无功概念的扩展
电力系统无功及相关问题
电力电子装置的功率因数：阻感负载（三相）
I1 3 0.955 I π
1 cos 1 cos
I1 1 cos 1 0.955cos I
2016/12/21 34
无功概念的扩展
电力系统无功及相关问题
电力电子装置的功率因数：阻感负载（多相）
2VI cos sin t 2VI sin sin t cost
2
VI cos (1 cos 2t ) VI sin sin 2t
2016/12/21
7
无功的基波概念
电力系统无功及相关问题
有关无功问题的共识
• 有功可远距离输送，无功应尽可能就近补偿
• 大的无功功率不平衡会造成电压崩溃
• 受电侧不仅需要电厂，还需要足够的无功支撑 • 主要负荷点电压低至70％～80％，就有可能发 生电压崩溃
2016/12/21
8
无功的基波概念
• 物理意义明确且“向前兼容”
• 有利于对谐波源和无功的辨识和分析 • 有利于为谐波抑制和无功补偿提供理论指导 • 便于测量和计量
2016/12/21
22
无功概念的扩展
电力系统无功及相关问题
有功功率：具有明确的物理意义
• 瞬时功率的平均值 • 电能与其他形式的能量转换速率的度量
• 只有同频率的电压、电流才可能产生有功
2016/12/21
17
无功的基波概念
电力系统无功及相关问题
对各种补偿方式的要求：FC
• 容量配置 • 安装地点 • 投切控制（VQC） • 与动态无功补偿装置的配合 • 谐波放大问题
2016/12/21
18
无功的基波概念
电力系统无功及相关问题
对各种补偿方式的要求：动态无功补偿
• 补偿装置类型选择
三相系统与单相系统的无功功率
• 三相不仅仅是三个单相的叠加 • 各相的“个体”与三相的“整体” • 相间转移无功与系统－负荷交换无功
• 无储能元件无功补偿装置的理论可行性
2016/12/21
44
深入的无功分析
电力系统无功及相关问题
单相系统的瞬时功率与有功功率
p(t ) v(t )i (t ) 2V sin t 2I sin(t ) 2VI sin t sin(t ) VI cos VI cos(2t )
EU P sin X U ( E cos U ) Q X
2016/12/21
• 为了提高稳定
性送端电压应
较高 • 要限制发电机 进相或高功率
因数运行
6
无功的基波概念
电力系统无功及相关问题
无功补偿与电压质量
• 无功与电压
• 冲击型无功负荷与电压波动 • 动态无功补偿的意义与可行性 • 动态无功补偿与系统的电压稳定性
双桥12脉动：
2016/12/21
35
无功概念的扩展
电力系统无功及相关问题
电力电子装置的功率因数：阻感负载（多相）
双桥12脉动：
I1 3 0.989 I π
1 cos 1 cos
I1 1 cos 1 0.989 cos I
2016/12/21 36
无功概念的扩展
电力系统无功及相关问题
电力电子装置的功率因数：考虑换相过程
2016/12/21
37
无功概念的扩展
电力系统无功及相关问题
电力电子装置的功率因数：考虑换相过程
2 X s Id arccos cos 2VLL
cos1 cos 2 cos cos( ) cos1 2
38
2016/12/21
无功概念的扩展
电力系统无功及相关问题
电力电子装置的无功补偿（阻感负载）
• 相移功率因数往往是影响总功率因数的主要因素
• 相移功率因数并不与储能元件直接相关 • 采用传统的无功补偿方法仍然有效
• 传统的无功补偿方法无法解决畸变无功问题
• 在很多场合谐波问题也必须解决
2016/12/21
2016/12/21
13
无功的基波概念
电力系统无功及相关问题
电压问题的表现形式与补偿方式
• 电压偏差（过电压与欠电压） • 电压暂降与暂升 • 电压波动与闪变 • 动态无功补偿（SVC，SVG） • 动态电压恢复器（DVR） • 暂时过电压与瞬态过电压 • 三相电压不对称
2016/12/21
14
无功的基波概念
39
无功概念的扩展
电力系统无功及相关问题
电力电子装置的功率因数：大电容负载
2016/12/21
40
无功概念的扩展
电力系统无功及相关问题
电力电子装置的功率因数：大电容负载
2016/12/21
41
无功概念的扩展
电力系统无功及相关问题
电力电子装置的功率因数：大电容负载
2016/12/21
42
无功概念的扩展
“传统的”无功概念与问题（正弦波环境）
• 储能元件
• 能量的存储与释放 • 功率因数和功率因数角
• 电流的滞后与超前 • 无功补偿的意义
• 负载上的（瞬时）负功率 • 分层与分区补偿
2016/12/21
3
无功的基波概念
电力系统无功及相关问题
“传统的”无功概念与问题（正弦波环境）
• 减小线损（减少输电代价） • 储能元件 • 改善电压质量 • 能量的存储与释放 • 提高输电能力 • 功率因数和功率因数角 • 改善系统的稳定性 • 无功补偿的意义 • 分层与分区补偿
2016/12/21
16
无功的基波概念
电力系统无功及相关问题
电压问题的表现形式与补偿方式
• 电压偏差（过电压与欠电压） • 优化电路结构 • 电压暂降与暂升 • 动态无功补偿（分相控制） • 电压波动与闪变 • 新型补偿装置（RPC：Railway • 暂时过电压与瞬态过电压 Static Power Conditioner ） • 三相电压不对称
电力系统无功及相关问题
电力电子装置的功率因数：阻感负载（单相）
2 2 In Id nπ
n 1,3,5,...
