無功功率在電力系統(tǒng)中的重要作用

1、無功功率在電力系統(tǒng)中的重要作用隨著工業(yè)的發(fā)展，電能成為現(xiàn)代工業(yè)的主要能源，電能質(zhì)量的好壞，直接影響到工業(yè)設(shè)備的運(yùn)行及企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益等，為用戶提供安全、可靠、穩(wěn)定、高效的電能是十分重要的。在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，通常用功率因數(shù)來衡量電網(wǎng)運(yùn)行的效率，功率因數(shù)的大小，反映了電網(wǎng)系統(tǒng)中電源輸出的視在功率中有功功率的有效利用的程度。為了提高電網(wǎng)系統(tǒng)中電能輸送質(zhì)量，希望功率因數(shù)越大越好,卻往往忽視了無功功率在電網(wǎng)中的重要作用。 無功功率 在電網(wǎng)對用戶輸電的過程中，電網(wǎng)要提供給負(fù)載的電功率有兩種：有功功率和無功功率。有功功率（p)是指保持設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的電功率，也就是將電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能量（機(jī)

2、械能，光能，熱能等）的電功率；而無功功率（Q）是指電氣設(shè)備中電感、電容等元件工作時建立磁場所需的電功率。 無功功率比較抽象，它主要用于電氣設(shè)備內(nèi)電場與磁場的能量交換，在電氣設(shè)備（電路系統(tǒng)）中建立和維護(hù)磁場的功率。它不表現(xiàn)對外做功，由電能轉(zhuǎn)化為磁能，又由磁場轉(zhuǎn)化為電能，周而復(fù)始，并無能量損耗。特別指出的是無功功率并不是無用功，只是它不直接轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、熱能為外界提供能量，作用卻十分重要。 電機(jī)運(yùn)行需要旋轉(zhuǎn)磁場，就是靠無功功率來建立和維護(hù)的，有了璇轉(zhuǎn)的磁場，才能使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，從而帶動機(jī)械的運(yùn)行。變壓器也需要無功功率，才能使一次線圈產(chǎn)生磁場，二次線圈感應(yīng)出電壓，凡是有電磁線圈的電氣設(shè)備運(yùn)行都需要建立磁

3、場，然而建立及維護(hù)磁場消耗的能量都來自無功功率，沒有無功功率電機(jī)不能轉(zhuǎn)動、變壓器不能運(yùn)行、電抗器不能工作、繼電器不會動作，所有設(shè)備中的磁場無法建立，電氣設(shè)備也就不會運(yùn)行。因此供電系統(tǒng)中除了對用戶提供有功功率，還要提供無功功率，兩者缺一不可，否則電氣設(shè)備將無法運(yùn)行。 功率因數(shù) 電網(wǎng)的電力負(fù)荷中的電氣設(shè)備都是由電感、電容、電阻等元件組合而成，既有感性負(fù)載又有容性負(fù)載如電機(jī)、變壓器、電抗器等，感性負(fù)載的電壓與電流的相量間存在一個相位差，通常用相位角的余弦cos來表示，cos稱為功率因數(shù) 式中 cos-功率因數(shù)，P-有功功率，KW; Q-無功功率，KVar; s-視在功率，KVA; 功率因數(shù)的大小，反

4、映了電網(wǎng)系統(tǒng)中電源輸出的視在功率的有效利用程度，為了提高電網(wǎng)系統(tǒng)中電能輸送質(zhì)量，希望功率因數(shù)越大越好。如功率因數(shù)過小，會降低發(fā)電機(jī)有功功率的輸出、降低變電設(shè)備有功功率的供電能力、使輸電線損耗變大，同時還會造成電氣設(shè)備容量得不到充分發(fā)揮。但電氣設(shè)備運(yùn)行建立磁場需要大量的無功功率，我們通常用無功補(bǔ)償?shù)姆绞絹頋M足上述條件，只有這樣才能即為設(shè)備提供足夠的無功功率，又能保持較高的功率因數(shù)。 無功補(bǔ)償原理 電氣設(shè)備的運(yùn)行即要從電源取得有功功率，同時還需要取得無功功率。如果電網(wǎng)中的無功功率供不應(yīng)求，用電設(shè)備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場，因此電氣設(shè)備就無法維持在額定磁場狀態(tài)下工作，用電設(shè)備兩端電壓就

5、會下降，影響到電氣設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。如果從發(fā)電機(jī)和高壓輸電線路來供給設(shè)備大量的無功功率，則使功率因數(shù)變得很小，有功功率供給也會遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了負(fù)荷的需要。同時還會造成供電質(zhì)量的下降，所以從發(fā)電機(jī)和高壓輸電線路來供給設(shè)備的無功功率是不合理的。這就需要在電網(wǎng)增加無功補(bǔ)償設(shè)備來補(bǔ)償無功率，以保證電氣設(shè)備的運(yùn)行，可見在電網(wǎng)中進(jìn)行無功補(bǔ)償是十分必要的。 無功補(bǔ)償?shù)幕驹硎前丫哂腥菪怨β实呢?fù)荷設(shè)備與感性功率的負(fù)荷的設(shè)備并聯(lián)在同一電路中，當(dāng)感性設(shè)備吸收能量時，容性設(shè)備就放出能量，能量就在這兩種負(fù)荷間轉(zhuǎn)換，這樣感性負(fù)荷所需要的無功功率可由容性負(fù)荷輸出的無功功率來補(bǔ)償。 無功功率的補(bǔ)償方式主要有以下幾種：低壓個別補(bǔ)償、

6、低壓集中補(bǔ)償、高壓集中補(bǔ)償這三種補(bǔ)償方式各有各的特點，可根據(jù)補(bǔ)償要求及經(jīng)濟(jì)的合理性來進(jìn)行選擇補(bǔ)償方式。同時電機(jī)的空載運(yùn)行、變壓器的空載運(yùn)行和低負(fù)荷運(yùn)行及電網(wǎng)中輸送的電壓過高都會消耗過多的無功功率，直接影響到功率因數(shù)。在電氣設(shè)備的運(yùn)行時要盡量避免在上述狀態(tài)下運(yùn)行。 無功電源 無功功率在感性電路中和容性電路工作都必需的，在電路系統(tǒng)中，當(dāng)電路表現(xiàn)為感性時，電路吸收無功功率，電流滯后于電壓，當(dāng)電路表現(xiàn)為容性時，電路放出無功功率，電流超前于電壓。因此電網(wǎng)系統(tǒng)中有感性無功功率和容性無功功率，而電力系統(tǒng)中最大的負(fù)荷是感性的，所以我們通常將吸收感性無功功率的負(fù)荷稱為“無功負(fù)荷”；而將吸收容性無功功率的功率設(shè)備稱為“無功電源，也就是在電力系統(tǒng)中能提供容性無功功率負(fù)荷的設(shè)備，通常說的無功補(bǔ)償設(shè)備。無論是感性無功功率還是容性無功功率，他們僅在電流與電壓超前和滯后，性質(zhì)是相同的都是建立的維護(hù)磁場。從無功補(bǔ)償原理我們可以看出感性負(fù)荷所需要的無功功率可由容性負(fù)荷輸出的無功功率來補(bǔ)償。 在電力系統(tǒng)中通常應(yīng)用的無