为什么输配电系统是交流电而不是直流电？

我们为什么没有将电气传输系统完全转换为直流电的充分理由？在电网上使用交流电的主要原因（没有冒犯的特斯拉，我爱你们）是为了降低线损（），并且如果导体尺寸保持不变，则可以转换成更高的电压当è在方程增大Ë = 我ř然后我必然下降，依次递减损失的平方$P=IE=I^2R$$E$$E=IR$$I$$I$）。但是现在我们有能力将交流电（在所有热力，水力和风力发电机上）和直流电（在太阳能发电机上）转换成我们想要并传输的任何水平的直流电，通常转换为无论如何都倾向于使用直流电的住宅或商业负载。如果需要，可以在工业负载（通常是电动机）下转换回交流电。

这样，可以消除电网中的许多变压器，电容器，间距问题等，从而显着提高效率，进而降低排放和成本。

我在这里想念什么吗？

有几个原因。一：电线中的功率损耗为I ^ 2 *R。因此，最好在非常高的电压和小电流下传输功率。交流电更容易升压到高压（不需要电子设备）。使用硅电子器件来增加工业负荷是不切实际的。

另一个是在负载下切换的简便性。如果关闭连接到DC的负载，则由于线电感和负载电感而引起的开关电弧会成为问题。这迫使直流开关更加坚固。

变压器产生的60 Hz噪声远小于所有对DC进行降压和升压然后在负载点将其转换为AC所需的电子设备所产生的开关噪声。

使用HVDC：HVDC项目列表。用于HVDC的两种主要技术（可控硅和IGBT）分别是在1950年和1968年才发明的。同时，各国正在建造交流输电设备。当您已经花了很多钱建立网格时，为什么要替换可行的东西呢？只需等到现有系统不再可用，然后再进行升级。

数据似乎证明了这一点：中国正在建设大量的HVDC输电线路，因为它们有钱，并且实际上没有任何现有的网络可以进行交互/竞争。同样，在欧洲和美洲也有一些项目，但是这些项目似乎更仅限于HVDC真正发亮的区域（水下系统），因为存在现有网络，因此升级成本尚不合理。

同样，HVDC并非总是有意义，特别是当您需要/需要多点传输时。这使得HVDC系统的布线比AC系统困难。

Mkeith回答了所问的问题，即高压直流输电的主要缺点是什么。helloworld922（目前是下一个投票最多的答案）对此的“反解答”指向使用/使用HVDC的一系列情况。所有这些工程师都不会发疯，因此，我认为在高压直流有意义的时候进行实际解释非常重要。（顺便说一句，这比OP的要求要好。）

首先，在某些情况下，AC几乎是不可行的。这包括连接交流异步电网，例如相互连接的50和60 Hz系统；例如在日本发生这种情况：日本东部使用50Hz，日本西部使用60Hz。实际上，在其他一些特殊应用中，HVDC是唯一合理的选择，但是用新词很难用新词解释。如果您想要更详细的列表（带有实际示例），Delea和Casazza的《了解电力系统》将列出更长的列表。

抛开这类利基案例，我认为必须强调总成本优化在确定交流或直流应作为电力线的传输方法时可以执行（实际上应该执行）。两个主要因素是线路本身的成本（电缆，塔楼，如果适用，例如不在海底）和终端的成本。通常，直流输电电缆的成本要低于三相交流输电的等效功率。发生这种情况的原因很容易解释：与三相AC相比，DC所需的电线更少，但是需要承受AC电线的绝缘（这可能只是气隙，但这意味着塔的成本） AC峰值，而您只能从AC传输“ RMS功率”（更正确地说，是与RMS电压相对应的平均功率）中受益。另一方面，HVDC的终端功率电子设备的成本要比AC变压器高，

这种总成本优化实际上为您提供了HVDC的主要应用：在远距离传输大量电力（这意味着没有分接/中断的情况）。HVDC比AC更经济的典型值是在500公里以上的距离上传输500MW以上的功率（根据Delea和Casazza）。Wikipedia列表中的许多示例（如果不是大多数）（在helloworld922的答案中链接）都是这种类型。毫不奇怪，这些例子来自中国，加拿大或澳大利亚。在欧洲，大多数中型/大型HVDC输电线路都是海底电缆。

