无功功率补偿十篇

无功功率补偿篇1

关键词无功功率功率因数无功功率补偿

Abstract: This paper introduces the wattless power concept and wattless power compensation of circuit loss, power supply quality and the influence of three kinds of wattless power compensation methods as well as their advantages and disadvantages.

Keywords: wattless power; power factor; wattless power compensation;

中图分类号：U223.5+3 文献标识码：A 文章编号:

电网中的电力设备大多是根据电磁感应原理工作的，它们在能量转换过程中建立交变的磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等。电源能量在通过纯电感或纯电容电路时并没有能量消耗，仅在负荷与电源之间往复交换，由于这种交换功率不对外做功，因此称为无功功率。如电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的，这种功并不直接对外做功，但是缺少了这种无功功率，电动机就转不起来了。

无功功率主要在感性元件和容性无件中产生。电感线圈是贮藏磁场能量的元件，当线圈加上交流电压后，电压交变时，相应的磁场能量也随着变化。当电压增大，电流及磁场能量也就相应加强，此时线圈的磁场能量就将外电源供给的能量以磁场能量形式贮藏起来；当电流减小和磁场能量减弱时，线圈把磁场能量释放并输回到外面电路中。电容器是贮藏电场能量的元件，当电容器加上交流电压后，电压交变时，相应的电场能量也随着变化。当电压增大，电流及电场能量也就相应加强，此时电容器的电场能量就将外电源供给的能量以电场能量形式贮藏起来；当电压减小和电场能量减弱时，电容器把电场能量释放并输回到外面电路中。两种能量的往复转换并不消耗能量，只产生无功功率。

实际供电系统中的电力负荷并不是纯感性或纯容性的，是既有电感或电容、又有电阻的负载。这种负载的电压和电流的相量之间存在着一定的相位差，相位角的余弦cosφ称为功率因数。功率因数公式如下：

其中S为视在功率，P为有功功率，Q为无功功率。它们之间的关系如下图所示：

由式cosφ=P/S可知，在一定的有功功率下，功率因数cosφ越小，所需的视在功率和无功功率越大。为满足用电的要求，供电线路和变压器的容量就需要增加。这样，不仅要增加供电投资、降低设备利用率，也将增加线路损耗 。为了提高电网的经济运行效率，必须人为的补偿容性无功或感性无功来抵消线路的无功功率，使视在功率大部分用在有功功率，提高电能的利用效率。合理的无功补偿往往能提高供配电的电压质量，降低电能输送线路的损耗，提高经济效益。

无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率损耗、稳定电压和提高供电质量，在长距离输电中提高输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率。安装并联电容器进行无功补偿，可限制无功功率在电网中的传输，相应减少线路的电压损耗，提高配电网的电压质量。其主要作用体现在以下几方面：

1、提高电压质量

把线路中电流分为有功电流Ia和无功电流Ir，则线路中的电压损失:

式中： P—有功功率，Q—无功功率，U—额定电压，R—线路总电阻，Xl—线路感抗

因此，若保持有功功率不变，而R、Xl均为定值，提高功率因数后可减少线路上传输的无功功率Q，无功功率Q越小，电压损失越小，从而提高电压质量。

2．提高变压器的利用率，减少投资

功率因数由cosφ1提高到cosφ2提高变压器有用功利用率为：

由此可见，补偿后变压器的利用率比补偿前提高ΔP%，可以带更多的负荷，减少了输变电设备的投资。

3．减少用户电费支出

（1）可避免因功率因数低于规定值而受罚。

（2）可减少用户内部因传输和分配无功功率造成的有功功率损耗，电费可相应降低。

4．提高电力网传输能力

有功功率与视在功率的关系式为： P=Scosφ，

可见，在传输一定有功功率的条件下，功率因数越高，需要电网传输的功率越小。

无功功率补偿通常采用以下3种方法：低压用电设备就地补偿、低压配电房分散补偿、高压配电房集中补偿。下面简单介绍3种补偿方式的适用范围及优缺点。

1、低压用电设备就地补偿

低压用电设备就地补偿，就是针对用电设备对无功的需要量将单台或多台用电设备对应补偿，采用低压电容器组分散地与用电设备并接，采用无功功率自动补偿组件或自动补偿柜，通过无功功率自动补偿表、复合开关、低压电容器组自动补偿。

低压配电个别补偿的优点是：用电设备运行时，无功补偿自动投入，并随着用电设备负载的变化，自动调整补偿量；用电设备停运时，补偿设备也退出，因此不会造成无功倒送。装设在异步电动机或电感性用电设备附近，就地进行补偿。这种方式既能提高用电设备供电回路的功率因数，又能改变用电设备的电压质量。同时，低压个别补偿还具有投资少、占地面积小、安装容易、配置方便灵活、维护简单等优点。但这种方法用在非连续运转设备时，电容利用率低，不能充分发挥其补偿效益。

2、低压配电房分散补偿

分散补偿：装设在功率因数较低的车间或村镇终端变、配电所的低压母线上。将低压无功功率自动补偿柜组通过低压开关并接在配电变压器低压母线侧，以无功补偿自动投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功负荷变化，直接调控电容器的投切量。电容器的投切是整组进行，做不到平滑的调节。由于采用新技术的低压无功补偿装置，集电网监测与无功补偿于一体，不但可以补偿电网中的无功损耗，提高功率因数，降低线损，还能提高电网的负载能力和供电质量；同时还能够实时监测电网的三相电压、电流、功率因数等运行数据。

分散补偿的优点是：接线简单、运行维护工作量小，使无功就地平衡，从而提高配变电利用率，降低网损，具有较高的经济性，是目前无功偿中常用的手段之一。

3、高压配电房集中补偿

高压集中补偿是指将并联电容器组直接安装在企业或地方总变电所6~35KV母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端，用户本身又有一定的高压负荷时，可以减少对电力系统无功的消耗，并可以起到一定的补偿作用；补偿装置根据负荷的大小自动投切，从而提高了用户的功率因数，避免功率因数降低导致电费的增加。同时，可减少高压线路的无功损耗，提高本变电所的供电电压质量。

随着市场经济及科学技术的发展，工厂的自动化程度越来越高，越来越多的电机、中高频加热设备等被应用到各种场合，这些感性负载的使用使得功率因数大为下降。为了提高供电质量，减少不必要的线损，为企业节能降耗，降低成本提高经济效益，合理的选用无功补偿是非常必要的。

无功功率补偿篇2

【关键词】无功功率；补偿；配电网

1.前言

随着国民经济的高速发展和人民生活水平的提高，人们对电力的需求日益增长，同时对供电的可靠性和供电质量提出了更高的要求。由于电网负荷的不断增加，不但改变了电力系统的网络结构和电源分布，而且造成系统的无功分布不尽合理，甚至可能出现局部地区无功严重不足、电压水平普遍较低的情况。电力系统无功分布是否合理，不仅关系到电力系统向用户提供电能质量的优劣，而且还直接影响电网自身运行的安全性和经济性。这在与用户直接相关的配电网中显得尤为重要。若无功电源容量不足，系统运行电压将难以保证。由于电网容量的增加，对电网无功要求也与日增加。此外，网络的功率因数和电压的降低将使电气设备得不到充分利用，降低了网络传输能力，并引起损耗增加。因此，解决好配电网络无功补偿的问题，对电网的安全性和降损节能有着重要的意义。

2.无功功率补偿的定义和原理

无功补偿是指在电网感性负荷中安装并联电容器等容性设备，以补偿感性负荷引起的无功功率，从而减少无功功率在电网中的流动，提高功率因数，改善供电质量。在交流电路中，纯电阻元件中负载电流与电压同相位，纯电感负载中电流滞后电压90°，纯电容负载中电流超前电压90°。也就是说纯电容中电流与纯电感中的电流相位差为180°，可以相互抵消，即当电源向外供电时，感性负载向外释放的能量在两种负荷间相互交换，感性负荷所需要的无功功率就可由容性负荷输出的无功功率中得到补偿，实现了无功功率就地解决，达到补偿的目的。

