四象限電能表分析

1、四象限電能表分析1國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)定義：對(duì)于有功功率由于其定義明確， 使用中接觸較多， 大家一般沒(méi)有什么疑問(wèn)。 但無(wú)功功率由于概念本身尚有待商討， 加上又沒(méi)有行業(yè)檢定標(biāo)準(zhǔn)， 用戶的定義同國(guó)標(biāo)也有所出入， 目前疑義較多。根據(jù)電力部標(biāo)準(zhǔn) DL/T645-1997 多功能電能表通信規(guī)約對(duì)電能計(jì)量無(wú)功四象限的定義如下圖：輸入有功（A ）Ui（ -RC）（ +RL）順時(shí)針輸出無(wú)功（ -R）輸入無(wú)功（ R）（ -RL ）（ RC）i輸出有功（ -A）圖中： A 有功電能；R無(wú)功電能；RL 感性無(wú)功電能；RC容性無(wú)功電能測(cè)量平面的豎軸表示電壓向量 ? （固定在豎軸） ，瞬時(shí)的電流向量用來(lái)表示當(dāng)前電能的傳送，并相對(duì)于

2、電壓向量 ? 具有相位角 ， 順時(shí)針?lè)较蛳嘟菫檎?。把測(cè)量平面用豎軸和橫軸劃分為四個(gè)象限。右上角為象限，右下角為象限，依此按順時(shí)針?lè)较驗(yàn)?、象限。豎軸向上表示輸入有功（ +A ），豎軸向下表示輸出有功（ -A ），橫軸向右表示輸入無(wú)功（ +R），橫軸向左表示輸出無(wú)功（ -R）。象限輸入有功功率（+A ）輸入無(wú)功功率（+ RL）象限輸出有功功率（-A ）輸入無(wú)功功率（+ RC）象限輸出有功功率（-A ）輸出無(wú)功功率（- RL）象限輸入有功功率（+A ）輸出無(wú)功功率（- RC）大家知道數(shù)學(xué)上也有個(gè)象限定義，其用直角坐標(biāo)系的水平軸的正向表示0°，以逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)， 090°為第一象

3、限， 90° 180°為第二象限， 180° 270°為第三象限， 270° 360°為第四象限，可以發(fā)現(xiàn)同上圖剛好相反。實(shí)際上 DL/T645 定義的電能四象限矢量圖本身也有待商討之處，首先讓我們看上圖的第一象限，當(dāng)電流在一象限時(shí)，由于其規(guī)定順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正，那么按常理“正”應(yīng)是超前，一象限是電流超前電壓 0 90°，根據(jù)電工基本理論，容性負(fù)載電流超前電壓，感性負(fù)載電流滯后電壓，超前則應(yīng)是容性， 而上圖中一象限無(wú)功標(biāo)的是感性， 二者相反，因此對(duì)于上圖規(guī)定的瞬時(shí)針旋轉(zhuǎn)為 “正” 的定義應(yīng)理解為電流滯后電壓， 而不能按通常經(jīng)驗(yàn)理

4、解為電流超前電壓。 現(xiàn)在看來(lái)這種表示方法不太容易理解， 主要原因是它的定義同人們?nèi)粘Ｉ畹年P(guān)于“正負(fù)”概念以及工程中普遍使用的數(shù)學(xué)上的四象限表示方法不同，很容易混淆。2 在實(shí)際中的應(yīng)用 ：假定有一個(gè)小水電用戶，豐水期向電網(wǎng)輸電，枯水期從電網(wǎng)受電，安裝了一臺(tái)新聯(lián) DTSD106-3X 型計(jì)量正、反向有功和四象限無(wú)功的電子式多功能電能表。又假定該用戶在用電時(shí)，使用自動(dòng)無(wú)功補(bǔ)償裝置對(duì)無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償： 在發(fā)電時(shí)對(duì)同步電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，調(diào)整無(wú)功輸出。其運(yùn)行曲線如圖：在 0 到 T 4 這段時(shí)間用戶用電，有功為正，用P+表示，在 T4 到 T7 這段時(shí)間里用戶發(fā)電，有功為負(fù)，用 P-表示。根據(jù)四象