以下是针对预定功率水平的综合（意味着教科书级而不是实际水平）优化示例的样子，因此仅绘制了成本与传输距离的关系；它摘录自Kim等。高压直流输电，第一章免费提供。

从具体的成本角度来看，以下是一些值（根据Larruskain等人的说法），这些值接近制造HVDC终端组件所需的最低功率：

• 晶闸管变流器，50 MW，100kV。每个单位的近似值是：500 EUR / kW
• IGBT转换器对，50 MW，+/- 84kV。每个单位的近似值是：150 EUR / kW
• 变压器，50 MVA，69kV / 138kV。每个单位的近似值是：7.5 EUR / kVA

鉴于整流器和变压器在50 MW时的价格比为20x-60x，很明显，为什么HVDC不会按比例缩小功率。

通过使用交流变压器（以这种方式），可以从电网中消除逆变器，整流器，旋转变压器等，从而显着提高效率，进而减少排放和成本。

在芝加哥和纽约，直流电网在1990年代被关闭。在澳大利亚墨尔本，直流电源网在2005年左右关闭。最后，仍然连接到直流电源网的主要或唯一事物是旧建筑中非常老的电梯。在墨尔本，输电线路发生故障后，给每个剩余的直流客户一个整流器，然后将旧设备连接到交流电网上，而不是修理和更换直流输电电网，这样的费用就便宜了。

尽管交流输电具有许多优势，但直流输电仍继续用于互连高压电网：在长距离连接上保持电网稳定性，尤其是在地下/海底电缆中，以减少介电损耗和集肤效应。

是的，您缺少一些东西。使用现代晶体管和其他电子组件，我们可以将DC提升到一个点，但不容易，经济或以MW功率水平将合理的效率提升到主要传输线上所需的电压。

变压器是在MW功率水平下获得100 kV的唯一实用方法，而变压器则需要AC。

仅仅是因为特斯拉与爱迪生1880年代。结果，我们发电和输电基础设施的99.9％是交流电。周末无法转换为DC。所有人的带有感应电动机的电器和工厂呢？DC在那里不起作用。他们将需要开发某种替代方案。变电站将必须完全重做。应对所有这些问题的HVDC电力电子设备必须经过测试和认证。也许最重要的是，这一切都要花钱。很多很多钱。不要期望从交流到直流的转换会很快或很快发生（如果有的话）。

它就在图表中的项目6：“多个终端/点击：困难”中。

HVDC已经偶尔用于点对点链接，但是配电系统的网格状和多路径越多，便利性就越差。在紧凑的欧洲国家中，一段电网的平均未扰动长度很短，低于100公里的经济收支平衡点。

我个人认为，在看到将交流电网完全转换为直流电之前，我们更有可能看到由可再生能源和电池组供电的低压直流微电网的部署。

这就是您所缺少的：您像工程师一样思考，而不是商务人士。跟着钱。当从经济角度考虑转换为DC时，包括替换现有基础架构的所有成本等，都将实现。在DC确实有意义的情况下，它已经发生并且正在发生。

除了直流网络外，我还为您提供了另一个很好的理由：

• 容易发生故障且昂贵的半导体和电容器
• 所有这些斩波器和PFC电路都给EMC带来了极大的麻烦
• 发生泄漏时腐蚀加剧

安全。为高压/大电流直流网络构建断路器非常困难。保险丝必须是电弧灭弧的五倍大。由于电网的电容和完全不同的电弧行为，开关需要更大，更精细的喷砂室。

在交流配电系统中，所有交流发电机不仅必须通过频率同步，而且还必须通过角度同步。每当负载增加时，它都会尝试降低交流发电机的速度。这是不允许的，并且功率必须增加。如果负载太高，则必须将其断开，这会对其他交流发电机造成额外的压力。从理论上讲，HVDC更稳定，更宽容。我们使用ac的原因是因为这是最近更好的方法。正如其他人提到的那样，更改为HVDC的成本很高。

