最近，我一直在阅读有关 HVDC 传输系统在长距离传输、海底链路等方面的诸多优势。为什么选择交流而不是直流的历史原因主要是由于变压器的发明，它可以轻松操纵交流电压，从而实现长距离的高压传输。
然而，在汞阀、晶闸管、IGBT 和所有这些使直流传输变得可行的组件的发明之后，我一直在想，如果我们有一个纯直流网络，我们就可以摆脱我们发现的所有 AC/DC 整流器。我们的电子产品。这可以大大提高能源效率并节省大量资源。
如果我们有机会重新开始，基于直流的传输系统会是更好的选择，还是交流仍然是首选？
1：更好，我的意思是更节能。
一点历史
该主题背后的建议与许多电气工程师自他们第一次电路课程以来所教授的内容背道而驰 - 交流电更适合电力传输。毕竟，在 1800 年代后期的“潮流战争”中，是特斯拉帮助西屋公司为交流电而战，最终击败了爱迪生的直流电帝国梦想。
此时使用交流而不是直流的主要优势是效率。将一种交流电压转换为另一种交流电压变得越来越容易，尤其是与当时将一种直流电压转换为另一种直流电压的成本、难度和效率低下相比。根据焦耳第一定律，传输线中作为热量浪费的功率量与电流的平方成正比。考虑到传输线具有已知的（基本上）固定电阻，那么对于相同功率的传输，在低压、大电流传输中浪费的比在高压、低电流传输中浪费的要多得多。如前所述，与转换交流电压相对容易相比，将直流电压转换到足够高的水平以克服线路损耗是非常不切实际的。
附带说明一下，直到 20 世纪中叶，许多地方才从最初的直流输电系统完全切换到交流电。
你可以在这里阅读所有关于历史的信息。
进入现代电气设计
这并不是说 AC 没有它自己的问题。集肤效应是交流电效率低于直流电的一个例子，但它仍然不能补偿上述线路损耗。另一个问题是在高传输电压水平下发生的电晕放电。在长距离内，交流电源也存在稳定性问题。这篇IEEE 文章列出了几个不同的距离，并指出线路电抗可以在 600 - 700 英里的距离内得到补偿。
随着汞弧阀、晶闸管和 IGBT 的现代实施以及直流电压转换的有效手段，HVDC 传输不仅成为可能，而且克服了 HVAC 传输面临的许多问题。整体传输距离更大，并且克服了上述交流效应。此外，一旦超过距离阈值，与 HVDC 相关的成本将低于 HVAC。本文详细讨论了这种成本差异，其中还包括了变电站成本的细分。Jake在他的回答中提供的链接中也讨论了成本。
事实是，当前的电气基础设施是基于交流电传输的。绝大多数现代技术都需要这种类型的电源才能正常运行，如果从未使用过交流电，我怀疑我们会拥有许多我们熟知和喜爱的技术“进步”。从理论上讲，单独使用 HVDC 可能会更有效，但为了补偿成本差异，混合 HVAC/HVDC 系统是最好的解决方案，至少在人类发展的这一刻是这样。
我认为一个很好的考虑对象是每个插座的三相交流电。
成本是额外的导体和连接器引脚。
随着铜和其他有用金属的成本上升，以及其中使用的绝缘油带来的环境问题，大功率交流变压器与固态等效变压器相比变得非常昂贵。不仅是绕组的成本，还有大型金属外壳以及与此类大型变压器相关的运输和安装成本。
切换到高压直流输电可能会降低效率，但如果我们当前的基础设施尚未到位，成本可能会更低。仍然需要变压器，但我们将半导体 DC-DC 转换器与高频电源变压器耦合，而不是低频电源变压器，对于相同数量的电源转换容量，高频电源变压器可以更小（因此更便宜）。
这个问题是一个有意义的问题，但暗示一个简单的答案是可能的。真的不是。最佳解决方案可以通过全世界正在实施的传输和分配策略来推断。查看 Wikipedia 文章或许多其他可以找到的文章。在我们早年，特斯拉实际上为爱迪生工作。爱迪生一般都是这样一个SOB，特别是对特斯拉非常讨厌，特斯拉辞职了，基本上把他所有的专利都给了乔治·威斯汀豪斯。特斯拉知道当时远距离传输直流电是不可行的，因为无法升压、降压。西屋公司（使用特斯拉的技术）支持在尼亚格拉瀑布附近建造亚当斯交流水电站。它为尼亚格拉以及远至布法罗的地区提供电力。于 1985 年开业。这是世界上第一个远距离配电的大型发电厂~2MW。通用电气管理层大吃一惊，他们基本上把爱迪生放在了一个盒子里。这来自通用电气内部文件。他们现在意识到交流传输是如此重要，因此他们聘请了“斯克内克塔迪的奇才”查尔斯·斯坦梅茨，因为他们需要了解交流电的人。今天在美国会发生什么？我们的发电/输电/消费设施将根据工程判断建造，主要使用交流电，并为直流输电建造更长的输电线路。我们可能会拥有比现在更多的直流线路，仅仅是因为我们不会已经有很多当前占用通行权的交流线路。AC/DC 转换器仍然很广泛，所以可能不会 此时本地消耗的直流电不会很多。交流感应电机比我所知道的任何直流电机都简单得多——如果这不是真的，很高兴得到启发。此外，选择 50 或 60 赫兹作为传输频率也是有原因的。它在电机中需要更多的铁，但允许电机以较低的旋转速度发电。飞机电气设备为 400Hz 交流电，具有更小、更轻的发电机和电动机。不过，他们没有权力。大功率需要用于发电机和电动机的重型内部绕组。50-60 赫兹并不是一个反复无常的决定。大型发电机以低得多的频率转动，因为它们的内部绕组重达数吨。大型发电机通常有二十个或更多极（以 3HZ 转动，有时更少）。因此，向工业消费者的分配可能会保持在 60HZ 交流电。在你家呢？当地配电电压必须在 2000-4000 伏左右，就像现在一样。这就是进入你电线杆上的变压器的东西。直流必须是相同的，只是为了传输经济性。所以这意味着直流电必须从（例如）+- 400 KV 转换为（例如 115 KV）交流电，转换为（例如 34.5 KV）交流电，整流为（例如 +-1 KV）直流电并输送到极。这种电压降压策略，因为它与什么电压可以在什么距离上经济地传输有关。即使一切都是直流电，这在经济上是不可行的，杆上的 +- 1KV 也可以转换为 125V 交流电（您还需要转换为 250V 交流电，以便为您的炉子获得更高的电压，您可以自动从中获得AC“爱迪生三线分配”技术' s 在美国随处使用。如果我们重新设计一切以使用 250 伏交流电（像其他国家一样），最后一个将被取消。不过，即使是小型（家用）直流电机也比交流电机昂贵且复杂。我们可以在家用电器中使用直流电机，但成本会上升，可靠性会下降。所以，虽然答案并不简单，但还是有答案的。我们只需要做很多工程......