電力應(yīng)用的前100年基本為正弦波環(huán)境，電力電子技術(shù)的發(fā)展極大地改變了電力環(huán)境，主要因?yàn)檫@個(gè)改變使得無功功率的概念和定義都遭遇困境。那在非理想環(huán)境下(非正弦與不平衡)以往無功功率都有哪些問題?

2015年9月7日，中國能源峰會(huì)在順義拉開帷幕。8日下午，華北電力大學(xué)教授張一工在會(huì)上為我們解讀了這些疑惑。

電力環(huán)境的發(fā)展與無功功率定義的困境

傳統(tǒng)的無功功率在正弦波環(huán)境下無功功率的概念，一個(gè)儲(chǔ)能元件(線性元件)能量的存儲(chǔ)與釋放，功率因數(shù)跟功率因數(shù)角，當(dāng)有儲(chǔ)能元件，負(fù)載和電源之間，負(fù)載是混合的和電源之間一定會(huì)存在著功率來回流動(dòng)，也就是說負(fù)載某個(gè)中間會(huì)出現(xiàn)負(fù)的功率，如果有無功功率一定跟這個(gè)概念相關(guān)的。為什么要補(bǔ)償無功，最原始出發(fā)點(diǎn)就是減少輸電損耗，只要有電流從線路上走，只要有電量從上面流就有功率損耗，我們了解電力系統(tǒng)人都知道，一個(gè)重要概念無功和電壓密切相關(guān)的，我通過快速調(diào)節(jié)無功可以調(diào)節(jié)電壓的，改善電壓質(zhì)量怎么去解決電壓質(zhì)量的問題，重要的辦法之一就是做無功補(bǔ)償，也就是最后一部分講的內(nèi)容無功補(bǔ)償設(shè)備。

動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備，可以提高整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行安全和穩(wěn)定

無功補(bǔ)償分層分區(qū)補(bǔ)償，我們真正用電用的是有功，把電轉(zhuǎn)化成其他形勢的能才能用，世界上不存在天然電礦，電一定是從其他能轉(zhuǎn)化過來，電作為傳輸手段，產(chǎn)生電地方是受地理?xiàng)l件限制，又沒有煤又沒有風(fēng)什么的，沒法發(fā)電，所以電遠(yuǎn)距離輸送是不可避免的，而無功不受這個(gè)限制，并不需要消耗真正能源，無功補(bǔ)償分層分區(qū)的補(bǔ)償一方面是合理的，達(dá)不到減少輸電的效率。另一方面可以就地做補(bǔ)償?shù)?，這是關(guān)于無功傳統(tǒng)的一些概念。

那么按照傳統(tǒng)概念我們可以又比較形象的說法，有功的能量我認(rèn)為是從電源一直到負(fù)載變成被消耗掉了，無功在電源和負(fù)載中間來回來去流的，這是單向情況，雙向情況從電源這一側(cè)來說，電源是個(gè)發(fā)電機(jī)，這發(fā)電機(jī)發(fā)出三向電，從一個(gè)電機(jī)發(fā)出去的，剛才講的單向情況能量來回來去的流，我們電源一側(cè)實(shí)際上輸送能量一會(huì)兒多一會(huì)兒少，而三向不一樣，在某一向能量向外流有一向向回流，所以我們把這種無功想象在三向之間來回來去流是發(fā)生在發(fā)電機(jī)內(nèi)部的，這種設(shè)備為做無功補(bǔ)償提供依據(jù)，不需要儲(chǔ)能元件的，我們把功率情況稍微看一下，這是單向損失公式，那現(xiàn)在這個(gè)電流有可能超前也可能滯后，我把電壓電路一乘這個(gè)功率叫損失功率，我把它分解一下，后邊這部分是交變部分，振幅叫視在功率，而且后邊這部分交變成分平均值等于零的。

我們用這個(gè)表達(dá)式用形象圖看一下，我們看看棕色這個(gè)線是振蕩曲線，有幾個(gè)特點(diǎn)，一方面振蕩頻率是電壓振動(dòng)頻率兩倍。還有不管怎么振最小值等于0，是非負(fù)的，那么這個(gè)功率平均值是這條紅線，剛才說的后邊一項(xiàng)就是綠的這條線，紅的是有功，綠色是振蕩的功率，一開始把能量儲(chǔ)存起來又送出去，這是一種分法。我還可以換一種分法，把一個(gè)東西分解成兩個(gè)東西之和有無窮多種分法。我們學(xué)過三角函數(shù)知道這種分解是唯一的，那分解出來分別跟電壓相乘得到兩項(xiàng)，第一項(xiàng)是純粹電阻性電流，第二項(xiàng)是電感性。

那么前面這一項(xiàng)對(duì)應(yīng)的是純粹電阻上的功率，后面是電感上的功率，先面這一項(xiàng)是電阻性功率，后面是電抗功率，這是傳統(tǒng)的我們回顧一下。本來有功無功都是平均意義的量，現(xiàn)在給它變成個(gè)損失值，這個(gè)損失值很有道理，我們要補(bǔ)償，把電抗性都補(bǔ)掉這是最理想，因?yàn)槟阏嬲秒娛谴鎯?chǔ)性的，當(dāng)然存儲(chǔ)性符合不一定真的電阻也可能電機(jī)或者別的東西。

按照這個(gè)分解曲線救變了，棕色那個(gè)線還是一樣的，而分解變成兩個(gè)線，紅的和綠的，紅的是純粹電阻性電流產(chǎn)生的功率，而綠的線是純粹電抗性電流產(chǎn)生的功率，實(shí)際上這個(gè)包含了所有的過去我們傳統(tǒng)的無功概念這個(gè)圖都包括呢，各種情況都包括在內(nèi)。無功功率在樹枝上等于瞬時(shí)功率中雙向脈動(dòng)分量(平均值為零)振幅，與之對(duì)應(yīng)的是：有功功率是瞬時(shí)功率中單向脈動(dòng)分量(脈動(dòng)量符號(hào)不變)的振幅。

最后一條有功功率和無功功率的幾何和為視在功率。現(xiàn)在電力環(huán)境發(fā)展以后，也就是說系統(tǒng)變成非正弦以后，功率的定義和功率的檢測計(jì)算都發(fā)生了困難，這個(gè)困難主要體現(xiàn)在無功中，當(dāng)然也會(huì)影響到視在功率，有功功率就是損失功率的平均值。這個(gè)物理概念也是跟實(shí)際的電的轉(zhuǎn)化過程實(shí)際上是相關(guān)的，我們說用電把電變成其他形勢的能來用，這部分對(duì)應(yīng)的就是那部分，只不過這個(gè)功率對(duì)應(yīng)的是平均的速率，把電變成其他形勢能可能轉(zhuǎn)化得快點(diǎn)慢點(diǎn)，平均的功率就叫做有功。有一個(gè)概念輸送同量的有功功率的“代價(jià)”(線損)可能不同，功率因數(shù)概念，功率因數(shù)等于1，輸電功耗損失的不能再小了，功率因數(shù)只可能小于等于1，1是最好的。無功出了問題，第一個(gè)例子很簡單，一個(gè)二極管控制的純電阻電路，是有實(shí)際的應(yīng)用背景的。這個(gè)應(yīng)用背景家里邊每天用的家用電器，電吹風(fēng)，電吹風(fēng)有兩檔，一檔是溫度高的，還有一檔是溫度低轉(zhuǎn)的慢的，這個(gè)電路是有實(shí)際背景的，那這個(gè)電路非常簡單，交流電用二極館整流。