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
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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。
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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。
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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
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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。
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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
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战。如果仍然以交流模式为主导，则电网的不可预知性和安全稳定性问题将会更加突出。
发电与用电方面：
附： 大功率直流发电机效益分析
①可节省6亿吨标煤，（这里指全面替代现有发电装置，用一吨煤按提高效率一倍计算）每吨标煤按800元，可节省煤4800亿元。
②节省建造用材（钢、铜、铝），每10兆瓦用材按7.5吨计算，6.2亿千瓦×7.5吨＝46.5万吨，节省一半用材可发同样的电能，用材只一半是23.3万吨，每吨按1万元计算，可节省用材233亿元。
③直流发电直接直流输电可减少换流站建造，建换流站每兆瓦需100万元。6.2亿×100万＝620亿
④输电线路全面改造可节省三分之一线路建设，全国保守估计高压线路30万公里，每公里按一万元建设，可节约10亿元。
⑤应用该发电机组替代现有火电机组同比减少排放二氧化硫每年1200万吨，每吨减少治理费2000元，可节省240亿元。
⑥中、小型发电装置应用方面，只计算汽车发电机用材每台可节省一半，用材按2公斤计算，全国2.5亿辆车可节省5亿公斤，每公斤按10元计算合50亿元。
⑦还有企业、民用发电装置、农用、军用装备发电装置不计算在内。 综合效益可省5953亿，这里指全面替代(在不改变原动力设施的基础上，只需更换发电机就可以将整个电厂或电站改造成直流发电形式，以配合直流输电)，如果国家分期分批逐步实现，在10年内得到改善，每年保守估计有595.3亿增值效益。
而在人类对电流应用最广泛的电动机上，直流电动机技术比较成熟，调速方便而且范围大，能实现无级平滑调速，换向简单，起动转矩较大，能适应频繁起动的场合；而交流电机功率较大，但是调速相对比较麻烦，需要用到PWM技术，而且还牵涉到电源问题，一般蓄电池都是直流的，可移动性较好，而交流电源比较固定，比如一般的电动自行车就用直流电机，而工厂里的牵引电动机则大多是交流的。直流电动机还可以用于螺旋升降机的启动，也不失为一种比较理想的原
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动力。
2.2 直流电的缺陷
其实，直流电是天生优越的，有的更多的只是技术问题，就是相对交流电而言直流技术要复杂得多。直流电不能通过变压器等简单的装置实现升降压，采用分压的形式降压又太浪费电能，而交流电可以通过简单的变压器变压就可以向不同额定电压规格的电器供电；直流电换流装置较昂贵，在输送相同容量时，直流线路单位长度的造价比交流低，而直流输电两端换流设备造价比交流变压站贵很多；直流电消耗无功功率多，一般每端换流站消耗无功功率约为输送功率的40%～60%，需要无功补偿；产生谐波影响，换流器在交流和直流侧都产生谐波电压和谐波电流，使电容器和发电机过热、换流器的控制不稳定，对通信系统产生干扰；缺乏直流开关，直流无波形过零点，灭弧比较困难，目前把换流器的控制脉冲信号闭锁，能起到部分开关功能的作用，但在多端供电式，就不能单独切断事故线路，而要切断整个线路。 在电动机的应用上，广泛使用的大功率电动机主要为交流式，而交流电动机不能直接使用直流电供电，必须通过换向器或逆变器后才能使用，这就增加了附属结构，并且损坏率大大提高了。再者，由于直流电动机和交流电动机的工作原理不一样，直流电动机结构复杂，维修也不便。
直流电动机 直流电动机工作原理
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交流电动机 交流电动机工作原理
3 直流电的技术难关
直流电难以采用高压输电的方式，这是在电力开始广泛应用的时候遇到的 最大技术难题，而它的无法解决直接导致了一百多年前直流电大败于交流电，从此沉寂百多年。
