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摘要：随着社会经济的不断发展，人们对电力的需求量越来越大，交流配电网已经无法满足如此庞大的供电需求了，在这种情况下，直流配电网发挥越来越重要的作用。本文主要研究的是交流配电网与直流配电网的经济性比较。
关键词：交流配电网；直流配电网；经济性；比较
电能是社会经济建设发展的重要能源，随着社会经济的不端发展，人们对电力的需求量在不断增加，对供电系统的质量要求也越来越高。就目前的实际情况来看，交流配电网已经无法满足现在的供电需求了，直流配电网成为了供电企业新的选择。但是在运用直流配电网的过程中，不仅要考虑到满足供电需求，还需要考虑到配电网的经济性，维持和控制电力系统的运输成本，因此对交流配电网与直流配电网的经济性进行比较是很有必要的。
1、进行交流配电网与直流配电网的经济性比较研究的重要性
交流配电网和直流配电网都是现代电力系统中重要 的电流传输方式，在实际应用过程中，为了满足供电需求，提高供电效率，实现供电系统的经济效益最大化，将交流配电网和直流配电网协调使用是很有必要的，仅仅依靠其中任何一种配电网都不能实现电力系统的合理优化和健康发展。对交流配电网与直流配电网的经济性进行比较研究能够通过数字更加直观的展现出在交流配电网和直流配电网中各种电力负荷所带来的变化差异，实现交流配电网与直流配电网经济性的纵向比较和横向比较，有利于在不同的供电要求和电力环境中筛选出更加适合的电力系统传输方式，促进电力系统经济效益的提升。
2 交流配电网与直流配电网的造价比较
2.1 换流站与变电站造价。
直流配电站中需要配备换流站，换流站中的主要设备有交流变压器、交流滤波器、换流器与直流电容器等，根据实际经验来看，目前直流配电网换流站建设成本与电压等级等配电网相关数据不存在明显的关联，一般按照每千瓦一千元的价格计算。而交流变电站的建设造价在每千瓦三百元左右。
2.2 直流电缆与交流电缆造价。
在绝缘水平相同的情况下，同一根电缆承受的直流电压在交流电压的1.5到2倍左右，由此可见直流电压对电缆绝缘的要求比较低，将交流电缆用于直流电网中的方式是可行的。就目前的市场情况判断，直流电缆还没有实现商业化的生产应用，因此在计算造价时是通过将交流电缆报价翻倍的方式来进行股价的。
根据市场报价，向中压交流负载供电的三相交流电缆每米330元，+7.5 kV双极直流电缆每米150元，+15 kV双极直流电缆每米100元；根据估价计算，向中压直流负载供电的三相交流电缆每米400元，+7.5 kV双极直流电缆每米220元，+15 kV双极直流电缆每米100元。
2.3 直流断路器与交流断路器造价。
在规定时间内承载、断开运行回路，将正常电流与故障电流进行隔离的开关设备是提高电力系统供电稳定性的关键所在，无论是直流配电网还是交流配电网都是不可或缺的。就目前的实际情况来看，直流断路器依旧处于研发试验阶段，商业化应用趋势还不明显，因此以直流断路器的研发费用的1/2计算市场价格，±7.5 kV直流断路器研发价格约为每台90万，市场价格则在每台45万左右；±15 kV 直流断路器研发价格约为每台140万，市场价格则在每台70万左右。相比之下，交流断路器技术已经十分成熟，市场发展也比较稳定，目前价格大约在每台2万元左右。
2.4 直流变压器与交流变压器造价。
直流配电网的技术发展和市场发展都还不够成熟，处于初始阶段，因此直流电压器的研发也处于实验样机阶段。以能量双向流动的全桥直流变压器为例，其主要由各类电力电子开关器件和高频变压器组成，假设其容量为1MW，依旧以研发费用的1/2计算市场价格，±7.5 kV直流变压器研发价格约为每台100万，市场价格则在每台50万左右；±15 kV 直流变压器研发价格约为每台170万，市场价格则在每台85万左右。同样是容量为1MW的交流变压器，因其发展时间较长，设备技术成熟，市场发育稳定，每台造价只需要15万元左右。
2.5 逆变器与整流器造价。
