一、功率的概念

二、需要無功補償的原因

三、無功補償的一般方法

四、無功補償裝置的分類

五、采用無功補償的優點

六、無功補償的應用例子

一、功率的概念

1、視在功率：視在功率是指發電機發出的總功率，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。

3、無功功率：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。無功功率不做功，但是要保證有功功率的傳導必須先滿足電網的無功功率。

二、需要無功補償的原因

    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，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。

但是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。

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

三、無功補償的一般方法

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

(1)低壓個別補償

　　低壓個別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。低壓個別補償的優點是：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，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、維護簡單、事故率低等優點。

(2)低壓集中補償

　　低壓集中補償是指將低壓電容器通過低壓開關接在配電變壓器低壓母線側，以無功補償投切裝置作為控制保護裝置，根據低壓母線上的無功負荷而直接控制電容器的投切。電容器的投切是整組進行，做不到平滑的調節。低壓補償的優點：接線簡單、運行維護工作量小，使無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低網損，具有較高的經濟性，是目前無功補償中常用的手段之一。

(3)高壓集中補償

高壓集中補償是指將并聯電容器組直接裝在變電所的6～10kV高 壓母線上的補償方式。適用于用戶遠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荷時，可以減少對電力系統無功的消耗并可以起到一定的補償作用； 補償裝置根據負荷的大小自動投切，從而合理地提高了用戶的功率因數，避免功率因數降低導致電費的增加。同時便于運行維護，補償效益高。

四、無功補償裝置的分類

    無功補償有很多種類：從補償的范圍劃分可以分為負荷補償與線路補償，從補償的性質劃分可以分為感性補償與容性補償。下面將并聯容性補償的方法大致列舉：

1、同步調相機

    調相機的基本原理與同步發電機沒有區別，它只輸出無功電流。因為不發電，因此不需要原動機拖動，沒有啟動電機的調相機也沒有軸伸，實質就是相當于一臺在電網中空轉的同步發電機。

    調相機是電網中比較早使用的無功補償裝置。當增加激磁電流時，其輸出的容性無功電流增大。當減少激磁電流時，其輸出的容性無功電流減少。當激磁電流減少到一定程度時，輸出無功電流為零，只有很小的有功電流用于彌補調相機的損耗。當激磁電流進一步減少時，輸出感性無功電流。

    調相機容量大、對諧波不敏感，并且具有當電網電壓下降時輸出無功電流自動增加的特點，因此調相機對于電網的無功安全具有不可替代的作用。

    由于調相機的價格高，效率低，運行成本高，因此已經逐漸被并聯電容器所替代。但是近年來出于對電網無功安全的重視，一些人主張重新啟用調相機。

2、并聯電容器

    并聯電容器是目前比較主要的無功補償方法。其主要特點是價格低，效率高，運行成本低，在保護完善的情況下可靠性也很高。

    在高壓及中壓系統中主要使用固定連接的并聯電容器組，而在低壓配電系統中則主要使用自動控制電容器投切的自動無功補償裝置。自動無功補償裝置的結構則多種多樣形形色色，適用于各種不同的負荷情況。對于低壓自動無功補償裝置將另文詳細介紹。

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

3、SVC

    SVC的全稱是靜止式無功補償裝置，靜止兩個字是與同步調相機的旋轉相對應的。

國際大電網會議將SVC定義為7個子類：

①機械投切電容器（MSC）

②機械投切電抗器（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自換向或電網換向轉換器（SCC/LCC）

    根據以上這些子類，我們可以看出：除調相機之外，用電感或電容進行無功補償的裝置幾乎均被定義為SVC。因此，目前一些資料或者廣告中大量出現“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。

    目前國內市場上被宣傳為SVC的產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的基本結構包括一組固定并聯連接在線路中的電容器和一組并聯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計成與電容器一樣。由于電抗器是用晶閘管控制的，其感性無功電流可以變化。當晶閘管關斷時，電抗器沒有電流，而電容器固定連接，因此 整套裝置的補償量比較大。當調節晶閘管的導通角時，電抗器的感性電流就會抵消一部分電容器電流，因此補償量減少，導通角越大，電抗器的電流越大，補償量就越 小。當晶閘管全通時，電抗器電流就會將電容器電流全部抵消，此時補償量為0。

    在TCR中，當晶閘管的導通角小于90°時，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計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的結構復雜，損耗大。但其具有補償量連續可調的特點，在高壓系統中還有應用。

