直流电的发展阮仕海2012级软件学院7班学号 12330272 摘要电是人类的一大发明，而直流电从其产生便遭受了很大的挫折，最终在交流电的背后沉默了一百多年。

不过随着21世纪能源危机的接近、新能源的发展以及高科技的兴起，直流电相对交流电的优势变得越来越明显，而直流电的发展也越来越吸引着人们的目光。

一场被称为“直流电复仇”的革命正在演绎，直流电发展前景一片光明，极有可能夺回曾经失去的统治地位。

当然，直流电的发展的背后还必须攻克许多重要的技术难关。

关键词直流电；交流电；能源；变革；技术难关；应用；前景引言毋庸置疑，在过去的一百多年里，交流电占据了绝对的统治地位，而造成这一现象的初衷，只是因为当时对直流电应用的相关技术发展跟不上，相对而言，交流电应用则简单得多了。

但是，科技的发展日新月异，进入21世纪，直流电方面的许多技术难关已经攻克，技术日趋成熟，而且直流电本身就具备了许多交流电无可比拟的优势，再加之当今人们对“节约资源，开发新能源”呼声不断，直流电便具备了天时、地利、人和的绝对优势，人类的关注焦点在转移，直流电正在回归。

1 直流电的过去和现状1.1直流电的过去在早期，工程师们主要致力于研究直流电，尤其到了18世纪，电的研究迅速发展起来。

一百多年前，当托马斯•爱迪生发明电灯之后，直流电便是当时最主要的传输方式。

1889年的巴黎世博会选择在晚上开幕，馆内馆外共有一千多个弧光灯大放异彩，使用电压为60伏，亮度从几百烛光到10000烛光不等，爱迪生公司详尽演示了白炽灯生产的每个步骤和整个流程，从此电灯开始普及，电力产业开始起步，而且速度飞快。

然而，在1893年的芝加哥世博会上，直流电一方是“世界发明大王”爱迪生和新组建的通用电气公司，交流电一方是初露头角的塞尔维亚移民科学家特斯拉和实力强大的威斯汀豪斯公司（即西屋电气的前身），两者竞争异常激烈，直流电也因此结束了一家独大的历史。

随着科学技术和工业生产发展的需要，社会对电力的需求也急剧增大。

由于用户的电压不能太高，因此要输送一定的功率，就要加大电流（P=IU）。

而电流愈大，输电线路发热就愈厉害，损失的功率就愈多，而且电流大，损失在输电导线上的电压也大，使用户得到的电压降低，离发电站愈远的用户，得到的电压也就愈低。

为了减少输电线路中电能的损失，只能提高电压。

在发电站将电压升高，到用户地区再把电压降下来，这样就能在低损耗的情况下，达到远距离送电的目的。

而要改变电压，只有采用交流输电才行。

直流输电的弊端，限制了电力的应用，促使人们探讨用交流输电的问题。

1903年，爱迪生为了能够保住直流电作为全美配电标准的地位，甚至导演了一场电刑事件，即使用6600伏交流电，对一头被认为威胁人类的马戏团大象实施电刑处死，以此散步恐慌来证明交流电的危险性。

但事实证明了交流输电的优越性，爱迪生以失败告终，曾经风靡一时的爱迪生通用电气公司也被迫去掉了爱迪生的名字，改名为通用电气公司。

从此，交流电开始了长达百年的统治。

而总观直流电衰落的原因，正如法克所说，“直流在一百多年前败给交流就是由于当时的技术条件所限，一是远程传输技术难点，二是当时半导体技术并未像目前一样发展，三是直流的灭弧问题没办法解决。

”20世纪50年代后，电力需电网扩大，交流输电受到同步运行稳定性的限制，在一定条件下的技术经济比较结果表明，采用直流输电更为合理，且比交流输电有较好的经济效益和优越的运行特性，因而直流输电重新受到人们的重视。

