Power กริด: AC กับ DC

เรารู้ว่าขณะนี้เรามี 50 / 60Hz ในผนังของเราเนื่องจากเหตุผลทางประวัติศาสตร์เป็นหลัก - ย้อนหลัง 100 ปีที่ผ่านมาไม่มีวิธีที่จะเพิ่ม / ลดขนาดแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง

ทุกวันนี้เราเพิ่งมีปัญหาเนื่องจาก - อุปกรณ์ทุกชิ้นที่ขายต้องมี ~ 1uF cap ต่อ 1W พลังงานก่อนที่ PSU จะมีพลังงานเพียงพอเมื่อเราผ่าน 0 (ปัญหานี้ไม่มีอยู่ในพลังงาน 3 เฟส แต่ มันมีอยู่ในงานอุตสาหกรรมเป็นหลักเท่านั้น AFAIK) + แคปต้องมีแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าเพื่อเอาชีวิตรอดจากไซน์ + ความยุ่งเหยิง PFC ทั้งหมดนี้

ถูกต้องหรือไม่ที่จะบอกว่าถ้าเราออกแบบตารางพลังงานที่ทันสมัยเราจะข้าม AC และมี DC อยู่ทุกที่ใช่ไหม เท่าที่ฉันเห็นมันจะเพิ่มความน่าเชื่อถือและลดค่าใช้จ่ายของอุปกรณ์ต่างๆ

Guy Allee จาก Intel Research เขียนเกี่ยวกับหัวข้อนี้เมื่อปีที่แล้ว - DC - มีความคิดว่าเวลาผ่านไปแล้ว - เพื่อรองรับกริด 380VDC พร้อมด้วยสัญลักษณ์แสดงหัวข้อย่อยต่อไปนี้:

• ประหยัดพลังงาน 7% เทียบกับประสิทธิภาพสูง 415VAC 28% เทียบกับปัจจุบันทั่วไป 208VAC
• ลดต้นทุนเงินทุน 15%
• ส่วนประกอบ PSU ลดลง 15%
• ประหยัดพื้นที่ดาต้าเซ็นเตอร์ 33%
• การปรับปรุงความน่าเชื่อถือ 200% ซึ่งจะสูงถึง 1,000% หากคุณเชื่อมต่อบัสแบตเตอรี่โดยตรง
• การกำจัดฮาร์โมนิกและภูมิคุ้มกันต่อปัญหาคุณภาพไฟฟ้ากระแสสลับอื่น ๆ
• ความสัมพันธ์ตามธรรมชาติกับการสร้างพลังงานทางเลือก (ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์และพลังงานลมอยู่ที่ ~ 400Vdc ภายในและจริง ๆ แล้วคุณสูญเสียพลังงานและประสิทธิภาพเมื่อคุณถูกบังคับให้เปลี่ยนเป็น AC)

เขาเพิ่มในความคิดเห็น:

เราเลือก 380Vdc เป็นอย่างมากเพราะคุณต้องการได้แรงดันไฟฟ้าสูงเท่าที่คุณจะสามารถทำได้ ในเวลาเดียวกันมาตรฐานนี้กำหนดเป้าหมายแอปพลิเคชันแรงดันไฟฟ้าต่ำเท่านั้น (<600V) เราจะสูงขึ้นไปอีก แต่มีอุปสรรคด้านต้นทุนที่ 400Vdc และ 420Vdc ที่ 380Vdc เรายังคงให้คะแนนส่วนเดียวกันกับที่ AC ใช้และรับผลประโยชน์ด้านต้นทุนปริมาณมากจากการนำหมูกลับมาใช้กับส่วนประกอบส่วนประกอบแหล่งจ่ายไฟ AC ปัจจุบัน ฉันแน่ใจว่าคุณสามารถชื่นชมตัวเพิ่มต้นทุนที่สำคัญที่ +/- 340Vdc บนอุปกรณ์ความปลอดภัยส่วนบุคคลซึ่งเป็นเหตุผลที่มาตรฐานอนุญาตให้มีการกระจาย +/- 190Vdc ที่คุ้มค่า ดังนั้นเราจึงมีประสิทธิภาพสูงสุด แต่ก็คุ้มค่ามาตรฐาน และด้วยความสัมพันธ์ระหว่างอุตสาหกรรมอื่น ๆ PV ลมรถยนต์ไฟฟ้าและแสงสว่าง

