第一章无功与无功平衡—第一章无功与无功平衡第一节无功的概念在直流送电中，p=UI，不存在无功功率，但在交流送电时，由于电压与电流之间出现了相角差，于是就出现了无功功率的概念。无功功率表示的交流送电电路中储能元件中存储的交变电磁功率的幅值，也是与外部电路功率交换的规模。一、瞬时功率以正弦交流电路中一个二端网络为对象，分析正弦交流电路中功率的一般情况。设一个二端网络的端口电压、电流各为u(t)=Usin(ωt+φ)，i(t)=Isinωt其中的Φ为电压比电流超前的相位差，它与电压、电流参考方向的选择有关。u、i的参考方向选择一致时，p=ui应看成网络接受的功率；u、i的参考方向选择相反时，p=ui应看成网络发出的功率。下面的叙述中，以电压、电流选择关联参考方向为例，把所得p(t)看成二端网络接受的瞬时功率。p(t)=u(t)×i(t)=Usin(ωt+φ)×Isinωt=2UIsin(ωt+φ)×sinωt=UIcosφ-UIcos(2ωt+φ)=UIcosφ(1-cos2ωt)+(UIsinφsin2ωt)=Pa(t)+Pr(t)设Φ＞0，从上式中可知(p)t两倍于电流的频率且作周期性变化。因为储能元件的存在，电压电流不同相，瞬时功率有时为正值，有时为负值，表示网络有时从外部接受能量，有时向外部发出能量。上述表明，瞬时功率是由Pa(t)、Pr(t)两个分量组成的。分量Pa(t)=UIcosφ(1-cos2ωt)与电阻元件的p(t)相似，两倍于电流频率而变化，但总为正值，它是网络接受能量的瞬时功率，它的平均值为UIcosΦ。而分量Pr(t)=UIsinΦsin2ωt与电感与电容元件的p(t)相似，是一个两倍于电流频率变化的正弦函数，是网络中储存的电磁能量的瞬时功率，它的最大值为UIsinΦ。二、有功功率、无功功率上述Pr(t)的平均值为零，所以网络接受的平均功率p就等于Pa(t)的平均值，即p=UIcosΦ由于交流电路中，除了电阻消耗能量外，还储存着交变的电磁能量，为了衡量这一能量的规模，定义交变电磁能量的幅值为无功功率(reactivepower)，用Q表示，则Q=UIsinΦ相对于无功功率，平均功率P又称有功功率(activepower)。无功功率和有功功率具有相同的单位，但它不是实际接受能量的平均速率，为了与平均功率相区别，无功功率的单位不用瓦，而用乏，乏的符号是var(reactivevoltamper——无功伏安)。无功功率反映了具有储能元件的网络中储存电磁能量的规模，“无功”意味着“交换而不消耗”，不能理解为“无用”。第二节无功功率的平衡及其与电压调整的关系要想保持负荷的电压水平，系统无功电源就得向负荷供给它所需要的无功功率，只有当系统有能力向负荷供给足够的无功功率时，负荷的电压才有可能维持在正常的水平，负荷才能维持在额定电压Ue下运行，如果系统的无功电源不足，负荷的端电压就被迫低于额定值运行。显然系统无功电源缺额愈大，电压水平就愈低。因此，调压的根本问题，首先是如何保证系统中无功功率的供需平衡，也就是说要使电力系统中有足够的无功电源，保证在任何时刻都能满足负荷所需要的无功功率以及电力网中所消耗的无功功率。只有具备这种物质基础，才有可能配合其他调压措施将系统各点电压调节到允许范围之内。根据国内外一些电力系统运行的经验表明，电力系统中无功电源(包括发电机和无功补偿设备)的总容量一般为有功电源总装机容量的(1.2～1.4)倍较为合适。若取发电机的平均功率因数为0.85，系统中发电机最大的无功出力约为有功装机容量的60%左右。这样，整个电力系统需要补偿的无功功率容量约为60～80%的有功装机容量。例如100万千瓦的电力系统，无功补偿容量需要达到60～80万千乏，才能使系统有足够的无功电源去保证系统的无功功率平衡，以维持系统在较高的电压水平下运行，目前被基本认可的无功补偿标准是：每千瓦发电负荷配备0.6～0.7千乏的无功补偿设备(包括用户的无功补偿设备)最终达到每千瓦发电机有功容量配备0.7～0.8千乏的无功补偿设备。第二章电压控制标准第二章电压控制标准第一节电压变化对用户和系统的影响电压是电能质量的一个重要指标。一切用户设备在其额定电压下运行，其特性最好，偏离额定电压超过其允许范围，运行特性就显著变坏。比如，在照明负荷中占比重很大的白炽灯，对电压变化的反应是很敏感的。当电压高于其额定电压5%，电灯的使用寿命就下降1／2，因此，后半夜低峰负荷时，电网中有些地方电压过高，就造成了灯的大量烧坏。当电压低于其额定电压10%时，电灯的亮度就会下降30%；电炉和整流负荷与电压的平方成正比，电压下降会严重地影响冶