一、功率的概念

二、需要無功補(bǔ)償?shù)脑?/strong>

三、無功補(bǔ)償?shù)囊话惴椒?/strong>

四、無功補(bǔ)償裝置的分類

五、采用無功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)

六、無功補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用例子

一、功率的概念

1、視在功率：視在功率是指發(fā)電機(jī)發(fā)出的總功率，其中可以分為有功部分和無功部分。

2、有功功率：有功功率是保持用電設(shè)備正常運(yùn)行所需的電功率，也就是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量(機(jī)械能、光能、熱能)的電功率。

3、無功功率：是用于電路內(nèi)電場與磁場的交換，并用來在電氣設(shè)備中建立和維持磁場的電功率。它不對外作功，而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰俊７彩怯须姶啪€圈的電氣設(shè)備，要建立磁場，就要消耗無功功率。無功功率不做功，但是要保證有功功率的傳導(dǎo)必須先滿足電網(wǎng)的無功功率。

二、需要無功補(bǔ)償?shù)脑?/span>

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

但是從發(fā)電機(jī)和高壓輸電線供給的無功功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了負(fù)荷的需要，所以在電網(wǎng)中要設(shè)置一些無功補(bǔ)償裝置來補(bǔ)充無功功率，以保證用戶對無功功率的需要，這樣用電設(shè)備才能在額定電壓下工作。

無功補(bǔ)償是把具有容性功率負(fù)荷的裝置與感性功率負(fù)荷并聯(lián)接在同一電路，能量在兩種負(fù)荷之間相互交換。這樣，感性負(fù)荷所需要的無功功率可由容性負(fù)荷輸出的無功功率補(bǔ)償。

三、無功補(bǔ)償?shù)囊话惴椒?/span>

　　無功補(bǔ)償通常采用的方法主要有3種：低壓個(gè)別補(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償、高壓集中補(bǔ)償。下面簡單介紹這3種補(bǔ)償方式的適用范圍及使用該種補(bǔ)償方式的優(yōu)缺點(diǎn)。

(1)低壓個(gè)別補(bǔ)償

　　低壓個(gè)別補(bǔ)償就是根據(jù)個(gè)別用電設(shè)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(shè)備并接，它與用電設(shè)備共用一套斷路器。通過控制、保護(hù)裝置與電機(jī)同時(shí)投切。隨機(jī)補(bǔ)償適用于補(bǔ)償個(gè)別大容量且連續(xù)運(yùn)行(如大中型異步電動(dòng)機(jī))的無功消耗，以補(bǔ)勵(lì)磁無功為主。低壓個(gè)別補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，無功補(bǔ)償投入，用電設(shè)備停運(yùn)時(shí)，補(bǔ)償設(shè)備也退出，因此不會造成無功倒送。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護(hù)簡單、事故率低等優(yōu)點(diǎn)。

(2)低壓集中補(bǔ)償

　　低壓集中補(bǔ)償是指將低壓電容器通過低壓開關(guān)接在配電變壓器低壓母線側(cè)，以無功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，根據(jù)低壓母線上的無功負(fù)荷而直接控制電容器的投切。電容器的投切是整組進(jìn)行，做不到平滑的調(diào)節(jié)。低壓補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：接線簡單、運(yùn)行維護(hù)工作量小，使無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，是目前無功補(bǔ)償中常用的手段之一。

(3)高壓集中補(bǔ)償

高壓集中補(bǔ)償是指將并聯(lián)電容器組直接裝在變電所的6～10kV高 壓母線上的補(bǔ)償方式。適用于用戶遠(yuǎn)離變電所或在供電線路的末端，用戶本身又有一定的高壓負(fù)荷時(shí)，可以減少對電力系統(tǒng)無功的消耗并可以起到一定的補(bǔ)償作用； 補(bǔ)償裝置根據(jù)負(fù)荷的大小自動(dòng)投切，從而合理地提高了用戶的功率因數(shù)，避免功率因數(shù)降低導(dǎo)致電費(fèi)的增加。同時(shí)便于運(yùn)行維護(hù)，補(bǔ)償效益高。

四、無功補(bǔ)償裝置的分類

    無功補(bǔ)償有很多種類：從補(bǔ)償?shù)姆秶鷦澐挚梢苑譃樨?fù)荷補(bǔ)償與線路補(bǔ)償，從補(bǔ)償?shù)男再|(zhì)劃分可以分為感性補(bǔ)償與容性補(bǔ)償。下面將并聯(lián)容性補(bǔ)償?shù)姆椒ù笾铝信e：

