电能传输形式的演变

知识点：电能

1  电能形态变换的几种方式及途径

电能形态变换一共可分为4种方式，在电力电子技术课程中主要围绕着直流和交流之间的变换拓扑展开。

电能形态的变换依赖于电力电子器件，在没有功率半导体的年代，我们能够实现的只是交流和交流之间的电压大小变换。图中我们最熟悉包括：二极管（不可控阀器件）、晶闸管（可（半）控型器件）、IGBT（电压驱动型全控型器件）、MOSFET（电流驱动型全控型器件）。请小伙伴们思考或者翻翻书找找各类器件的导通和关断条件。

电力电子器件的进步和变革，会促使大容量应用场合的推进。在我国目前电压等级最高的±1100kV从昌吉到古泉特高压直流输电工程中应用的6英寸SCR耐压可以达到8200V。而全控型IGBT器件的性能提升也促使了±800kV南方电网乌东德昆柳龙特高压多端柔直工程的建设。全控型器件和换流技术是未来的发展方向。

2 直流电是人类最早认识和使用的电能

直流输电的概念是法国物理学家Marcel Deprez首先提出来的，为了减少输电损耗，必须提高输电电压。早期为了提升电压只能通过发电机的串联和负荷的串联去实现。但由于绝缘问题，不可能一味地通过串联提升电压。（要知道现在世界电压等级最高的发电机也只有27kV）

说到直流电，我们不得不提“发明大王”爱迪生，其实他更是一个商人。他为了让电灯泡有用武之地，力挺直流电。不过，从事物的认识角度，我们首先能够想到的也应该是直流电，而很难就直接想出来一个大小甚至方向一直在变化的交流电。

直流电没有办法借助变压器实现电压等级的提升，因为没有电流大小和方向的变化，就没有磁链的交变。这个时候特斯拉就出现了，他最开始只是爱迪生的一个小跟班儿。你可以想象一下，一个是超级大佬，一个是初到职场的小白。但爱迪生嫉妒特斯拉的才能，进行百般打压。

但历史的潮流怎么可能因为个人的阻碍而发生改变。尽管当时爱迪生穷尽各种手段对特斯拉的交流电进行打压甚至污蔑，他当时甚至用交流电去做执行死刑的方式，然后拍下来惨状去大街上宣传。但由于交流输电可以借助变压器提升电压进而减小损耗，所以早期的直流输电系统很快就被三相交流输电所替代了，进而形成了以交流电网为载体的交流电力系统，也就是我们现在电力系统分析课程的主要研究对象。

注意到，这里还有个年份，1937年，我们国家在经历什么？而彼时世界大地正在进行一场深刻的变革。

而失败了的爱迪生，他的名字也被爱迪生通用电气公司删除，变成了现在的通用电气（GE），这一段历史也被拍成了电影《电力之战》。

3 传统特高压直流输电

随着社会的进步和发展，交流输电技术在实际应用中慢慢地显露出了不少不足。我国资源禀赋的特点之一是资源在西部和北部，而电力负荷在东部和中南部。这种逆向分布特点天然需要远距离、大容量、高效率的电力传输。这个时候不论是输电效率、输电容量、输电距离乃至输电走廊的占用、输电线路的建设成本等直流都较交流出现了巨大优势。

4 传统直流输电的换相失败问题及柔性直流输电的出现

传统特高压直流输电的逆变侧本质是三相桥式有源逆变，换相过程是借助交流电力系统两相短路电流去实现。在交流电网出现短路等故障时，逆变侧极易容易出现换相失败。而在我国华东地区由于负荷需求大，有多回直流同时馈入该区域，即所谓的多馈入直流系统。如果多回直流落点同时发生换相失败的话，会导致区域电网出现巨大功率缺额，导致电网崩溃。在这个方向，老师一直在带着研究生在研究。个人认为，这是一个非常有前途的方向。虽然很难，但有必要坚持。

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1、GB5226.1-2008 机械电气安全

2、GB19517-2009国家电气设备安全技术规范