先前的所有答案都涵盖了OP的问题，但是我想我想补充一下前面提到的有关本地化，短期DC网络的内容。配电的下一个“革命”将是需求响应（https://en.wikipedia.org/wiki/Demand_response）系统，该系统通过由电池，太阳能和其他可再生能源驱动的社区电网提供本地化电力。

特斯拉（不是公司的公司）向我们展示了家用电池组的发展方向-想象一下，在高峰能源成本时间内能够更换电池，以及在非高峰期通过PV等为电池充电所固有的国内账单节省。

收集一些房屋以在社区中共享这种能力，然后您可能还有足够的资源将多余的资产出售给其他成员/社区（您已经可以将其出售回英国的电网）。如果社区中的每个人都是参与者，则这种子电网可能是高压直流输电。

高压DC尚不实用的原因有很多，但是在某些特殊应用中，高压DC慢慢地向后爬行。

• 交流变压器是非常坚固且经过验证的技术，背后经过多年的研究，改进和优化，并且比直流/交流高频变压器-交流/直流同类产品便宜得多，当然它们更可靠
• 在直流系统中，用于断开负载或短路电路的断路器是一个严重的问题，因为在交流系统中，电流固有地必须通过零，断开交流电流要容易得多，因此交流断路器要远远领先于交流断路器。直流同类产品的价格，断流能力，寿命和...
• 即使我们知道两种技术彼此之间仍然可以相提并论，直到现在为止，您仍要了解，交流配电运营商对于应用新技术非常不情愿和谨慎

直流电在家庭中用于照明和计算的离网无疑更有效。LED照明仅使用白炽灯和荧光灯的一小部分。LED必须使用DC，因此，每个LED灯必须具有效率低且易于故障的AC / DC转换器。实际上，LED灯的大多数故障都是由于转换电路引起的，而很少发生于LED光源本身。

所有计算机和电子设备都使用直流电。它们依靠电池工作，或者如果连接到交流干线，则必须通过整流桥，降压变压器，电容器，晶闸管等电路将干线的交流电转换为电子设备所需的直流电。

电加热器的加热丝不必理会使用直流还是交流，因为它是纯电阻性负载。但是，用于加热器的风扇必须是直流风扇。

使用交流电动机和/或压缩机的任何电器或设备（例如冰箱，HVAC，风扇，泵，插入式电器等）都将需要交流电。尽管越来越多的电动工具正在使用可充电直流电池组，而不是插入式，充电器为DC。

由于现场发电是用于太阳能的直流电，并且可以是用于风力发电和生物质能的机械交流发电机的直流电，因此必须仅使用逆变器将所产生的电能转换为交流电，而仅将其转换回直流电，这样效率不高。以上引用。

这就是现在的系统，但是随着公用事业公司不断提高费率以及传输基础设施变得越来越不可靠，越来越多的家庭将寻求使用离网本地产生的直流电源。他们仍将使用公用交流电源或家用电池堆中的逆变器来使用必须使用交流电的设备和电器。

尽管对于不到500公里的陆上输电来说，交流电仍然是更经济的输电选择，但趋势是朝着本地现场发电和储电，独立于电网。公用事业公司已经意识到了这一趋势，并与市政当局以及现场供应商合作进行电网回购，整合等。

AC受益于大量的长期经验，行业信心，以合理的价格提供的各种产品以及随时可用的服务和支持。

交流变压器是防弹的。假设有人想要在距我们2000英尺远的酒店另一侧安装50A / 240V RV插座。我可以使用普通变压器将我们的240V服务提高到2400V，运行极线，再使用另一个变压器。便宜，可靠且现成。永远不必担心变压器发生故障。而且，如果确实需要维修，那么在我农村的县，知道他们正在寻找什么并能够提供支持的电工人数绝对不是零。

高压直流输电不能要求任何权利。

1960年代大型机世界有句古老的谚语，当时Burroughs和Sperry之类的公司试图打破IBM几乎的垄断地位：“没有人因收购IBM而被解雇。”

哪个设施经理会坚持使用HVDC？我想今天不是我。明天吧。明天没有繁荣。