无功功率的基本知识

1、无功功率的基本知识1.1什么是电力系统中的无功功率？1、电力系统从源头发电机到终端设备都是由非纯阻性元件组成的，因此必然存在无功功率的交换。2、电感元件或电容元件虽然不消耗功率，但功率P瞬时值按正弦规律正负交替变化，这说明元件与外电路在不断的进行着能量交换。因此电感电容元件的瞬时功率又称为交换功率。元件交换功率的幅值越大，表面同样时间内“吞吐”的能量就越多，也即能量交换的规模越大。基于上面的分析，可得如下结论：电感元件的瞬时功率的幅值，可以作为衡量电感或电容元件与外电路能量交规模的指标，并称之为电感或电容元件的无功功率，用符号Q表示。则Q=UI无功功率的单位为var。3、然而电力系统中大部分的

2、无功功率并非无用的功率，相反在电力传输当中起着什么重要的作用。许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递，磁场交变就需要与电源进行能量交换。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，因此，所谓的无功并不是无用的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已；因此在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。1.2为什么要进行无功补偿？一、减低电力系统网络损耗。当电力系统运行时，在线路和变压器中将要产生功率损耗和电能损耗。通常配电网的损耗是由两部分组成的：一部分是与传输功率有关的损耗。它产生在输电

3、线路和变压器的串联阻抗上，传输功率愈大则损耗愈大，这种损耗叫变动损耗，在总损耗中所占比重较大；另一部分损耗则仅与电压有关，它产生在输电线路和变压器的并联导纳上，如输电线路的电晕损耗、变压器的励磁损耗等，这种损耗叫固定损耗。电力系统的有功功率损耗不仅大大增加了发电厂和变电所的设备容量，同时也是对动力资源的额外浪费。电能损耗还密切影响到电能成本，从而影响整个国民经济的效益。电力系统各元件中的无功功率损耗相对来说较有功功率损耗还大，由于无功功率损耗要有发电机或其他无功电源来供给，因此在众多发、输电设备视在容量为一定的条件下，无功功率的增大势必相应减少发、输电的有功功率，即减少发、输电容量。而且，当通

4、过输电线路和变压器输送无功功率时。也将引起有功功率损耗，这些对于电力系统来说都是非常不经济的。我们应尽力采取措施去降低功率损耗和电能损耗，这从节约能源、降低电能成本、提高设备利用率等方面来看都是非常必要的。配电网的降损措施只要有合理的使用变压器，采用节能型的变压器，同时避免经多级变压；重视和合理进行无功补偿。合理地选择无功补偿方式、补偿点及补偿容量，能有效地稳定系统的电压水平，避免大量的无功通过线路远距离传输而造成有功网损。对电网的无功补偿通常采用集中、分散、就地相结合的方式，具体选择要根据负荷用电特点来确定。一般的电网中，无功补偿装置安装在变压器的低压侧；对电力线路改造，扩大导线的载流水平调

5、整用电负荷。保持均衡用电。调整用电设备运行方式，合理分配负荷，降低电网高峰时段的用电，增加低谷时段的用电；改造不合理的局域配电网，保持三相平衡，使用电均衡，降低线损。二、提高电压质量衡量电能质量的指标主要是电压、频率、波形、电压波动与闪变和三厢不平衡度等。其中电压质量对各类用电设备的安全运行都有直接影响。影响电力系统电压的主要因素是无功功率。只有系统有能力向负荷提供足够的无功功率时，系统电压才可能维持在正常水平；如果系统内无功电源不足，系统的端电压就将被迫降低。所以，电力系统无功功率平衡与维持电力系统的电压水平有着不可分割的关系。1.3电力系统的无功平衡影响电力系统电压的主要因素是无功功率。只

6、有系统有能力向负荷提供足够的无功功率时。系统电压才有可能维持在正常水平；如果系统内的无功电源不足，系统的端电压就将被迫降低。所以电力系统无功功率平衡与维持电力系统的电压水平有着不可分割的关系。（1）电力系统的无功负荷及无功损耗电力系统的无功功率负荷各用电设备中，除了相对很小的白炽灯负荷只消耗有功功率、为数不多的同步电动机可发出一部分无功功率外，大多数都要消耗无功功率因此，无论工业或农业用户都也之后功率因数运行，其值约为0.60.9。其中，较大的数值对应于采用大容量同步电动机的场合。无功功率的负荷曲线的变化规律虽大体上也有功功率相似，也并非完全亦步亦趋。其最大值可能出现在白昼而不是傍晚。原因在于

