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無功補償四象限含義

2025-06-07
? ? ?無功補償控制器中的“四象限”是基于有功功率(P)和無功功率(Q)的流動方向劃分的工作狀態。其核心目的是幫助判斷電網中能量的流向及負載性質,從而采取相應的補償措施。


GB/T 17215.323-2022標準中(上圖),功率因數的正負是由有功功率的方向決定的,當處于用電狀態時,有功功率為正,功率因數即為正;在發電狀態有功功率為負,則功率因數也為負。有些功率因數控制器為了能更好的體現以及方便客戶直觀的感受,會根據無功功率的正負顯示功率因數,即感性為正,容性為負,方便客戶直觀了解當前狀態無功補償是不足還是超補了。

 

正無功(+Q)
滯后(感性負載)

負無功(-Q)
超前(容性負載)過補

正有功(+P)
用電

I象限

IV象限

負有功(-P)
發電

II象限

III象限

GB/T 17215.323-2022標準文本中定義的四象限圖如下所示,與我們前面的描述有些出入:其IIIII象限的感性、容性描述正好與我們上面的描述相反,其原因是標準的IIIII象限是站在發電廠的角度談感性和容性,我們的描述是站在用戶的角度談感性和容性,更方便用戶對自己實際負載情況理解。

以下是四象限控制器的具體含義及典型應用場景:

1.象限+P,+Q):此象限常見于負載還需從電網側吸收有功功率(即用電狀態),且功率因數處于滯后,需要投入電容器進行無功補償或者已經補償到位(功率因數>0.9)的情況。

2.象限-P,+Q):此象限常見于光伏并網,當光伏發電量大于自身負載用電量(即發電狀態),出現向電網進行倒送電,負載不從電網側吸收有功功率,導致無功功率占比增大,此時功率因數大概率變差,也需要投入更多的電容進行補償(比沒有光伏發電時要補更多的電容)。

3.象限-P,-Q):此象限常見于光伏并網,當光伏發電量大于自身負載用電量,出現向電網進行倒送電,即負載不從電網側吸收有功功率,且功率因數處于超前狀態(即控制器功率因數前出現“-”的情況),即電容過補了。

4.象限+P,-Q):此象限常見于負載還需從電網側吸收有功功率,且功率因數處于超前狀態(即控制器功率因數前出現“-”的情況),電容也過補了。

注意:在沒有光伏的前提下,不可能出現第二象限和第三象限的情況,如果有這種情況出現需要考慮接線是否正確(電壓線與電流線不能同相);如果有光伏并網,原先處于第一象限可能會變換到第二象限;原先在第四象限可能變換到第三象限,但是只要功率因數達標就不會有問題。如果出現在第三或第四象限,若功率因數絕對值大于0.9,不管正負都不會出現力調電費罰款。若從電容的使用壽命考慮,可以切除部分電容,讓其回到第一象限或者第二象限。此前提必須得保障回到第一或第二象限時功率因數仍能大于0.9。同時,當出現在IIV兩個象限之間來回擺動時(詳見圖3陰影部分),此時說明負載在波動,導致功率因數在1附近波動:

? ? A 、若波動不大,比如在±0.9之內,可以不處理,說明功率因數已經很理想了

?B、若波動幅度超過±0.9,則需要處理,否則可能會導致力調電費罰款

此時有以下幾種可能功率因數波動很大

(1)負載很小,電容太大,不補是滯后小于0.9;補的話,就變成超前0.9,過補了==》理想解決方案:更換電容,把電容容量變小。(大多數情況下可以不處理,因為負載很小,雖然功率因數很差,但實際負載小,無功也不大,這種情況大多數發生在工廠下班時段,上班后負載還是能大起來,就基本不用處理,因為電力公司的力調電費罰款是依據一個月的平均功率因數,只要上班時段功率因數達標,基本可以忽略下班時段的功率因數)

(2)負載已經比較大,電容也不大,還是導致功率因數劇烈波動:此時大概率是諧波導致,諧波無功電容是無法補償的,諧波比較大時(比如THD超過40%),若控制器能測量諧波無功,就會功率因數波動很大。因為此時很可能基波無功已經補償到位了,功率因數低是因為諧波無功導致,負載變化導致基波功率在1附近正負微小波動(滿足電力公司要求),會帶著諧波無功大幅度波動,導致看到功率因數劇烈波動,這種情況下只能通過諧波治理,降低諧波比例,才能解決問題,否則功率因數大概率無法達標,會產生力調電費罰款。

C、同理,在II和III象限來回波動,與I和IV象限的波動是一樣的,唯一的差別是II和III象限波動是發生在光伏倒送電的情況下。

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