2005年，三峽工程輸變電線路的建設，使中國一躍成為世界第一的高壓直流輸電國家。

看過上一篇的讀者一定還記得，因為長途輸電中損耗過大，直流輸電在美國敗給了交流輸電。那么，既然交流輸電更有優勢，為什么當今我們國家要大力發展特高壓直流輸電，還不小心成了世界第一?

還是那個老問題：輸電過程中的損耗。不過，這次卻成了交流電的劣勢。

東山再起的直流輸電系統

上一篇我們說到直流的損耗比交流大，因此才會被淘汰。但需要注意的是，前面比較的是低電壓的直流(例如110V)和高電壓的交流(例如4000V)在輸送相同功率時的損耗。但是，當直流和交流(有效值)電壓相同時，直流輸電系統的損耗會小于交流。這是為什么呢?

傳輸的功率包含了兩個部分——有功功率和無功功率

通過交流系統輸送電能時，因為電容和電感的存在，會使電壓和電流的相位(可以理解為正弦波到達波峰時的時間)有一些差異，這就使。

其中有功功率可以用來做功，例如點亮燈泡、驅動電機。但是，為了傳輸和直流系統一樣的有功功率，交流系統還需要額外傳輸一定比例的無功功率，這就造成了交流線路上的電流要比直流線路大。而交流線路因電阻發熱造成的損耗自然也就更多了。

系統擴容的難度更低

其實，直流的優勢還不止這個，還有等。電力系統是要不斷發展，如果想擴大容量，就需要在系統中加入更多的發電機，或者將幾個系統并聯起來。要做到這一點，首先需要兩個系統的電壓是一樣的，下面，我們可以看看直流和交流系統分別需要滿足什么條件。

幅值

對于交流電，電壓至少滿足三個參數，才能并聯：——電壓的大小，——電壓的周期，——電壓是否在同一時刻達到最大值。

相序問題

這還只是單相交流電。我們目前使用的三相交流電系統，還存在，就是各相電壓達到最大值的先后順序。再涉及到電壓與電流的相位關系，還有更復雜的問題，一個比一個令人頭大。這一系列限制條件一旦有一項不符合，就可能造成系統的波動，嚴重的會導致整個系統崩潰——也就是停電。

這個參數相同，兩個系統就可以并列。

對于直流電，只有一個參數：就是幅值，也就是電壓的數值。所以直流系統還可以充當交流系統的粘合劑，把兩個由于系統穩定性而不適合聯網或參數不同不能聯網的交流系統，通過直流高壓來實現非同步聯網(背靠背)。如果有一天，中國(頻率50Hz)和美國(頻率60Hz)電網連起來了，那一定是通過直流連接的。

更省成本

還有，直流輸電。輸送同樣的功率，我們用的三相交流系統，需要三根導線，而直流只要兩根(正負極)。這就節約了大量的空間，也簡化了桿塔結構。要知道輸電走廊的寬度和桿塔成本，在電力線路成本上占了不小的比例。

集膚效應

而且交流電還有個直流電沒有的臭脾氣——。一根導線上的交流電電流密度，總是表現為外圍大中間小，也就是說，導線中間部分是白白浪費的。人們為了解決這個問題，采用了的方法(分裂導線還有其他作用，例如減小電抗，降低電暈損耗，提高可靠性等)，也增加了工藝的復雜程度。

限制系統的短路電流、調節速度快

另外，與交流輸電相比，直流輸電還有等優點。

愛迪生被冤枉了嗎?

說了這么多好處，那前面愛迪生的直流系統被淘汰了，難道是被冤枉了?并不是。

我們說的這些優勢，都是建立在當代高壓直流系統(例如特高壓直流≥±800kV)與同等級交流系統的比較上的。愛迪生那個時代，直流電僅僅只有110V，線路損耗上，根本不能跟當時已經達到4000V的交流輸電系統相提并論。

直流交流轉換

那現代的直流電又是怎么達到這么高的電壓呢?難道有了直流變壓器?當然沒有這種變壓器，今天也沒人能給直流電升壓!但人們發明了的方法，先給交流電升壓，然后通過換流閥將交流電轉變為直流電(整流)。如果要降壓，也先要把直流電轉變為交流電(逆變)。

如果說交流電的普及離不開變壓器，直流電的普及就離不開完成整流逆變過程的換流閥。

這些器件的可靠性和價格是限制直流電力系統最主要的因素。

高壓時代，交流電就此沒落了嗎?

那么，直流電崛起，是否標志著交流電要沒落了呢?

我想不會。

首先，畢竟直流電要改變電壓，還是要先轉換成交流電。而且前面所說的優點，都是直流系統在輸電過程中體現出來的。我們說過電力系統還包括發電和用電等部分，在這些地方交流還是有著不可取代的優勢。

例如發電方面，現代電力系統常用的汽輪發電機，其裝機容量一般在300MW-1000MW之間，輸出電流可達上萬安培，如果采用直流發電機，電刷上是無法承受如此大電流的。且一旦發生故障，如此高的直流電流也很難切斷，但交流電則可以在電流過零時較輕松地將之切斷。

用電方面，交流電動機結構簡單、成本低的優勢仍然是直流電機無法取代的，尤其是在大功率電機方面。

最后讓我們再來回顧這一過程，最初直流電力系統的獨領風騷，是因為交流電力設備的落后造成。一旦技術條件成熟，交流電便因長距離輸電優勢而取代了直流電力系統，而直流電則苦于無法升壓而被淘汰。

事實上，高壓直流系統比高壓交流系統在長距離輸電上的成本更低，當今，隨著電力電子技術的成熟，直流輸電再次崛起，與交流輸電共同構成了高效經濟的電網系統。

百年前，愛迪生和特斯拉為了不同的理念而爭斗，百年間，兩種電力系統相繼崛起。今天，這一爭斗早已畫上句號，但并未以任意一方的勝利而告終。隨著技術的發展，交流直流已經融為一體，共同為人類的電力事業服務，不知二位泉下有知，作何感想。

出品：科普中國

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關鍵詞： 特高壓直流輸電