第一篇：動態無功補償技術航空工業節能論文

1.應用效果

技改項目完成，對其中1個變電站無功自動補償器投切前后的數據進行現場測試。采用無功功率補償后，主要技術經濟效益如下。

（1）減少了線路電壓降，使線路穩態電壓升高，提高了供電質量。測試數據見表2，補償后，終端電壓提高，設備效率和功率因數均得到提高，共節約有功功率81.4kW。1年工作時間按8000h、負載率按0.7計算，全年節電455840kWh，公司采用峰谷電價，平均電價為1元/kWh，全年節省電費455840元。

（2）降低變壓器銅損耗。降低的變壓器銅損耗由10kV/0.4kV變壓器和110kV/10kV變壓器減少的銅損耗組成。由于110kV/10kV變壓器受高壓測量設備的限制，無法測量，故僅計算10kV/0.4kV變壓器節約的銅損耗，相關測試數據見表3。合計降低變壓器銅損耗1764W，全年電9878kWh，全年節省電費9878元。

（3）減少線損。減少線損主要組成：

①從補償器到10kV/0.4kV變壓器供電線路減少的線損；

②從10kV/0.4kV變壓器到110kV/10kV變壓器供電線路減少的線損。為衡量無功功率補償的經濟效益，在無功功率補償領域引入“無功功率經濟當量”概念，其含義是指每補償1kvar無功功率在整個電力系統中減少的有功功率損耗，用符號k表示，單位kW/kvar。k值與負荷點到電源的“電氣距離”、電能成本和負荷運行狀況等因素有關。為簡化計算，國家標準GB/T12497—2006《三相異步電動機經濟運行》規定了不同供電方式的無功功率經濟當量估算值。前文已測算了從兩臺補償器向下到終端設備及10kV/0.4kV變壓器節能情況，對于高壓變壓器110kV/10kV節約的銅損及輸電線路減少的線損，因受高壓測量設備制約，故采用無功功率經濟當量估算的方法。從補償器向上節能情況，無功功率經濟當量按最保守的0.03kW/kvar計算，兩臺補償器無功功率合計減少318.1kvar，則可折算節省有功功率9.54kW，全年節電76320kWh，全年節省電費76320元。

（4）增加電功率（擴容）。增加的電功率，合計增加視在功率80kVA。

（5）其他效益。可減輕電器、開關和供電線路負荷，減少維修量，延長使用壽命，提高安全可靠性。

2.結束語

低壓變電站采用DGB動態跟蹤式無功功率自動補償裝置進行節能改造，效果顯著。功率因數平均提高到0.96以上，增加了輸配電設備供電能力。設備使用過程中未因投入補償裝置而引起某次諧波的諧振過電壓、過電流。在線實時跟蹤，隨著負載變化，補償裝置實時跟蹤系統功率因數并快速等量補償。DGB快速投入與退出，不會引起過補和欠補，投入運行后，系統穩定，對電網無干擾。通過運行測試，DGB可完全替代同類國外進口無功補償設備，特別適合功率因數低的場合。

第二篇：供電系統無功補償節能技術的新發展

供電系統無功補償節能技術的新發展

鄭學超

摘要： 本文主要介紹一種提高用電功率因數及消除諧波的新型低壓配電裝置。該裝置可實施三相對稱、分相動態無功補償和濾波。在結構上一方面采用電容自動投切無觸點化，解決了傳統裝置的合閘涌流及斷電弧光等問題；二方面采用微電腦全數字控制，由電壓、電流、功率因數等數字顯示代替傳統的指針式儀表，有通訊接口，與智能化電器設備配套，實現遠程監控或遙控。

關鍵詞： 無功動態補償 濾波 無觸點化 微電腦遠程監

控隨著我國經濟發展和人民生活水平的提高，各產業和民用用電量大幅度增加，新增用電負荷中，整流和變頻設備所占的比例增加，無功負荷電流和諧波電流增大供電系統損耗，諧波電流還可能引起通訊系統和計算機系統故障。在供電系統中，裝設動態無功補償和適當的濾波裝置，是減少系統損耗，提高電能質量的有效措施。

傳統的低壓動態無功補償裝置(又稱功率因數自動補償裝置)是采用模擬量或微電腦功率因數檢測，通過中間繼電器(或固態繼電器)接通接觸器、控制補償電容器投入或切除。存在的主要問題：

(1)合閘涌流大，可達到100In(In為補償電容器額定電流)；

(2)斷開弧光大；

(3)補償電容器及接觸器易損壞；

(4)對供電系統及周圍電氣設備干擾大。因此，傳統的低壓無功動態補償裝置，只適用于無功負荷較穩定的變電所使用。經實際調查，無功負荷經常變化的各個產業及民用變電所，使用的傳統的低壓動態無功補償裝置，一年后90％以上不好用，改為手動控制接觸器固定補償。使供電系統損耗增加。另外，傳統的低壓動態無功補償裝置，不能濾波，也不能分相補償，不能適應多種用電負荷對無功補償的要求。新型低壓無功動態補償裝置，采用微電腦全數字控制，通過交流無觸點電子開關投切補償電容器，全部無觸點化。無合閘涌流、無斷電弧光。可實現低壓濾波和分相補償。電壓、電流、功率因數數字顯示，代替傳統指針式儀表。有通訊接口，與智能化低壓電器設備配套，可實現遠程監控或遙控。有保護和報警功能，調試、維護方便。

新型的與傳統的低壓無功動態補償裝置性能與價格比較。

從以上比較表可知，新型低壓無功動態補償裝置的各項技術性能，都優于傳統的補償裝置。相同的功能價格只差20％。但使用壽命長、維護工作量小、長期節能效果好。因此，新型補償裝置是傳統低壓無功動態補償裝置的更新換代產品。而且技術上已經成熟，有5年以上的實際運行經驗。在高壓(10KV、6KV)無功補償方面，我國目前普遍采用高壓電容器固定補償。很多變電所，為了解決無功負荷變化時，補償容量也能變化的問題，將高壓補償電容器分為2－3組，用真空斷路器人工控制。原來設想：重負荷時，補償電容器全部投入；輕負荷時，切除1－2組補償電容器。實際使用證明，用人工控制真空斷路器，投切高壓補償電容器，會產生很大的合閘涌流和電壓閃變，甚至引起系統振蕩。不敢經常操作。實際還是固定補償，常出現重負荷時欠補償，輕負荷時過補償，增加了供電系統損耗，增大了電壓波動范圍。新型高壓無功動態補償裝置，采用微電腦全數字控制，全部無接點化，不產生諧波，無合閘涌流，可有效減小電壓閃變和防止系統振蕩，并可實現分相補償。可與高壓濾波裝置組成濾波和動態補償成套裝置。有通訊接口，便于實現遠程監控或遙控。可靠性高、維護工作量小，適合中、小型變電所使用(補償容量數百至數萬KVAR)。能減少電網電能損耗，提高供電質量。