นอกจากนี้เขายังกล่าวถึงแนวคิดของการกระจายแบบผสมของทั้ง AC และ DC ภายในอาคาร (เช่นศูนย์ข้อมูล) สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับความคิดริเริ่มที่เห็นโผล่ออกมาเว็บไซต์พันธมิตร: http://www.emergealliance.org

ความปลอดภัย การมี HVDC ผ่านเต้ารับติดผนังนั้นไม่ใช่เรื่องฉลาด ถอดปลั๊กอุปกรณ์ที่มีกระแสสูงโดยไม่ได้ปิดสวิตช์ก่อนจะดึงส่วนโค้งขนาดใหญ่

คำตอบสั้น ๆ :

เลขที่

คำตอบยาว:

ข้อดีของ AC สำหรับการกระจายพลังงานในระยะไกลนั้นเกิดจากความง่ายในการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าด้วยหม้อแปลง การแปลงพลังงานกระแสตรงจากแรงดันไฟฟ้าหนึ่งไปยังอีกแรงดันไฟฟ้าจำเป็นต้องมีชุดแปลงแบบหมุนขนาดใหญ่หรือชุดเครื่องกำเนิดมอเตอร์ซึ่งยากราคาแพงไม่มีประสิทธิภาพและต้องการการบำรุงรักษาในขณะที่ AC แรงดันไฟฟ้าสามารถเปลี่ยนได้ด้วยหม้อแปลงที่เรียบง่าย และต้องการการบำรุงรักษาน้อยมาก

การอ่านที่แนะนำ:

สงครามแห่งกระแส

คุณอาจจะถูก AC เคยมีข้อได้เปรียบเหนือ DC ในอดีตอย่างมาก แต่เนื่องจากค่าใช้จ่ายของตัวแปลง DC-DC ลดลงความได้เปรียบเชิงเปรียบเทียบของ AC ได้ลดลงและในบางกรณีก็มีการข้าม ถ้าเราออกแบบระบบส่งกำลังใหม่วันนี้ DC ทุกที่อาจลดค่าใช้จ่ายทั้งหมดของระบบ

สำหรับพลังงานที่เทียบเท่าและระดับปัจจุบันและความน่าเชื่อถือ DC ต้องการชิ้นส่วนที่แข็งแกร่งกว่าเล็กน้อยสำหรับเบรกเกอร์วงจรและฟิวส์และตัวป้องกันฟ้าผ่า แต่ AC ต้องการสายส่งที่มีราคาแพงกว่าเล็กน้อยและการประสานงานที่ดีขึ้นของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อหลีกเลี่ยงความล้มเหลวแบบเรียงซ้อน

แม้ว่า (สำหรับเหตุผลทางประวัติศาสตร์) อุปกรณ์ AC มีข้อได้เปรียบทางเศรษฐกิจในการผลิตจำนวนมากเมื่อเทียบกับอุปกรณ์ DC ผู้ออกแบบระบบส่งกำลังทางไกลจำนวนมากได้ตัดสินใจว่าการใช้DC แรงดันสูง (ปกติ 200,000 VDC) ต่ำกว่า ต้นทุนระบบสุทธิกว่าการใช้ AC

แม้ว่า (ด้วยเหตุผลทางประวัติศาสตร์) เครื่องบินและกระสวยอวกาศจำนวนมากใช้ 400 Hz 120 VAC แผนแรกสำหรับสถานีอวกาศนานาชาติเรียกให้ใช้พลังการกระจาย 20,000 Hz 440 VAC (!) จนกระทั่งลำดับความสำคัญของโปรแกรมเปลี่ยนและวิศวกรเปลี่ยน กำลัง 120 VDC ( Mukund R. Patel p. 543)

ผู้ใช้ Google ( a , b ) ได้แนะนำให้ผู้ผลิตเดสก์ท็อปและเซิร์ฟเวอร์ว่าค่าใช้จ่ายสุทธิอาจลดลงหากเราเปลี่ยนเป็น "อุปกรณ์เฉพาะ 12V เท่านั้น" ที่เปลี่ยนพลังงานไฟ AC เป็น 12 VDC แล้วเมนบอร์ดคอมพิวเตอร์ต้องการเพียง 12 VDC ซึ่งจะลดลงตามระดับแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ (เช่นแล็ปท็อปส่วนใหญ่) แทนการกำหนดค่าแหล่งจ่ายไฟ ATX ในปัจจุบันที่มีสายไฟจำนวนมากที่หนาและมีแรงดันไฟฟ้าหลากหลายชนิด

