Lưới điện: AC vs DC

Chúng tôi biết rằng chúng tôi hiện có 50 / 60Hz trong các bức tường của chúng tôi do các lý do chủ yếu là lịch sử - từ 100 năm trước, không có cách nào để tăng / giảm điện áp DC.

Ngày nay chúng ta chỉ gặp vấn đề do đó - mỗi thiết bị được bán phải có ~ 1uF trên 1W công suất trước khi PSU có đủ năng lượng khi chúng ta đi qua 0. (vấn đề này không tồn tại ở nguồn 3 pha, nhưng nó có sẵn chủ yếu trong các ứng dụng công nghiệp chỉ có AFAIK) + mũ phải có điện áp định mức cao hơn để tồn tại các đỉnh sin + tất cả mớ hỗn độn PFC này.

Điều đó có đúng không khi nói rằng nếu chúng ta thiết kế lưới điện hiện đại, chúng ta sẽ bỏ qua AC và chỉ có DC ở mọi nơi? Theo tôi thấy, nó sẽ tăng đáng kể độ tin cậy và giảm chi phí của nhiều thiết bị ngoài kia.

Guy Allee tại Intel Research đã viết về chủ đề này năm ngoái - DC - Một ý tưởng mà thời gian đã đến và đi? - hỗ trợ lưới 380VDC, với các dấu đầu dòng sau:

• Tiết kiệm năng lượng 7% so với hiệu quả cao 415VAC; 28% so với 208VAC điển hình hiện tại
• Chi phí vốn ít hơn 15%
• Các thành phần PSU ít hơn 15%
• Tiết kiệm không gian trung tâm dữ liệu 33%
• Cải thiện độ tin cậy 200%, đạt 1000% nếu bạn kết nối trực tiếp pin pin
• Loại bỏ sóng hài và vốn miễn dịch với các vấn đề chất lượng điện AC khác
• Ái lực tự nhiên để tạo ra năng lượng thay thế (Quang điện và gió là ~ 400Vdc trong nội bộ, và bạn thực sự mất năng lượng & hiệu quả khi bạn buộc phải chuyển đổi sang AC)

Ông nói thêm trong các ý kiến:

Chúng tôi rất cố tình chọn 380Vdc vì bạn muốn đạt được điện áp cao nhất có thể để đạt được hiệu quả. Đồng thời, tiêu chuẩn này chỉ nhắm mục tiêu cho các ứng dụng Điện áp thấp (<600V). Chúng tôi sẽ tăng cao hơn, nhưng có các rào cản chi phí cấu trúc ở 400Vdc và 420Vdc. Ở mức 380Vdc, chúng tôi vẫn giữ nguyên các xếp hạng bộ phận âm lượng mà AC đang sử dụng và nhận được lợi ích chi phí âm lượng khi cõng trên phần lớn khối lượng thành phần cung cấp điện AC hiện tại. Tôi chắc chắn rằng bạn cũng có thể đánh giá cao các trình bổ sung chi phí đáng kể mà +/- 340Vdc có trên thiết bị an toàn cá nhân, đó là lý do tại sao tiêu chuẩn cho phép phân phối +/- 190Vdc hiệu quả về chi phí. Do đó, chúng tôi có hiệu quả cao nhất nhưng chi phí hiệu quả tiêu chuẩn. Và với mối quan hệ giữa các ngành công nghiệp khác, PV, gió, xe điện và chiếu sáng,

Ông cũng đề cập đến ý tưởng phân phối hỗn hợp cả AC và DC trong một tòa nhà (ví dụ: trung tâm dữ liệu). Để biết thêm về sáng kiến ​​đó, hãy xem trang web của EMerge Alliance: http://www.emergealliance.org .

Sự an toàn. Có HVDC thông qua ổ cắm trên tường là không thông minh. Rút phích cắm thiết bị hiện tại cao mà không tắt thiết bị trước sẽ kéo theo một vòng cung lớn

Câu trả lời ngắn:

Không.

Câu trả lời dài:

Ưu điểm của AC để phân phối điện trên một khoảng cách là do dễ dàng thay đổi điện áp bằng máy biến áp. Chuyển đổi nguồn DC từ điện áp này sang điện áp khác đòi hỏi một bộ chuyển đổi quay lớn hoặc bộ máy phát động cơ, rất khó, tốn kém, không hiệu quả và cần bảo trì, trong khi với AC, điện áp có thể được thay đổi bằng các máy biến áp đơn giản và hiệu quả không có bộ phận chuyển động và yêu cầu bảo trì rất ít.

Cách đọc được đề nghị:

Cuộc chiến của dòng họ

Bạn có thể đúng. AC từng nắm giữ lợi thế rất lớn so với DC trong quá khứ. Nhưng khi chi phí của bộ chuyển đổi DC-DC đã giảm, lợi thế tương đối của AC đã giảm và trong một số trường hợp vượt qua. Nếu chúng ta đang thiết kế một hệ thống truyền tải điện mới ngày nay, DC ở mọi nơi có thể giảm tổng chi phí hệ thống.