第三篇：電力系統無功補償論文

畢業論文（設計）

題 目 電力系統的無功優化、補償及無功補

償技術對低壓電網功率因數的影響

2007年8月30日

電力系統的無功優化、補償及

無功補償技術對低壓電網功率因數的影響

電氣工程及其自動化專業 學生： 指導教師：

摘要：電力系統的無功優化和無功補償是提高系統運行電壓，減小網損，提高系統穩定水平的有效手段。本文對當前常用的無功優化和無功補償進行了總結，對目前無功補償和優化存在的問題進行了一定的探討和研究。電壓是電能質量的重要指標之一，電壓質量對電網穩定及電力設備安全運行、線路損失、工農業安全生產、產品質量、用電單耗和人民生活用電都有直接影響。無功電力是影響電壓質量的一個重要因素，電壓質量與無功是密不可分的，電壓問題本質上就是一個無功問題。解決好無功補償問題，具有十分重要的意義。

關鍵詞：無功優化 無功補償 網損電壓質量功率因數

Reactive power system optimization, compensation and Reactive power compensation of low voltage network

of power factor

Electrical Engineering and Automation

Student:Luobifeng

Supervisor：Qingyuanjiu

Abstract:Reactive optimization and reactive compensation of power system is a valid way to increse the system’s operating voltage and maintenance level.It’s also the way to reduce the internet loss.This essay summarize what Reactive optimization and reactive compensation are in our daily life.It also discusses and studies some problems existing in reactive optimization and reactive compensation.Voltage is one of the important targets of Quality of power supply, whose quality will affect stabilization of power grids and electric equipment functioning well directly.Lin loss and safety in

production in industry and agriculture ,the production’s quality , electrical energy depth loss ,and electrical energy used by common people every day will be infulenced directly by it too.voltage qualit is an important factor to affect voltage quality.so voltage qualit and voltage qualit are closely related to each other.The problems about voltage is the problem of reactive energy in nature.All in all,to solve the problem of reactive compensation well is very meaningful and necessary.Keywords: Reactive Optimization Reactive Compensation Internet loss of voltage qulity Power Factor

目 錄

一、前言………………………………………………………………6

二、無功優化和補償的原則和類型…………………………………6

1、無功優化和補償的原則 ………………………………………6

2、無功優化和補償的類型 ………………………………………7

三、輸配電網絡的無功優化…………………………………………7

1、無功優化的目標函數 …………………………………………7

2、優化算法………………………………………………………8

四、配電線路上的無功補償及用戶的無功補償……………………8

1、配電線路上的無功補償 ………………………………………8

2、用戶的無功補償 ………………………………………………10

五、影響功率因數的主要因素………………………………………12

1、異步電動機和變壓器 …………………………………………12

2、供電電壓超出額定范圍 ………………………………………12

3、電網頻率的波動 ………………………………………………12

六、低壓配電網無功補償的方法 ……………………………………12

1、隨機補償 ………………………………………………………12

2、隨器補償 ………………………………………………………13

3、跟蹤補償 ………………………………………………………13

七、無功補償容量的選擇方法 ………………………………………13

1、單負荷就地補償 ………………………………………………13

2、多負荷補償 ……………………………………………………14

八、無功補償的效益…………………………………………………14

1、節省企業電費開支 ……………………………………………14

2、提高設備的利用率 ……………………………………………14

3、降低系統的能耗………………………………………………15

4、改善電壓質量…………………………………………………15

5、增加變壓器容量 ………………………………………………15

九、結束語……………………………………………………………15

十、參考文獻 …………………………………………………………16

電力系統的無功優化、補償及

無功補償技術對低壓電網功率因數的影響

一 前言

隨著國民經濟的迅速發展，用電量的增加，電網的經濟運行日益受到重視。降低網損，提高電力系統輸電效率和電力系統運行的經濟性是電力系統運行部門面臨的實際問題，也是電力系統研究的主要方向之一。特別是隨著電力市場的實行，輸電公司（電網公司）通過有效的手段，降低網損，提高系統運行的經濟性，可給輸電公司帶來更高的效益和利潤。電力系統無功功率優化和無功功率補償是電力系統安全經濟運行研究的一個重要組成部分。通過對電力系統無功電源的合理配置和對無功負荷的最佳補償,不僅可以維持電壓水平和提高電力系統運行的穩定性, 而且可以降低有功網損和無功網損,使電力系統能夠安全經濟運行。

無功優化計算是在系統網絡結構和系統負荷給定的情況下，通過調節控制變量（發電機的無功出力和機端電壓水平、電容器組的安裝及投切和變壓器分接頭的調節）使系統在滿足各種約束條件下網損達到最小。通過無功優化不僅使全網電壓在額定值附近運行，而且能取得可觀的經濟效益，使電能質量、系統運行的安全性和經濟性完美的結合在一起，因而無功優化的前景十分廣闊。無功補償可看作是無功優化的一個子部分，即它通過調節電容器的安裝位置和電容器的容量，使系統在滿足各種約束條件下網損達到最小。

無功補償，就其概念而言早為人所知，它就是借助于無功補償設備提供必要的無功功率，以提高系統的功率因數，降低能耗，改善電網電壓質量。

無功補償的合理配置原則

從電力網無功功率消耗的基本狀況可以看出，各級網絡和輸配電設備都要消耗一定數量的無功功率，尤以低壓配電網所占比重最大。為了最大限度地減少無功功率的傳輸損耗，提高輸配電設備的效率，無功補償設備的配置，應按照“分級補償，就地平衡”的原則，合理布局。

(1)總體平衡與局部平衡相結合，以局部為主。(2)電力部門補償與用戶補償相結合。

在配電網絡中，用戶消耗的無功功率約占50%～60%，其余的無功功率消耗在配電網中。因此，為了減少無功功率在網絡中的輸送，要盡可能地實現就地補償，就地平衡，所以必須由電力部門和用戶共同進行補償。

(3)分散補償與集中補償相結合，以分散為主。

集中補償，是在變電所集中裝設較大容量的補償電容器。分散補償，指在配電網絡中分散的負荷區，如配電線路，配電變壓器和用戶的用電設備等進行的無功補償。集中補償，主要是補償主變壓器本身的無功損耗，以及減少變電所以上輸電線路的無功電力，從而降低供電網絡的無功損耗。但不能降低配電網絡的無功損耗。因為用戶需要的無功

通過變電所以下的配電線路向負荷端輸送。所以為了有效地降低線損，必須做到無功功率在哪里發生，就應在哪里補償。所以，中、低壓配電網應以分散補償為主。(4)降損與調壓相結合，以降損為主。

二

無功優化和補償的原則和類型

1、無功優化和補償的原則

在無功優化和無功補償中，首先要確定合適的補償點。無功負荷補償點一般按以下原則進行確定：

1)根據網絡結構的特點，選擇幾個中樞點以實現對其他節點電壓的控制； 2)根據無功就地平衡原則，選擇無功負荷較大的節點。 3)無功分層平衡，即避免不同電壓等級的無功相互流動，以提高系統運行的經濟性。4)網絡中無功補償度不應低于部頒標準0.7的規定。

