实现有功功率与无功功率平衡的方法

电力系统中任何一个电源E经阻抗R、X对负载供电，电压为、电流为时，由电压平衡方程，可得到电源E产生的输出功率S_s（P_s+jQ_s）、负载消耗的功率S_L（P_L+jQ_L）和电阻、电抗的有功损耗（ΔP=I²R）、无功功耗（ΔQ=I²X）的平衡关系为

若与电压同相的有功电流为I_p，与正交的无功电流为I_q，I·=I_p+jI_q，共轭相量I∗=I_p-jI_p，则+jQ_s=P_L+jQ_L+I²R+jI²X，故有

P_s=P_L+ΔP=P_L+I²R （1-58）

Q_s=Q_L+ΔQ=Q_L+I²X （1-59）

若整个电力系统全部电源产生、输出的有功功率、无功功率为ΣP_s、ΣQ_s，全部负载有功、无功功率为ΣP_L、ΣQ_L，系统中电网输配电设备全部有功、无功功耗为ΣΔP、Σ ΔQ，则

ΣP_s=ΣP_L+ΣΔP （1-60）

ΣQ_s=ΣQ_L+ΣΔQ （1-61）

电力系统在任何运行工况下，无论系统电压、频率如何改变，式（1-58）～式（1-61）都是自然成立的。如果系统在额定频率f_ref，额定（或指令）电压V_ref下运行，则式（1-60）和式（1-61）将为(www.xing528.com)

ΣP_sref=ΣP_Lref+ΣΔP_ref （1-62）

ΣQ_sref=ΣQ_Lref+ΣΔQ_ref （1-63）

式（1-62）表明，在额定频率、额定电压下，若发电机提供输出的有功功率ΣP_sref等于负载所需的有功功率与电网有功功耗之和，我们称这时电力系统有功功率平衡。

式（1-63）还表明，在额定频率、额定电压下，若发电机提供输出的无功功率ΣQ_sref等于负载所需的无功功率与电网无功功耗之和，我们称这时的电力系统无功功率平衡。

有功功率和无功功率平衡是电力系统理想的运行工况，但是电力系统中的负载所需的功率是时变的，发电机提供的输出功率也可能突变（如投入或切除电源，或线路短路故障时）。一旦有功功率不平衡、整个电力系统发电机有功功率不足时，发电机转速下降将导致系统频率下降。一旦无功功率不平衡，电力系统无功不足将导致电压下降。电力系统中应有适当、足够的发电机功率储备和储能设备，确保电力系统在额定电压、额定频率工况下安全、经济、高效、优质运行。

电力系统的用电量是时变的、渐长的，一年中的不同季节，一天中不同时期，每年的平均负荷量都不相同，用电高峰期和低谷期的用电量相差也很大。为保证负荷高峰期全额供电，低谷负荷时必定会有很大的发电机备用容量，这将使电力设备投资过大，设备的利用率不高。现今电力设备的平均利用率大都较低（美国统计约为55%），浪费了大量的固定投资。此外随着负荷用电量的逐年增加，发电机和传统交流远距离输电线传输的功率已达极限，许多发达国家由于环境保护政策和输电走廊用地有限而又难以新建输电线路，使电力系统缺电而又不能新建输电线的矛盾更加突出。为此，迫切要求采用先进技术，既能保证负荷高峰期的供电而又能减少负荷低谷时发电机等电力设备的闲置，提高现有电力系统的发电、输电、配电的能力，并保证有一定的有功和无功功率储备。此外，风力发电、太阳能光伏发电等分布式发电和分布式储能系统的广泛应用和并网运行，又给现代电力系统的功率平衡带来一些新的问题，在电力系统中采用以电力电子技术为基础的电力电子补偿控制器和储能系统，有可能在充分利用风力发电、太阳能光伏发电时变的发电量的前提下，有效地解决了电力系统的电功率平衡问题并获得显著的技术、经济效益。