随着科技的发展，直流升压已经成为可能，但是由于历史的缘故，目前世界大部分的地方都在使用交流发电和交流输电方式，所以要真正从交流电网转型为直流电网，中间还需要一个过渡过程。在这个过渡时期，最典型的例子莫过于现在流行的高压直流输电系统。
在高压直流输电工程中，系统的基本工作原理是通过送端换流站，将交流电转变为直流电，直流电输送到受端换流站，再由受端换流站将直流电转变为交流电送入交流系统。对高压直流输电线路的建设，有几个方面尤其需要重视：1、电晕效应。直流输电线路在正常运行情况下允许导线发生一定程度的电晕放电，由此将会产生电晕损失、电场效应、无线电干扰和可听噪声等，导致直流输电的运行损耗和环境影响。2、绝缘配合。直流输电工程的绝缘配合对工程的投资和运行水平有极大影响。由于直流输电的“静电吸尘效应”，绝缘子的积污和污闪特性与交流的有很大不同，由此引起的污秽放电比交流的更为严重，合理选择直流线路的绝缘配合对于提高运行水平非常重要。3、电磁环境影响。采用高压直流输电，对实现大范围的资源优化配置，提高输电走廊的利用率和保护环境，无疑具有十分重要的意义。认真研究高压直流输电的电磁环境影响，
对于工程建设
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满足环境保护要求和降低造价至关重要。
交流电输电在安全稳定性方面的弊端日益明显，同样高压直流输电也面临着严峻考验，这是至关重要的。直流系统中，关键技术在于直流断路器技术，在系统出现故障或检修的时候，直流断路器可以在不停电的情况下改变供电系统结构，保证系统正常运行。直流断路器的研制难点有3个方面：一是直流电流不像交流电流那样有过零点，所以灭弧甚为困难；二是直流回路的电感很大，所采用的平波电抗器为300 mH左右，而交流回路的电感仅为几十毫亨，加上开断时的直流电流大，所以需由直流断路器吸收的能量很大；三是过电压高。
而令人振奋的是，2012年11月7日，全球领先的电力和自动化集团ABB宣布在直流断路研发领域取得突破性进展。ABB开发的高压直流断路器将机械动力学与电力电子设备相结合，可以在5毫秒之内断开一所大型发电站的输出电流，其速度比人眨眼速度快30倍。这一技术突破解决了电力工程领域的百年难题，为打造更高效可靠的电力供应系统铺平了道路。
ABB集团首席执行官昊坤表示：“ABB在电力工程历史上写下了新的篇章。这一历史性的技术突破将助力打造未来电网。覆盖直流电网可实现各个国家和大洲的互联，平衡电力负载，并增强现有交流电网的输电能力。” 而出于更加长远的考虑，直流电变革即将来临，但是与之相关的难题也还
有很多，比如，现有家电多采用交流设计，直流设计还未大规模推广；直流高
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压还无法做到直接入户；直流能否实现互联还是未知数；推广轻型直流面临一些体制限制等等。
4 直流电的应用和发展前景
1、轻型直流输电（HVDC Light）
轻型直流输电即HDVC Light，是高可控性的直流输电，之所以称其为轻型，是因为其功率上限一般为200MW，相对于普通HVDC来说，要Light很多。
HDVC Light技术是由ABB公司在上个世纪八、九十年代研发的一种新型输电技术。HDVC Light轻型直流输电技术，以电压源型换流器（VSC）为核心，硬件上采用IGBT等可关断器件，控制上采用脉宽调制技术（PWM）已达到具有极高可控性直流输电的目的。轻型直流输电系统原理见图1：
HVDC Light作为一项新技术，目前的工程应用实例还不多。
主要投入实际运行的HVDC Light工程
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HVDC Light在电力市场的应用主要在以下几个方面：
1) 清洁可再生能源接入电网。
2) 非同步运行的独立电网之间需要交换较小容量的有功时可采用HVDC Light进行联网。
3) 向偏远小负荷地区供电。
4) 环境敏感区域（如城市中心）的应用。
5) 满足电力市场交易对输电网络的要求。
6) 构成多端系统。
目前，亚洲首条轻型直流输电示范工程——上海南汇风电场轻型直流输电工程成功投入试运行，这是我国第一条拥有完全自主知识产权，具有世界一流水平的轻型直流输电线路，也是我国在大功率电力电子领域取得的又一重大创新成果。该示范工程输送容量为20MW，直流电压等级为±30kV，是国家电网公司的重大科技示范项目，标志着国家电网公司成为继ABB
、西门子之后的全球
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第三家掌握该技术的公司。
2、电动汽车 电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。它使用存储在电池中的电来发动，这里的电池当然属于直流电源。
电动汽车
工作原理：蓄电池——电流——电力调节器——电动机——动力传动系统——驱动汽车行驶