2、無功優化和補償的類型

電力系統的無功補償不僅包括容性無功功率的補償而且包括感性無功功率的補償。在超高壓輸電線路中(500kV及以上)，由于線路的容性充電功率很大，據統計在500kV每公里的容性充電功率達1.2Mvar／km。這樣就必須對系統進行感性無功功率補償以抵消線路的容性功率。如實際上，電網在500kV的變電所都進行了感性無功補償，并聯了高壓電抗和低壓電抗，使無功在500kV電網平衡。

三

輸配電網絡的無功優化(閉式網)

電力系統的無功補償從優化方面可從兩個方面說起，即輸配電網絡(閉式網)和配電線路及用戶的無功優化和補償(開式網)。

1、無功優化的目標函數

參考文獻［3］中著名的等網損微增率定律指出，當全網網損微增率相等時，此時的網損最小。無功的補償點應設置在網損微增率較小的點(網損微增率通常為負值時進行無功補償)，這樣通過與最優網損微增率相結合進行反復迭代求解得到優化的最佳點。一方面，該方法沒有計及其它控制變量的調節作用，同時在實際運行中也不可能通過反復迭代使全網網損微增率相等，這樣做的計算量太大且費時。與此同時，國內外學者對無功優化進行了大量研究，提出了大量的無功優化的數學模型的優化算法。無功優化的數學模型主要有兩種，其一為不計無功補償設備的費用，以系統網損最小為主要目的。即優化狀態時無功優化的目標函數可用下式表達：



其二，以系統運行最優為目標函數，它計及了系統由于補償后減小的網損費用和添加補償設備的費用，可用下式表達：

式中，β為每度電價，τmax為年最大負荷損耗小時數，α、γ分別表示為無功補償設備折舊維護率和投資回收率，KC為單位無功補償設備的價格，QC∑為無功補償總容量。

模型二考慮了投資問題，可認為是一種比較理想的模型。特別是隨著電力市場的實行，各部門都追求經濟效益，顯然考慮了無功投資問題更合理一些。

2、優化算法

由于電力系統的非線性、約束的多樣性、連續變量和離散變量混合性和計算規模較大使電力系統的無功優化存在著一定的難度。將非線性無功優化模型線性化求解，是一些算法的出發點，如基于靈敏度分析的無功優化潮流、無功綜合優化的線性規劃內點法、帶懲罰項的無功優化潮流和內點法等等，以上均是通過將非線性規劃運用泰勒級數展開,忽略二階及以上的項,建立線性化模型求得優化解。這些方法由于在線性化的過程中，忽略了二階及以上的項，其計算的收斂性得不到保證。為了提高優化計算的收斂性，又提出了將罰函數的思想引入線性規劃,提出了帶懲罰項的無功優化潮流模型與算法，使依從變量的越限消除或減小到最低限度。但它不能從根本上結局線性化后的不收斂問題。

針對線性算法方法的不足，又提出了一些運用非線性算法，混合整數規劃、約束多面體法和非線性原-對偶算法等等。盡管這些方法能在理論上找到最優解，但由于無功優化本身的特性，使計算復雜、費時，且不能保證可靠收斂。

為了提高收斂性和非線性的對于無功優化中的離散變量(變壓器分接頭的調節，電容器組的投切)的處理，基于人工智能的新方法，相繼提出了遺傳算法，Tabu搜索法，啟發式算法，改進的遺傳算法，分布計算的遺傳算法和摸似退火算法等等，這些算法在一定的程度上提高了無功優化的收斂性和計算速度，并且有些方法已經投入實際應用并取得了較好的效果。

但在無功優化仍有以下一些問題需要解決：

1)由于無功優化是非線性問題，而非線性規劃常常收斂在局部最優解，如何求出其全局最優解仍需進一步研究和探討。

2)由于以網損為最小的目標函數，它本身是電壓平方的函數，在求解無功優化時，最終求得的解可能有不少母線電壓接近于電壓的上限，而在實際運行部門又不希望電壓

接近于上限運行。如果將電壓約束范圍變小，可能造成無功優化的不收斂或者要經過反復修正、迭代才能求出解(需人為的改變局部約束條件)。如何將電壓質量和經濟運行指標相統一仍需進一步研究。

3)無功優化的實時性問題。伴隨著電力系統自動化水平的提高，對無功優化的實時性提出了很高的要求，如何在很短的時間內避免不收斂，求出最優解仍需進一步研究。

四 配電線路上的無功補償及用戶的無功補償

1、配電線路上的無功補償

由于35kV、10kV及一些低壓配電線路的電阻相對較大，無功潮流在線路上流動時引起的功率損耗較大且電壓損耗較大，故其無功補償理論建立在其上。經典的線路補償理論認為電容器安裝的位置可見下表。

其原理可簡述如下：

當線路輸送的無功功率Q，線路長度L，每組補償距離為x時，每組補償容量為Qx

Qx=Qx／L

當認為電容器安裝在補償區間中心時，降低的線損最大。無功潮流圖可見圖1所示：

當

對任一組電容器安裝位置離末端的位置為： xi=L(2i-1)/(2n+1) 其最佳補償容量為：

nQx=2nQ／(2n+1) 這樣即可求得表1的數據。

對于配電線路的無功補償可有效降低網損，但它的效果不如在低壓側補償。這個結論是假定無功潮流是均勻分布的，如果線路上的無功潮流為非均勻分布的，得出的結論將不同；同時在線路上安裝電容器組時，其維護、操作比較不便，且也沒有考慮補償設備的投資問題。因此，建議采用下述方式。

2、用戶的無功補償

對于企業及大負荷用電單位，按照無功補償的種類又分為高壓集中補償、低壓集中補償和低壓就地補償。文獻［8］指出在補償容量相等的情況下，低壓就地補償減低的線損最大，因而經濟效益最佳。這是可以理解的。由于低壓就地補償了負荷的感性部分，使流經線路和變壓器上的無功電流大大減小，顯然此種方法所取得的經濟效益最佳。但是上述并沒有指出最佳補償容量應為多少?同時也沒有計及無功設備的投資。文獻［6］指出了對于開式網的最佳補償容量，三種常見的開式網可見圖2所示。

（1）放射式開式網的最佳無功補償

對于用戶或經配變出線的開式網絡，針對開式網的接線的最佳無功補償容量，參考文獻［6］進行了詳細的推導。其目標函數采用 了簡單的推導：

對于網絡為放射式網絡，此時網絡年計算支出費用與無功補償的關系可表達為：

由于主要研究的是無功功率對有功網損的影響，因此有功功率對網損的影響可不考慮，(4)式可簡化為下式：

在其余節點的補償QCn,op均于上式相同。（2）干線式和鏈式開式網的最佳無功補償

對于干線式及鏈式接線開式網，在 上述公式簡單明了，且將著名的等網損微增率和最優網損微增率結合在一起，通過計算公式一次性能得出最佳補償容量，避免了計算的迭代過程，具體算例可見參考文獻［3］例6-2，在6-2例中，求解最佳補償容量是通過求解5組方程，6次迭代所得，而利用上述的推導公式可一次性計算出。

