国竣工。
此后，交流输电普遍代替了直流输电。
随着电力系统的迅速扩大，输电功率和输电距离的进一步增加，交流输电遇到了一系列技术困难。
大功率换流器（整流和逆变）的研究成功，为高压直流输电突破了技术上的障碍，直流输电重新受到人们的重视。
1933年，美国通用电器公司为布尔德坝枢纽工程设计出高压直流输电装置；1954年，建起了世界上第一条远距离高压直流输电工程。
之后，直流输电在世界上得到了较快发展，现在直流输电工程的电压等级大多为±275～±500kV，投入商业运营的直流工程最高电压等级为±600kV（巴西伊泰普工程），我国计划在西南水电送出的直流工程中采用±800kV电压等级。
在现代直流输电系统中，只有输电环节是直流电，发电系统和用电系统仍然是交流电。
在输电线路的送端，交流系统的交流电经换流站内的换流变压器送到整流器，将高压交流电变为高压直流电后送入直流输电线路。
直流电通过输电线路送到受端换流站内的逆变器，将高压直流电又变为高压交流电，再经过换流变压器将电能输送到交流系统。
在直流输电系统中，通过控制换流器，可以使其工作于整流或逆变状态。
我国目前建成的高压直流输电工程均为两端直流输电系统。
两端直流输电系统主要由整流站、逆变站和输电线路三部分组成。
两端直流输电系统可以采用双极和单极两种运行方式。
在双极运行方式中，利用正负两极导线和两端换流站的正负极相连，构成直流侧的闭环回路。
随着电力系统的扩大，输电功率的增加，输电距离增长，交流输电遇到了一些技术困难，现在直流输电作为解决输电技术困难的方向之一。
交流输电遇到了什么困难，直流输电又有什么优点呢？导线不但有电阻，还有电感。
较细的导线，电阻的作用超过电感.在输电功率大，输电导线横截面积大的情况下，对交流来说，感抗会超过电阻，但对稳定的支流则只有电阻，没有感抗。
输电线一般是架空线，但跨过海峡给海岛输电时要用水下电缆，穿过人口密集的城市输电时要用地下电缆，电缆在金属芯线的外面包着一层绝缘皮，水和大地都是导体，被绝缘皮隔开的金属芯线和水（或大地）构成了电容器。
在交流输电的情况下，这个电容对输电线路的末端（受电端）起旁路电容的作用，并且随着电缆增长而增大，旁路电容会增大到交流几乎送不出去的程度。
这时交流输电已无实际意义，只能用直流输电，因为电容对稳定的直流不起作用。
设想有甲、乙两台交流发电机给同一条电路供电，假如甲的是正的最大值时，乙恰好是负的最大值，它们发的电在电路里恰好互相抵消，电路无法工作。
所以要电路正常工作，给同一条电路供电的所有发电机都必须同步运行，即同时达到正的最大值，同时达到负的最大值。
现代的供电系统是把许多电站连成一个电力网，要使电力网内许多发电机同步运行，技术上是很困难的。
直流输电就不存在同步问题。
现代的直流输电，只是输电这个环节是直流，发电仍是交流。
在输电线路的起端有专用的换流设备将交流变换为直流，在输电线路的末端也有专用换流设备将直流换为交流。
目前换流设备存在着制造难、价格高等困难，有待研究解决。
高压直流输电主要用于远距离大功率输电、海底电缆输电、非同步运行的交流系统之间的连络等方面。
随着大型水电站的开发和坑口电站的建设，以及大电网的互相连接，远距离大功率的直流输电必将在我国得到发展。
高压直流输电与高压交流输电相比，有下列优点：l)直流输电只要求2根导线，而交流输电要3根；2)无感抗、容抗、相位移和电压波动问题；3)由于没有感抗，在相同的送端电压情况下，传输相同的负荷到同一地点，直流输电线的电压降比交流输电的小，因此直流输电线路的电压调节特性要优于交流输电；4)直流系统中，导线的整个横截面都可以被利用；5)在相同的工作电压情况下，直流电网中的绝缘子上所承受的静电强度比交流电网中的小，因此直流线路的绝缘要求低；6)由于直流线路的电晕损失小，因此对通信线路的干扰较小；7)高压直流输电没有介质损耗，特别是在电缆情况下；8)由直流相联的2个电网之间不存在稳定和同步困难等问题。
特高压交直流输电的优缺点对比一、直流输电技术的优点1.经济方面：（1）线路造价低。
对于架空输电线，交流用三根导线，而直流一般用两根，采用大地或海水作回路时只要一根，能节省大量的线路建设费用。
对于电缆，由于绝缘介质的直流强度远高于交流强度，如通常的油浸纸电缆，直流的允许工作电压约为交流的3倍，直流电缆的投资少得多。
（2）年电能损失小。
直流架空输电线只用两根，导线电阻损耗比交流输电小；没有感抗和容抗的无功损耗；没有集肤效应，导线的截面利用充分。
另外，直流架空线路的“空间电荷效应”使其电晕损耗和无线电干扰都比交流线路小。
所以，直流架空输电线路在线路建设初投资和年运行费用上均较交流经济。
2.技术方面：（1）不存在系统稳定问题，可实现电网的非同期互联。
由此可见，在一定输电电压下，交流输电容许输送功率和距离受到网络结构和参数的限制，还须采取提高稳定性的措施，增加了费用。
而用直流输电系统连接两个交流系统，由于直流线路没有电抗，不存在上述稳定问题。
因此，直流输电的输送容量和距离不受同步运行稳定性的限制，还可连接两个不同频率的系统，实现非同期联网，提高系统的稳定性。