相比传统的内燃机汽车，电动汽车具有许多突出的优势：无污染，噪声低；能源效率高，多样化；结构简单，维修方便；动力本高续驶里程短；支持发展的电网技术等等。
目前，电动汽车存在行驶距离、成本和充电时间等问题，而其中电池是电动汽车发展的首要关键，汽车动力电池难在“低成本要求”、“高容量要求”和“高安全要求”等三个要求上。尽管电动汽车目前尚不具备大规模商业化发展的条件，社会各界对电动汽车都抱有极大的热情，电动汽车的发展前景主要取决于电池技术的突破，然而技术发明需要一个过程。
从中长期看，即使电池技术进一步成熟，燃油汽车和电动汽车两条技术路线仍然是并行的，只是适用于不同的环境。电动汽车适合城区短途运输，长途、大型客货运输仍将主要依赖燃油汽车。此外，随着电动汽车的技术进步，燃油机的效率也在不断提高。在仅考虑终端能源消耗的情况下，采用煤电作为
能源来源的电动汽车与燃油汽车的能源效率和碳排放相差无几，若考虑储运、
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转换等过程的损耗，电动汽车的表现要更差。电动汽车的商业化建立在新能源的产业化基础之上，只有电动汽车的动力完全来自清洁能源时，其节能和环保优势才能得到充分体现。有专家乐观估计，2020年电动汽车在中国汽车市场的份额将超过15%。 另外，汽车充电网络建设模式，在充电设施推进过程中，亟待突破的难题就是充电服务网络布点问题。电力部门依托现有的停车场设施，因地制宜地建设微电网、分布式、综合化的可充、可换全功能充电站，可避免充电模式存在的两个短板：一是充电时间长，二是停车环境有限。
3、蓄电池 蓄电池是将化学能直接转化成电能的一种装置，是按可再充电设计的电池，通过可逆的化学反应实现再充电，通常是指铅酸蓄电池，它是电池中的一种，属于二次电池。 工作原理：充电时利用外部的电能使内部活性物质再生，把电能储存为化学能，需要放电时再次把化学能转换为电能输出。
蓄电池 铅酸蓄电池产品主要有下列几种，其用途分布如下：
起动型蓄电池：主要用于汽车、摩托车、拖拉机、柴油机等起动和照明；
固定型蓄电池：主要用于通讯、发电厂、计算机系统作为保护、自动控制的备用电源；
牵引型蓄电池：主要用于各种蓄电池车、叉车、铲车等动力电源；
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铁路用蓄电池：主要用于铁路内燃机车、电力机车、
客车起动、照明之动力；
储能用蓄电池：主要用于风力、太阳能等发电用电能储存。
蓄电池的应用
蓄电池发展方向
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蓄电池应用领域扩展
4、微电网
微电网，是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。
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微电网的内部结构 开发和延伸微电网能够促进分布式电源与可再生能源的大规模接入，实现对负荷多种能源形式的高可靠供给，是实现主动式配电网的一种有效方式，是传统电网向智能电网的过渡。
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国外对于微电网的研究起步较早，在关键技术方面已取得一些突破，并在小规模微电网中得到验证。其中美国、欧洲、日本及加拿大等建设了一批示范工程，为微电网的发展提供了一些经验借鉴，成为微电网领域领先国家。目前，国外正在推动微电网向更高电压等级、更大容量发展。
要机构。2011 年8 月，国网电科院微电网技术体系研究项目通过验收。该项目首次提出了我国微电网技术体系，涵盖微电网核心技术框架、电网应对微电网的策略、技术标准和政策等，制定了我国微电网发展线路和技术路线图，对我国微电网不同发展阶段提出了积极的意见和建议。
5、电子产品、数据中心 任何使用晶体管的设备都要靠直流电，高科技的产品更验证了这点。PC、iPhone和纯平电视机等这类依靠直流输电的数码消费设备占到今天电力消耗总量的五分之一。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，而之所以将交流电转换为直流电是为了节能。如果利用更大型的整流器在电力进入每座建筑物之前对其进行转换，这将是一个更为高效的解决方案。ABB集团预计，在建筑楼宇中使用直流电而非交流电可节省成本约10%至20%。英特尔估计，在美国的直流中型数据中心每年可以节约的电能价值达120万美元。 管理互联网和通信网络的数据中心成为直流电的另一个驱动力，使用直流能够比传统的交流电配置节约15%的能耗。通常，数据中心每周7天24小时不间断运行，每平方米单位面积的耗电水平比普通办公室高15倍，能耗可高达普通办公室的100倍。当前，大型计算机站消耗的电力占全球耗电量的1.3%，以后还会更多。现在的模式是要把交流电进行转换。为了节能，一些公司自发地安装大型中央变压器，向服务器站传输380伏的直流电，以代替传统的在每台计算机上都装上变压器的模式。试想一下，如此麻烦的程序，能否直接建成一座直流数据中心？答案是可行的，日本电信巨头NTT就在位于东京西南的厚木市建成了一座使用直流电的数据中心。