五 影響功率因數的主要因素

功率因數的產生主要是因為交流用電設備在其工作過程中，除消耗有功功率外，還需要無功功率。當有功功率P一定時，如減少無功功率Q，則功率因數便能夠提高。在極端情況下，當Q=0時，則其力率=1。因此提高功率因數問題的實質就是減少用電設備的無功功率需要量。

1、異步電動機和電力變壓器是耗用無功功率的主要設備

異步電動機的定子與轉子間的氣隙是決定異步電動機需要較多無功的主要因素。而異步電動機所耗用的無功功率是由其空載時的無功功率和一定負載下無功功率增加值兩部分所組成。所以要改善異步電動機的功率因數就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。變壓器消耗無功的主要成份是它的空載無功功率，它和負載率的大小無關。因而，為了改善電力系統和企業的功率因數，變壓器不應空載運行或長其處于低負載運行狀態。

2、供電電壓超出規定范圍也會對功率因數造成很大的影響

當供電電壓高于額定值的10%時，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快，據有關資料統計，當供電電壓為額定值的110%時，一般工廠的無功將增加35%左右。當供電電壓低于額定值時，無功功率也相應減少而使它們的功率因數有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設備的正常工作。所以，應當采取措施使電力系統的供電電壓盡可能保持穩定。

3、電網頻率的波動也會對異步電機和變壓器的磁化無功功率造成一定的影響

以上論述了影響電力系統功率因數的一些主要因素，因此必須要尋求一些行之有效的、能夠使低壓電力網功率因數提高的一些實用方法，使低壓網能夠實現無功的就地平衡，達到降損節能的效果。

六 低壓配電網無功補償的方法

提高功率因數的主要方法是采用低壓無功補償技術，我們通常采用的方法主要有三種：隨機補償、隨器補償、跟蹤補償。

1、隨機補償

隨機補償就是將低壓電容器組與電動機并接，通過控制、保護裝置與電機，同時投切。隨機補償適用于補償電動機的無功消耗，以補勵磁無功為主，此種方式可較好地限制用電單位無功負荷。

隨機補償的優點是：用電設備運行時，無功補償投入，用電設備停運時，補償設備也退出，而且不需頻繁調整補償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活，維護簡單、事故率低等。

2、隨器補償

隨器補償是指將低壓電容器通過低壓保險接在配電變壓器二次側，以補償配電變壓器空載無功的補償方式。配變在輕載或空載時的無功負荷主要是變壓器的空載勵磁無功，配變空載無功是用電單位無功負荷的主要部分，對于輕負載的配變而言，這部分損耗占供電量的比例很大，從而導致電費單價的增加。

隨器補償的優點：接線簡單、維護管理方便、能有效地補償配變空載無功，限制農網無功基荷，使該部分無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低無功網損，具有較高的經濟性，是目前補償無功最有效的手段之一。

3、跟蹤補償

跟蹤補償是指以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，將低壓電容器組補償在大用戶0.4kv母線上的補償方式。適用于100kVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機、隨器兩種補償方式，補償效果好。

跟蹤補償的優點是運行方式靈活，運行維護工作量小，比前兩種補償方式壽命相對延長、運行更可靠。但缺點是控制保護裝置復雜、首期投資相對較大。但當這三種補償方式的經濟性接近時，應優先選用跟蹤補償方式。

七 無功功率補償容量的選擇方法

無功補償容量以提高功率因數為主要目的時，補償容量的選擇分兩大類討論，即單負荷就地補償容量的選擇（主要指電動機）和多負荷補償容量的選擇（指集中和局部分組補償）。

1、單負荷就地補償容量的選擇的幾種方法

（1）、美國資料推薦：Qc=(1/3)Pe [額定容量的1/3]（2）、日本方法：從電氣計算日文雜志中查到：1/4~1/2容量計算

考慮負載率及極對數等因素，按式（5）選取的補償容量，在任何負載情況下都不會出現過補償，而且功率因數可以補償到0.90以上。此法在節能技術上廣泛應用，對一般情況都可行，特別適用于Io/Ie比值較高的電動機和負載率較低的電動機。但是對于Io/Ie較低的電動機額定負載運行狀態下，其補償效果較差。

（3）、經驗系數法：由于電機極數不同，按極數大小確定經驗系數選擇容量 比較接近實際需要的電容器，采用這種方法一般在70%負荷時，補后功率因數可在0.95~0.97 之間

經驗系數表

電機類型 一般電機 起重電機 冶金電機 極數 2 4 6 8 10 8 10 補償容量（kvar/kw）0.2 0.2~0.25 0.25~0.3 0.35~0.4 0.5 0.6 0.75 電機容量大時選下限，小時選上限 ；電壓高時選下限，小時選上限4 Qc=P[√1/COS2φ1-1-√1/COS2φ2-1] 實際測試比較準確方法此法適用于任何一般感性負荷需要精確補償的就地補償容量的計算。

（4）、如果測試比較麻煩，可以按下式 Qc≤ √3UeIo×10-3(kvar)Io-空載電流=2Ie(1-COSφe)瑞典電氣公司推薦公式

Qo

若電動機帶額定負載運行，即負載率β=1,則：Qo 根據電機學知識可知，對于Io/Ie較低的電動機（少極、大功率電動機），在較高的負載率β時吸收的無功功率Qβ與激勵容量Qo的比值較高，即兩者相差較大，在考慮導線較長，無功經濟當量較高的大功率電動機以較高的負載率運行方式下，此式來選取是合理的。（5）、按電動機額定數據計算：

Q= k(1-cos2φe)3UeIe×10-3(kvar)K為與電動機極數有關的一個系數 極數： 2 4 6 8 10 K值： 0.7 0.8 0.85 0.9

2、多負荷補償容量的選擇

多負荷補償容量的選擇是根據補償前后的功率因數來確定。

（1）對已生產企業欲提高功率因數，其補償容量Qc按下式選擇： Qe=KmKj(tgφ1-tgφ2)/Tm

式中：Km為最大負荷月時有功功率消耗量，由有功電能表讀得；Kj為補償容量計算系數，可取0.8～0.9;Tm為企業的月工作小時數；tgφ

1、tgφ2意義同前，tgφ1由有功和無功電能表讀數求得。

（2）對處于設計階段的企業，無功補償容量Qc按下式選擇： Qc=KnPn(tgφ1-tgφ2)

式中Kn為年平均有功負荷系數，一般取0.7～0.75;Pn為企業有功功率之和；tgφ

1、tgφ2意義同前。tgφ1可根據企業負荷性質查手冊近似取值，也可用加權平均功率因數求得cosφ1。

多負荷的集中補償電容器安裝簡單，運行可靠、利用率較高。但電氣設備不連續運轉或輕負荷運行時，會造成過補償，使運行電壓抬高，電壓質量變壞。因此這種方法選擇的容量，對于低壓來說最好采用電容器組自動控制補償，即根據負荷大小自動投入無功補償容量的多少，對高壓來說應考慮采取防過補償措施。

