发电的变化和使用加强直流电力分布的情况

尽可能高效地使用能量的必要条件，结合需要从包括可再生能源的更广泛的各种能源产生电力的需要，这在长距离和建筑物内促进了直流电力分布的兴趣。

AC与DC发行版：冲突与共存

尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)在导致世界电网采用高压交流配电的争论中击败托马斯·爱迪生(Thomas Edison)的胜利可能是短暂的:仅仅130年之后，技术的钟摆可能会重新摆回高压直流(HVDC)配电。

就19世纪80年代末的情况来看，交流配电被认为是一种更经济、更实用的方案，尽管存在一些缺陷。长距离的电力传输发生在高电压下，以尽量减少I2R损耗，并且在当时，使用交流操作的变压器比使用产生高直流电压所需的旋转机器更容易实现所需的升压。即使在当时，合适的变压器也更小，更便宜，更可靠。

20世纪初的水银整流器到来，后来是高压，高电流固态晶闸管和最近的IGBT模块（图1），高直流电压的产生变得更简单，从而实现了HVDC的优势分布更可靠，有吸引力。

图1：现代功率半导体如高压，高电流IGBT模块增强了HVDC传输的经济性和可靠性。图片礼貌英飞凌。

HVDC可以克服在高交流电压下分配电力时遇到的一些缺点。HVDC传输距离和容量不受电感和电容效果的限制，例如充电电流。另外，整个电缆横截面可用于支撑电流，因为没有皮肤效果。此外，AC电力不允许在不同频率运行的网络之间发送电力，或者网络不能同步网络。此外，对不稳定或不合适的功率流的担忧可以防止制作新的连接。

如今，HVDC在全球范围内的许多分销项目中存在，如远距离链接Caprivi链接在纳米比亚和三峡广东在中国的链接，每个欧洲，新西兰，日本岛和其他地方的各种跨境和跨海环节。还广泛安装背对背HVDC连接作为交流电网之间的稳定且方便的分享电力。

HVDC在明天的网格中

HVDC分布可能变得更加普遍，因为电力发电策略的环境驱动变化导向于分布式发电的进展，供应包括集体称为智能电网的不同类型的网格的混合基础架构。

发电从集中式模型依赖于少量大型化石燃料电站，以包含各种来源，例如风或太阳能电池产生的能量。来自风力涡轮机的原始输出具有不稳定的电压和频率，因此通常转换为DC以便于稳定化，然后再转换为所需的交流频率和电压，以进入网格。类似地，光伏阵列的直流输出必须转换为右电压和频率的AC，然后才能放在网格上。

随着对非化石 - 燃料能源的依赖求依赖，由于太阳能和风电场安装在自然有利的位置和小型局部风或太阳能发电机 - 微生物器中，这一代变得越来越分布在商业或住宅场所。这些不必连接到电网，尽管有时会提供慷慨的饲料关税，鼓励所有者向其公用事业公司销售任何未使用的能力。

随着发电正在向私有微生物器朝向更具分布式模型的方式移动，无论是连接到主电网还是以其他方式，都会出现微电网的概念（图2）。微电器结合了本地化组电力来源可以控制和管理的负载作为岛屿或与主电源基础架构或宏格栅同步和连接。微电网可能会提供几个优点，包括减少温室气体排放，最终用户的较低的公用事业票据，以及分享现代化或升级本地电力基础架构的成本的手段。微电网存在于智能电网的概念范围内，并有助于实现其关键目标，例如作为能源的稳定性，可靠性和电力供应的安全性，因为能量源变得更加分布，更不可预测。

图2：微电网可以从各种源供电，并连接到主电网或岛。图片礼貌伯克利实验室,

改变消费对DC MicroGrids的辩论

在配电基础设施发生变化的同时，电力用户的电力需求也发生了重大变化，这是自早期作出有关配电的决定以来的事情。不仅总体电力需求稳步上升，普通家庭和企业使用的设备的性质也发生了变化。

