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【能源峰会】华北电力大学张一工:无功补偿技术与发展

技术     2015-09-10 09:51:59         橙电网电力网

电力应用的前100年基本为正弦波环境,电力电子技术的发展极大地改变了电力环境,主要因为这个改变使得无功功率的概念和定义都遭遇困境。那在非理想环境下(非正弦与不平衡)以往无功功率都有哪些问题?2015年9月7日,中国能源峰会在顺义拉开帷幕

电力应用的前100年基本为正弦波环境,电力电子技术的发展极大地改变了电力环境,主要因为这个改变使得无功功率的概念和定义都遭遇困境。那在非理想环境下(非正弦与不平衡)以往无功功率都有哪些问题?

2015年9月7日,中国能源峰会在顺义拉开帷幕。8日下午,华北电力大学教授张一工在会上为我们解读了这些疑惑。

电力环境的发展与无功功率定义的困境

传统的无功功率在正弦波环境下无功功率的概念,一个储能元件(线性元件)能量的存储与释放,功率因数跟功率因数角,当有储能元件,负载和电源之间,负载是混合的和电源之间一定会存在着功率来回流动,也就是说负载某个中间会出现负的功率,如果有无功功率一定跟这个概念相关的。为什么要补偿无功,最原始出发点就是减少输电损耗,只要有电流从线路上走,只要有电量从上面流就有功率损耗,我们了解电力系统人都知道,一个重要概念无功和电压密切相关的,我通过快速调节无功可以调节电压的,改善电压质量怎么去解决电压质量的问题,重要的办法之一就是做无功补偿,也就是最后一部分讲的内容无功补偿设备。

动态无功补偿设备,可以提高整个系统运行安全和稳定

无功补偿分层分区补偿,我们真正用电用的是有功,把电转化成其他形势的能才能用,世界上不存在天然电矿,电一定是从其他能转化过来,电作为传输手段,产生电地方是受地理条件限制,又没有煤又没有风什么的,没法发电,所以电远距离输送是不可避免的,而无功不受这个限制,并不需要消耗真正能源,无功补偿分层分区的补偿一方面是合理的,达不到减少输电的效率。另一方面可以就地做补偿的,这是关于无功传统的一些概念。

那么按照传统概念我们可以又比较形象的说法,有功的能量我认为是从电源一直到负载变成被消耗掉了,无功在电源和负载中间来回来去流的,这是单向情况,双向情况从电源这一侧来说,电源是个发电机,这发电机发出三向电,从一个电机发出去的,刚才讲的单向情况能量来回来去的流,我们电源一侧实际上输送能量一会儿多一会儿少,而三向不一样,在某一向能量向外流有一向向回流,所以我们把这种无功想象在三向之间来回来去流是发生在发电机内部的,这种设备为做无功补偿提供依据,不需要储能元件的,我们把功率情况稍微看一下,这是单向损失公式,那现在这个电流有可能超前也可能滞后,我把电压电路一乘这个功率叫损失功率,我把它分解一下,后边这部分是交变部分,振幅叫视在功率,而且后边这部分交变成分平均值等于零的。

我们用这个表达式用形象图看一下,我们看看棕色这个线是振荡曲线,有几个特点,一方面振荡频率是电压振动频率两倍。还有不管怎么振最小值等于0,是非负的,那么这个功率平均值是这条红线,刚才说的后边一项就是绿的这条线,红的是有功,绿色是振荡的功率,一开始把能量储存起来又送出去,这是一种分法。我还可以换一种分法,把一个东西分解成两个东西之和有无穷多种分法。我们学过三角函数知道这种分解是唯一的,那分解出来分别跟电压相乘得到两项,第一项是纯粹电阻性电流,第二项是电感性。

那么前面这一项对应的是纯粹电阻上的功率,后面是电感上的功率,先面这一项是电阻性功率,后面是电抗功率,这是传统的我们回顾一下。本来有功无功都是平均意义的量,现在给它变成个损失值,这个损失值很有道理,我们要补偿,把电抗性都补掉这是最理想,因为你真正用电是存储性的,当然存储性符合不一定真的电阻也可能电机或者别的东西。

按照这个分解曲线救变了,棕色那个线还是一样的,而分解变成两个线,红的和绿的,红的是纯粹电阻性电流产生的功率,而绿的线是纯粹电抗性电流产生的功率,实际上这个包含了所有的过去我们传统的无功概念这个图都包括呢,各种情况都包括在内。无功功率在树枝上等于瞬时功率中双向脉动分量(平均值为零)振幅,与之对应的是:有功功率是瞬时功率中单向脉动分量(脉动量符号不变)的振幅。

最后一条有功功率和无功功率的几何和为视在功率。现在电力环境发展以后,也就是说系统变成非正弦以后,功率的定义和功率的检测计算都发生了困难,这个困难主要体现在无功中,当然也会影响到视在功率,有功功率就是损失功率的平均值。这个物理概念也是跟实际的电的转化过程实际上是相关的,我们说用电把电变成其他形势的能来用,这部分对应的就是那部分,只不过这个功率对应的是平均的速率,把电变成其他形势能可能转化得快点慢点,平均的功率就叫做有功。有一个概念输送同量的有功功率的“代价”(线损)可能不同,功率因数概念,功率因数等于1,输电功耗损失的不能再小了,功率因数只可能小于等于1,1是最好的。无功出了问题,第一个例子很简单,一个二极管控制的纯电阻电路,是有实际的应用背景的。这个应用背景家里边每天用的家用电器,电吹风,电吹风有两档,一档是温度高的,还有一档是温度低转的慢的,这个电路是有实际背景的,那这个电路非常简单,交流电用二极馆整流。

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