八 無功補償的效益

在現代用電企業中，在數量眾多、容量大小不等的感性設備連接于電力系統中，以致電網傳輸功率除有功功率外，還需無功功率。如自然平均功率因數在0.70～0.85之間。企業消耗電網的無功功率約占消耗有功功率的60%～90%,如果把功率因數提高到0.95左右，則無功消耗只占有功消耗的30%左右。由于減少了電網無功功率的輸入，會給用電企業帶來效益。

1、節省企業電費開支

提高功率因數對企業的直接經濟效益是明顯的，因為國家電價制度中，從合理利用有限電能出發，對不同企業的功率因數規定了要求達到的不同數值，低于規定的數值，需要多收電費，高于規定數值，可相應地減少電費。可見，提高功率因數對企業有著重要的經濟意義。

2、提高設備的利用率

對于原有供電設備來講，在同樣有功功率下，因功率因數的提高，負荷電流減少，因此向負荷傳送功率所經過的變壓器、開關和導線等供配電設備都增加了功率儲備，從而滿足了負荷增長的需要；如果原網絡已趨于過載，由于功率因數的提高，輸送無功電

流的減少，使系統不致于過載運行，從而發揮原有設備的潛力；對尚處于設計階段的新建企業來說則能降低設備容量，減少投資費用，在一定條件下，改善后的功率因數可以使所選變壓器容量降低。因此，使用無功補償不但減少初次投資費用，而且減少了運行后的基本電費。

3、降低系統的能耗

補償前后線路傳送的有功功率不變，P= IUCOSφ，由于COSφ提高，補償后的電壓U2稍大于補償前電壓U1,為分析問題方便，可認為U2≈U1從而導出I1COSφ1=I2COSφ2。即I1/I2= COSφ2/ COSφ1,這樣線損 P減少的百分數為：

ΔP%=(1-I22/I12)×100%=（1-COS2φ1/ COS2φ2）× 100%

當功率因數從0.70～0.85提高到0.95時，由(2)式可求得有功損耗將降低20%～45%。

4、改善電壓質量

以線路末端只有一個集中負荷為例，假設線路電阻和電抗為R、X,有功和無功為P、Q,則電壓損失ΔU為：

△U=（PR+QX）/Ue×10-3(KV)兩部分損失：PR/ Ue→輸送有功負荷P產生的；QX/Ue→輸送無功負荷Q產生的；

配電線路：X=（2~4）R，△U大部分為輸送無功負荷Q產生的

變壓器：X=（5~10）R QX/Ue=(5~10)PR/ Ue 變壓器△U幾乎全為輸送無功負荷Q產生的

可以看出，若減少無功功率Q,則有利于線路末端電壓的穩定，有利于大電動機的起動。因此，無功補償能改善電壓質量（一般電壓穩定不宜超過3%）。但是如果只追求改善電壓質量來裝設電容器是很不經濟的，對于無功補償應用的主要目的是改善功率因數，減少線損，調壓只是一個輔助作用。

5、增加變壓器容量

三相異步電動機通過就地補償后，由于電流的下降，功率因數的提高，從而增加了變壓器的容量，計算公式如下：

△S=P/ COSφ1×[（COSφ 2/ COSφ1）-1] 如一臺額定功率為155KW水泵的電機，補前功率因數為0.857，補償后功率因數為0.967，根據上面公式計算其增容量為：

（155÷0.857）×[（0.967 ÷0.857）-1]=24KVA

九 結束語

電力系統的無功優化和無功補償需要比較精確的負荷數據、發電機數據、變壓器參數等等。同時在電力系統的實際運行中，電力系統的狀態是連續變化的，因此無功優化和無功補償應根據實際情況靈活運用。隨著調度自動化、配網自動化和無人變電站的進一步實現，需要計算快，收斂性良好的算法，同時伴隨著電力市場的實行，無功定價理論的逐漸成熟，無功優化的理論也將相應改變并進一步完善。

文中集中探討了無功補償技術對用電單位的低壓配電網的影響以及提高功率因數所帶來的經濟效益和社會效益，介紹了影響功率因數的主要因素和提高功率因數的方法，討論了如何確定無功功率的補償容量，確保補償技術經濟、合理、安全可靠，達到節約電能的目的。

十 參考文獻

1、靳龍章、丁毓山著：《電網無功補償實用技術》，中國水利水電出版社，1997年

2、孫成寶、李廣澤著：《配電網實用技術》，中國水利水電出版社，1997年

3、陳珩著：《電力系統穩態分析》，水利電力出版社，1995年

4、徐先勇、王正風著：《電力系統無功功率負荷的最佳補償容量》，華東電力，1999年

第四篇：電網建設中的無功補償

電網建設中的無功補償

1功率因數和無功功率補償的基本概念

1.1功率因數：電網中的電氣設備如電動機變壓器等屬于既有電感又有電阻的電感性負載，電感性負載的電壓和電流的相量間存在著一個相位差，相位角的余弦cosφ即是功率因數，它是有功功率與視在功率之比即cosφ＝P/S。功率因數是反映電力用戶用電設備合理使用狀況、電能利用程度及用電管理水平的一個重要指標。

1.2無功功率補償：把具有容性功率的裝置與感性負荷聯接在同一電路，當容性裝置釋放能量時，感性負荷吸收能量，而感性負荷釋放能量時，容性裝置卻在吸收能量，能量在相互轉換，感性負荷所吸收的無功功率可由容性裝置輸出的無功功率中得到補償。

2無功補償的目的與效果

2.1補償無功功率，提高功率因數

2.2提高設備的供電能力

由P＝S·cosφ可看出，當設備的視在功率S一定時，如果功率因數cosφ提高，上式中的P也隨之增大，電氣設備的有功出力也就提高了。

2.3降低電網中的功率損耗和電能損失

由公式I＝P/（·U·cosφ)可知當有功功率P為定值時，負荷電流I與cosφ成反比，安裝無功補償裝置后，功率因數提高，使線路中的電流減小，從而使功率損耗降低：ΔP＝I2R，降低電網中的功率損耗是安裝無功補償設備的主要目的。

2.4改善電壓質量

在線路中電壓損失ΔU的計算公式如下：

ΔU＝

×10

-3

式中

ΔU——線路中的電壓損失

kV

P——有功功率MW

Q——無功功率Mvar

Ue——額定電壓kV

R——線路總電阻Ω

XL——線路感抗Ω

由上式可見，當線路中的無功功率Q減少以后，電壓損失ΔU也就減少了。

2.5減少用戶電費開支，降低生產成本。

2.6減小設備容量，節省投資。

3無功補償容量的選擇

3.1按提高功率因數值確定補償容量Q

c

Qc＝P[

]（kvar）

式中P——最大負荷月的平均有功功率kW

cosφ１cosφ2——補償前后功率因數值

例如：某加工廠最大負荷月的平均有功功率為300kW，功率因數cosφ＝0.6，擬將功率因數提高到0.9，則所選的電容器容量為：

QC=300×[

]=300×（1．33—0．48）=255

（kvar）

3.2按提高電壓值確定補償容量QC

QC=

（kvar）

式中

ΔU——需要提高的電壓值V

U——需要提高的電壓值V

U2——需要達到的電壓值kV

X——線路電抗Ω

3.3按感應電動機空載電流值確定補償容量

電動機的無功補償一般采用就地補償方式，電容器隨電動機的運行和停止投退，容量以不超過電動機空載時的無功損耗為宜，計算公式：

QC≤

Ue

I0

(kvar)

