四象限無(wú)功的定義及應(yīng)用

1、四象限無(wú)功的定義及其應(yīng)用（顏庭喬 編 ）（南京新聯(lián)電子設(shè)備有限公司）1國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)定義：無(wú)功功率的方向是電能測(cè)量中非常重要的概念，其涉及到計(jì)量收費(fèi)、力率獎(jiǎng)懲、竊電等關(guān)鍵問(wèn)題。在實(shí)際應(yīng)用中，筆者發(fā)現(xiàn)很多單位和用戶(hù)對(duì)此不是十分了解，有很多人的概念甚至是錯(cuò)誤的，不利于工作的開(kāi)展，因此本文對(duì)四象限無(wú)功的定義及其應(yīng)用作一簡(jiǎn)單介紹。希望能起到拋磚引玉的效果。對(duì)于有功功率由于其定義明確，使用中接觸較多，大家一般沒(méi)有什么疑問(wèn)。但無(wú)功功率由于概念本身尚有待商討，加上又沒(méi)有行業(yè)檢定標(biāo)準(zhǔn)，用戶(hù)的定義同國(guó)標(biāo)也有所出入，目前疑義較多。根據(jù)電力部標(biāo)準(zhǔn)dl/t645-1997多功能電能表通信規(guī)約對(duì)電能計(jì)量無(wú)功四象限的定義如下圖

2、：輸入有功（a） u輸出有功（-a）輸入無(wú)功（r）輸出無(wú)功（-r）（+rl）（-rc）（-rl）（rc）ii順時(shí)針圖中：a有功電能；r無(wú)功電能；rl感性無(wú)功電能；rc容性無(wú)功電能測(cè)量平面的豎軸表示電壓向量Û（固定在豎軸），瞬時(shí)的電流向量用來(lái)表示當(dāng)前電能的傳送，并相對(duì)于電壓向量Û具有相位角，順時(shí)針?lè)较蛳嘟菫檎?。把測(cè)量平面用豎軸和橫軸劃分為四個(gè)象限。右上角為象限，右下角為象限，依此按順時(shí)針?lè)较驗(yàn)?、象限。豎軸向上表示輸入有功（+a），豎軸向下表示輸出有功（-a），橫軸向右表示輸入無(wú)功（+r），橫軸向左表示輸出無(wú)功（-r）。象限輸入有功功率（+a）輸入無(wú)功功率（+ rl）象限輸出有

3、功功率（-a）輸入無(wú)功功率（+ rc）象限輸出有功功率（-a）輸出無(wú)功功率（- rl）象限輸入有功功率（+a）輸出無(wú)功功率（- rc）大家知道數(shù)學(xué)上也有個(gè)象限定義，其用直角坐標(biāo)系的水平軸的正向表示0°，以逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，090°為第一象限，90°180°為第二象限，180°270°為第三象限，270°360°為第四象限，可以發(fā)現(xiàn)同上圖剛好相反。實(shí)際上dl/t645定義的電能四象限矢量圖本身也有待商討之處，首先讓我們看上圖的第一象限，當(dāng)電流在一象限時(shí)，由于其規(guī)定順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正，那么按常理“正”應(yīng)是超前，一象限是電流超

4、前電壓090°，根據(jù)電工基本理論，容性負(fù)載電流超前電壓，感性負(fù)載電流滯后電壓，超前則應(yīng)是容性，而上圖中一象限無(wú)功標(biāo)的是感性，二者相反，因此對(duì)于上圖規(guī)定的瞬時(shí)針旋轉(zhuǎn)為“正”的定義應(yīng)理解為電流滯后電壓，而不能按通常經(jīng)驗(yàn)理解為電流超前電壓。現(xiàn)在看來(lái)這種表示方法不太容易理解，主要原因是它的定義同人們?nèi)粘Ｉ畹年P(guān)于“正負(fù)”概念以及工程中普遍使用的數(shù)學(xué)上的四象限表示方法不同，很容易混淆。2 在實(shí)際中的應(yīng)用：假定有一個(gè)小水電用戶(hù)，豐水期向電網(wǎng)輸電，枯水期從電網(wǎng)受電，安裝了一臺(tái)新聯(lián)dtsd106-3x型計(jì)量正、反向有功和四象限無(wú)功的電子式多功能電能表。又假定該用戶(hù)在用電時(shí)，使用自動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償裝置對(duì)無(wú)功