Lee Felsenstein และ Douglas Adams ได้ไปไกลกว่านี้และขอให้ใครบางคนพัฒนาระบบการจัดจำหน่าย 12 VDC มาตรฐาน ( c , d )

มีอีกจุดหนึ่งที่ฉันชอบเพิ่มทำไมเราไม่สามารถข้าม AC ในความคิดของฉัน รางยาวโดยเฉพาะสายเคเบิลทำได้ดีกว่าใน DC (เนื่องจากการเหนี่ยวนำ / capactiance ซึ่งมีราคาแพงในการจัดการในระยะทางไกลกว่า)

สิ่งสำคัญคือเส้น HVDC นั้นชี้ไปยังจุดหนึ่ง ตาราง meshed-DC เป็นเรื่องราวอื่นทั้งหมด หากมีข้อผิดพลาดเกิดขึ้น ณ จุดใด ๆ ของตารางเช่นต้นไม้ตกลงบนเส้นตาข่ายทั้งตาข่ายจะลดลง (แรงดันจะลดลงจนใกล้ศูนย์และผู้แปลงต้องปิดตัวลง)
ใน AC อิมพีแดนซ์ส่วนใหญ่ได้รับอิทธิพลจากการเหนี่ยวนำดังนั้นเราจึงมีอิมพีแดนซ์ที่ใหญ่กว่ามากเช่นเดียวกับใน DC ซึ่งอิมพีแดนซ์จะต้านทานความต้านทานเล็กน้อย ถ้าต้นไม้ตกลงไปในสาย AC volatge ที่จุดนั้นจะเป็นศูนย์ แต่ความผิดพลาดสูงในปัจจุบันและความต้านทานสูงทำให้แรงดันไฟฟ้าขนาดใหญ่ ดังนั้นเส้นตรงนี้จะออกไปส่วนอื่น ๆ (ถ้าไม่ใกล้มาก) มี (เกือบ) แรงดันไฟฟ้าปกติ ใน DC ความต้านทานมีขนาดเล็กมากดังนั้นปริมาตรของตารางตาข่ายทั้งตะแกรงจะลดลงจนใกล้ศูนย์และไม่ใช่แค่เส้นเดียว แต่ทั้งตาข่ายลดลง นอกจากนี้คุณควรทราบว่าความสมดุลของการผลิตพลังงานและการใช้พลังงานใน AC นั้นกระทำผ่านทางความถี่ ใน DC จะทำผ่านแรงดันไฟฟ้า สิ่งนี้จะทำให้เห็นได้ชัดว่าปัญหาใหญ่กับแรงดันไฟฟ้านั้นไม่ดีเลย
หากใครบางคนต้องการที่จะส่งพลังงานที่สำคัญใด ๆ ผ่านตาข่ายนี้ด้วยความผันผวนต่ำหรือต้องการที่จะเพิ่มปริมาณ volatge ที่สูงมากจำเป็นต้องมีกระแสขนาดใหญ่มากขนาดใหญ่จนเส้นจะละลาย ดังนั้นคอนเวอร์เตอร์จะปิดตัวลง (ปิดทึบ) และรอจนกระทั่งบรรทัดได้รับการซ่อมแซมและพร้อม

คำตอบสั้น ๆ : ไม่เร็วอีกต่อไปอีกต่อไป: ตัวแปลงสถานะของแข็งนั้นค่อนข้างดี การส่งระยะไกลมีข้อดีหลายประการ การลากระยะสั้นอาจยังคงได้รับประโยชน์จากหม้อแปลง

ข้อมูลเสริม: มีบางสายไฟ DC ในโลก จากตัวอย่างของสาย HVDC ที่ Itaipuมันยังคงเป็นหนึ่งในการติดตั้ง HVDC ที่สำคัญที่สุดในโลก เป็นสาย 6300 MW ที่มีความยาว 780 กม.