式中

Ue——電動機額定電壓kV

IO——電動機空載電流可用鉗形電流表測出，若粗略估算，也可用下式：

QC＝(1/4～1/2)Pn

式中

Pn——電動機額定功率kW

3.4按配電變壓器容量確定補償容量

配電變壓器低壓側安裝電容器時，應考慮以下原則：在輕負荷時，防止向10kV配電網倒送無功；取得最大的節能效果，根據配變容量按下式計算：

QC＝(0.10～0.15)Sn(kvar)

Sn——配變容量kVA

總之，無功補償設備的配置，應按照“全面規劃，合理布局，分級補償，就地平衡”的原則，要把降損與調壓相結合，以降損為主；又要把集中補償與分散補償相結合，以分散補償為主；同時，供電部門補償與用戶補償相結合，以就地平衡為主，共同搞好無功補償的配置和管理，從而取得無功補償的最大經濟效益。

[摘要]

對廣大供電企業來說，用戶功率因數的高低，直接關系到電力網中的功率損耗和電能損耗，關系到供電線路的電壓損失和電壓波動，而且關系到節約用電和整個供電區域的供電質量，這是眾所周知的道理。因此，提高電力系統的功率因數，已成為電力工業中一個重要課題，而提高電力系統的功率因數，首先就要提高各用戶的功率因數。文中簡要集中探討了影響電網功率因數的主要因素以及低壓無功補償的幾種使用方法，以及確定無功補償容量從而提高電力系統功率因數的一般方法。

[關鍵詞]

功率因數

影響因素

補償方法

容量確定

許多用電設備均是根據電磁感應原理工作的，如配電變壓器、電動機等，它們都是依靠建立交變磁場才能進行能量的轉換和傳遞。為建立交變磁場和感應磁通而需要的電功率稱為無功功率，因此，所謂的“無功“并不是“無用“的電功率，只不過它的功率并不轉化為機械能、熱能而已；因此在供用電系統中除了需要有功電源外，還需要無功電源，兩者缺一不可。

在功率三角形中，有功功率P與視在功率S的比值，稱為功率因數COSφ，其計算公式為：

COSφ=P/S=P/（P2+Q2）1/2

在電力網的運行中，功率因數反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度，我們希望的是功率因數越大越好。這樣電路中的無功功率可以降到最小，視在功率將大部分用來供給有功功率，從而提高電能輸送的功率。

用戶功率因數的高低，對于電力系統發、供、用電設備的充分利用，有著顯著的影響。適當提高用戶的功率因數，不但可以充分的發揮發、供電設備的生產能力、減少線路損失、改善電壓質量，而且可以提高用戶用電設備的工作效率和為用戶本身節約電能。因此，對于全國廣大供電企業、特別是對現階段全國性的一些改造后的農村電網來說，若能有效的搞好低壓補償，不但可以減輕上一級電網補償的壓力，改善提高用戶功率因數，而且能夠有效地降低電能損失，減少用戶電費。其社會效益及經濟效益都會是非常顯著的。

影響功率因數的主要因素

1.1

電感性設備和電力變壓器是耗用無功功率的主要設備

大量的電感性設備，如異步電動機、感應電爐、交流電焊機等設備是無功功率的主要消耗者。據有關的統計，在工礦企業所消耗的全部無功功率中，異步電動機的無功消耗占了60％～70％；而在異步電動機空載時所消耗的無功又占到電動機總無功消耗的60％～70％。所以要改善異步電動機的功率因數就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。電力變壓器消耗的無功功率一般約為其額定容量的10％～15％，它的空載無功功率約為滿載時的1/3。因而，為了改善電力系統和企業的功率因數，變壓器不應空載運行或長期處于低負載運行狀態。

1.2

供電電壓超出規定范圍也會對功率因數造成很大影響

當供電電壓高于額定值的10%時，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長得很快，據有關資料統計，當供電電壓為額定值的110％時，一般無功將增加35％左右。當供電電壓低于額定值時，無功功率也相應減少而使它們的功率因數有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設備的正常工作。所以，應當采取措施使電力系統的供電電壓盡可能保持穩定。

1.3

電網頻率的波動也會對異步電動機和變壓器的磁化無功功率造成一定的影響

綜上所述，我們知道了影響電力系統功率因數的一些主要因素，因此我們要尋求一些行之有效的、能夠使低壓電力網功率因數提高的一些實用方法，使低壓網能夠實現無功的就地平衡，達到降損節能的效果。

低壓網的無功補償

2.1

低壓網無功補償的一般方法

低壓無功補償我們通常采用的方法主要有三種：隨機補償、隨器補償和跟蹤補償。下面簡單介紹這三種補償方式的適用范圍及使用該種補償方式的優缺點。

2.1.1

隨機補償

隨機補償就是根據個別用電設備對無功的需要量將單臺或多臺低壓電容器組分散地與用電設備并接，它與用電設備共用一套斷路器。通過控制、保護裝置與電機同時投切。隨機補償適用于補償個別大容量且連續運行(如大中型異步電動機)的無功消耗，以補勵磁無功為主。此種方式可較好地限制農網無功峰荷。

隨機補償的優點是：用電設備運行時，無功補償投入，用電設備停運時，補償設備也退出，不會造成無功倒送，而且不需頻繁調整補償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護簡單、事故率低等優點。

2.1.2

隨器補償

隨器補償是指將低壓電容器通過低壓開關接在配電變壓器二次側，以無功補償配電變壓器空載無功的補償方式。配變在輕載或空載時的無功負荷主要是變壓器的空載勵磁無功，配變空載無功是農網無功負荷的主要部分，對于輕負載的配變而言，這部分損耗占供電量的比例很大，從而導致電費單價的增加，不利于電費的同網同價。

隨器補償的優點：接線簡單、維護管理方便、能有效地補償配變空載無功，限制農網無功基荷，使該部分無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低無功網損，具有較高的經濟性，是目前無功補償中常用的手段之一。

2.1.3

跟蹤補償

跟蹤補償是指以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，將低壓電容器組補償在大用戶0.4KV母線上的補償方式。適用于100KVA以上的專用配電用戶，可以替代隨機、隨器兩種補償方式，補償效果好。

跟蹤補償的優點是運行方式靈活，運行維護工作量小，比前兩種補償方式壽命相對延長、運行更可靠。但缺點是控制保護裝置復雜、首期投資相對較大。但當這三種補償方式的經濟性接近時，應優先選用跟蹤補償方式。