附：电的发展史上的重要事件1729年，英国的格雷在研究琥珀的电效应是否可传递给其他物体时发现导体和绝缘体的区别：金属可导电，丝绸不导电。

1733年，迪费发现绝缘起来的金属也可摩擦起电，得出所有物体都可摩擦起电的结论并且带相同电的物体互相排斥；带不同电的物体彼此吸引。

1745年，荷兰莱顿的穆申布鲁克发明了能保存电的莱顿瓶。

1747年，美国的富兰克林根据实验提出电荷守恒定律，并且定义了正电和负电的术语。

1776年，普里斯特利发现带电金属容器内表面没有电荷，猜测电力与万有引力有相似的规律。

1769年，鲁宾孙通过作用在一个小球上电力和重力平衡的实验，第一次直接测定了两个电荷相互作用力与距离二次方成反比。

1773年，卡文迪什推算出电力与距离的二次方成反比，他的这一实验是近代精确验证电力定律的雏形。

1785年，库仑设计了精巧的扭秤实验，直接测定了两个静止点电荷的相互作用力与它们之间的距离二次方成反比，与它们的电量乘积成正比。

1799年，伏打制造了第一个能产生持续电流的化学电池。

1820年，丹麦的自然哲学家奥斯特发现电流的磁效应。

1822年，塞贝克发现热电效应。

电流磁效应的发现开拓了电学研究的新纪元。

1825年，斯特金发明电磁铁，为电的广泛应用创造了条件。

1831年，英国物理学家法拉第发现电磁感应现象。

1832年，法国人毕克西发明了手摇式直流电发电机，把电动势以直流电压形式输出。

1833年，高斯和韦伯制造了第一台简陋的单线电报。

1834年，楞次给出感应电流方向的描述，而诺埃曼概括了他们的结果给出感应电动势的数学公式；俄罗斯的雅可比试制出了由电磁铁构成的直流电动机。

1848年，基尔霍夫从能量的角度考查，橙清了电位差、电动势、电场强度等概念，使得欧姆理论与静电学概念协调起来。

在此基础上，基尔霍夫解决了分支电路问题。

1866年，德国的西门子发明了可供实用的自励式直流发电机。

1869年，比利时的格拉姆制成了环形电枢，发明了环形电枢发电机。

19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦得到了电磁场的普遍方程组——麦克斯韦方程组。

1882年，美国的戈登制造出了输出功率447KW，高3米，重22吨的两相式巨型发电机。

1889年，西屋公司在俄勒冈州建设了发电厂，1892年成功地将15000伏电压送到了皮茨菲尔德。

1896年，洛伦兹提出电子论，将麦克斯韦方程组应用到微观领域，并把物质的电磁性质归结为原子中电子的效应；特斯拉的两相交流发电机在尼亚拉发电厂开始劳动营运，3750KW，5000V的交流电一直送到40公里外的布法罗市。

1897年，西屋公司制成了感应电动机，设立专业公司致力于电动机的普及。

19世纪末，实现了电能的远距离输送；电动机在生产和交通运输中得到广泛使用，从而极大地改变了工业生产的面貌。

1.2电力行业的现状目前在全球范围内，直流电的市场份额还不足20%。

如今的电网通用为交流式，发电方式主要有火电发电、水力发电、太阳能发电、风力发电、核电、海水温差发电、地热发电、潮汐发电、波浪发电，而在接入电网之前，所有形式的电流都必须首先转换为交流电。

大型的发电站主要还是交流发电，也有一些小型、轻型的直流发电方式。

以2011年中国的电力行业为例，全国全社会用电量46,928亿千瓦时，其中，第一产业用电量1015亿千瓦时，第二产业35,185亿千瓦时，第三产业5,082亿千瓦时；城乡居民生活5,646亿千瓦时，工业用电量34,633亿千瓦时，其中轻、重工业用电量分别为5,830亿千瓦时和28,803亿千瓦时。

在电力生产上，水电发电量6,626亿千瓦时，占全部发电量的14.03%；火电发电量38,975亿千瓦时，占全国发电量的82.54%；核电、并网风电发电量分别为874亿千瓦时和732亿千瓦时，占全国发电量的比重分别比上年提高0.08和0.38个百分点。

