传统无功功率理论及其局限性

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1、万方数据2007年第7期东北电力技术传统无功功率理论及其局限性OnTraditionalReactivePowerTheoryandItsLimitation陈晟(深圳供电局，广东，深蜊518106)搞耍：∞世纪舯年代，国内外许多学者提出了基于任意周期电压、电流条件下的功率体系，一些功率体系得到了广泛的应用。在非正弦电路中，有功功率定义已被公认。关于无功功率却一直没有定论，现存的功率体系存在着不同程度的缺陷，无法满足任意周期电压、电流条件下的谐渡、负序电流、无功功率统一补偿的需要。本文描述了4种广为流传的无功

2、功率定义。并对其进行了分析，提出了新的无功功率应满足的条件。关麓词：无功功率；补偿；谐波[中圈分类号】T_f7l【文献标识码】B[文章编号】1∞I一7913(2007)听一O(D5一∞在正弦条件下⋯1，已有很完备的功率体系。但随着半导体行业和电力工业的发展。换流设备被广泛采用。大量非线性负荷增加，使系统电压、电流波形畸变，原有的正弦情况下的无功功率定义不再适用，传统的无功功率定义颇具争议。1927年以来。不断有学者提出非正弦电路中无功功率定义。包括以Budeanu为代表的经典无功理论定义；L．S．cz口wki

3、在频域内讨论非正弦条件下的无功功率定义；F咖的时域分析方法为无功功率的定义开辟了一个新的思路，不需要对电流、电压进行傅立叶级数分解；H．Ak89i在时域内提出了非正弦条件下的无功功率定义。Budeanu提出的非正弦条件下的功率定义是假设：电压u为包含各次谐波的非正弦波形，负荷由非线性阻抗尺、工、c组成。将总电流分解为i；iR+‘，其中有功电流分量珞产生有功功率P，无功电流分母屯产生无功功率伽，分别为单一谐波下的有功和无功功率总和。有功和无功的积分表达式分别为●rr』P={I．u／dt；∑％C06吼(1)1。V

4、‘·Itrr』“={1．uidt=∑Udtsin吼(2)‘’V‘41式中：以、厶分别为第1次谐波电压、电流的有效值，龟为浓与磊的夹角。式(2)使无功功率公式和有功功率公式相对应。但有功反应的是与外界的能量交换，当输出基波功率吸收谐波功率时，理论上有功功率的消耗是可以抵消的。无功定义考虑了各次谐波在线性电抗上单独形成的无功功率，但未考虑各次谐波之间耦合形成的无功功率，不同频率的无功功率不能互相补偿。因此，仉无法反映电路中电功率交换情况。2CzarnecH无功功率定义C3,4】Czamedd批驳了Budeanu关

5、于无功功率和畸变功率的错误观念嘲，提出了具有清晰物理意义的电流与功率的正交分解。将电流i分解为有功电流‘、无功电流‘、分散电流t及生成电流‘。设电源电压为"Uo+42Re。酗唧I西#}(3)式中脚为有限谐波次数序列。此电源电压施加在一个线性负载上，其第n次谐波导纳为匕=万Jn=R+佩(4)＆m-e出定义的各电流分量表达式为i4=以屉弘妇陋(5)‘=压皿磊(常)￡‘护(6)‘=拒m量(G一酗咿(7)‘=√2忍伽膨(8)热仁：裴1fTu2dt=吉i．、‘、‘、‘为两两正交。无功定义为万方数据38东北电力技术200

6、7年第7期Q=观抉(a一卢变抉)：从数学上说，分散电流‘是由于n次谐渡电导r1一一1一工1r‰1倪不等于等值电导G而形成的，但此定义没有解f‰I一／呈lo2

7、

8、。I释其本质。DI也无法反映电压、电流波形相对工‘坤1’3l0譬一譬l【“。J频正弦波的畸变。当电源电压中包含从1到无穷大r．-1flrf1的各次谐波，且施加在一个非线性负载上时，‘=r‘1厂亍l1一i—i

9、

10、。l0，仇=0，但此时非线性负载向系统注入了谐波【瑶J2√了I。以以

11、

12、bI电流分量。可见功率仉不能完全反映负载的非线L”2—2J。k。性，物理

13、意义不名副其实，同时，无法对补偿非线电压和电流变换到a—p坐标系后，性负载产生的谐波电流提供理论依据。时有功功率为3Fb髓时域无功功率定义【6】在S．Fryze的时域法中，首先由一个线性电阻来等值有功电流i。，把余下的电流定义为无功电流毛，可以证明乇和毛为相互正交的两个分量为D屯2-i俞u(9)矗=i—io(10)式中：』uIl为电压的有效值。有功功率表达式为P=U×b=互吼％饥(11)上式中：仉、^分别为第1次谐波电压、电流的有效值，吼为矾与厶的夹角。视在功率为s=0nI

14、2IIi』2=¨洲2lI屯I

15、2+

16、IluII20i6J2(12)82=沪—『2=c72(，；+E)=P2+Q；(13)非正弦条件下的无功功率为钰=~／S2一严(14)可见，由时域定义的无功功率无需进行Fourier分解，适用于线性电路和非线性电路。但所定义的无功功率无法区分储能元件产生的无功功率和非线性负载向系统注入的谐波电流，难以对无功补偿和谐波抑制提供理论依据，而且不能反映电压及电流波形相对于工频正弦波的畸变。4三相瞬时无功理论