Электрические сети: AC против DC

Мы знаем, что у нас сейчас 50/60 Гц в наших стенах по главным образом историческим причинам - еще 100 лет назад не было способов увеличить / уменьшить масштаб постоянного напряжения.

В наши дни у нас просто проблемы из-за этого - каждое проданное устройство должно иметь ~ 1 мкФ на 1 Вт мощности, прежде чем его блок питания будет иметь достаточную мощность, когда мы проходим через 0. (Эта проблема не существует в 3-фазной мощности, но он доступен в основном в промышленных приложениях только AFAIK) + колпачки должны иметь более высокое номинальное напряжение, чтобы выдержать синусоидальные пики + все это беспорядок в PFC.

Правильно ли говорить, что если бы мы проектировали современную электросеть, мы бы пропустили переменный ток и просто имели бы постоянный ток везде? Насколько я вижу, это значительно повысит надежность и снизит стоимость многих устройств.

Гай Алли из Intel Research написал об этой теме в прошлом году - DC - Идея, время которой пришло и ушло? - в поддержку сети 380 В постоянного тока со следующими пунктами маркировки:

• Энергосбережение 7% против высокой эффективности 415VAC; 28% против текущего типичного 208VAC
• 15% меньше капитальных затрат
• На 15% меньше компонентов блока питания
• Экономия пространства в ЦОД на 33%
• Повышение надежности на 200%, что составляет 1000%, если вы напрямую подключаете аккумуляторную шину
• Устранение гармоник и по своей природе невосприимчив к другим проблемам качества электроэнергии переменного тока
• Естественное сродство к генерации альтернативной энергии (фотоэлектрическая энергия и энергия ветра составляют ~ 400 В постоянного тока, и вы фактически теряете энергию и эффективность, когда вынуждены переходить на переменный ток)

Он добавил в комментариях:

Мы очень сознательно выбрали 380 В постоянного тока, потому что вы хотите получить максимально высокое напряжение, которое вы можете себе позволить для эффективности. В то же время этот стандарт предназначен только для приложений с низким напряжением (<600 В). Мы бы пошли выше, но есть структурные барьеры стоимости на 400 В постоянного тока и 420 В постоянного тока. При напряжении 380 В пост. Тока мы остаемся с теми же номинальными частями тома, которые использует переменный ток, и получаем преимущества в том, что их объемная экономия достигается благодаря большей части текущих объемов компонентов блока питания переменного тока. Я уверен, что вы также можете оценить существенную стоимость сумматоров, которые имеют +/- 340 В постоянного тока для средств индивидуальной защиты, поэтому стандарт допускает экономичное распределение +/- 190 В постоянного тока. Таким образом, у нас есть высочайшая эффективность и экономичный стандарт. И со сходством среди других отраслей, фотоэлектрических, ветряных, электромобилей и освещения,

Он также упоминает идею смешанного распределения переменного и постоянного тока внутри здания (например, в центрах обработки данных). Подробнее об этой инициативе см. На веб-сайте EMerge Alliance: http://www.emergealliance.org .

Безопасность. Наличие HVDC через настенную розетку не является умным. Отключите устройство с высоким током, не отключив его в первый раз, тянет огромную дугу

Короткий ответ:

Нет.

Длинный ответ:

Преимущество переменного тока для распределения мощности на расстоянии обусловлено легкостью изменения напряжения с помощью трансформатора. Преобразование мощности постоянного тока из одного напряжения в другое требует большого вращающегося вращающегося преобразователя или мотор-генераторной установки, что является трудным, дорогостоящим, неэффективным и требующим технического обслуживания, тогда как при переменном токе напряжение можно изменять с помощью простых и эффективных трансформаторов, не имеющих движущихся частей. и требуют очень мало обслуживания.

Предлагаемое чтение:

Война течений

Вы можете быть правы. AC когда-то имел огромное преимущество перед DC в прошлом. Но поскольку стоимость преобразователей постоянного тока снизилась, относительное преимущество переменного тока упало и в некоторых случаях пересекается. Если бы мы проектировали новую систему передачи энергии сегодня, постоянный ток повсюду мог бы снизить общие системные затраты.