Đối với công suất tương đương và mức độ hiện tại và độ tin cậy, DC yêu cầu các bộ phận mạnh hơn một chút cho bộ ngắt mạch và cầu chì và bộ chống sét; nhưng AC đòi hỏi các đường truyền đắt hơn một chút và sự phối hợp tốt hơn của các máy phát điện để tránh thất bại tầng.

Mặc dù (vì lý do lịch sử) Thiết bị AC có lợi thế quy mô kinh tế sản xuất hàng loạt so với thiết bị DC, nhưng các nhà thiết kế của nhiều hệ thống truyền tải điện đường dài gần đây đã quyết định rằng sử dụng DC điện áp cao (thường là 200.000 VDC) thấp hơn chi phí hệ thống ròng hơn so với sử dụng AC.

Mặc dù (vì lý do lịch sử), nhiều máy bay và Tàu con thoi sử dụng 400 Hz 120 VAC, các kế hoạch ban đầu cho trạm vũ trụ quốc tế đã kêu gọi sử dụng công suất phân phối 20.000 Hz 440 VAC (!), Cho đến khi các ưu tiên của chương trình thay đổi và các kỹ sư đã chuyển đổi đến nguồn điện 120 VDC. ( Mukund R. Patel trang 543)

Mọi người tại Google ( a , b ) đã đề xuất với các nhà sản xuất máy tính để bàn và máy chủ rằng chi phí ròng có thể giảm nếu chúng tôi chuyển sang "nguồn cung cấp chỉ có 12 V" để chuyển đổi nguồn điện lưới AC thành 12 VDC, và sau đó bo mạch chủ máy tính chỉ cần 12 VDC , mà nó bước xuống bất kỳ bộ sưu tập điện áp nào mà nó cần (như hầu hết các máy tính xách tay), thay vì cấu hình cung cấp điện ATX hiện tại có một bó dây dày với một loại điện áp.

Lee Felsenstein và Douglas Adams đã đi xa hơn và yêu cầu ai đó phát triển hệ thống phân phối 12 VDC tiêu chuẩn. ( c , d )

Có một điểm khác, mà tôi muốn thêm vào, tại sao chúng ta không thể bỏ qua AC theo ý kiến ​​của tôi. Các rãnh dài, đặc biệt là dây cáp được thực hiện tốt hơn ở DC (vì độ tự cảm / độ chính xác đắt tiền để xử lý ở khoảng cách xa hơn.)

Điều quan trọng là, các đường dây HVDC là điểm tới điểm. Một lưới có lưới DC là một câu chuyện hoàn toàn khác. Nếu tại bất kỳ điểm nào của lưới xảy ra lỗi, ví dụ như một cây rơi trên đường dây, toàn bộ mạng lưới bị tắt (điện áp giảm xuống gần bằng 0 và bộ chuyển đổi phải tắt).
Trong AC, phần lớn trở kháng bị ảnh hưởng bởi độ tự cảm, vì vậy chúng ta có trở kháng lớn hơn nhiều như ở DC, trong đó trở kháng tạo ra điện trở nhỏ. Nếu một cây rơi vào dòng AC thì độ bay hơi tại điểm đó bằng không. Nhưng dòng điện lỗi cao và trở kháng cao tạo ra điện áp lớn. Vì vậy, chỉ cần dòng này là ra, những người khác (nếu không rất gần) có (gần như) điện áp bình thường của họ. Ở DC, trở kháng rất nhỏ, do đó độ bay hơi trong toàn bộ lưới được giảm xuống gần bằng 0 và không chỉ một dòng mà toàn bộ mạng bị giảm. Ngoài ra, bạn nên biết rằng, sự cân bằng của sản xuất năng lượng và tiêu thụ trong AC được thực hiện thông qua thường xuyên. Trong DC nó được thực hiện thông qua điện áp. Điều này sẽ làm cho nó rõ ràng, rằng một vấn đề lớn như vậy với điện áp là không tốt chút nào.
Nếu ai đó muốn tranfsport bất kỳ sức mạnh đáng kể nào trên mạng này với độ bay hơi thấp hoặc muốn làm cho độ bay hơi cao hơn, dòng điện rất lớn là cần thiết, lớn đến mức các dòng sẽ tan chảy. Do đó, các bộ chuyển đổi tắt (mất điện) và đợi cho đến khi dòng được sửa chữa và sẵn sàng.

Câu trả lời ngắn: Không quá nhanh Dài hơn: Bộ chuyển đổi trạng thái rắn là khá tốt. Truyền tải đường dài có rất nhiều lợi thế. Đường ngắn có lẽ vẫn được hưởng lợi từ máy biến thế.

Thông tin thêm: Có một số đường dây điện DC trên thế giới. Lấy ví dụ như dòng HVDC tại Itaipu , nó vẫn nằm trong số các cài đặt HVDC quan trọng nhất trên thế giới. Đó là một đường dây 6300 MW với chiều dài 780 km.