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控制電流的裝置。其基本工作原理是：

    通過對系統電參數的檢測，預測出一個與電源電壓同相位的幅度適當的正弦電流波形。當系統瞬時電流大于預測電流的時候，STATCOM將大于預測電流的部分吸收進來，儲存在內部的儲能電容器中。當系統瞬時電流小于預測電流的時候，STATCOM將儲存在電容器中的能量釋放出來，填補小于預測電流的部分，從而使得補償后的電流變成與電壓同相位的正弦波。

    根據STATCOM的工作原理，理論上STATCOM可以實現真正的動態補償，不僅可以應用在感性負荷場合，還可以應用在容性負荷的場合。并且可以進行諧波濾除，起到濾波器的作用。但切是實際的STATCOM由于技術的原因不可能達到理論要求，而且由于開關操作頻率不夠高等原因，還會向電網輸出諧波。

    STATCOM的結構十分復雜，價格昂貴，可靠性差，損耗大，目前仍處于研究試用階段，沒有實際應用價值。電抗器（TSR）償，從補償的方式劃分可以分為串聯補償與并聯補償。

五、采用無功補償的優點

1、根據用電設備的功率因數，可測算輸電線路的電能損失。通過現場技術改造，可使低于標準要求的功率因數達標，實現節電目的。

2、 采用無功補償技術，提高低壓電網和用電設備的功率因數，是節電工作的一項重要措施。

3、 無功補償，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，穩定設備運行。

4、減少電力損失，一般工廠動力配線依據不同的線路及負載情況，其電力損耗約2%--3%左右，使用電容提高功率因數后，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，提高功率因數，減少負載總電流及電壓降。于變壓器二次側加裝電容可改善功率因數提高二次側電壓。

6、 延長設備壽命。 改善功率因數后線路總電流減少，使接近或已經飽和的變壓器、開關等機器設備和線路容量負荷降低，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對無功補償的監測要求，消除因為功率因數過低而產生的罰款。

8、無功補償可以改善電能質量、降低電能損耗、挖掘發供電設備潛力、無功補償減少用戶電費支出，是一項投資少，收效快的節能措施。

9、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，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。

六、無功補償的應用例子

例1：

某供電企業給某淀粉廠加裝470 kvar低壓動態補償電容柜，設定補償限值cosφ為0.95，小于限值則動態順序投入電容器組。如功率因數超前，向線路反送無功功率，則開始順序切除電容器，使功率因數在一個相對穩定的區域保持動態平衡。試機時一次電流1050A，cosφ = 0.7，裝置動態投入400kvar后，功率因數接近到1，一次電流變為750A，電流是補償前的電流的70%，即減少線路電流30%左右。
                 表1列出了補償前后參數的變化

注：按現場控制盤儀表指示

例2：

某供電企業給某造紙廠加裝500 kvar低壓動態補償柜，補償前功率因數≤0.75，線路電流1300 A，動態補償到功率因數為0.96后一次電流是1000 A，直觀減少線路電流25%左右。

根據電路原理，線路的損耗與負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，補償前電流為I，補償后電流大約為0.7×I，根據DP = 3I2R，所以補償后的線路損耗為補償前線路損耗值的49 %，線路損耗降低了大約51%左右。例2中線路補償后電流大約是補償前電流的0.77，所以補償后的線路損耗大概是補償前線路損耗的59%。

推算出補償前后功率因數的變化與線路損耗變化的關系：

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

例3：

某市能源監測中心于2006年4月24、29、30日對某氨綸股份有限公司B區制冷機、空壓機電機進行了電機補償裝置的安裝調試，從安裝后測試結果看，平均降低電流22-51（A），電機功率因數提高到0.98，（見測試結果對比表），減少了公司內部低壓電網的消耗，從而達到了節電的目的。

表3  測試結果對比表

由于電流減少，變壓器的銅損及公司內部的低壓損耗都降低。
配電系統電流下降率△Ｉ％＝（1－0.87/0.98）×100％＝11％；
配電系統損耗下降率 △Ｐ％＝(1-0.872/0.982)×100％＝11.2％
     該公司B區制冷機、空壓機電動機補償的總容量為780千乏，電流平均總下降518（A）,依據GB/T12497-1997中計算公式，安裝電動機補償裝置后，年可節電量＝補償容量×無功經濟當量×年運行時間＝780×0.04×24×300＝224640kWh，節約價值11.2萬元，補償投資費用(包括設備的購置、安裝及現場調試)為：6.24萬元。(80元/千乏)  

    用 戶低壓端無功補償裝置一般按照用戶無功負荷的變化動態投切補償電容器，達到動態控制的目的，可以做到不向高壓線路反送無功電能。在配電網中，若各用戶低壓 側配置了足夠的無功補償裝置，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，電壓波動減少。