Для эквивалентных уровней мощности и тока и надежности для постоянного тока требуются немного более прочные детали для выключателей, предохранителей и грозовых разрядников; но переменный ток требует немного более дорогих линий передачи и лучшей координации генераторов энергии, чтобы избежать каскадного сбоя.

Несмотря на то, что (по историческим причинам) оборудование переменного тока обладает преимуществами экономии масштаба при массовом производстве по сравнению с оборудованием постоянного тока, разработчики многих современных систем передачи электроэнергии на большие расстояния , очевидно, решили, что использование высоковольтного постоянного тока (обычно 200 000 В постоянного тока) имеет чистые системные затраты, чем при использовании AC.

Несмотря на то, что (по историческим причинам) многие самолеты и космический челнок используют 400 Гц, 120 В переменного тока, ранние планы международной космической станции предусматривали использование распределительной мощности 440 В переменного тока (!) 20 000 Гц, пока не изменились приоритеты программы и инженеры не переключились. до 120 В постоянного тока. ( Мукунд Р. Патель, стр. 543)

Люди из Google ( a , b ) предложили производителям настольных компьютеров и серверов, что чистая стоимость может снизиться, если мы перейдем на «источники питания только на 12 В», которые преобразуют питание от сети переменного тока в 12 В постоянного тока, а затем материнской плате компьютера требуется только 12 В постоянного тока. , который он понижает до необходимого набора напряжений (как большинство ноутбуков), а не до текущей конфигурации блока питания ATX, которая имеет толстый пучок проводов с пестрым ассортиментом напряжений.

Ли Фельзенштейн и Дуглас Адамс пошли еще дальше и попросили кого-то разработать стандартную систему распределения 12 В постоянного тока. ( с , д )

Есть еще один момент, который я хотел бы добавить, почему мы не можем пропустить AC по моему мнению. Длинные дорожки, особенно кабели, лучше делать в постоянном токе (из-за индуктивности / емкости, которые дорого обходятся на больших расстояниях.)

Самое главное, что линии HVDC являются точечными. Сетка Mesh-DC - это совсем другая история. Если в любой точке сетки возникает ошибка, например, дерево падает на линию, вся сетчатая сеть падает (напряжение падает почти до нуля, и преобразователи должны отключиться).
В переменном токе импеданс в основном зависит от индуктивности, поэтому мы имеем гораздо больший импеданс, чем в постоянном токе, где импеданс вызывает небольшое сопротивление. Если дерево попадает в линию переменного тока, напряжение в этой точке равно нулю. Но высокий ток ошибки и высокое сопротивление создают большое напряжение. Так что только эта линия отсутствует, остальные (если не очень близко) имеют (почти) свое нормальное напряжение. В постоянном токе полное сопротивление очень мало, поэтому напряжение во всей сетчатой ​​сетке падает почти до нуля, и не только одна линия, но вся сеть падает. Также вы должны знать, что баланс выработки и потребления энергии в сети переменного тока осуществляется через частоту. В постоянном токе это делается через напряжение. Это должно сделать очевидным, что такая большая проблема с напряжением не очень хорошая.
Если кто-то захочет передать какую-либо значительную мощность через эту сеть при низком напряжении или хочет повысить напряжение, нужны очень очень большие токи, настолько большие, что линии просто расплавятся. Поэтому преобразователи отключаются (отключаются) и ждут, пока линия не будет отремонтирована и готова.

Короткий ответ: Не так быстро. Дольше: твердотельные преобразователи довольно хороши. Передача на дальние расстояния имеет много преимуществ. Короткие пути, вероятно, все еще выигрывают от трансформаторов.

Дополнительная информация: Есть несколько линий электропередач в мире. Возьмите в качестве примера линию HVDC в Итайпу , она остается одной из самых важных установок HVDC в мире. Это линия 6300 МВт с длиной 780 км.