3.无功补偿的方式

并联电容器为无功补偿的主要方式。根据系统负载情况的不同和需要达到的补偿效果的不同，按照安装位置的不同，无功补偿方式分为集中补偿、分组补偿和就地补偿三种。集中补偿方式所用电容器组的容量较分散补偿和就地补偿的总容量和小，利用率更高，但未对变配电所各馈线补偿，仅减轻了电网的无功负荷。分散补偿方式中的电容器组的利用率较就地补偿高，因此总的需要量较就地补偿小，是一种相对就地补偿而言比较经济合理的补偿方式。选择无功补偿方式的原则是“全面规划，合理布局，分级补偿，就地平衡；集中补偿与分散补偿相结合，低压补偿为主；调压与降损相结合，降损为主”。下面来具体分析4种无功补偿方式的相关特点。

3.1变电站高压补偿。变电站补偿是将电容器组连接在变电站的二次母线上，电容器组的安装容量大都在10000kvar以下，布置方式可专设电容器室或室外布置。变电站补偿对农网的降损作用很小，但在下级补偿不够完善的情况下，它是保证总受电端功率因数达到考核标准的不可缺少的一种补偿方式。高压补偿是无功平衡的一个重要组成部分，很多企业，尤其是大中型企业存在很多高压负载，比如高压电动机、变压器、电炉等。高压补偿的特点是电压高、补偿容量大，是低压的几到几十倍之多。据实际的现场调查，发现大部分高压补偿装置已经越来越不适应当今的用电生产要求了，由于分组数少，而且大多为手动方式，因人为因素多，而导致投切效果较差。

3.2线路分布补偿。线路分布补偿属于高压补偿的一种，在配电线路上安装并联电容器，实现无功就地补偿，具有投资省、见效快、降损显著的优点，而且安装简单，维护工作量小，事故率低，特别适用于线路较长、负荷供电点多的配电线路上。因此，配电线路上装设并联电容器补偿在世界发达国家中得到广泛的应用。

3.3变压器低压母线补偿。变压器低压母线补偿，也称为低压跟踪补偿，是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户0.4kV母线上的补偿方式，多数属于动态补偿。这种补偿方式只能补偿线路无功负荷的基荷部分，如果补偿容量过大，在负荷低谷时无功将倒送，增加网损和使电压升高，影响电容器和其他设备正常运行。因此，低压母线补偿不能代替下级补偿，在下级补偿完善的情况下，可取消线路补偿。

3.4低压用户分散补偿。低压用户分散补偿也就是低压随机补偿，是将低压补偿电容器组与电动机绕组直接并接，采用刀闸控制和一套保护装置，与电动机一起投切，属于静态补偿。

4.无功补偿的装置

4.1同步发电机。同步发电机除发出有功功率、实现机械能变电能，作为系统的有功功率电源外，同时又是系统最基本的无功功率电源。同步发电机在额定有功功率条件下运行时，所能提供的最大无功功率与发电机的额定功率因数有关。从同步发电机的原理可知，当过激磁时发电机可以发出感性无功功率；而欠激磁时，发电机将要吸收感性无功功率。换句话说，发电机可以作为正或负的无功电源而发挥其作用。

4.2同步补偿机。同步补偿机是专门用来生产无功功率的一种同步电机。在过激磁、欠激磁的不同情况下，它可分别发出或吸收感性无功功率。而且，只要改变它的激磁，就可以平滑地调节无功功率输出，单机容量也可以做得较大。通常，同步补偿机可以直接装设在用户附近就授供应无功率，从而减少输送过程中的损耗。但由于同步补偿机是旋转电机，故有功功率损耗较大，加之运行维护比较复杂，所以同步补偿机已逐渐被性能更为优越的静止补偿机所代替。

4.3电力电容器。电力电容器只能向系统供给容性的无功功率。电力电容器一般单台容量不大，多成组使用，这样既可集中使用，又可分散使用，具有较大的灵活性。由于电容器组价格较低、损耗较小、维护方便，故为目标使用较为广泛的无功电源之一。但是，电容器的无功功率与所在节点的电压平方成正比，当节点电压下降时，它所供给系统的无功功率也将减少，结果导致电网电压继续下降，这是电力电容器的主要缺点。

4.4静止补偿器。静止补偿器的特点是利用可控硅开关控制电容器组与电抗器的投切，这样静止补偿器的性能完全可以做到同步补偿器一样，既可发出感性无功，又可发出容性无功，并能依靠自动装置实现快速调节，从而可以作为系统的一种动态无功电源，对稳定电压、提高系统的甲壳虫态稳定性、减弱动态过程等均起着较大的作用。但是由于采用可控硅开关来投切电抗器与电容器组，将使电力系统产生一些附加的高次谐波。静止补偿器既可在接在低压侧，也可通过升压变压器直接接在高压或超高压线路上，这样还对改善长距离较电线路的运性性能起到较大的作用。

5.结束语

总之，无功电流在系统中大量流动，使线损增加、电能质量降低，对发电、供电、用户三方都产生不良影响。因此必须对系统进行无功补偿，以消除这些不良影响。在补偿技术和装置不断发展和完善的趋势下，无功补偿技术和无功补偿装置会在电网和广大的城乡领域得到广泛应用。

参考文献：

[1] 国家电网公司，国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则[Z]，2004.

无功功率补偿篇3

【关键词】:无功功率 无功功率补偿 并联电容器 静止补偿装置

中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1003-8809（2010）05-0120-01

一、无功功率的定义及无功补偿原则

接在电网中的许多用电设备都是根据电磁感应原理工作的。例如：通过磁场，变压器改变电压并将能量送出去，电动机转动并带动机械负荷。磁场所具有的磁场能是由电源供给的，电动机和变压器在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率叫做感性无功功率。电容器在交流电网中接通时，在一个周期内，上半周的充电功率和下半周的放电功率相等，不消耗能量，这种充放电功率叫做容性无功功率。所谓的“无功”并不是“无用”的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已，因此在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。电网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，在一定的有功功率下，当用电企业cosφ越小，其视在功率也越大，而我们希望的是功率因数越大越好，这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。

无功补偿应尽量分层(按电压等级)和分区(按地区)补偿，就地平衡，避免无功电力长途输送与越级传输，在提高用电自然功率因数的基础上，设计和装置无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功电力倒送。

二、无功功率补偿的基本原理

把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路中，当容性功率负荷释放能量时，感性功率负荷吸收能量；当感性功率负荷释放能量时，容性功率负荷吸收能量；两种负荷之间互相进行能量交换。由此，感性功率负荷所吸收的无功功率可由容性功率负荷输出的无功功率中得到补偿，这就是无功功率补偿的基本原理。

三、无功功率补偿的方法

无功功率补偿的方法有很多种，主要是采用电力电容器或是采用具有容性负荷的装置进行补偿。

1.同步电动机补偿。这种方法是改善用电的功率因数，但设备复杂，造价高，只适用于在具有大功率拖动装置时采用；

2.调相机补偿。这种装置调整性能好，在电力系统故障情况下，也能维持系统电压水平，可提高电力系统运行的稳定性，但造价高，投资大，损耗也较高，且运行维护技术较复杂，宜装设在电力系统的中枢变电所，一般用户较少用。

3.异步电动机同步化补偿。这种方法有一定的效果，但自身损耗大，一般都不采用。

4.加装并联电力电容器补偿。这种方法具有安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小等优点，是当前国内外广泛采用的补偿方法。并联补偿是把电容器直接与被补偿设备并接到同一电路上，以无功就地平衡为原则。安装并联电容器补偿无功功率时，可采取个别补偿、分散补偿和集中补偿三种方式。

四、无功补偿装置

同步电机、静电电容器、静止无功补偿器以及静止无功发生器，这四种装置又称为无功补偿装置。目前所指的静止无功补偿装置一般专指使用晶闸管的无功补偿设备，主要有以下三大类型：

1.具有饱和电抗器的无功补偿装置

具有饱和电抗器的无功补偿装置分为两种，即自饱和电抗器和可控饱和电抗器无功补偿装置。具有自饱和电抗器的无功补偿装置是依靠电抗器自身固有的能力来稳定电压，利用铁心的饱和特性来控制发出或吸收无功功率的大小。可控饱和电抗器是通过改变控制绕组中的工作电流控制铁心的饱和程度，从而改变工作绕组的感抗，进一步控制无功电流的大小。具有饱和电抗器的静止无功补偿装置目前应用的较少，一般只用在超高压输电线路中。