5、限無(wú)功的定義， 有功為正、 無(wú)功也為正時(shí)， 為第象限無(wú)功， 如果把第一、 二、三、四象限無(wú)功用 QI 、QII 、QIII 、QIV 表示， 則根據(jù)圖 3 有：QI=Q 1+Q 3，QII = Q 5+Q7，QIII = Q 6，QIV = Q2+Q4因?yàn)樵撚脩舭惭b的是DTSD106-3X 型雙方向四象限無(wú)功電子式多功能電能表，所以上述六個(gè)數(shù)據(jù) P+、 P-、 QI 、QII、 QIII 、 QIV 都能從該電能表中讀出。對(duì)于用電用戶，電力公司的收費(fèi)是于其力率指數(shù)掛鉤的。一般執(zhí)行力率高于0.95 獎(jiǎng)勵(lì)，低于則要罰款的政策。對(duì)于圖中所示用戶的用電部分可能有三種計(jì)算力率的方法：第一種：cos第二種

6、：cos第三種：cosP122( P)1Q2Q34)(QQ2P) 2Q3)2( P(Q13PQ4 )2(P )2(Q1Q 2Q 3第一種情況， 相當(dāng)于電表無(wú)功計(jì)量模式中感性無(wú)功等于感性無(wú)功加容性無(wú)功的模式。為了降低力率， 感性無(wú)功和容性無(wú)功都不能大，所以需使用無(wú)功補(bǔ)償裝置。這種計(jì)算方法與提高力率的目的是吻合的。第二種情況，相當(dāng)于止逆無(wú)功表，只計(jì)正向無(wú)功。因?yàn)橐话阌脩糌?fù)載都是感性的，如果不加電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，沒(méi)有容性無(wú)功， 利用這個(gè)公式計(jì)算的結(jié)果與第一種情況一樣。但是有些用戶，用手動(dòng)方法進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償電容器的投切，白天投上去，晚上不拉開，晚上負(fù)載很輕，倒送無(wú)功。這種情況下，計(jì)算出的力率大，接近于

7、1，按照第二種情況計(jì)算cos應(yīng)該受到獎(jiǎng)勵(lì)。但如果按第一種情況計(jì)算cos，該用戶晚上倒送無(wú)功也加上，力率會(huì)變小，可能會(huì)受罰。因?yàn)椴还芪諢o(wú)功，還是倒送無(wú)功都會(huì)增加線損，增高電壓，對(duì)電網(wǎng)不利。所以第一種算法好些，反映了力率的本質(zhì)。第三種情況相當(dāng)于不止逆無(wú)功表，倒送無(wú)功， 電表反轉(zhuǎn)， 計(jì)算出的力率更小，更達(dá)不到力率考核的目的。對(duì)于發(fā)電用戶供電公司也要考核其力率指標(biāo)，也與收費(fèi)掛鉤。但是與用電用戶的相反，力率越接近1，不是獎(jiǎng)而是罰。 也就是說(shuō)供電公司要求發(fā)電廠不能全發(fā)有功，也必須發(fā)無(wú)功。根據(jù)圖中曲線所示，在在 T4 T7 這段時(shí)間該小水電用戶屬于發(fā)電用戶，計(jì)算這段時(shí)間的力率也有三種方法：第四種情況：第五

8、種情況：第六種情況：coscoscosP4(P )2(Q 5Q 6Q7)25P(P )2(Q5Q7)26P(P )2(Q5Q 7Q6)2分析四、五、六三種情況后認(rèn)為，按第四種情況考核發(fā)電用戶比較合理。對(duì)于圖中的用戶，在0T 7 這段時(shí)間里既用電又發(fā)電，怎樣考核其力率更合理呢？根據(jù)上面的分析我們知道， 作為用電用戶要求其力率大些， 而作為發(fā)電用戶則要求其力率小些。因此計(jì)量時(shí)必需把用電、發(fā)電時(shí)的力率分開單獨(dú)計(jì)算。3X 表具有四象限無(wú)功計(jì)量的電能表能把用電有功數(shù)據(jù)和發(fā)電有功數(shù)據(jù)分開，也能把該用戶用電時(shí)的無(wú)功數(shù)據(jù)和發(fā)電時(shí)的無(wú)功數(shù)據(jù)分開。QI 、 QIV 是用電時(shí)的無(wú)功，QII 、QIII 是發(fā)電時(shí)的無(wú)功。如果令cos|用電 表示用電時(shí)力率，cos|發(fā)電 表示該用戶發(fā)電時(shí)的力率，那么利用 cos| 用電 則可以獎(jiǎng)罰該用戶用電時(shí)的完成力率情況，用cos |發(fā)電 則可以獎(jiǎng)罰發(fā)電力率完成情況。公式如下：cos|用電Pcos|發(fā)電P2222（P ） （Q1QIV