整流器和逆变器是配电网中不可或缺的两个主要部件，其造价主要取决于容量的不同。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆用于低压配电网中的逆变器和整流器主要作为低压家用电器的电源适配器使用，每个大约几十元左右。在常用的交流配电网和直流配电网中，低压逆变器和整流器的总造价只有几万元，在投资成本中占据的比重极小，不会对整体造价造成决定性的影响，因此在计算过程中可以忽略不计。用于中压配电网中的整流器和逆变器主要负责中压交流负载与中压直流负载的供电，造价相对低压配电网中的逆变器和整流器要高出很多，大约每千瓦800元。
2.6 交流配电网与直流配电网的投资成本。
综合上文，变电站/换流站、交/直流电线、交/直流断路器、交/直流变压器、整流器/逆变器是配电网中不可或缺的主要设备，但不同的配电网中对各项设备的数量要求不同。结合上文中的造价数据，再根据目前电力电子技术水平以及相关的设备装置要求来判断，直流配电网的投资成本普遍高于交流配电网的成本。但现有的交流配电网已经无法满足日益增长的电力需求和各类负载对电能质量的要求，直流配电网受到了越来越多的关注和需要。因此直流配电网虽然还处于实验阶段，各项技术不够成熟，造价也比较高，但是在市场需求的推动下能够快速壮大发展起来，直流配电网的投资成本存在很大的降价空间。但交流配电网的技术发展以及市场需求已经处于比较稳定的阶段，虽然目前造价成本不高，但是降价空间也不大，在未来发展中并不一定具备相当的经济优势。
3、传输损耗率
3.1 各类交直流换流器的传输效率。
传输损耗是在电网系统运行过程中不可避免的，对配电网的经济效益会造成较大影响的一个因素。根据目前的实际调查情况来看，交流配电网和直流配电网的传输损耗率有着比较大的差异。以中压侧的整流器整体效率来看，交流配电网中的传输效率在95%左右，直流配电网中的传输效率在97%左右；以低压侧的整流器整体效率来看，交流配电网中的传输效率在90%左右，直流配电网中的传输效率在93%左右；以变压器来看，直流变压器的效率在90%左右，交流变压器的效率在98%左右，直流换流站的效率和交流变压器的效率相差不多，在98.4%
3.2 直流电缆与交流电缆的传输效率。
根据趋肤效应，电缆电阻随着工作频率的升高而升高，交流电缆电阻损耗要大于直流电缆电阻损耗。
交流电缆的总体损耗可以通过以下公式进行估算：
直流电缆的总体损耗可以通过以下公式进行估算：
3.3 交流配电网与直流配电网的传输损耗率。
假设交流配电网与直流配电网的电流密度为J=2A/m㎡，电缆长度l=2.5km，交流配电网额外损耗系数k=1，限压有效值UAc=l0 kV，直流配电网线电压分别为Upc=15 kV及UDc=30 kV。根据上文公式计算可知，交/直流电缆的传输效率分别为95．6％、98．8％（+7．5 kV）及99．4％（+15 kV）。
根据研究实验调查以及相关的失算，直流配电网的传输损耗率大大低于交流配电网，对各类负载的供电效率也均高于交流配电网，供电效率更加明显，并且有较大的发展空间。交流配电网的传输损耗率在各类降损技术的帮助下虽然有所下降，但依旧明显高于直流配电网，并且未来继续降损的发展空间较小，经济效益和发展前景明显不如直流配电网。
结束语
综上所述，随着电力系统和电力市场的不断发展，直流配电网逐渐进入了商业应用阶段，对直流配电网和交流配电网的经济性进行科学合理的比较有利于帮助电力企业科学选择配电方式，提高供电效率，确保供电稳定性，为电力系统的经济效益最大化保驾护航。
参考文献：
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[2]王晨，庄劲武，张晓锋，江壮贤，刘路辉，戴超.新型混合型限流断路器分析及试验[J].电力系统自动化. 2010（l5）
基金项目：
佛山供电局职工技术创新项目（030600KK52190015）
论文作者:许志光,吴柏涛
论文发表刊物:《河南电力》2018年23期
论文发表时间:2019/7/16
标签：配电网论文; 电缆论文; 造价论文; 效率论文; 变压器论文; 整流器论文; 断路器论文; 《河南电力》2018年23期论文;