2.静止无功补偿装置

静止补偿器的基本作用是连续而迅速地控制无功功率，即以快速的响应，通过发出或吸收无功功率来控制它所连接的输电系统的节点电压。静止无功补偿器由晶闸管所控制投切电抗器和电容器组成，可分为晶闸管控制电抗器和晶闸管投切电容器两种补偿装置。

⑴晶闸管控制电抗器（TCR）

晶闸管控制电抗器由两个相互反向并联的晶闸管与一个电抗器相串联，其三相多接成三角形。这种具有TCR型的补偿器反应速度快，灵活性大，目前在输电系统和工业企业中应用最为广泛。

⑵晶闸管投切电容器（TSC）

晶闸管投切电容器是为了解决电容器组频繁投切的问题而产生的。两个相互反向并联的晶闸管只是将电容器并入电网或从电网中断开，串联的小电抗器用于抑制电容器投入电网运行时可能产生的冲击电流。TSC补偿装置用于三相电网中，一般负荷对称网络采用星形连接，负荷不对称网络采用三角形连接。TSC补偿装置可以很好的补偿系统所需的无功功率，如果级数分得足够细化，基本上可以实现无级调节。

3.新型静止无功发生器（ASVG）

静止无功发生器的主体是一个电压源型逆变器，由可关断晶闸管适当的通断，将电容上的直流电压转换成为与电力系统电压同步的三相交流电压，再通过电抗器和变压器并联接入电网。适当控制逆变器的输出电压，就可以灵活地改变其运行工况，使其处于容性、感性或零负荷状态。静止无功发生器响应速度快，谐波电流少，而且在系统电压较低时仍能向系统注入较大的无功。由于ASVG在改善系统电压质量，提高稳定性方面具有SVC无法比拟的优点，因此ASVG是今后静止无功补偿技术发展的方向。针对电力有源滤波器在滤除谐波的时候与电力系统不发生谐振的特点，今后的发展将是电力有源滤波与ASVG相结合以消除传统ASVG设备中并联无源滤波器的所产生的谐振问题。

五、结束语

随着电力电子技术的迅猛发展及其在电力系统中的更广泛应用，无功功率补偿装置将向着管理系统化、补偿准确化、操作简单化的方向发展，远程无功功率补偿控制管理系统将是今后发展的潮流。

参考文献

[1] 米勒．电力系统无功功率控制。

[2] 王庆林．无功功率快速自动补偿装置设计探讨。

[3] 姜齐荣，等．采用GTO的±120kvar新型静止无功发生器。

无功功率补偿篇4

【关键词】电力系统 无功功率 补偿技术

1 前言

我国市场经济的发展，推动了各行各业飞速的发展，特别是电力行业的发展更为迅速。电力系统中无功功率补偿技术，作为专门调节电网运行中无功功率的分布技术，其作用越来越显著。电力系统中无功功率的补偿装置能够提高系统以及负载的功率因素，同时还能降低设备之间功率的耗损，稳定系统运行时的电压，从而为用户提供高质量的电能。

2 电力系统无功功率补偿概述

2.1 我国电力系统无功功率补偿方式

（1）同步调相机；早期无功补偿的装置中，同步调相机是其中最为典型的一种。同步调相机虽能够完成动态的补偿；但其响应的速度慢，且对其的运行、维护较为复杂。目前，电力系统中使用该装置进行无功功率的补偿已较为少见。

（2）并补装置；无功补偿的领域中并联电容器是应用最为广泛的一种无功补偿装置，但该装置中电容补偿仅针对固定无功进行补偿。并补装置采用的是电容分组投切且能够更好的应用于监测负载无功动态的变化；但该装置属于有级无功调节中的一种，无法满足无功平滑无级调节。

（3）并联电抗器；我国目前所使用的电抗器多为固定容量。电力系统中主要用此将容性负荷吸收，并抑制系统中的过电压。并联电抗器也可用来抑制系统中的谐波；其中，抑制谐波次数超过5次时，电抗率的取值应在4%-6%之间；当抑制3次及其以上时，需去13%才能满足抑制要求。

2.2 无功功率补偿中存在的问题

电力系统运行过程中，采用以上几种无功补偿方式，在其补偿工作中取得一定的效果。但同时也存在一些问题，从而影响到电网运行的安全和可靠。

电力行业电力系统中无功功率补偿技术的应用，仍采用的是就地补偿的原则。在无功补偿过程中，虽能改善功率因素，但电能的耗损仍未得到解决。电力系统中不允许进行无功的倒送；尤其是负荷低谷时，若进行无功倒送，则会出现电压过高的现象[2]。部分无功补偿装置无功的投切量主要依靠电压来确定，而线路电压水平主要是根据电力系统运行情况而定，因此，在进行补偿时常会出现欠补或过补等现象。

3 电力系统无功功率补偿技术改进的策略

针对目前我国电力系统无功功率补偿中存在的问题，因此，要加大电力系统无功功率补偿技术的改进，其具体策略主要从以下几方面进行。

3.1 静止无功发生器

电力系统中静止无功发生器，亦称静止同步补偿器，该补偿装置主要采用的是自换向变流器[3]，主要是根据电压电源的逆变技术滞后和超前无功完成无功的补偿。静止无功发生器调节的速度较快，无需大容量电容或电感等储备，且谐波的含量较小，同容量之间的占地面积较小。此外，在电力系统欠压的条件下，其无功调节的能力较强，是新兴的无功补偿装置，其前景较为广阔。

3.2 智能控制策略中晶闸管投切电容器

电力系统无功功率补偿技术中，将微处理器应用到晶闸管投切电容器中，能够完成较为复杂的控制及检测任务，并实现动态无功功率的补偿。控制器是智能控制策略中晶闸管投切电容器补偿装置最为核心的部件，晶闸管投切电容器能够完成无功功率因素的测量和分析，使其能够有效的控制无触点开关之间的投切。另外，该装置还能显示并存贮功率因素、欠压或过压等参数。

3.3 综合潮流控制器

电力系统无功功率补偿技术中综合潮流控制器，主要是将晶闸管换流器中电压串联并叠后加入到输电线电压中，保持其幅值及相角能够随时变化，确保线路有功与无功功率之间准确的调节，从而提升电力系统输送的能力和阻尼系统的振荡[4]。综合潮流控制器对电力系统进行无功的补偿看，主要来源于装置本身产生和控制而得到的，而不是通过提供或消耗有功功率得来的。近年来，电力系统中综合潮流控制器使其发展的方向，该技术对电网的规划、建设以及运行均具有重要的意义。

3.4 电力有源滤波器

电力系统无功功率补偿技术改进策略中，电力有源滤波器主要采用的是瞬时的滤波形成技术，该技术响应速度较快，能对无功功率以及变化谐波进行动态补偿。且在补偿过程中，电网阻抗的参数对其影响小。电力有源滤波器交流电路主要有电流型以及电压型两类，但较为实用的是电压型。电力有源滤波器与补偿对象连接的方式上看，可分为串联型和并联型，且并联型使用较为广泛。

4 结束语

电力系统中无功功率补偿技术的广泛应用不仅能够减少污染、节约成本，而且还能提高电网运行的经济以及社会效益，改善电压的质量。但由于无功功率补偿技术存在一定的问题，因此，在运行过程中应根据实际情况进行改进，使无功补偿技术的作用充分发挥，从而确保电网运行的安全和可靠。

参考文献

[1] 刘晓东.浅析电力系统无功功率补偿技术[J].科技致富向导，2012，21（32）：156-157.

[2] 宁锐.电力系统无功补偿技术探讨[J].中国科技纵横，2013，10（1）：38-39.

[3] 曾妍.浅议电力系统无功功率补偿技术[J].中国新技术新产品，2013， 25（2）：138-139.

[4]曾妍.研究电力系统无功功率补偿技术[J].科技风，2010，25（23）：240-241.