1、同步調(diào)相機(jī)

    調(diào)相機(jī)的基本原理與同步發(fā)電機(jī)沒有區(qū)別，它只輸出無功電流。因?yàn)椴话l(fā)電，因此不需要原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，沒有啟動(dòng)電機(jī)的調(diào)相機(jī)也沒有軸伸，實(shí)質(zhì)就是相當(dāng)于一臺在電網(wǎng)中空轉(zhuǎn)的同步發(fā)電機(jī)。

    調(diào)相機(jī)是電網(wǎng)中比較早使用的無功補(bǔ)償裝置。當(dāng)增加激磁電流時(shí)，其輸出的容性無功電流增大。當(dāng)減少激磁電流時(shí)，其輸出的容性無功電流減少。當(dāng)激磁電流減少到一定程度時(shí)，輸出無功電流為零，只有很小的有功電流用于彌補(bǔ)調(diào)相機(jī)的損耗。當(dāng)激磁電流進(jìn)一步減少時(shí)，輸出感性無功電流。

    調(diào)相機(jī)容量大、對諧波不敏感，并且具有當(dāng)電網(wǎng)電壓下降時(shí)輸出無功電流自動(dòng)增加的特點(diǎn)，因此調(diào)相機(jī)對于電網(wǎng)的無功安全具有不可替代的作用。

    由于調(diào)相機(jī)的價(jià)格高，效率低，運(yùn)行成本高，因此已經(jīng)逐漸被并聯(lián)電容器所替代。但是近年來出于對電網(wǎng)無功安全的重視，一些人主張重新啟用調(diào)相機(jī)。

2、并聯(lián)電容器

    并聯(lián)電容器是目前比較主要的無功補(bǔ)償方法。其主要特點(diǎn)是價(jià)格低，效率高，運(yùn)行成本低，在保護(hù)完善的情況下可靠性也很高。

    在高壓及中壓系統(tǒng)中主要使用固定連接的并聯(lián)電容器組，而在低壓配電系統(tǒng)中則主要使用自動(dòng)控制電容器投切的自動(dòng)無功補(bǔ)償裝置。自動(dòng)無功補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)則多種多樣形形色色，適用于各種不同的負(fù)荷情況。對于低壓自動(dòng)無功補(bǔ)償裝置將另文詳細(xì)介紹。

    并聯(lián)電容器的比較主要缺點(diǎn)是其對諧波的敏感性。當(dāng)電網(wǎng)中含有諧波時(shí)，電容器的電流會急劇增大，還會與電網(wǎng)中的感性元件諧振使諧波放大。另外，并聯(lián)電容器屬于恒阻抗元件，在電網(wǎng)電壓下降時(shí)其輸出的無功電流也下降，因此不利于電網(wǎng)的無功安全。

3、SVC

    SVC的全稱是靜止式無功補(bǔ)償裝置，靜止兩個(gè)字是與同步調(diào)相機(jī)的旋轉(zhuǎn)相對應(yīng)的。

國際大電網(wǎng)會議將SVC定義為7個(gè)子類：

①機(jī)械投切電容器（MSC）

②機(jī)械投切電抗器（MSR）

③自飽和電抗器（SR）

④晶閘管控制電抗器（TCR）

⑤晶閘管投切電容器（TSC）

⑥晶閘管投

⑦自換向或電網(wǎng)換向轉(zhuǎn)換器（SCC/LCC）

    根據(jù)以上這些子類，我們可以看出：除調(diào)相機(jī)之外，用電感或電容進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)难b置幾乎均被定義為SVC。因此，目前一些資料或者廣告中大量出現(xiàn)“SVC”字樣，其原因不外乎兩條：其一是作者自己并不明白SVC的定義，其二就是以普通人不懂的字母組合故弄玄虛。

    目前國內(nèi)市場上被宣傳為SVC的產(chǎn)品主要是晶閘管控制電抗器（TCR）和晶閘管投切電容器（TSC）。對于TSC我們另文敘述，這里只簡要介紹一下晶閘管控制電抗器（TCR）。
    TCR的基本結(jié)構(gòu)包括一組固定并聯(lián)連接在線路中的電容器和一組并聯(lián)連接在線路中用晶閘管控制的電抗器， 通常將電抗器的容量設(shè)計(jì)成與電容器一樣。由于電抗器是用晶閘管控制的，其感性無功電流可以變化。當(dāng)晶閘管關(guān)斷時(shí)，電抗器沒有電流，而電容器固定連接，因此 整套裝置的補(bǔ)償量比較大。當(dāng)調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角時(shí)，電抗器的感性電流就會抵消一部分電容器電流，因此補(bǔ)償量減少，導(dǎo)通角越大，電抗器的電流越大，補(bǔ)償量就越 小。當(dāng)晶閘管全通時(shí)，電抗器電流就會將電容器電流全部抵消，此時(shí)補(bǔ)償量為0。