在20世纪下半年的下半年，即使是最先进的家园的电力也是由AC供电的白炽灯照明和少量家用电器消耗，如洗衣机，冰箱和包含大型交流的洗碗机感应电机。相比之下，在当今的家中，有一个朝向LED照明的转变，这是一个固有的直流动力技术，以及包含具有较小且有时刷牙或无刷直流电动机的可变速度驱动器的新技术和更节能的设备。现在还有大量的电子设备，如PC，路由器，游戏机和从内部AC / DC电源运行的机顶盒。许多其他设备，例如平板电脑，智能手机或无绳电动工具，尽管电池供电，但在低直流电压下充电。今天的房屋包含比以往更多的电气和电子设备，每个设备都包含其自己的电路，可以在使用点将标准的高压交流电源转换为合适的低直流电压。

住宅并不是唯一以低压直流供电设备为主的用电场所。处于当今数字经济核心的电信交换机和数据中心，是现代世界最大的电力消费国之一。一个数据中心消耗的能量与多个数据中心一样多成千上万的家园但是，虽然目标是为需要电压下降到1V或更小的电压的服务器。

在永无止境的搜索中，最大化效率并尽可能地消除任何能量损失，在电力转换期间发生的损耗，在AC和DC之间以及不同的DC电压之间，在增加的审查下。数据中心行业中的一些人正在倡导HVDC分布作为在房屋内分配电力的最有效的方法。

图3:常规AC分布在数据中中心涉及多个转换步骤。图片礼貌vicor.

用于数据中心配电的传统策略（图3）最初踩下并整流进入的交流管线电源，以允许与电池备份系统互连。然后，该网络通常为48V DC的输出，然后转换为大约200V的AC电压，以便在建筑物内分配。在机柜级，该高压交流电源被整流和下转换为中间DC电压，并最终在负载点转换，为服务器板上的处理器和其他IC提供所需的电源轨。或者，来自高压AC / DC电源和电池备用网络的输出，通常在48V DC处分布在整个数据中心，然后通过服务器板上的中间和负载点转换器的组合转换。

随着数据中心的电力需求继续上升，关注通过多功能转换阶段损失的能量增长。在48V DC系统中，在提供最新的服务器时，I2R损耗可观相当大，这些服务器可以在峰值电源上消耗超过1kW。虽然讨论继续如何使AC分配系统更有效，但在380-400V的电压下的HVDC分布承诺降低I2R损耗的方式，同时还消除了DC到AC逆变器及其相关损失。线电压下的进入的AC电源被整流并转换为380-400V的高直流电压。可以在非常低的电流下在该高电压下分布大量功率，导致最小的能量损失。然后使用机柜中的直接DC-DC转换逐步下降高电压。已经提出了HVDC架构，可以在目前使用高压交流或低压DC分布的数据中心中逐步采用。

数据中心行业内的这种趋势正在加强案例，支持建筑物内的直流电力分配。出现的联盟正在推动商业建筑中DC分布的原因，以及开发旨在使混合交流和直流基础设施能够最大限度地利用能量和空间的标准。该联盟在占用空间内发布了24V直流分布的标准，以及用于数据中心的混合AC和380V DC分布（图4）和电信办事处。

图4：出现的联盟已开发出数据中的高压DC分布标准中心。图片礼貌出现联盟

24V DC标准提出了一种用于供电载荷，诸如照明，PC，投影仪或电视的载荷的内部微电网。到目前为止，来自知名制造商的60多种产品已经注册，包括LED灯，荧光镇流器，开销风扇，转换器，控制单元和接线产品。该联盟还在开发DC微电网的标准，以供应室外空间的负载，例如外部照明和电动车充电器。此外，可以提出380V DC用于为HVAC系统，工业设备和高海湾照明等大型建筑负载供电，以及具有可变速度驱动器的烤箱和洗涤或干燥机等家用电器。

结论

AC和DC分销技术之间的竞争，通常想象于电气时代开始的AC赢得的战斗，实际上，由于工程师已经开发了根据需要利用任何一种方法的优势，因此陷入和平共存。根据需求，可以利用任何一种方法任何给定的申请。

直流分布在非常高的电压下，长距离，或在局部区域或整个建筑物中，如380V或24V的电压，可能变得更加普遍，因为发电策略转移，以集成更可再生能源和微代，以及结束- 用户需求继续转向低压电子设备。这可能会鼓励广泛采用DC微电网，这可能又可以推动来自家用电子产品和PC的各种设备，电池充电器和功率适配器以及墙壁插座和灯开关。yabosports官网

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