无功功率补偿篇5

关键词：电动机，电容器，就地无功补偿，无功功率

 

0.概述

现代工矿企业中，三相异步电动机是最常用的电气设备之一，在企业的生产设备中占有相当大的比例。由于它们都是电感性负荷，所以在企业内部的生产运行中，功率因数一般都比较低，需要从电源中吸收大量的无功功率，才能正常工作，给企业造成较大的电压损失和电能损耗。无功补偿是指采用另加无功补偿装置的办法，让无功负荷与无功补偿装置之间进行无功功率交换，以提高系统的功率因数，降低能耗，从而大大减少供电线路，改善电网电压质量。

许多企业一般都是在企业内部配电室里低压母线上集中安装一些电容器柜，对变配电系统的无功功率进行补偿，这对于提高企业内部的供电能力，节约变配电损耗都有积极作用。可是，由于企业内部的电动机大都通过低压导线连接，分散在各个生产车间，形成企业内部的输配电网络，由此，大量的无功电流仍然在企业内部的输配电线路中流动，这些无功电流在企业内部所造成的损耗，依然不能解决。

电动机无功功率就地补偿，就是把电动机所需要的无功电流局限在电动机设备的最终端，实现无功功率就地平衡，使得整个变配电网络的功率因数都比较高，有效地减少输配电线路的无功损耗。

1.三相异步电动机运行功率因数及损耗

三相异步电动机运行时，所消耗的功率包括有功功率和无功功率两个分量。有功功率是用于电动机产生机械转矩并且驱动负载所需的功率，它的电流随负载的增加而增加，而无功功率，则是用于电动机内部的电场与磁场随着电源频率的反复变化，在负载与电源之间不断地进行能量交换时所消耗的功率。无功电流在负载变化的情况下，其变化很微小，在相位上，电流的变化总是滞后于电压90°，所以是纯电感性质的。在实际运行中，电源供给电动机的总电流是有功电流和无功电流的矢量和，当电动机处于满负荷运行时，有功电流大于无功电流，总电流的功率因数较高，而当负载下降时，有功电流减小，无功电流基本不变，所以功率因数降低。

可以这样认为：当电动机的输出功率一定时，功率因数越低，就意味着其所需的无功功率越大，因而造成的损耗也较大。实践证明，无功功率所产生的电能损耗，主要是发生在输配电线路上的，对于那些距离电源较远，线路电阻比较大，电动机运行功率因数低的终端设备，所造成的无功损耗就更加突出了。

2.无功功率就地补偿原理及电容量的选择

2.1因为在电容负载中产生的超前无功电流与在电感负载中产生的滞后无功电流能够相互补偿，所以在电动机电源终端并联一个适当容量的电容器，就可以使电动机所需的无功电流大部分由并联的电容器供给，从而减少输配电线路上的总电流，降低线路损耗。

若对该电动机的无功功率进行就地补偿，使其无功功率为Q2，视在功率为S2。这时我们可以看出，就地并联安装了一个Qc＝(Q1-Q2）的无功电容量以后，电动机从电源吸收的无功功率就由原来的Q1减到Q2，视在功率S2＜S1，功率因数得到提高。很显然，无功功率就地补偿后，就等于减少了线路输送的视在功率。。

2.2在给电动机选择补偿电容量时，根据电动机功率的大小，以及补偿前后的功率因数值进行如下选择：

即：Qc=Q1-Q2

Qc——补偿电容量

P——电动机功率

一般情况下，选择的补偿电容量，只要能够补偿0.9～0.95就可以了，不宜选择过高补偿，否则会使投资费用大幅度增加。

在选择补偿电容量时，如果无法确定电动机的运行功率因数值，也可以根据以下的经验公式进行选择：

即：Qc＝(1／4～1／3）P

这种选择一般可以达到补偿要求，而且不会出现过补偿的情况。

3.无功功率就地补偿的经济效益

从以上的分析中，我们了解到，电动机无功功率就地补偿后，实际上是节约了线路输送的视在功率，而视在功率转换为有功功率，就相当于节约了有功功率。

P——相当于节约的有功功率

S——节约的视在功率

P——电动机有功功率

S1——补偿前的视在功率

I1——补偿前线路电流

则其节电率为：

×100%＝11.76%

电流节约率：(I1-I2)/ I1×100%＝(105-94)/105×100%＝10.48%

电流节约率＜η说明补偿正确。

注意：电流节约率不等于节电率。

如果每年按运行250天计算，则年可节电为：

(1.73×380×105×0.85×0.1176×24×250)/1000

＝41400kWh

每kWh电价按0.5元计算，年可节约电费：

0.5×41400=20700元

每kVar电容量以55元的价格计算，投资回收期为：

T=(19×55×250)/(20700)=13天

可见，无功功率就地补偿，是一种投资少，见效快的节电措施，仅节约线损这一项，一般在一个月以内就可收回投资。

4.补偿电容器的安装位置及注意事项

4.1安装就地补偿电容器时，应把它并接到电动机控制接触器的负荷侧，或者电动机的进线端，使之与电动机一起投入一起停用。但对于Y-起动的电动机，应将补偿电容器的三个接线端子连接到电动机的D4、D5、D6三个端子上，使电动机在Y连接起动时，同时也将三相电容器短接起来，当起动完毕后，电动机进入连接运行时，电容器与电动机绕组并联，投入正常的运行。。

4.2安装补偿电容器的电动机，不能承受反转或反接制动。

4.3电动机仍在继续运转，并产生相当大的反电势时，不能再起动。。

4.4应避免电容器和电动机产生自激电压。

5.电动机无功功率就地补偿的应用范围

5.1长期连续运行的电动机，经常轻载或空载运行的电动机。

5.2离供电变压器距离较远的电动机，一般不小于10米。

5.3单台容量较大的电动机，一般高压电动机不小于90千瓦，低压电动机不小于5.5千瓦。

参考文献

[1]三相异步电动机经济运行. 国标(GB12497-1995).

[2]供配电系统设计规范. 国标(GB50052－1995).

无功功率补偿篇6

关键词： 铁路供电系统 功率因数 无功功率补偿

中图分类号：U223文献标识码： A 文章编号：

1. 引言

许多铁路用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，因此，所谓的"无功"并不是"无用"的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已；因此在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。 在功率三角形中（如图1-1所示），有功功率P与视在功率S的比值，称为功率因数cosφ，其计算公式为：

cosφ=P/S=P/（P2+Q2）1/2 （1-1）

图1-1 功率三角形

在铁路电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，我们希望的是功率因数越大越好。这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。2. 影响功率因数的主要因素

首先是大量的电感性设备，如铁路机务段、车辆段、联合车库等大型车间中异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。据有关的统计，在铁路大型车间所消耗的全部无功功率中，异步电动机的无功消耗占了60％～70％；而在异步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的60％～70％。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。

其次，变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10％～15％，它的空载无功功率约为满载时的1/3。因而，为了改善铁路供电系统的功率因数，变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。

再者，供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响。当供电电压高于额定值的10％时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110％时，一般无功将增加35％左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以，应当采取措施使铁路供电系统的供电电压尽可能保持稳定。

对于铁路供电系统，输电线路距离远且高速铁路多为全电缆线路，空载或轻载时线路电容的充电功率是很大的，通常充电功率随电压的平方面急剧增加，巨大的充电功率将增大线路功率和电能损耗以及引起自励磁、工频电压升高，还将增大线路的功率和电能损耗，同期困难等问题。

3. 无功补偿的一般方法

铁路供电系统通常采用的无功补偿方法有3种：低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿。下面简单介绍这3种补偿方式的适用范围及使用该种补偿方式的优缺点。

3.1 低压个别补偿:

低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接，它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行(如大中型异步电动机)的无功消耗，以补励磁无功为主。

低压个别补偿的优点：用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，因此不会造成无功倒送。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。 3.2 低压集中补偿：

低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧，以无功补偿投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。电容器的投切是整组进行，做不到平滑的调节。

低压补偿的优点：接线简单、运行维护工作量小，使无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低网损，具有较高的经济性，是目前无功补偿中常用的手段之一。

3.3 高压集中补偿：

高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在铁路10kV配电所的高压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端，用户本身又有一定的高压负荷时，可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用；补偿装置根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高了用户的功率因数，避免功率因数降低导致电费的增加。同时便于运行维护，补偿效益高。