五大发电集团2011年情况对比这么庞大的电力资源几乎全部采用交流方式输送，只有在有必要的时候再把交流电转换为直流电。

而对于最消耗电力的电动机，目前交流电动机用于多数大型作业场合，随处可见，而直流电动机只是用于某些特定场合。

现在的直流输电处于发展的初期, 应用还不算普及, 成本高昂, 技术设备依赖外国大公司, 再者, 三相交流电仍然是标准的输电方式, 直流输送的电能最终还必须变换为三相交流电。

而直流电广泛的应用在于，现在越来越多的电子产品都在依靠直流电运行，例如电脑、手机以及LED灯等等。

目前，这些电子产品和电器均使用自带整流器，将交流电转换为直流电。

2直流电的优缺点2.1直流电的优势一百多年前，直流电败给了交流电，但绝不是直流电本身的问题，而在于外部原因，当时的技术完全达不到可以广泛应用直流电的要求，直流输电是当时最难克服的问题，但就其本身而言，直流电天生就具有许多交流电无可比拟的优势。

输电层面：1、输送相同功率时，直流输电所用线材仅为交流输电的2/3～l/2 。

直流输电采用两线制，以大地或海水作回线，与采用三线制三相交流输电相比，在输电线载面积相同和电流密度相同的条件下，即使不考虑趋肤效应，也可以输送相同的电功率，而输电线和绝缘材料可节约1/3。

同时，直流输电杆塔结构也比同容量的三相交流输电简单，线路走廊占地面积也少。

2、在电缆输电线路中，直流输电没有电容电流产生，而交流输电线路存在电容电流，引起损耗。

在一些特殊场合，必须用电缆输电。

例如高压输电线经过大城市时，采用地下电缆；输电线经过海峡时，要用海底电缆。

直流输电没有电容电流产生,可以使用地下输电电缆,有效避免冰雪灾害和恶劣气象条件的影响,可以极大的提高电网运行的可靠性。

（如2008年初春一场历史罕见的冰雪灾害,造成大范围线路损坏，停电、经济损失上千亿元。

如果用地下电缆直流输电,就可避免这种灾难的发生。

）3、直流输电时，其两侧交流系统不需同步运行，而交流输电必须同步运行．交流远距离输电时，电流的相位在交流输电系统的两端会产生显著的相位差；并网的各系统交流电的频率虽然规定统一为50HZ，但实际上常产生波动。

这两种因素引起交流系统不能同步运行，需要用复杂庞大的补偿系统和综合性很强的技术加以调整，否则就可能在设备中形成强大的循环电流损坏设备，或造成不同步运行的停电事故。

在技术不发达的国家里，交流输电距离一般不超过300km而直流输电线路互连时，它两端的交流电网可以用各自的频率和相位运行，不需进行同步调整。

4、直流输电能限制系统的短路电流，发生故障的损失比交流输电小。

用交流输电线路连接两个交流系统时，由于系统容量增加，将使短路电流增大，有可能超过原有断路器的遮断容量，这就要求更换大量的设备，增加大量的投资，而直流输电时就不存在上述问题。

在直流输电线路中，各级是独立调节和工作的，彼此没有影响。

所以，当一极发生故障时，只需停运故障极，另一极仍可输送不少于一半功率的电能。

但在交流输电线路中，任一相发生永久性故障，必须全线停电。

5、直流输电输送容量大,输送功率的大小和方向可以快速控制和调节。

6、直流输电可分期建设,分期投入运行,先建一极,并与大地和海水构成回路,待负荷增大后，再建另一极,相应可以更快的收回投资成本,优势非常明显。

7、直流输电网不存在交流输电网固有的稳定问题。

现有交流大电网存在安全稳定性问题，具有间歇性和波动性特点的可再生能源大量接入电网后，电网的安全稳定性、输送能力的提升、双向功率流动与控制等都将面临更大的挑战。