【摘 要】
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随着电子技术的不断进步,电网中的非线性负荷也在快速增加,这些负荷会引起电压电流的波形发生畸变,从而产生一系列高次谐波,增加负荷的无功消耗,使负荷的功率因数下降,严重时还会干
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随着电子技术的不断进步,电网中的非线性负荷也在快速增加,这些负荷会引起电压电流的波形发生畸变,从而产生一系列高次谐波,增加负荷的无功消耗,使负荷的功率因数下降,严重时还会干扰电网的正常运行,给电能质量带来一些不利的影响。因此,非线性负荷的无功功率是一个值得关注的问题。然而,传统意义上的无功功率概念已不能全面地对其进行解释,在近年来出版的一些专著中,也有提到非线性负荷的无功功率,但是仔细推敲后会发现其中给出的计算公式都不是很完整,对于物理意义的描述也不是很清晰。 本文首先对时域分析法、瞬时无功功率法等方法作了简单介绍,指出了这些方法在解释非线性负荷无功功率时的局限性及采用经典频域无功功率方法的优势所在。然后通过对线性电路无功功率的详细描述,对其物理意义有了深刻的认识,又将其应用到非线性电路,根据推导出的畸变功率的表达式,得到了非线性负荷无功功率和畸变功率的物理意义的合理解释。本文还简要介绍了目前常用的谐波抑制和无功补偿的方法。 本文以C.Budeanu提出的经典频域无功功率定义为基础,再根据有功功率和视在功率的定义,对C.Budeanu为了保证视在功率表达式的平衡而引入的畸变功率进行了推导和验证。从该表达式可以看出:畸变功率与各次谐波电压和不同频次的谐波电流有关,它与传统意义上的无功功率具有相同的特征,其中的各个分量分别表示能量在电源和非线性负荷之间以不同的频率来回交换,在一个工频周期内的积分为零,即不消耗能量。 根据本文推导得出的频域无功功率理论的一些结论,在虚拟仪器开发平台上,利用工控机和数据采集卡,设计了一台能够分别计量非线性负荷的基波有功、基波无功、各次谐波有功、总谐波有功、各次谐波无功、总谐波无功、视在功率和畸变功率的虚拟仪器装置,该装置能够将电压电流波形连续的记录下来,并给出谐波分析报表,还能够给出该谐波源当前情况下是吸收谐波功率还是发出谐波功率,供电部门在电能收费时可以此作为补偿或惩罚的依据。 频域无功功率理论虽然实时性不太好,不利于无功的实时补偿,但其各功率分量的物理意义明确,易于理解和推广,在分析和计算上已被普遍接受。基于该理论的无功功率检测装置是电能计量和分析的有效工具,市场前景非常广阔。
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