4. 采取适当措施，设法提高铁路供电系统自然功率因数

提高自然功率因数是指不需要任何补偿设备投资，仅采取各种管理上或技术上的手段来减少各种用电设备所消耗的无功功率，这是一种最经济的提高功率因数的方法。

4.1 调整加工工艺，改善设备的工作状况，使电能得到最好的利用

电动机、变压器等电感性负载，励磁无功功率在满载和轻载时变化不大，而轻载时有功功率较小，所以功率因数较低。此时可以采用小容量电动机代替负荷不足的大容量电动机；或者将电动机的定子绕组由Δ形改接成Y形，减少无功功率。还应限制感应电动机空载运行。

4.2 提高异步电动机的检修质量

4.3 合理选择配电变压器容量，改善配电变压器的运行方式

根据变压器的最佳负荷系数合理选用变压器，将变压器进行更换及调整，在负荷小的时候切除部分变压器，这样可以减少无功功率的需求量，使自然功率因数得到提高。配电变压器易选择d，yn11接线方式，以消除三次谐波影响，提高电压质量和功率因素。

4.4条件允许时，用同等容量的同步电动机代替感应电动机

5. 无功电源

铁路供电电力系统的无功电源有并联电容器、并联电抗器、静止无功补偿器等，这些装置又称为无功补偿装置。

5.1 并联电容器

通过电容器的交变电流在相位上正好超前于电容器极板上的电压，相反于电感中的滞后，可视为向电网发出无功功率：Q=U2/Xc（5.1-1）其中：Q、U、Xc分别为无功功率、电压、电容器容抗。 并联电容器本身功耗很小，装设灵活，节省投资；由它向系统提供无功可以改善功率因数，减少由发电机提供的无功功率。

5.2 并联电抗器

并联电抗器主要是用来吸收电缆线路的充电容性无功的。可以通过调整并联电抗器的数量或者改变电抗器铁蕊偏磁调节电感量来调整运行电压。铁路10kV系统主要采用分组式投切电抗器或磁阀式可控电抗器。

磁阀式可控电抗器根据直流偏磁特点可以分为4种控制方式：（1）高压自励磁，高压端控制方式。电抗线圈与励磁线圈共用。（2）高压自励磁加低压外励磁混合方式。电抗线圈与励磁线圈共用外，加低压外励磁绕组。（3）高压外励磁，低压端控制方式。电抗线圈与励磁线圈共用，可控的直流偏磁电流通过隔离变压器注入高电位的励磁线圈。（4）低压外励磁，低压端控制方式。可控的直流偏磁电流直接通过外施电源注入单独的低压励磁线圈。铁路一般采用高压自励磁方式，电抗线圈和励磁线圈共用，通过改变铁心磁导率（原理如图5.2-1所示），实现电抗值的连续可调且响应时间短（如图5.2-2图5.2-3所示），其内部为全静态结构，无运动部件，工作可靠性高，不会过补和欠补（如图5.2-4所示）。

图5.2-1磁控电抗器原理接线图

图5.2-2 快速励磁响应时间实测

图5.2-3 快速退磁响应时间实测

图5.2-4补偿效果实测

分组式投切电抗器是将电抗器分成几个组，利用对系统无功功率的取样，自动控制开关分组投切电抗器，其调节方式是离散式的。分组投切式电抗器采用机械动作原理（如图5.2-5所示），结构相对简单，检修不复杂，另外铁路供电电力系统除10kV配电所设置集中高压补偿外，贯通线也分散设置定容电抗器进行补偿，负载变化不大，设置分组投切电抗器相对成本低。但分组投切式电抗器开关投切时产生的涌流过大，一般在7倍左右，威胁设备的安全，另外为离散式调节方式，组别设置不当容易产生过补、欠补和引起电压波动（如图5.2-6所示）。

图5.2-5主接线图

图5.2-6 分组投切式电抗器补偿效果曲线图

某高铁配电所分组投切电抗器实测数据（5.2-7）

5.3 静止无功补偿器 静止无功补偿器是由晶闸管所控制投切电抗器和电容器组成，由于晶闸管对于控制信号反应极为迅速，而且通断次数也可以不受限制。当电压变化时静止补偿器能快速、平滑地调节，以满足动态无功补偿的需要，同时还能做到分相补偿；对于三相不平衡负荷及冲击负荷有较强的适应性；但由于晶闸管控制对电抗器的投切过程中会产生高次谐波，为此需加装专门的滤波器。 6. 结束语 综上所述，随着铁路建设的快速发展，铁路用电设备日益增多，为了节约能源和提高铁路供电系统质量，应根据具体情况进行无功补偿以提高功率因数，这对铁路用电设备是十分有益的。

参考文献:

无功功率补偿篇7

关键词：AT89C51；功率因数；补偿器；电容器

中图分类号：TM343 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2012）11-0011-02

一般来说，供电部门一般要求用户的月平均功率因素达到0.9以上。而用户的用电设备功率因素一般较低，很难满足要求，这就要求我们想办法提高功率因素，装设无功功率补偿设备，补偿电容器的投切方式分为手动和自动2种，本系统为自动投切方式。

1 系统设计概述

无功功率补偿一般采用并联电容器补偿方式，为尽量减少线路损耗和电压损失，宜就地平衡补偿，即低压部分的无功功率宜由低压电容器补偿。本设计主要应用单片机技术，实现对低压电力系统的检测，然后依据检测所得数据进行分析，控制电容器的投切，从而实现对电力系统的功率因数的补偿。

无功补偿控制器是本设计的核心部分，它根据检测的功率因数分析计算,然后按照设定的程序进行电容器的投入或者切除,从而达到对整个系统无功功率的补偿，实现功率因素的提高。

2 功率因数补偿系统的设计

2.1 无功功率补偿器设计的总体框图

图1是该设计的系统框图， AT89C51是本系统的处理核心，实现数据处理、输入、输出控制等功能。系统包括检测部分、计算和处理部分、显示部分以及通讯部分组成。首先我们通过计数器8031得出系统的功率因数的大小，再通过比较器将得出的功率因素与设定的功率因素进行比较，计算出所需补偿的无功功率，然后通过控制系统自动投切电容组。对于三相功率因数显示电路，可以考虑用LED数码管。投切电容电路中用过零固态继电器来作为控制开关来实现柔性投切；还接上RS-232C接口，与上位机传递系统通讯，实时交换信息。

2.2 AT89C51单片机的硬件结构及性能参数

AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。

2.3 功率因数的计算

在交流电力线路中，因为线路感抗的影响，会消耗掉一部分的无功功率，而交流电路中相电压和相电流之间存在相位差，其角度大小取决于负载所呈现的感性或容性的程度。

2.4 电力电容器补偿、控制及安装方式的选择

①采用并联电力电容器作为无功补偿装置时，为了尽量减少线损和电压损失，宜分散补偿和就地平衡补偿，即低压部分的无功补偿由低压电容器补偿，高压部分的无功补偿由高压电容器补偿，并不得向电网倒送无功。

②电容器的投切方式分为手动和自动2种，为避免过补偿或在轻载时电压过高，宜选用自动补偿。

③无功自补偿的调节方式：以节能为主者，采用无功功率参数调节；当三相负荷平衡，也可采用功率因素调节；以改善电压偏差为主进行补偿者，应按电压参数进行调节。

2.5 相位差检测单元电路的设计

本系统的相位差检测单元电路的设计主要包括以下几部分：

①采集部分：通过电压、电流互感器分别采集电路中的电压U和电流I，其中电流I，我们通过I/V转换器，可将其转换为U2信号，送至比较部分。

②比较部分：将采集到的U和U2信号送至电压比较器进行分别比较，再将比较信号送至鉴幅电路。

③鉴定部分：将2个电压比较器得到的两组方波信号送至鉴相电路。输出信号μ0的大小反映出了两信号之间的相位差。电压比较器将输入的交流信号送到鉴相电路进行比较后会有一输出信号μ0,而输出信号μ0的宽度则反映出了两组信号之间的相位差。

④处理部分：将鉴相电路得出的μ0信号输入计数器8253处理，并将8253与单片机AT89C51进行通信。AT89C51单片机检测到计数结束信号后，通过总线从8253读出计数值，供单片机处理，并和上位机进行通信。