（2）限制短路电流。
如用交流输电线连接两个交流系统，短路容量增大，甚至需要更换断路器或增设限流装置。
然而用直流输电线路连接两个交流系统，直流系统的“定电流控制’，将快速把短路电流限制在额定功率附近，短路容量不因互联而增大。
（3）调节快速，运行可靠。
直流输电通过可控硅换流器能快速调整有功功率，实现“潮流翻转”（功率流动方向的改变），在正常时能保证稳定输出，在事故情况下，可实现健全系统对故障系统的紧急支援，也能实现振荡阻尼和次同步振荡的抑制。
在交直流线路并列运行时，如果交流线路发生短路，可短暂增大直流输送功率以减少发电机转子加速，提高系统的可靠性。
（4）没有电容充电电流。
直流线路稳态时无电容电流，沿线电压分布平稳，无空、轻载时交流长线受端及中部发生电压异常升高的现象，也不需要并联电抗补偿。
特高压交流和直流输电技术的比较特高压交流输电技术主要特点（1）特高压交流输电中间可以有落点，具有网络功能，可以根据电源分布、负荷布点、输送电力、电力交换等实际需要构成国家特高压骨干网架。
特高压交流电网的突出优点是：输电能力大、覆盖范围广、网损小、输电走廊明显减少，能灵活适合电力市场运营的要求。
（2）采用特高压实现联网，坚强的特高压交流同步电网中线路两端的功角差一般可控制在20°及以下。
因此，交流同步电网越坚强，同步能力越大、电网的功角稳定性越好。
（3）特高压交流线路产生的充电无功功率约为500千伏的5倍，为了抑制工频过电压，线路须装设并联电抗器。
当线路输送功率变化，送、受端无功将发生大的变化。
如果受端电网的无功功率分层分区平衡不合适，特别是动态无功备用容量不足，在严重工况和严重故障条件下，电压稳定可能成为主要的稳定问题。
（4）适时引入1000千伏特高压输电，可为直流多馈入的受端电网提供坚强的电压和无功支撑，有利于从根本上解决500千伏短路电流超标和输电能力低的问题。
特高压直流输电技术主要特点（1）特高压直流输电系统中间不落点，可点对点、大功率、远距离直接将电力送往负荷中心。
在送受关系明确的情况下，采用特高压直流输电，实现交直流并联输电或异步联网，电网结构比较松散、清晰。
（2）特高压直流输电可以减少或避免大量过网潮流，按照送受两端运行方式变化而改变潮流。
特高压直流输电系统的潮流方向和大小均能方便地进行控制。
（3）特高压直流输电的电压高、输送容量大、线路走廊窄，适合大功率、远距离输电。
（4）在交直流并联输电的情况下，利用直流有功功率调制，可以有效抑制与其并列的交流线路的功率振荡，包括区域性低频振荡，明显提高交流的瞬时、动态稳定性能。
（5）大功率直流输电，当发生直流系统闭锁时，两端交流系统将承受大的功率冲击。
特高压交直流输电的优缺点对比一、直流输电技术的优点1。
经济方面：（1)线路造价低。
对于架空输电线,交流用三根导线,而直流一般用两根，采用大地或海水作回路时只要一根，能节省大量的线路建设费用。
对于电缆，由于绝缘介质的直流强度远高于交流强度，如通常的油浸纸电缆,直流的允许工作电压约为交流的3倍，直流电缆的投资少得多.（2)年电能损失小.直流架空输电线只用两根,导线电阻损耗比交流输电小;没有感抗和容抗的无功损耗;没有集肤效应,导线的截面利用充分。
另外，直流架空线路的“空间电荷效应”使其电晕损耗和无线电干扰都比交流线路小。
所以,直流架空输电线路在线路建设初投资和年运行费用上均较交流经济。
2.技术方面：(1)不存在系统稳定问题，可实现电网的非同期互联。
由此可见，在一定输电电压下，交流输电容许输送功率和距离受到网络结构和参数的限制，还须采取提高稳定性的措施，增加了费用.而用直流输电系统连接两个交流系统,由于直流线路没有电抗，不存在上述稳定问题。
因此,直流输电的输送容量和距离不受同步运行稳定性的限制，还可连接两个不同频率的系统，实现非同期联网，提高系统的稳定性.（2）限制短路电流.如用交流输电线连接两个交流系统,短路容量增大，甚至需要更换断路器或增设限流装置。
然而用直流输电线路连接两个交流系统,直流系统的“定电流控制'，将快速把短路电流限制在额定功率附近,短路容量不因互联而增大。
（3）调节快速，运行可靠。
直流输电通过可控硅换流器能快速调整有功功率,实现“潮流翻转"（功率流动方向的改变），在正常时能保证稳定输出，在事故情况下，可实现健全系统对故障系统的紧急支援，也能实现振荡阻尼和次同步振荡的抑制.在交直流线路并列运行时，如果交流线路发生短路,可短暂增大直流输送功率以减少发电机转子加速，提高系统的可靠性。
(4）没有电容充电电流。
直流线路稳态时无电容电流，沿线电压分布平稳,无空、轻载时交流长线受端及中部发生电压异常升高的现象,也不需要并联电抗补偿。
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。
3
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
3
[1]《直流电与交流电的传输及其优缺点》，弓志红，2007年7月
[2]《高压交流输电和高压直流输电的优缺点比较》，马义永，2006年
3。