2.2

采用適當措施，設法提高系統自然功率因數

提高自然功率因數是不需要任何補償設備投資，僅采取各種管理上或技術上的手段來減少各種用電設備所消耗的無功功率，這是一種最經濟的提高功率因數的方法。下面將對提高自然功率因數的措施做一些簡要的介紹。

2.2.1合理選用電動機

合理選擇電動機，使其盡可能在高負荷率狀態下運行。在選擇電動機時，既要注意它們的機械特性，又要考慮它們的電氣指標。舉例說，三相異步電動機（100KW）在空載時功率因數僅為0.11，1/2負載時約為0.72，而滿負載時可達0.86。所以核算負荷小于40%的感應電動機，應換以較小容量的電動機，并合理安排和調整工藝流程，改善運行方式，限制空載運轉。故從節約電能和提高功率因數的觀點出發，必須正確合理的選擇電動機的容量。

2.2.2

提高異步電動機的檢修質量

實驗表明，異步電動機定子繞組匝數變動和電動機定、轉子間的氣隙變動是對異步電動機無功功率的大小有很大影響。因此檢修時要特別注意不使電動機的氣隙增大，以免使功率因數降低。

2.2.3

采用同步電動機或異步電動機同步運行補償

由電機原理可知，同步電動機消耗的有功功率取決于電動機上所帶機械負荷的大小，而無功取決于轉子中的勵磁電流大小，在欠激狀態時，定子繞組向電網“吸取”無功，在過激狀態時，定子繞組向電網“送出”無功。因此，只要調節電機的勵磁電流，使其處于過激狀態，就可以使同步電機向電網“送出”無功功率，減少電網輸送給工礦企業的無功功率，從而提高了工礦企業的功率因數。異步電動機同步運行就是將異步電動機三相轉子繞組適當連接并通入直流勵磁電流，使其呈同步電動機運行狀態，這就是“異步電動機同步化”。因而只要調節電機的直流勵磁電流，使其呈過激狀態，即可以向電網輸出無功，從而達到提高低壓網功率因數的目的。

2.2.4

正確選擇變壓器容量提高運行效益

對于負載率比較低的變壓器，一般采取“撤、換、并、停”等方法，使其負載率提高到最佳值，從而改善電網的自然功率因數。如：對平均負荷小于30%的變壓器宜從電網上斷開，通過聯絡線提高負荷率。

通過以上一些提高加權平均功率因數和自然功率因數的敘述，或許我們已經對“功率因數”這個簡單的電力術語有了更深的了解和認識。知道了功率因數的提高對電力企業的深遠影響，下面我們將簡單介紹對用電設備進行人工補償的方式和對補償容量的確定方法。

功率因數的人工補償

功率因數是工廠電氣設備使用狀況和利用程度的具有代表性的重要指標，也是保證電網安全、經濟運行的一項主要指標。供電企業僅僅依靠提高自然功率因數的辦法已經不能滿足工廠對功率因數的要求，工廠自身還需要裝設補償裝置，對功率因數進行人工補償。

3.1

靜電電容器補償

靜電電容器既電力電容器。利用電容器進行補償，具有投資省、有功功率損耗小、運行維護方便、故障范圍小等優點。但當通風不良、運行溫度過高時，油介質電容器易發生漏油、鼓肚、爆炸等故障。因此，建議使用粉狀介質電容器。

當企業感性負載比較多時，它們從供電系統吸取的無功是滯后（負值）功率，如果用一組電容器和感性負載并聯，電容需要的無功功率是超前（正值）功率，如果電容器選的合適，令Qc+Ql=0，這時企業已不需要向供電系統吸取無功功率，功率因數為1，達到最佳值。

3.1.1

電容器補償容量的確定

電力電容器的補償容量Qc可按下式計算：

Qc=α·Pjs（tgφ1-tgφ2）

式中

Pjs——最大有功計算負荷，KW

tgφ1、tgφ2——補償前、后功率因數角的正切值

α——平均負荷系數，一般取0.7～1，視Pjs的計算情況而定。如果在計算時已采用了較小系數值，α可取1。

某些已進行生產的工礦企業，可由下式確定其有功電能消耗量：

Ap=Pjs·Tmax·p

(KW·H)

式中

Ap——有功電能消耗量

Pjs——有功計算負荷

Tmax·p——最大有功計算負荷年利用小時數

3.1.2

并聯補償移相電容器，應滿足以下電壓和容量的要求

Ue·c≥Ug·c

nQg·c≥Qc

式中

Ue·c——電容器的額定電壓（KV）

Ug·c——電容器的工作電壓（KV）

n——并聯的電容器總數

Qg·c——電容器的工作容量（Kvar）

Qc——電容器的補償容量（Kvar）

3.2

動態無功功率補償

動態無功功率補償一般應用于用電容量大、生產過程其負載急劇變化且具有重復沖擊性的大型鋼鐵企業。這種波動頻繁、急劇、幅值很大的動態無功功率，采用調相機或固定電容器進行補償已遠遠滿足不了要求，目前一般采用的新型動態無功功率補償設備是靜止無功補償器。它具有穩定系統電壓、改善電網運行性能、動態補償反應迅速、調節性能優越等優點。但最明顯的缺點是投資大、設備體積大、占地面積大。

3.3

分相補償

在民用建筑中大量使用的是單相負荷，照明、空調等由于負荷變化的隨機性大，容易造成三相負載的嚴重不平衡，尤其是住宅樓在運行中三相不平衡更為嚴重。由于調節補償無功功率的采樣信號取自三相中的任意一相，造成未檢測的兩相要么過補償，要么欠補償。如果過補償，則過補償相的電壓升高，造成控制、保護元件等用電設備因過電壓而損壞；如果欠補償，則補償相的回路電流增大，線路及斷路器等設備由于電流的增加而導致發熱被燒壞。這種情況下用傳統的三相無功補償方式，不但不節能，反而浪費資源，難以對系統的無功補償進行有效補償，補償過程中所產生的過、欠補償等弊端更是對整個電網的正常運行帶來了嚴重的危害。

據有關資料介紹，某地綜合樓是集商場、銀行、辦公、車庫、賓館為一體的一類高層建筑，總建筑面積3.2萬m2。主要用電設備有空調機組、水泵、風機及照明燈具等，其中照明燈具均為單相負荷，功率因數在0.45～0.75之間。低壓有功計算負荷2815KW，其中，照明用電有功負荷1086.5KW，其它負荷基本為空調、風機、水泵、電梯等三相負荷。補償前無功功率31872Kvar，若整體功率因數補償到0.92，需補償1982Kvar，補償后無功功率1200Kvar。原設計采用低壓配電室并聯電容器組三相集中自動補償，工程竣工投入使用后，經常出現儀器、燈具等用電設備燒壞或不能正常使用等情況，影響正常經營和工作。經現場測試，發現低壓饋線回路三相負荷不平衡，差距很大，電流差異大，最大相電流差為900A；檢測母線電壓，三相母線電壓有的高達260V，有的低到190V。通過分析是三相電容自動補償造成的結果。