3 投切电容电路的设计

电容器的投切控制元件采用大功率的过零型固态继电器SSR，由于该元件本身封装有过零触发模块且自行工作不需CPU控制，既满足了补偿电容无冲击电流投切的要求，同时也有效地克服了执行元件采用晶闸管控制模块所带来的控制复杂及易受干扰而产生误动作的弊端，提高了系统的可靠性。

3.1 过零型固态继电器

一般来说单片机测控系统都会要对工业现场的各种电气设备进行控制, 这样, 就会有一个单片机的电子电路和电气电路互相连接的问题, 一方面要使单片机的控制信号能够控制电气电路的执行元件（如电动机、电磁铁、继电器、灯泡等负载） , 另一方面, 又要为单片机的电路和电气电路提供良好的电隔离, 以保护单片机电路和人身的安全, 固态继电器（So lidState Relay,简称SSR）能很好地完成这一桥梁作用。

3.2 电源电路设计

现在通用的单片机系统中很大部分都是采用了交流220V，50Hz的电源。供电电源的可靠性将直接影响到实时控制系统的可靠性，稳定性。所以我们的单片机系统在和供电电源进行配备时必须采取稳压和防干扰措施以及常规保护措施。

如图2所示，我们通过变压器先把交流电源由220 V转变为12 V，交流的12 V电压通过整流电路整流后，得到12 V的直流电源就可以给继电器提供电源了。然后通过7 805把12 V的电源变为单片机所需的+5 V电源。但这时电源的干扰可能较大，我们需用滤波电路将干扰滤掉，所以我们在整流电路后加上滤波电容，以达到排除干扰的目的，电路图详见图2。

4 RS-232C串行通信接口

RS-232C标准是美国电子工业协会（EIA）与BELL等公司一起开发的1969年公布的通信协议。它适合于数据传达室输率在0~20 kb/s范围内的通信，它具有以下特性：

RS-232C接口是单端发送，单端接收，传输线上允许一个驱动器和一个发送器。RS-232C标准接口有25条线。其中4条数据线，11条控制线，3条定时线，7条备用线未定义线。它所采用的电缆传输长度与传输的电容有关。它的最大传输路离可达30 M，最大速率20 kb/s，适于相距较近设备的通信

5 结 语

为适应国家节能减排的政策，本设计旨在节省电力，用途广泛，适应性强。本设计功能明确，适用范围广，操作简单，防干扰能力强，可普遍用于各个电力行业。国家电力行业要求功率因素必须大于0.9，本设计既可以节省成本，也可以满足国家法律要求，避免企业违法。本系统考虑到企业的后期发展，也有扩容功能，能满足以后发展的需求。

参考文献：

[1] 王兆安.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社,1998.

[2]陈国发.单片机功率因数补偿控制器[J].电力电子技术,1990,(1).

[3] 程启明.8098单片机控制的功率因数自动补偿器[J].电工技术杂志,1996,(3).

无功功率补偿篇8

行分析，并对多种不同无功功率补偿方式进行探讨。

关键词 电力工程；配电网；无功功率补偿技术；定义；原理

中图分类号 TM714 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2012）111-0181-01

随着我国经济的不断发展，对电力的需求也越来越高，因此，电力工程的规模也越来越大。因为电网中存在着大量的感性负荷，从而就导致电力系统运行中的无功功率增加。无功功率的增加会导致电能损失，从而影响电力企业的供电质量与经济效益。由此可见，在电力工程中实施配电网无功功率补偿是非常重要的。下面我们将对无功功率补偿的定义与原理，以及几种无功功率补偿方式进行分析。

1 无功功率补偿的定义与原理

无功补偿是指将并联电容器等容性设备安装到电网的感性负荷中，来补偿感性负荷所引起的无功功率，减少无功功率在电网中流动，从而提高功率因数，达到改善供电质量的目的。

在交流电路中，纯电阻元件中的负载电流和电压的相位相同，纯电感元件负载中电流相位滞后于电压相位90°，纯电容元件负载中的电流相位超前电压相位90°，也就是说纯电容元件负载中的电流和纯电感元件负载中的电流的相位差为180°，可以相互抵消。由此可见，当电源向外供电的时候，感性负载向外释放的能量就会在容性负载与感性负载之间相互交换，而感性负载所需的无功功率就可以由容性负载输出的无功功率来补偿，从而达到无功功率补偿的目的。

2 无功功率补偿的几种方式

电力工程的配电网无功功率补偿技术主要包括变电站集中补偿、配电变压器低压补偿、配电线路固定补偿与用电设备分散补偿四种方式。

2.1 变电站集中补偿

变电站集中补偿的主要装置有并联电容器与静止补偿器，其主要目的是使输电网的无功功率达到平衡状态，改善输电网的功率因数，以及提高电力系统中断变电所母线的电压，从而对变电站主变压器与高压输电线路的无功损耗进行补偿。为了使管理更容易，方便维护，一般将这些补偿装置接到变电站10 kv的母线上。该补偿方式能够减少变电站以上输电线路传输的无功电力，减少送电网络的无功损耗，但是因为该补偿方式是将电容器集中安装在变电所母线上的，因此，其并不能降低每条配电出线的损耗。由于用户所需要的无功还要通过变电站以下的配电线路进行传输，因此，10 kv及其以下的配电线路还是会有无功电流，也就不能对配电网络起到补偿的作用，也不能解决配电网的降损问题。

为了实现变电站的电压—无功功率综合控制，一般采用的是并联电容器与有载调压抽头协调调节。然而，从实际应用中可以发现，投切太频繁会对电容器的开关与分接头的使用寿命造成影响，从而导致维护工作量增加。所以在实际应用中应对抽头调节与电容器组的操作次数进行控制，而要达到该目的就必须根据负荷的增长安排设计好变电站的无功功率补偿的容量，运行中在确保电压合格与无功功率补偿效果最好的状态下，尽可能的将电容器组投切开关的操作次数降到最低。

2.2 配电变压器低压补偿

配电变压器低压补偿时当前应用最为普遍的一种补偿方式。因为用户的日负荷变化较大，因此，我们一般是采用微机控制、跟踪负荷不懂分组投切电容器补偿，其主要的补偿方式是在配电变压器低压侧放置无功补偿设备，该无功补偿设备主要是放置于配电变压器的出线端，这样则可以同时对变压器进行补偿。该补偿方式中微机控制是整个补偿装置的核心。该补偿方式的主要目的就是将专用变压器用户的功率因数提高，从而实现就地平衡，将配电网的损耗降低，改善用户电压的质量。

2.3 配电线路固定补偿

很多的配电变压器会消耗无功功率，然而很多公用变压器都没有安装低压补偿装置，这样就会导致变电站或是发电厂需要承担大量的无功功率缺额，而大量的无功功率就会沿线进行传输，从而导致配电网的网损出现居高不小的情况。在这样的情况下则可以考试采用配电线路固定补偿方式进行无功功率补偿。

配电线路补偿主要是为线路与公用变压器提供其所需要的无功功率，该工程的关键问题则是选择补偿地点与补偿容量。线路补偿的投资小、回收快，而且便于管理与维护，适用于功率因数低、负荷重且输送线路长的线路。配电线路补偿通常采用的是固定补偿，而该补偿方式存在着适应能力差、重载情况下补偿度不足等缺点。

笔者主要是以减少输电线路有功功率损耗为优化目标，然后参照高、中压配电线路补偿理论，将经典优化模式“三分之二法则”应用到低压配电线路的无功功率优化补偿中，作为其基本模式。“三分之二法则”主要是将均匀分布在一段仅有的首端电源的线路上的无功负荷分成3等份，然后将无功功率补偿设备安装在主线（2ΣQ）/3（Q指无功负荷）分布处，该点为最佳的安装地点，一般不是主线长度的2/3处，无功功率补偿容量为总无功负荷的2/3为最佳配置。将“三分之二法则”应用到无功功率补偿中可以将无功负荷所引起的系统有功功率损耗降低89%。若是电力系统的原功率因数为0.7，那么，总有功功率损耗则可以降低到45%，功率因素则可以提高到0.95。

2.4 用电设备随机补偿

对于10 kv以下电网而言，变电器的无功消耗大约占无功消耗总量的30%，而低压用电设备的无功消耗占无功消耗总量的65%以上。因此，对低压用电设备实施无功功率补偿是非常重要的。

在低压用电设备中，感应电动机是无功消耗最多的设备，因此，应对油田抽油机、矿山提升机、港口卸船机等厂矿企业中的大容量电动机实施就地无功功率补偿，即用电设备随机补偿。用电设备随机补偿和前三种无功功率补偿方式相比具有以下几个优点：①可将线损率降低20%；②能够改善电压的质量，将电压的损失减小，从而改善用电设备的启动与运行条件；③能够释放系统能量，提高线路的供电能力。

3 结束语

无功电流在电力系统中的大量流动，不仅会增加线损、降低电能的质量，还会对发电、供电、用户三方造成很多的影响。为了消除无功电流在系统中流动造成的不良影响就必须实施无功功率补偿。而随着补偿技术与装置的不断发展，无功功率补偿技术在电网中的应用也越来越广泛。笔者分析了无功功率补偿的定义与原理，并总结了几种常用的无功功率补偿方式，希望对相关人士有所帮助。

参考文献

[1]陈慧湘.浅谈无功功率补偿在电力工程配电网中的应用[J].沿海企业与科技，2010，（4）：126-127，125.