    在TCR中，當(dāng)晶閘管的導(dǎo)通角小于90°時(shí)，電抗器的電流非正弦含有諧波成分，因此必須將固定電容器組設(shè)計(jì)成濾波器形式或者配備另外的濾波器。

綜上所述，可以看出TCR的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，損耗大。但其具有補(bǔ)償量連續(xù)可調(diào)的特點(diǎn)，在高壓系統(tǒng)中還有應(yīng)用。

4、STATCOM

    STATCOM是一種使用IGBT、GTO、或者SIT等全控型高速電力電子器件作為開關(guān)控制電流的裝置。其基本工作原理是：

    通過對系統(tǒng)電參數(shù)的檢測，預(yù)測出一個(gè)與電源電壓同相位的幅度適當(dāng)?shù)恼译娏鞑ㄐ巍．?dāng)系統(tǒng)瞬時(shí)電流大于預(yù)測電流的時(shí)候，STATCOM將大于預(yù)測電流的部分吸收進(jìn)來，儲存在內(nèi)部的儲能電容器中。當(dāng)系統(tǒng)瞬時(shí)電流小于預(yù)測電流的時(shí)候，STATCOM將儲存在電容器中的能量釋放出來，填補(bǔ)小于預(yù)測電流的部分，從而使得補(bǔ)償后的電流變成與電壓同相位的正弦波。

    根據(jù)STATCOM的工作原理，理論上STATCOM可以實(shí)現(xiàn)真正的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，不僅可以應(yīng)用在感性負(fù)荷場合，還可以應(yīng)用在容性負(fù)荷的場合。并且可以進(jìn)行諧波濾除，起到濾波器的作用。但切是實(shí)際的STATCOM由于技術(shù)的原因不可能達(dá)到理論要求，而且由于開關(guān)操作頻率不夠高等原因，還會向電網(wǎng)輸出諧波。

    STATCOM的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，價(jià)格昂貴，可靠性差，損耗大，目前仍處于研究試用階段，沒有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。電抗器（TSR）償，從補(bǔ)償?shù)姆绞絼澐挚梢苑譃榇?lián)補(bǔ)償與并聯(lián)補(bǔ)償。

五、采用無功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)

1、根據(jù)用電設(shè)備的功率因數(shù)，可測算輸電線路的電能損失。通過現(xiàn)場技術(shù)改造，可使低于標(biāo)準(zhǔn)要求的功率因數(shù)達(dá)標(biāo)，實(shí)現(xiàn)節(jié)電目的。

2、 采用無功補(bǔ)償技術(shù)，提高低壓電網(wǎng)和用電設(shè)備的功率因數(shù)，是節(jié)電工作的一項(xiàng)重要措施。

3、 無功補(bǔ)償，它就是借助于無功補(bǔ)償設(shè)備提供必要的無功功率，以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低能耗，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量，穩(wěn)定設(shè)備運(yùn)行。

4、減少電力損失，一般工廠動(dòng)力配線依據(jù)不同的線路及負(fù)載情況，其電力損耗約2%--3%左右，使用電容提高功率因數(shù)后，總電流降低，可降低供電端與用電端的電力損失。

5、 改善供電品質(zhì)，提高功率因數(shù)，減少負(fù)載總電流及電壓降。于變壓器二次側(cè)加裝電容可改善功率因數(shù)提高二次側(cè)電壓。

6、 延長設(shè)備壽命。 改善功率因數(shù)后線路總電流減少，使接近或已經(jīng)飽和的變壓器、開關(guān)等機(jī)器設(shè)備和線路容量負(fù)荷降低，因此可以降低溫升增加壽命（溫度每降低10°C，壽命可延長1倍）

7、比較終滿足電力系統(tǒng)對無功補(bǔ)償?shù)谋O(jiān)測要求，消除因?yàn)楣β室驍?shù)過低而產(chǎn)生的罰款。

8、無功補(bǔ)償可以改善電能質(zhì)量、降低電能損耗、挖掘發(fā)供電設(shè)備潛力、無功補(bǔ)償減少用戶電費(fèi)支出，是一項(xiàng)投資少，收效快的節(jié)能措施。