對于三相不平衡及單相配電系統采用分相電容自動補償是解決上述問題的一種較好的辦法，其原理是通過調節無功功率參數的信號取自三相中的每一相，根據每相感性負載的大小和功率因數的高低進行相應的補償，對其它相不產生相互影響，故不會產生欠補償和過補償的情況。

結束語

文中淺談了功率因數對廣大供電企業的影響以及提高功率因數所帶來的經濟效益和社會效益，介紹了影響功率因數的主要因素以及提高功率因數的一般方法，還闡述了如何確定無功功率的補償容量及無功功率的三種人工補償的具體方式。

1　無功功率

在交流電路中，由電源供給負載的電功率有兩種；一種是有功功率，一種是無功功率。

有功功率是保持用電設備正常運行所需的電功率，也就是將電能轉換為其他形式能量(機械能、光能、熱能)的電功率。比如：5.5千瓦的電動機就是把5.5千瓦的電能轉換為機械能，帶動水泵抽水或脫粒機脫粒；各種照明設備將電能轉換為光能，供人們生活和工作照明。有功功率的符號用P表示，單位有瓦(W)、千瓦(kW)、兆瓦(MW)。

無功功率比較抽象，它是用于電路內電場與磁場的交換，并用來在電氣設備中建立和維持磁場的電功率。它不對外作功，而是轉變為其他形式的能量。凡是有電磁線圈的電氣設備，要建立磁場，就要消耗無功功率。比如40瓦的日光燈，除需40多瓦有功功率(鎮流器也需消耗一部分有功功率)來發光外，還需80乏左右的無功功率供鎮流器的線圈建立交變磁場用。由于它不對外做功，才被稱之為“無功”。無功功率的符號用Q表示，單位為乏(Var)或千乏(kVar)。

無功功率決不是無用功率，它的用處很大。電動機需要建立和維持旋轉磁場，使轉子轉動，從而帶動機械運動，電動機的轉子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的。變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產生磁場，在二次線圈感應出電壓。因此，沒有無功功率，電動機就不會轉動，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會吸合。為了形象地說明這個問題，現舉一個例子：農村修水利需要開挖土方運土，運土時用竹筐裝滿土，挑走的土好比是有功功率，挑空竹筐就好比是無功功率，竹筐并不是沒用，沒有竹筐泥土怎么運到堤上呢?

在正常情況下，用電設備不但要從電源取得有功功率，同時還需要從電源取得無功功率。如果電網中的無功功率供不應求，用電設備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場，那么，這些用電設備就不能維持在額定情況下工作，用電設備的端電壓就要下降，從而影響用電設備的正常運行。

無功功率對供、用電產生一定的不良影響，主要表現在：

(1)降低發電機有功功率的輸出。

(2)降低輸、變電設備的供電能力。

(3)造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加。

(4)造成低功率因數運行和電壓下降，使電氣設備容量得不到充分發揮。

從發電機和高壓輸電線供給的無功功率，遠遠滿足不了負荷的需要，所以在電網中要設置一些無功補償裝置來補充無功功率，以保證用戶對無功功率的需要，這樣用電設備才能在額定電壓下工作。這就是電網需要裝設無功補償裝置的道理。

2　功率因數

電網中的電力負荷如電動機、變壓器等，屬于既有電阻又有電感的電感性負載。電感性負載的電壓和電流的相量間存在著一個相位差，通常用相位角φ的余弦cosφ來表示。cosφ稱為功率因數，又叫力率。功率因數是反映電力用戶用電設備合理使用狀況、電能利用程度和用電管理水平的一項重要指標。三相功率因數的計算公式為：

式中cosφ——功率因數；

P——有功功率，kW；

Q——無功功率,kVar；

S——視在功率,kV。A；

U——用電設備的額定電壓,V；

I——用電設備的運行電流,A。

功率因數分為自然功率因數、瞬時功率因數和加權平均功率因數。

(1)自然功率因數：是指用電設備沒有安裝無功補償設備時的功率因數，或者說用電設備本身所具有的功率因數。自然功率因數的高低主要取決于用電設備的負荷性質，電阻性負荷(白熾燈、電阻爐)的功率因數較高，等于1，而電感性負荷(電動機、電焊機)的功率因數比較低，都小于1。

(2)瞬時功率因數：是指在某一瞬間由功率因數表讀出的功率因數。瞬時功率因數是隨著用電設備的類型、負荷的大小和電壓的高低而時刻在變化。

(3)加權平均功率因數：是指在一定時間段內功率因數的平均值，其計算公式為：

提高功率因數的方法有兩種，一種是改善自然功率因數，另一種是安裝人工補償裝置。

第五篇：2014年中國無功補償裝置行業發展技術分析

2014年中國無功補償裝置行業發展技術分析

智研數據研究中心網訊：

內容提要：研制開發兼有無功補償與電力濾波器雙重優點的晶閘管開關濾波器，將成為改善系統功率因數、抑制諧波、穩定系統電壓、改善電能質量的有效手段。

隨著電力電子技術，特別是大功率可關斷器件技術的發展和日益完善，國內外還在研制、開發一種更為先進的靜止無功補償裝置靜止無功功率發生裝置（SVG），雖然它們尚處在開發及試運行階段，目前尚未形成商品化，但SVG憑借著其優越的性能特點，在電力系統中的應用將越來越廣泛。

隨著電力電子技術的發展和電力電子產品的推廣應用，供電系統或負荷中含有大量諧波。

煤礦工業是我國目前最主要的能源行業。由于井下機械化設備不斷增加，已成為工業系統耗能大戶，電力消耗在煤礦生產成本中占有很大比例。

隨著煤炭產量增加，巷道延伸，負荷增加，井下電能損耗相當嚴重，這種狀況在全國煤炭系統帶有普遍性，而且大部分礦井沒有采取任何節電措施。目前煤礦井下大量使用變頻設備、整流設備，以及廣泛應用電力電子設備，這些電器設備產生諧波電流、諧波電壓，正在嚴重污染井下電網。

針對煤炭行業的電力負荷特點，國內外對動態無功補償技術都進行研究，主要類型分為如下幾種：

1、靜止型動態無功補償裝置（SVC）。

該裝置為晶閘管控制電抗器+濾波裝置（TCR+FC）方式或者晶閘管投切電容器（TSC）。其功能具有平滑調節無功補償容量、系統響應速度快，并能綜合治理諧波，普遍應用在煤礦系統、冶金行業、電力系統和電氣化鐵路等。

2、磁閥式補償方式。

裝置由補償電容器和并聯可調電抗器組成，通過高阻抗電抗器磁通的調節，使其與并聯電容器中多余的容性無功容量平衡。這是自飽和電抗器補償方式的一種變型產品，因其損耗大，運行成本高，調節速度慢，補償范圍有一定的限制，屬于淘汰技術。

3、分組投切電容器方式。

真空接觸器（或斷路器）投切方式，投切時開關觸頭間會產生電弧，因電容回路的通斷過程中會產生較高的操作過電壓和沖擊電流。所以往往在回路中串聯電抗器來抑制投切涌流，并能治理相應諧波。原理簡單，成本低是其特點。