无功功率补偿篇9

【关键词】电力工程；配电网；无功补偿；研究

0.引言

随着城市经济的发展与社会的进步，无形中增加了电力市场的供应需求。虽然在一定程度上促进了社会经济的发展，但在配电网的运行过程中也存在着一些问题。比如说，无功分布不科学、电力的投运率降低以及无功功率的补偿效率低等。本文将从电力工程配电网运行与无功功率补偿的角度出发，对基于电力工程配电网的无功功率补偿应用进行有效性研究。

1.关于无功补偿的概述

1.1 无功补偿技术的含义

所谓无功补偿技术，就是指在电力供电系统中起到提升电网的功率因数的作用，它可以在一定程度上降低供电变压器及输送线路的损耗，提升供电效率及改善供电环境。而在小的电力系统中，无功补偿主要被用于调整三相不平衡电流；在大的供电系统中，无功补偿可以用于调整电网电压及提升电网的稳定性。当电源向外部开始提供电流的时候，感性负荷的能量就可以在这两种负荷之间进行交换。而感性负荷所需的无功功率可从容性负荷所输出的无功功率中得到同量的补偿。

1.2 无功补偿的工作原理

无功补偿的工作原理：电力系统的供电功率可以分为有功功率和无功功率两种，其中无功功率不能进行远距离的传输，为此对于一些下属用电和配电变压器的无功功率可以进行就地补偿。无功补偿是通过在供电系统中安装无功补偿装置的方式进行的，无功补偿设备可以与电路中的用电设备以及配电变压器等相互抵消无功功率，提高功率因数，以达到从整体上减少无功功率的目的。它主要是把感性功率负荷与容性功率负荷装置连接在同一电路，使能量在两种不同的负荷中间进行相互交换，进而使得容性负荷输出的无功功率补偿感性负荷需要的无功功率。

2.无功功率对电力工程配电网影响的研究

无功功率对电力工程配电网的影响的主要表现是：一是无功功率在一定程度上降低了输变电系统的供电能力；二是无功功率在很大程度上降低了发电设备中有功功率的输出能力；三是无功功率在一定程度上增加了电力工程配电网电压的损失；四是无功功率在一定程度上造成了低功率因数的运转，造成用户电气设备不能发挥正常的作用。因此，在电力工程配电网运行的过程中，对供电电网与用电用户的电气设备进行无功功率的补偿，既有助于提升供电系统的供电质量，又有助于提升设备运行的功率因数。

3.电力工程配电网的无功功率补偿应用的研究

下面就以某 10 kV 配电网工程作为案例，对无功功率补偿的应用作进一步说明。

3.1 无功补偿容量确定

3.1.1 依据功率因数来确定

将最大负荷月平均有功功率设为 P（kW），补偿前功率因数为，补偿后功率因数为，其补偿容量则可使用下列公式进行计算：

（1）

当所需要的功率因数提升至理想的功率因数（大于且小于）时，其补偿容量应该要满足：

（2）

3.1.2 依据运行电压来确定

此方法适宜用在调压为主要目的的枢纽变电所与电网的终端用户变电所，它补偿的容量按照提升电压的需求，利用近似计算得出：

（3）

式中，ΔU 为所需提升的电压值；为所需达到的电压值；X 为线路的阻抗

3.1.3 依据降低线损来确定

其能够对补偿的容量和线损降低率间的关系进行说明，补偿前功率因数为，补偿后功率因数为，计算公式为：

（4）

3.1.4 依据变压器容量来确定

对配电变压器补偿时，它的补偿容量计算为：

（5）

式中，%为空载电流的百分值；β 为负载率；UK%为短路电压的百分值；为变压器的额定容量。

3.2 无功补偿方式

3.2.1 配电线路补偿

在配电线路的负荷集中点，即主干的 2/3 位置，每一点集中安装10 kV 的电容器，对于 10 kV 配电网可以起到良好的补偿效果。缺点是补偿的设备在线路之上，长期处于露天环境下，损坏率较高；发生故障后难以被及时发现，会造成其长期处于停运的状态，从而失去补偿的作用。所以，要建立定期巡视、维护机制，并严格执行，提升运行率。

3.2.2 配电变压器补偿

在变压器的低压母线上设置相应数量的电容器，按无功补偿的经济分析来就地平衡无功。

3.2.3 随机补偿

将电容器设置在电动机侧，以补偿电动机消耗掉的无功功率。

3.2.4 低压补偿

在低压主干线之上集中安装电容器，使用自动投切设备对低压配电线路与电气设备无功损耗进行补偿。

3.3 无功补偿应用效益

该运行中的10 kV 配电网总共接入 92 台配电变压器，总装接的容量为17 500 kVA，根据抄见的电量可知其功率因数是 0.80。利用低压电容器方法，对于所配变空载的无功损耗实行补偿，其补偿的容量是配电变压器容量比例的 6%，照此来运算其一年的经济效益。设电容器综合安装成本为160元/kvar，其年运行小时计8 000 h，电价 0.575 元/kW・h，负载率 0.3，综合线损率 7.22%。对补偿进行计算后，其线路平均功率因数为：

线损率降低值计算为：

减少损失电量计算为：

节省电费计算为：ΔC=ΔA×C=60.34×0.575=34.7（万元）

电容器安全成本：ΔQ%××K=0.06×17500×160=16.8（万元）

将整年节省的电费和投入的安装成本相比，可以测算出在半年内即可将全部安装成本收回。

提升设备的输出能力计算为：

经过测算可见，对配电网进行无功功率补偿是非常有必要而且效果显著的，同时它还大幅度降低了损耗。

4.结语

在电力工程配电网运行的过程中，无功电流大量的流动，不仅会增加电网中线路的耗损，而且会在很大程度上降低电网中电能的供应质量，对电力供应企业、配电网的正常运行以及用电客户都造成了很大的损失。因此，在新时期加快对基于电力工程配电网的无功功率补偿应用的研究，是当前摆在人们面前的一项重大而又艰巨的任务。

参考文献：

[1] 琚志强.论配电网无功功率的补偿[J].宁夏电力，2006（4）

无功功率补偿篇10

关键词：配电网；无功功率过补偿；原因；措施

中图分类号：U665 文献标识码： A

一、无功补偿的作用及其重要性

电力系统中电能的输出主要分为有功功率输出和无功功率输出两部分，其中无功功率虽不对外做功，但其可以形成感应电磁场，为电力系统中变压器等感性元器件提供正常工作所必须的能量，因而是电力系统不可或缺的组成部分。然而，电力系统中大多数元器件和负载都要消耗无功功率，一旦它们的无功功率不足就会占用电力系统中的无功，降低整个电网的功率因素，造成电力系统中其他设备输出功率降低，同时增加线损，使供电系统的电压质量下降。另外，无功功率并不适合长距离传输，因此，必须在消耗无功功率的地方产生无功功率，即采用就地无功补偿技术。该技术能够提高系统功率因数，减少变压器等设备和线路的损耗，进而提高设备利用率，同时稳定电网电压并提高供电系统的电压质量。在长距离输电线路中安装无功补偿设施还可提高输电能力和线路稳定性。因此，研究无功补偿技术具有重要意义。