6、船载直流电网
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ABB船载直流电网是高能效的配电、自动化电力推进系统，能显著降低能耗和排放达20%，减少船载电气设备所需空间达30%，并且适用于广泛的船舶系列。
不同于传统的电力推进系统，ABB通过船载直流电网的直流连接和输配电，可以大幅降低船舶电能消耗并且优化推进性能。在船载直流电网应用中，随着发电机组不再以固定转速运行，原动机转速即可根据工作状况不同而调整到最佳能源消耗点运行。同时，相对于传统电力推进系统，直流电网的应用可以省去推进变压器和主配电板，从而减少船上设备总重量以及安装空间达30%左右，能够为货轮和大型油轮等船舶提供更多的储货空间，扩大工作区域，更灵活的配置安装船舶系统设备。而且，船载直流网还能实现直流能源的接入——如太阳能板、燃料电池和储能电池直接连接船用直流电力系统中，从而实现更大的能源节省。
ABB船载直流电网可广泛应用于配有低压船载电力系统的船舶，如海洋工程船、拖船、渡轮和游艇。第一条应用全套船载直流电网系统的是隶属于船东Myklebusthaug的一条平台供应船，如今正在挪威Kleven船厂建造。
7、太阳能光伏发电的直流应用 太阳能光伏发电是利用光伏电池板直接将太阳辐射能转化为电能的发电方式，通常由太阳能光伏电池组件、功率控制器、逆变器、蓄电池以及负载等部件组成。太阳能光伏模组接受阳光，产生直流电流；功率控制器防止光伏电池组件对蓄电池过充电以及对负载过放电；逆变器将光伏电池产生的直流电转变为相应的交流电，使光伏系统发出的电可以直接并入电网。因此，当前太阳能光伏发电的过程，通常是直流电转化为交流电的运作过程。
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然而，太阳能光伏发电在很多方面也能够以直流方式直接应用。
1、 太阳能光伏发电在高速公路上的应用
高速公路因其独有的特点而成为太阳能光伏利用的良好目标领域。太阳能光伏发电得到的电力可以暂时储存在蓄电池之中，而无需转换为交流电，直接给高速公路上的照明系统、监控系统供电。
2、 太阳能光伏在家电产品中的应用
光伏家电产品通常会具有这样一些特点：首先，为了供电的安全稳定性，太阳能供电系统通常都会配备蓄电池，所以光伏家电一般都带有蓄电池部分。对于较小的负载如太阳能庭院灯，可以使用镍氢或者镍镉电池，对于较大的负载如太阳能光伏彩电系统则可以使用铅酸蓄电池。光伏家电产品通常用电功率以及用电量较小，功率通常都在300W以下，如果用电负荷功率太大就会大大增加蓄电池和组件的用量，导致光伏家电的成本上升，降低了光伏家电产品的性价比。常见的太阳能庭院灯，太阳能手机充电器等都是直流光伏家电，其结构比较简单，基本原理图如下：
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3、 太阳能光伏发电在农业温室补光系统中的应用
利用人工手段，通过科学的手段控制和改变温室内部的小环境来生产反季节蔬菜和高经济价值的农产品，如通过LED 植物灯照射植物，增加产量和改善品质，种植从平面向多层立体种植发展，这些都将成为未来的农业和工业结合发展的方向。但是按照常规方式，控制和改变温室内部小环境需要耗费大量能源，增加了农产品的生产成本，影响植物工厂的推广。如果将太阳能发电应用到现代农业种植中，直接采用太阳能电池产模组产生的能量，既高效地利用了太阳能产生的能量，又有效地降低了农业生产的成本。
通过将非晶硅透光式薄膜太阳能电池安装在温室的顶部，非晶硅透光式太阳能电池可以使部分太阳光线透过（主要是红光透过，还有部分的蓝光透过），蔬菜就可以在太阳能光伏温室内进行光合作用，同时多层的植物工厂将直接使用电池板产生的电能，即屋顶太阳能电池模组产生的直流电满足蔬菜进行补光、营养液循环等活动。
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直接利用太阳能光伏直流电补光具有重大意义：1）减少能量损失，主要有三个方面，一是直流电逆变为交流电过程中的能量损失；二是蓄电池在冲放电过程中的能量损失；三是交流电在输送过程中的能量损失。2）减少系统成本，太阳能光伏发电直接应用植物补光系统，省去了逆变器、控制器和蓄电池等设备，节省了使用成本。3）适合植物成长。太阳能电池产生的直流电大小是随着每日不同时间太阳光强变化而变化的，清晨和傍晚太阳能光照强度较低时，产生的直流电也较小，LED 植物灯的光照强度也较低，12：00至14：00 之间，光照强度达到最大值，产生的直流电也达到最大值，LED 植物灯的光照强度也最高，如此适合植物的生长规律。
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参考文献
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