5、進(jìn)行補(bǔ)償：在發(fā)電時(shí)對(duì)同步電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，調(diào)整無(wú)功輸出。其運(yùn)行曲線(xiàn)如圖：在0到t4這段時(shí)間用戶(hù)用電，有功為正，用p+表示，在t4到t7這段時(shí)間里用戶(hù)發(fā)電，有功為負(fù)，用p-表示。根據(jù)四象限無(wú)功的定義，有功為正、無(wú)功也為正時(shí)，為第象限無(wú)功，如果把第一、二、三、四象限無(wú)功用qi、qii、qiii、qiv表示，則根據(jù)圖3有：qi=q1+q3，qii= q5+q7，qiii= q6，qiv= q2+q4因?yàn)樵撚脩?hù)安裝的是dtsd106-3x型雙方向四象限無(wú)功電子式多功能電能表，所以上述六個(gè)數(shù)據(jù)p+、p-、qi、qii、qiii、qiv都能從該電能表中讀出。對(duì)于用電用戶(hù)，電力公司的收費(fèi)是于其力率

6、指數(shù)掛鉤的。一般執(zhí)行力率高于0.95獎(jiǎng)勵(lì)，低于則要罰款的政策。對(duì)于圖中所示用戶(hù)的用電部分可能有三種計(jì)算力率的方法：第一種：第二種：第三種：第一種情況，相當(dāng)于電表無(wú)功計(jì)量模式中感性無(wú)功等于感性無(wú)功加容性無(wú)功的模式。為了降低力率，感性無(wú)功和容性無(wú)功都不能大，所以需使用無(wú)功補(bǔ)償裝置。這種計(jì)算方法與提高力率的目的是吻合的。第二種情況，相當(dāng)于止逆無(wú)功表，只計(jì)正向無(wú)功。因?yàn)橐话阌脩?hù)負(fù)載都是感性的，如果不加電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，沒(méi)有容性無(wú)功，利用這個(gè)公式計(jì)算的結(jié)果與第一種情況一樣。但是有些用戶(hù)，用手動(dòng)方法進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償電容器的投切，白天投上去，晚上不拉開(kāi)，晚上負(fù)載很輕，倒送無(wú)功。這種情況下，計(jì)算出的力率大，接近

7、于1，按照第二種情況計(jì)算應(yīng)該受到獎(jiǎng)勵(lì)。但如果按第一種情況計(jì)算，該用戶(hù)晚上倒送無(wú)功也加上，力率會(huì)變小，可能會(huì)受罰。因?yàn)椴还芪諢o(wú)功，還是倒送無(wú)功都會(huì)增加線(xiàn)損，增高電壓，對(duì)電網(wǎng)不利。所以第一種算法好些，反映了力率的本質(zhì)。第三種情況相當(dāng)于不止逆無(wú)功表，倒送無(wú)功，電表反轉(zhuǎn)，計(jì)算出的力率更小，更達(dá)不到力率考核的目的。對(duì)于發(fā)電用戶(hù)供電公司也要考核其力率指標(biāo)，也與收費(fèi)掛鉤。但是與用電用戶(hù)的相反，力率越接近1，不是獎(jiǎng)而是罰。也就是說(shuō)供電公司要求發(fā)電廠不能全發(fā)有功，也必須發(fā)無(wú)功。根據(jù)圖中曲線(xiàn)所示，在在t4t7這段時(shí)間該小水電用戶(hù)屬于發(fā)電用戶(hù)，計(jì)算這段時(shí)間的力率也有三種方法：第四種情況：第五種情況：第六種情況：分析四、五、六三種情況后認(rèn)為，按第四種情況考核發(fā)電用戶(hù)比較合理。對(duì)于圖中的用戶(hù)，在0t7這段時(shí)間里既用電又發(fā)電，怎樣考核其力率更合理呢？根據(jù)上面的分析我們知道，作為用電用戶(hù)要求其力率大些，而作為發(fā)電用戶(hù)則要求其力率小些。因此計(jì)量時(shí)必需把用電、發(fā)電時(shí)的力率分開(kāi)單獨(dú)計(jì)算。3x表具有四象限無(wú)功計(jì)量的電能表能把用電有功數(shù)據(jù)和發(fā)電有功數(shù)據(jù)分開(kāi)，也能把該用戶(hù)用電時(shí)的無(wú)功數(shù)據(jù)和發(fā)電時(shí)的無(wú)功數(shù)據(jù)分開(kāi)。qi、qiv是用電時(shí)的無(wú)功，qii、qiii是發(fā)電時(shí)的無(wú)功。如果令用電表示用電時(shí)力率，發(fā)電表示該用戶(hù)發(fā)電時(shí)的力率，那么利用用電則可以獎(jiǎng)罰該用戶(hù)用電時(shí)的完成力率情況，用發(fā)電則可以獎(jiǎng)罰發(fā)電力