二、无功功率补偿的基本原理

把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，当容性负荷释放能量时，感性负荷吸收能量；而感性负荷释放能量时，容性负荷却在吸收能量，能量在两种负荷之间互相交换。这样，感性负荷所吸收的无功功率可由容性负荷输出的无功功率中得到补偿，这就是无功功率补偿的基本原理。

三、无功功率补偿的原因

当电网中没有补偿装置时，负荷吸收的无功功率就全部要有发电机来提供。由于无功平衡原理的存在，无功电流虽然不传递能量，但是却会影响电网的电压，这是由电网中的设备性质决定的。电网中绝大部分发电机均为同步发电机。同步发电机在激磁电流不变时输出的无功电流与输出电压成反比，即：随着输出电压的减少而输出无功电流增加，反之，随着输出电压的增加而输出无功电流减少。而电网中大部分负荷所吸收的无功电流与电压成正比。因此，如果系统的无功不足，电压就会下降，电压下降以后，负荷吸收的无功减少，发电机发出的无功增加，从而保持无功的平衡。反之，如果系统的无功过剩，电压就会升高，电压升高以后，负荷吸收的无功增加，发电机发出的无功减少，从而保持无功的平衡。也就是说，电网可以依靠电压的变化来自动保持无功平衡。

如果系统中的无功严重不足，就会导致电压急剧下降，电压下降导致发电机发出的无功电流急剧增加，这时，如果某一台发电机由于电流过载而解列退出电网，则无功更加不足，如此连锁反应，会导致电网崩溃的大事故。

由于无功的不良作用，在电网中，总是希望尽量减少无功的传递，减少无功传递的方法就是无功补偿。在电力系统中的变电所或直接在电能用户变电所装设无功功率电源，以改变电力系统中无功功率的流动，从而提高电力系统的电压水平，减小网络损耗和改善电力系统的动态性能，这种技术措施称为无功功率补偿。

四、配电网中无功补偿存在的主要问题

1、补偿方式存在问题

目前电网中考虑的无功补偿方式主要是针对用户侧的补偿，仅补偿用户功率因数，而未关注到电网整体的线路损耗。为了增强无功补偿效果，必须在关注功率因数的提高的同时考虑如何降低配电网整体损耗。行之有效的方法是通过配电网无功潮流计算和线损计算，确定各个补偿点的最佳补偿方式以及补偿量，从而以最小代价换取最大效益。

2、过补偿导致无功倒送问题

当配电网中因投入过多的固定补偿电容器而在负荷低谷产生无功倒送时，会引起系统电压升高，对设备运行和电网造成危害。为了有效地防止无功倒送现象的发生，可在配电网中加装电容器自动投切装置以便实时检测配电网负荷并根据负荷变化情况自动地投入或切除电容器组。

3、谐波干扰问题

电容器有一定的抗谐波能力，但是其本身非常脆弱，当谐波大量存在时，容易对补偿电容器和投切开关等元器件造成损害。另外，电容器对谐波有一定的放大作用，因此会加重系统谐波干扰，进一步损坏电容器和相关设备。因此，在进行无功补偿设计时，需在谐波干扰较为严重的地方加设滤波装置，或通过改变部分运行线路和接线方式来绕开谐波干扰严重的线路，从而降低谐波危害。

4、电压调节方式引起的补偿偏差问题

一部分无功补偿设备的无功投切量是根据电压大小确定的，而电力系统中线路电压水平由系统具体情况决定。当线路电压水平偏高或偏低时，无功投切量可能与配电网的实际需求存在较大差距，从而引起无功过补或欠补现象。因此，在进行配电网低压侧无功补偿设计时，必须考虑电力系统的特点，严密监视和控制系统电压，以便稳定电压，提高无功补偿投切量的准确性。

五、配电网中无功补偿改进措施及其应用实例

1、无功补偿改进措施

针对配电网无功补偿存在的各种问题，有必要对无功补偿技术进行改进，使其最大限度地发挥作用，提高供电系统电压质量。具体的改进措施主要包括以下几方面。

1.1网络补偿与用户补偿相结合

配电网中大约50%-60%的无功功率被用户侧吸收，其余部分则被配电网吸收。为了降低配电网整体线损，在进行无功补偿设计过程中，应以同时满足配电网整体无功电力平衡和用户侧无功电力平衡为目标，在总体平衡的基础上设计各局部的补偿方案，合理选择补偿容量和补偿设备安装位置，以达到最佳补偿效果。

1.2分散补偿与变电站集中补偿相结合

分散补偿是指在配电网的配电变压器、配电线路及用户设备等各个分散负荷区进行的无功补偿。变电站集中补偿则主要用于补偿变电器的无功损耗，因而降低配电网无功损耗的性能较差。为了有效地降低配电网的无功损耗，应尽量实现就地补偿，即在配电网中应主要考虑分散补偿，采用分散补偿和变电站集中补偿相结合的方式，降低整个供电系统的无功损耗。

1.3加强新设备监测和质量管控

合适的无功补偿设备能够使无功补偿技术更好地发挥作用。然而新设备性能往往存在不稳定或兼容、匹配问题，因此必须严格管控无功补偿设备的质量，并加强对新设备的质量检测，确保其最大程度地维护供电系统的稳定性。

1.4加强各部门之间的协调，设计过程制度化

在无功补偿设计中，要结合各部门之间的建设规划，合理地进行各部门分工，并加强部门间的协调，以便充分发挥各部门的优势。在各个设计施工环节要严格把控，坚决杜绝因任何纰漏而引起蝴蝶效应。在验收阶段还应从多个方面了解无功补偿设计需求，及时发现问题并进行改进，以提高无功补偿设计的时效性，确保供电系统的稳定和无功电力平衡。同时，将供电部门的工作与配电网无功补偿设计有效地结合起来，落实相关配置工作，促进供电系统经济效益的不断提升。

2、配电网无功补偿应用实例

以某地区配电网10kV线路上的无功组成为研究对象，分析其存在的问题并进行改进，力图更好地补偿线路无功损耗。经分析发现，该地区配网的0.4kV用户侧虽已使用了低压无功补偿，但因补偿装置位于变压器二次侧，故只能对用户负载的无功进行补偿，对变压器的空载损耗并无作用。而变压器空载损耗约占变压器总容量的10%，因此，即使低压侧取得了较好的补偿效果，变压器损耗引起的高压侧无功需量也会使整个配电网的无功损耗偏高。另外，该线路中并未对线路电感和100kVA以下专变产生的无功进行补偿处理。

针对以上分析，为改善该地区配电网的无功补偿效果，在配电变压器一次侧安装用以控制低压侧无功补偿性能的高压无功补偿控制器，使其同时补偿用户负荷无功和变压器的励磁，并且在低压无功补偿过程中使用多级小步长电容投切方式来进一步解决用户无功造成的线损。为了解决该线路中因三相不平衡而产生的无功，需在变压器低压侧使用分相补偿，本改进方案中采取在已安装了低压无功装置的用户处加装GWD-0.5高压采样无功控制器的方式彻底实现无功补偿。另外，在变压器的高压侧按未经补偿的100kVA以下变压器总容量的10%进行分段小容量固定补偿配置，并在线路最大负荷的2/3处加装小容量多级补偿装置以避免过补或欠补现象的出现，实现最佳补偿。经运行情况显示，通过该方案改造后的配电网线路，其无功电流下降80%以上。

结束语

科学合理的无功补偿能够减少供电系统损耗，提高系统的电压质量。然而，在目前的配电网中，无功补偿存在一定的缺陷，配电网的无功损耗十分严重。因此，需要对配电网无功补偿存在的主要问题进行分析，采取相应的配电网无功补偿改进措施以保障配电网的电压质量，提高供电系统的经济效益。

参考文献

[1]吴正芳，陈青.配电网无功功率过补偿原因分析及应对[J].中国电力企业管理，2014，08：56-57.

[2]梁剑悠.关于配电网无功补偿的探讨[J].科技资讯，2013，15：130.

[3]周玉军，卢春红.配电网无功优化及无功补偿技术[J].科技创新导报，2012，35：85-86.