制定我国低压直流供电标准

1、 制定我国低压直流供电标准，创建节约型社会 北京交通大学 李湘维 交流电的采用及理论的进展 电力系统使用直流电还是交流电一开始就出现过争论。争论开始于某些著名的人，包括美国的T.A.爱迪生和英国的W.汤姆逊都是反对使用交流电的，理由是交流电不安全。随着电力传输的发展，直流输电的弊端渐渐暴露，直流输电压低，输电线路能量损耗较大，直流发电机昂贵、导线材料要求高，经济效益差。而交流电可以用变压器很方便地提高或降低电压， 同时交流电机制造方便、成本低廉、不会产生换向器故障等，这些优点在当时的技术条件下是直流电所无法竞争的，因此最终人们采取了用交流电供电的标准。1888 年，M.O.多里沃多布罗夫斯基创

2、立交流电的三相制，在1991 年建成由法国劳奋水电站至德国法兰克福的三相交流高电压输电线路，在始端采用了90/15200V 的升压变压器， 在终端建有两座变电所将电压降低，输电效率已达到80以上，经济效益比较显著，此后的交流输电就大都采用三相制了。电机的进步和交流电的应用，改变了人们的生活。只要集中建造发电厂，或者利用水力， 或者统一解决燃料问题，再用导线就可以将电能送到各个工厂或千家万户。对每个用户来说， 只要具有电动机，就有了动力来源了，这为工业的高速发展创造了良好的条件。电气化的时代到来了。 随着发电厂的建立和电能传输的需要，18 世纪90 年代，先后发明了空气灭弧和充油灭弧的断路器，使

3、得电力传输有了基础。1906 年又发明了悬垂式绝缘子，使线路传输的电压等级的不断提高。随后人们又研制了六氟化硫气体密封式高压电器及输电管道。这些技术使高电压及超高电压的大功率远程输电线路成为可能，电力系统产生了。 在现代社会中，电能是人们需求的第一能源。电网供电的安全已经和国家安全、社会安全紧密相关。因此，电力系统安全稳定的运行是现代电力系统的第一重要课题。其次，对电能的高效转换、传输和利用，降低对环境的污染也是当今的另一个重要课题。 随着现代电力电子技术的发展和人们对安全和效率的追求，交流电网的缺点又变得突出起来。首先是电网的稳定性问题。为保证电网稳定，需要许多特殊设备，经济成本很高。其次，

4、交变电路不仅有电阻还有电感和电容。例如在输送50Hz的大功率电力时，当输电导线面积超过95mm2，线路感抗就已超过阻抗。另外，采用水下或地下电缆输电时，还会有电容的影响，而且随着电缆长度的增加，这种作用变得越明显，由此造成的损耗会大大增加。这时， 科学家又开始考虑直流输电的优点了。 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： 输送容量大；输送功率的大小和方向可以快速控制和调节；直流输电系统的投入不会增加原有电力系统的短路电流容量，也不受系统稳定极限的限制；直流架空线路的走廊宽度约为交流线路的一半， 可以充分利用线路走廊的资源；直流电缆线路没有交流电缆线路中电容电流的困扰，没有磁感

5、应损耗和介质损耗，基本上只有芯线电阻损耗，绝缘电压相对较低；直流输电工程的一个极发生故障时另一个极能继续运行，且可充分发挥其过负荷能力，即可以不减少或少减少输送功率损失；直流本身带有调制功能，可以根据系统的要求作出反应，可以对机电振荡产生阻尼，可以阻尼低频振荡，从而提高电力系统暂态稳定水平；能够通过换流站的无功功率控制调节系统的交流电压；大电网之间通过直流输电互联（如背靠背方式），两个电网之间不会互相干扰和影响，且可迅速进行功率支援等。 我国直流输电技术同样是在 80 年代得到发展，建成了我国自行研制的舟山直流输电工程（100 kv，100 mw，55 km）和代表当时世界先进水平的葛洲坝上海

6、（简称葛上）500 kv 直流输电工程。90 年代，开始建设天广直流输电工程和三常直流输电工程，天广直流工程于2000 年12 月单极投产，2001 年6 月双极投产；三常直流输电工程于2003 年5 月投入运行。2001 年开工建设三峡广东直流输电工程和贵州广东直流输电工程，并分别于2004 年6 月和2004 年9 月正式投产。低压输配电现状 尽管高压直流输电的优势已经体现并得到应用，但目前低压线路仍采用交流输配电标准（在我国就是大家所熟知的380/220V 供电体系）。由于牵涉的用户量大面广，到目前为止还没有人提出改变标准的问题。下面笔者想就改变低压供电标准做一些探讨。低压输配电牵涉到变