7、，系统总负荷的成分一昼夜间各不相同。白昼，工业用电比重大；傍晚，生活用电等比重将增加，而二者的功率因数不同。大致可认为，如白昼和傍晚有功功率负荷的峰值约略相等，白昼无功功率负荷的峰值将大于傍晚；反之，如白昼有功功率负荷的峰值远小于傍晚，白昼和傍晚无功功率负荷的峰值将约略相等。但无论是电力系统的运行或设计部门。一般都不编制无功功率负荷曲线而只编制无功功率平衡表或各枢纽点电压曲线。而且，这些表格或曲线也只是隔一段时间制作一次。无功功率损耗：变压器中的无功损耗和电力线路上的无功损耗变压器中的无功功率损耗分两部分，即励磁支路和绕组支路中损耗。其中，励磁支路损耗的百分数基本上等于空载电流的百分数，约为1

8、%2%；绕组漏抗中损耗在变压器满载时，基本上等于短路电压的百分数，约为10%。因此，对一台变压器或一级变压的网络而言，变压器中的无功功率损耗并不大，满载时约为它额定容量的百分之十几。相对多电压级网络，变压器中的无功功率损耗就相当可观。以一个五级变压器的网络为例，设电厂中10/200KV升压，网络中220/110、110/35、35/10、10/0.4KV降压至用户，典型计算的结果表明系统中变压器的无功功率损耗占相当大比例，较有功功率损耗大得多。电力线路上的无功功率损耗也分两部分，即并联电纳和串联电抗中的无功功率损耗，并联电纳中的这种损耗又称充电功率，与线路电压的平方成正比，呈容性。串联电抗中的

9、这种损耗与负荷电流的平方成正比，呈感性。因此，线路作为电力系统的一个元件究竟消耗容性或感性无功功率就不能肯定。根据自然功率的概念，可做一个大致的估计：当通过线路输送的有功功率大于自然功率时，线路将消耗容性无功功率。而所以能作这样估计的前提是线路“无损耗“且负荷功率因数为1。一般，通过110KV及以下线路输送的功率往往大于自然功率；通过500KV线路输送的功率大致等于自然功率。通过220KV线路输送的功率则因线路长度而异，线路较长时，小于自然功率；线路较短时，大于自然功率。（2）电力系统的无功电源发电机同步发电机既是有功功率电源。又是最基本的无功功率电源。电容器和调相机并联电容器只能向系统供应感

10、性无功功率。它说供应的感性无功功率与其端电压的平方成正比。调相机实质上是只能发无功功率的发电机。它在过激运行时容量的50%。这些也就是作为无功功率电源的调相机的运行极限。静止补偿器和静止调相机静止补偿器和静止调相机是分别与电容器和调相机相对应而又同属“灵活交流输电系统”范畴的两种无功功率电源。目前常用的有晶闸管控制电抗器型（TCR型）、晶闸管开关电容器型（TSC型）和饱和电抗器型（SR型）三种。1.4怎么进行无功补偿？与系统中的有功功率电源是集中在各类发电厂的发电机不同的是，无功功率的电源除发电机外。还有电容器、调相机、和静止补偿器等，分散在各变电所。供应有功功率和电能必须消耗能源，但无功功率

11、电源一旦设置后，就可以随时使用而不再有其他经常性耗费。系统中无功功率损耗远大于有功功率损耗。正常稳态运行时，全系统频率相同，频率调整集中在发电厂，而全系统电压水平各点不同，而且，电压调整可分散进行，调压手段也多种多样。无功功率的补偿原则：无功补偿措施：利用同步发电机进行补偿利用调相机进行无功补偿利用电容器进行无功补偿利用静止补偿器进行无功补偿4并联电抗器就感性无功功率闻言，并联电抗器显然不是电源而是负荷，但在某些电力系统中的确装有这种设施，用以吸取轻载或空载线路过剩的感性无功功率。而对高压远距离输电线路而言，它还有提高输送能力，降低过电压等作用。（1减轻空载或轻载线路上的电容小于，以降低工频暂

12、态过电压；2改善长距离输电线路上的电压分布；3使轻负荷时线路中的无功功率尽可能就地平衡，防止无功功率不合理流动，同时也减轻了线路上的功率损失；4在大机组与系统并联时，降低高压母线上工频稳态电压，便于发电机同期并列；5防止发电机带长线路可能出现的自励磁谐振现象；6当采用电抗器中性点经小电抗接地装置时，还可用小电抗器补偿线路相间及相地电容，以加速潜供电流自动熄灭，便于采用单相快速重合闸。）无功功率的平衡电源供应的无功功率由两部分组成，即发电机供应的无功功率和补偿设备供应的无功功率，而补偿设备供应的无功功率又分调相机供应的无功功率、并联电容器供应的无功功率和静止补偿器供应的无功功率三部分。无功功率损