9、無功補(bǔ)償技術(shù)對用電單位的低壓配電網(wǎng)的影響以及提高功率因數(shù)所帶來的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，確定無功功率的補(bǔ)償容量，確保補(bǔ)償技術(shù)經(jīng)濟(jì)、合理、安全可靠，達(dá)到節(jié)約電能的目的。

六、無功補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用例子

例1：

某供電企業(yè)給某淀粉廠加裝470 kvar低壓動(dòng)態(tài)補(bǔ)償電容柜，設(shè)定補(bǔ)償限值cosφ為0.95，小于限值則動(dòng)態(tài)順序投入電容器組。如功率因數(shù)超前，向線路反送無功功率，則開始順序切除電容器，使功率因數(shù)在一個(gè)相對穩(wěn)定的區(qū)域保持動(dòng)態(tài)平衡。試機(jī)時(shí)一次電流1050A，cosφ = 0.7，裝置動(dòng)態(tài)投入400kvar后，功率因數(shù)接近到1，一次電流變?yōu)?span>750A，電流是補(bǔ)償前的電流的70%，即減少線路電流30%左右。
                 表1列出了補(bǔ)償前后參數(shù)的變化

注：按現(xiàn)場控制盤儀表指示

例2：

某供電企業(yè)給某造紙廠加裝500 kvar低壓動(dòng)態(tài)補(bǔ)償柜，補(bǔ)償前功率因數(shù)≤0.75，線路電流1300 A，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)焦β室驍?shù)為0.96后一次電流是1000 A，直觀減少線路電流25%左右。

根據(jù)電路原理，線路的損耗與負(fù)荷電流的平方成正比，線路電流大則損耗大，線路電流減小則線損減少，例1中，補(bǔ)償前電流為I，補(bǔ)償后電流大約為0.7×I，根據(jù)DP = 3I2R，所以補(bǔ)償后的線路損耗為補(bǔ)償前線路損耗值的49 %，線路損耗降低了大約51%左右。例2中線路補(bǔ)償后電流大約是補(bǔ)償前電流的0.77，所以補(bǔ)償后的線路損耗大概是補(bǔ)償前線路損耗的59%。

推算出補(bǔ)償前后功率因數(shù)的變化與線路損耗變化的關(guān)系：

按表2所示：例1功率因數(shù)從0.7提高到1，補(bǔ)償后的線路損耗為補(bǔ)償前線路損耗的49%；線路功率因數(shù)從0.75提高到0.95后，線路損耗為補(bǔ)償前的63%，降低線損效果明顯。

例3：

某市能源監(jiān)測中心于2006年4月24、29、30日對某氨綸股份有限公司B區(qū)制冷機(jī)、空壓機(jī)電機(jī)進(jìn)行了電機(jī)補(bǔ)償裝置的安裝調(diào)試，從安裝后測試結(jié)果看，平均降低電流22-51（A），電機(jī)功率因數(shù)提高到0.98，（見測試結(jié)果對比表），減少了公司內(nèi)部低壓電網(wǎng)的消耗，從而達(dá)到了節(jié)電的目的。

表3  測試結(jié)果對比表

由于電流減少，變壓器的銅損及公司內(nèi)部的低壓損耗都降低。
配電系統(tǒng)電流下降率△Ｉ％＝（1－0.87/0.98）×100％＝11％；
配電系統(tǒng)損耗下降率 △Ｐ％＝(1-0.872/0.982)×100％＝11.2％
     該公司B區(qū)制冷機(jī)、空壓機(jī)電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償?shù)目側(cè)萘繛?span>780千乏，電流平均總下降518（A）,依據(jù)GB/T12497-1997中計(jì)算公式，安裝電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償裝置后，年可節(jié)電量＝補(bǔ)償容量×無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量×年運(yùn)行時(shí)間＝780×0.04×24×300＝224640kWh，節(jié)約價(jià)值11.2萬元，補(bǔ)償投資費(fèi)用(包括設(shè)備的購置、安裝及現(xiàn)場調(diào)試)為：6.24萬元。(80元/千乏)  

    用 戶低壓端無功補(bǔ)償裝置一般按照用戶無功負(fù)荷的變化動(dòng)態(tài)投切補(bǔ)償電容器，達(dá)到動(dòng)態(tài)控制的目的，可以做到不向高壓線路反送無功電能。在配電網(wǎng)中，若各用戶低壓 側(cè)配置了足夠的無功補(bǔ)償裝置，則可使配電線路中的無功電流比較小，也使配電線路的有功功率損耗比較小，這是比較理想的效果。另外，線路中的無功電流小，也使線路 壓降減少，電壓波動(dòng)減少。