7、压、输送、计量、用户负载和电力管理。变压和输送在前面已有讨论，直流电能计量在电子式电能表已成主流的时代只是更简单。剩下的就是用户负载（即用电设备）和电力管理的问题了。用户设备主要有以下几类；电机类照明类整流电器类。 电机是占整个用电负荷最大的设备，目前，在大部分电机类设备中，变频调速开始变得普及。变频器是典型的电力电子设备，其原理主要是AC-DC-AC 的转换过程，也就是说这中间真正需要用到的是直流电源。现代照明是以荧光灯为主的节能型照明灯具，主要有荧光灯、钠灯、金卤灯，白炽灯正逐渐减少，无极灯和发光二极管（LED）由于性能和价格原因还不能大量使用。但几乎所有的灯具都需要配套控制设备（镇流器或

8、控制器）使用，现代的电子镇流器已非常成熟。其技术也是AC-DC-AC 的原理，而白炽灯和LED 本身就可以或必须使用直流电源。其它整流电器类主要包括冶金、电镀、电子设备等，他们本身需要的也是直流电源。现行的交流供电技术的问题； 1、增加设备的成本； 如上所述，为了高效使用电能或提高设备的性能，在传统负载前面（电机、灯具）都加有电子设备，所有这些设备都是用桥式整流电路将交流整成直流后，再送给后面的电路去实现所需的功能。此部分电路不仅是浪费，而且还会产生谐波污染。2、增加损耗；电机类感性设备会在线路上产生无功损耗。此外桥式整流器件会产生1% （对220V 供电标准）或2%（对110V 供电标准）的

9、热损耗。此外为生产这些整流器件的消耗也非常惊人。3、增加设备和线路的绝缘成本；由于交流电的性质，线路和用电设备的绝缘在同样电压等级下，交流电的绝缘电压是直流电的140%，因此，在传输同等功率的电能时，用于绝缘的费用远高于直流。改为直流供电的好处； 将低压供电改为直流供电后，除了解决上述交流供电的问题外，还有诸多优势； 1、提高电网安全，便于新能源使用； 现代电网的传输都是由电厂到用户的单一潮流模式，输电成本高、线损大，并且电网的安全性极为脆弱。解决这个问题的最终方案就是分布式电源组网，即将用户侧变为辅助发电侧。同时大面积推广小型风力发电、太阳能发电等新能源的使用也需要一个良好的上网方式。采用直

10、流供电标准后，安全并网变得极为简单，使得新能源的上网与电网安全的矛盾迎刃而解。随着储能技术的提高，未来的用户侧必将配备小型的储能设备。这样既可以解决电网调峰的问题，又可以防止因电网故障而影响用户的对供电可靠性和供电质量的需求。采用直流供电标准后，用户的设备无须再用逆变设备就能够直接使用备用电源，将给用户带来极大的便利。2、节约资源；采用直流供电系统和分布式供电系统后，将对电网建设产生革命性的变革，电网建设成本将大为降低，特别是对于现在的电力系统中重要用户采用双回路供电的方案将节省一半的投资。同时用电设备由于不再需要DC- AC 转换，也将节约大量的社会资源。3、节约能源； 用电设备采用直流标准

11、后，减少了现有设备中 AC-DC 转换的整流桥的能耗。按去年我国全社会用电量32458 亿千瓦时的20%用于有整流系统的设备，将节约64 亿kWh，按2007 年全国供电煤耗为357 克/千瓦时计算，折合标准煤是228 万吨。此外，在新能源的使用中，不需要逆变设备，也将节约逆变设备的损耗，而此损耗一般在15%左右。 如果在用户侧采用直流供电标准，大量使用风力发电和太阳能发电等新能源，还将大大降低电网传输的损耗。4、便于管理； 低压侧采用直流供电标准，供电线路不仅输送了能量，还给供电部门和用户提供了 一条通信通道，供电部门和用户可以利用此通道进行电能管理和用电设备管理，使设备更加智能化和更加节能

12、。采用直流供电标准，取消一点接地，还可以减少因一线一地触电而造成的人身意外伤害事故。实施设想； 制定标准；为了与现有设备更好的兼容，降低改制成本，可采用240V 三线制供电， 中性点不接地，利用现有三相传输的线路。工业用电直流480V，生活用电直流240V。第一步；编制并公布标准，使电器设备生产商做好技术准备，在过渡期将现有电器留好直流电源接口。同时生产直流开关、插座、电能表等低压电网所需材料。第二步；在小范围（如新建居民小区）试行直流供电，电力公司可联合技术单位对原有家电进行改造，不好改造的可配逆变电源。第三步；要求电器厂商只生产直流系统的设备，对于交流供电的地方，采用外接交直流转换器的方案。同时总结试行经验，开始中度范围的推广，并