13、耗的无功功率包括三部分：变压器中的无功功率损耗、线路电抗中的无功功率损耗和线路电纳中的无功功率损耗。进行无功功率平衡计算的前提应是系统的电压水平正常。而如果不能在正常电压水平下保证无功功率的平衡，系统的电压质量总不能保证无功补偿的原理网络未加无功补偿设备前，负荷的有功功率、无功功率为P、O。与网络传输的功率相等。加装了一部分无功补偿设备后。网络传输的有功功率不变，传输的无功功率变为减少了，相当于无功消耗减少了。补偿后的电力网的功率因数得到了提高。无功补偿的意义加装无功补偿设备后，电网的功率因数提高。具有以下几个方面的意义。减少系统元件的容量，换个角度看是提高电网的输送能力。加装了无功补偿后，减

14、少了电网无功输送量，在输送同样的有功功率情况下，设备安装的容量可以减少，就能节约大量的有色金属，也节约了投资。对运行中的电气设备而言，无功补偿后其中通过的无功功率减少了，有功的输送能力提高，使设备容量得到充分利用。降低网络功率损耗和电能损耗当符合电流流过线路是，其功率损耗为线路输送的无功由补偿的Q减少到Q1时，线路的功率损耗下降，每年在线路上和变压器上的电能损耗也下降。改善电压质量减少线路输送的无功功率，则电压损耗有所下降，改善了电力网和用户的电压质量。可将无功补偿是保证电能质量的重要措施。电力系统的无功功率补偿原则电网的无功补偿原则是按分层分区和就地平衡原则考虑。并应能随负荷或电压进行调整，

15、保证系统各枢纽点的电压在正常和事故后均能满足规定的要求，避免经长距离线路或多级变压器传送无功功率。电力系统中无功功率的最优分布无功功率的最优分布包括无功功率电源的最优分布和无功负荷的最优补偿两个方面。但在讨论这两个方面问题之前，有必要对提高负荷的自然功率因数，既减低负荷对无功功率需求，因为面对十分低劣的负荷自然功率因数谈论无功功率的最优分布，显然是舍本逐末。将负荷的自然功率因数尽可能提高后，才考虑采用补偿设备人为地提高负荷功率因数，以及包括这些补偿设备在内的各种无功功率电源的最优分布问题。无功功率电源的最优分布等网损微增率准则优化无功功率电源分布的目的在降低网络中的有功功率损耗。因此，这里的目

16、标函数就是网络基于季节特性的讨论一般，火电厂以承担基本不变的负荷为宜，这样可避免频繁的开停设备或增减负荷。其中，高温高压电厂因效率最高，应优先投入，而且，由于它们可灵活调节的范围较窄，在负荷曲线的更基底部分运行更恰当其次是中温中压电厂。低温低压电厂设备陈旧，效率很低，应及早淘汰。而在淘汰之前只能在高峰负荷期间用以发必要的功率。原子能电厂的可调容量虽大，但因原子能电厂的一次投资大，运行费用小，建成后应尽可能利用，原则上应持续承担额定容量负荷，在负荷曲线的最基底部分运行。无调节水库水电厂的全部功率和有调节水库水电厂的强迫功率都不可调，应首先投入。有调节水电厂的可调功率，在洪水季节，为防止弃水，往往

17、也优先投入；在枯水季节则恰相反，应承担高峰负荷。在耗尽日耗水量的前提下，枯水季节将水电厂的可调功率移在后面投入，不仅可使火电厂的负荷更平稳，从而减少因开停设备或增减负荷而额外消耗的燃料，而且可使系统中的功率分配更合理，从而节约总的燃料消耗。更何况水电厂还有快速起动、快速增减负荷的突出优点。抽水蓄能电厂在低谷负荷时，其水轮发电机组作电动机水泵方式运行，因而应作负荷考虑；在高峰负荷时发电，与常规水电厂无异。虽然这一抽水蓄能、放水发电循环的总效率只有70%左右，但因这类电厂的介入，使火电厂的负荷进一步平稳，就系统总体而言，是很合理的。这类电厂常伴随原子能电厂出现，其作用是确保原子能电厂有平稳的负荷。但系统中严重缺乏调节手段时，也应考虑建设这类电厂。所以枯水季节。各类发电厂承担负荷的顺序大致排列如下：（1）无调节水电厂（2）有调节水电厂的强迫功率（3）热电厂的强迫功率（4）原子能电厂（5）燃烧劣质、当地燃料的火电厂（6）热电厂的可调功率（7）高温高压火电厂（8）中温中压火电厂（9）低温低压火电厂（不一定投入）（10）有调节水电厂的可调功率（11）抽水蓄能水电厂洪水季节和枯水季节的不同在于这时有调节水电厂的可调功率往往也归入强迫功率成为不