2 2 I1 Id π I1 2 2 0.9 I π
2016/12/21 29
无功概念的扩展
电力系统无功及相关问题
电力电子装置的功率因数：阻感负载（单相）
I1 2 2 0.9 I π
2016/12/21
4
无功的基波概念
电力系统无功及相关问题
“传统的”无功概念与问题（正弦波环境）
• 储能元件
• 能量的存储与释放 • 功率因数和功率因数角 • 合理性 • 无功补偿的意义 • 可行性 • 分层与分区补偿
2016/12/21
5
无功的基波概念
电力系统无功及相关问题
“传统的”无功概念与问题（正弦波环境） 输电稳定性的考虑
• 安装地点 • 响应速度，控制策略 • 与FC的配合 • 三相共补 vs. 分相补偿
2016/12/21
19
无功的基波概念
电力系统无功及相关问题
动态无功补偿的意义
• 在较弱的电力系统中维持稳定的电压
• 降低输电损耗
• 增加输电容量
• 增加瞬态稳定极限
• 对功率振荡起阻尼作用
• 改进电压控制及稳定性
2016/12/21
32
无功概念的扩展
电力系统无功及相关问题
电力电子装置的功率因数：阻感负载（三相）
6 In Id nπ
n 1,5, 7,...
6 I1 I d 0.78I d I 2 I 0.816I d d π 3
I1 3 0.955 I π
2016/12/21 33
2016/12/21 20
无功概念的扩展
电力系统无功及相关问题
非正弦环境下的无功问题
• 非正弦环境下的功率定义 • 有功功率与无功功率的物理意义
• 各种功率分析方法的适用场合与缺陷
• 与“传统的”无功分析方法的异同
2016/12/21
21
无功概念的扩展
电力系统无功及相关问题
更完善的无功功率定义与理论
功率
• 传输同量的有功功率的“代价”（线损）
可能不同
2016/12/21
23
无功概念的扩展
电力系统无功及相关问题
无功功率：物理意义可能难以明确
• 传统定义：储能元件与电源间能量交换速率的度量
• 非正弦情况下无功功率概念的困惑
• 与传输有功功率所需“代价”有关的概念
• 广义的无功功率概念：相移、谐波、不平衡
电力系统无功及相关问题
电压问题的表现形式与补偿方式
• 电压偏差（过电压与欠电压） • 电压暂降与暂升 • 电压波动与闪变 动态无功补偿（SVC，SVG） • 暂时过电压与瞬态过电压 • 三相电压不对称
2016/12/21
15
无功的基波概念
电力系统无功及相关问题
电压问题的表现形式与补偿方式
• 电压偏差（过电压与欠电压） • 避雷设备 • 电压暂降与暂升 • 限流措施 • 电压波动与闪变 • 消谐措施 • 暂时过电压与瞬态过电压 • 三相电压不对称
有功功率
201系统无功及相关问题
单相系统的瞬时功率与有功功率
2016/12/21
46
深入的无功分析
电力系统无功及相关问题
单相系统的瞬时功率与有功功率
p (t ) v (t )i (t ) 2VI sin t sin(t )