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1.1.1 有功功率、无功功率及其他概念

有功功率: 又叫平均功率,因为交流电的瞬时功率不是一个恒定值,功率在一个周期内的平均值称之为有功功率,它是指在电路中电阻部分所消耗的功率,对电动机来说是指它的出力大小,以字母 P 表示,单位为瓦(W)。

无功功率: 在具有电感(或电容)的电路中,电感(或电容)在半个周期的时间里把电源的能量变成磁场(或电场)的能量贮存起来,在另外半个周期的时间里又把贮存的磁场(或电场)能量送还给电源。它们的存在,只是与电源进行能量交换,并没有真正消耗能量。我们把与电源交换能量的振幅值叫作无功功率,以字母 Q 表示,单位为乏(var)。

视在功率: 在具有电阻和电抗的电路里,电压与电流的直接乘积叫作视在功率,以字母 S 表示,单位为伏安(VA)。

能够真正用于做功(消耗)的功率我们用有功功率来表示。所以我们经常看到的电厂的总装机容量用的是有功功率来表征,也即向使用者收费的那部分功率(这里简化概念,仅对民用家庭用电的计费来进行理解),但下面会引出了另一个问题:

从式(1-2)或式(1-3)可以看到,如果PF越低,需要供电方提供的功率就越多,即供电方需要的成本也相应要升高,但是消费者是以进线电表的功率形式(即为有功功率)来支付电费,那问题就来了,低的PF导致的无功功率谁来承担。举例说明,一个用电设备为400W,由于负载PF只有0.8,那么供电局需要提供的功率为400W/0.8=500VA,用户只为400W的负载交纳电费,而供电方需要提供500VA的功率,那多出来的100VA谁来承担?这样即出现了供电方/发电公司(一般也是政府)会要求使用者的产品PF值尽量要高,以尽可能地减少无功功率的产生。

外文资料对于功率因数(有功功率、无功功率)有一个类比,将功率三角形(有功功率、无功功率、视在功率)和一杯啤酒进行类比,这个类比极为恰当,如图1—5所示。

图1—5 功率三角形与啤酒的类比图

而对应于不同功率因数下的情况如图1—6和图1—7所示。

图1—6 不同功率因数下对应的啤酒类比

图1—7 可用/浪费的电力与啤酒的类比

“浪费”的电力(无功功率部分)即为这杯啤酒产生的“泡沫”。

当然,电费问题(关系到供电方的设备容量问题)只是这个博弈之间的一部分,如果大量的低PF用电负载加在电网上面,其危害还体现在另一个方面,它增加了传输线路的损耗。这里传输线路,包括从发电机经过输送线缆、配变电站变压器,到终端用户之间的所有线路,线路中消耗的功率如图1—8所示。

图1—8 线路中消耗的功率

因为消耗的功率一定, V 即电网的端口输出电压一定,那么传输线上的电流和功率因数成反比,当PF降低的时候,那么线路上的电流增加,这是一个很恐怖的事情,因为电流的增加,意味着,整个传输线路上的线缆、绝缘材料、变压器都需要更大的电流额定,通俗地来说,即传输线路会因为功率因数的降低而要升级,那么同样增加了成本,而更为严重的是传输配电线路中的损耗,其关系见图1—9。

图1—9 传输配电线路中损耗的关系

在这里, P loss 是指线路中的损耗; R loss 为整个路径上的阻抗; I 为线路中的电流; V loss 即为压降。

线缆和导线中总是存在电阻,这样在传输中的损耗如图1—9所示,可以看到,损耗与线路电流的二次方成正比,所以提高PF,可以减少线路中的电流,也可以减少输电线路中的损耗。

在这里我们可以得到关于前文问题5、6更多的答案了:

●低的PF用电设备,对供电系统及输电系统存在不利影响;

●PF与消耗的实际有功功率无关,对终端用电用户不存在影响,因为终端客户只对有功功率付费,即产品消耗的实际功率。

再回到定义:

那么对供电系统及输电系统存在的不利影响是因为位移因数还是因为畸变因数,亦或是二者的综合影响呢? UqeXPV164zdjwaP6+WapIYga4BIin4Tl1FnGoGCyi24e/mP4lnevmykjEaUPwiC6

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