時間：2023-03-02 15:05:26
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關鍵詞：無功補償；配電系統；電容器
由于現代企業采用大量的感應電動機和變壓器等感性負荷，特別是近年來大功率可控硅的應用，供電系統除供給有功功率外，還需供給大量無功功率，使發電和輸配電設備的能力不能充分利用，無功功率對供電系統及工廠內部配電系統都有極不良影響，從節約電能和提高電能質量出發，都必須考慮改善功率因數措施。為此，必須提高用戶的功功率因數，減少對電源系統的無功需求量
1無功補償的總原則
無功補償的總原則：全面規劃，合理布局，分散補償，就地平衡，降低損耗提高質量，滿足需求，可靠保證。無功補償方式制定時，應全面分析本系統的無功電力需求量，以確定最優的補償量與最優的補償方式。
我國在《電力系統電壓和無功電力技術導則)中規定質功補償與電壓調節應按以下原則進行：
1.1總體平衡與局部平衡相結合，即要滿足全網的總無功平衡，又要滿足分支線的無功平衡。
1.2電力補償與用戶補償相結合，供電部門在電源點進行補償與用戶自身用電設備進行補償，兩者實現理想配合。
1.3分散補償與集中補償相配合，以分散補償為主。
1.4降損與調壓相結合，以降損為主。
2無功補償裝置
無功補償裝置主要有同步調相機，并聯電容器，靜止補償器等。
2.1同步調相機
同步調相機也叫同步補償機，它實際上是接在電網上不帶機械負載的同步電動機，專門用來調節電網功率因數或用在長距離輸電線路中提高電壓的穩定性，假若忽略同步補償機的損耗，按電動機慣例寫出其電勢方程如下，
可見，I超前U90°，純粹是直軸電流，即I=Id，并且電樞反應磁勢起去磁作用。此時，補償機從電網吸取超前的無功功率(也可以說成是向電網輸出滯后的無功功率)，相當于是接在電網上的電容。在過勵磁運行時，它向系統供給感性無功功率而起無功電源的作用，同步補償機容量可以很大，并且無功功率易于平滑調節。在需要提高電網功率因數時，調節同步補償機使其在過勵狀態下運行，由電網吸取電容性無功功率 (或說成是向電網發出電感性無功功率)。當電網輕載時，調節同步補償機使其在欠勵狀態下運行，由電網吸取電感性無功功率，這就相當于是在線路中接入了感性負載，從而可以保持受電端電壓不變。由于實際運行的需要和對穩定性的要求，欠勵磁最大容量只有過勵磁容量的50％-65％，裝有自動勵磁調節裝置的同步補償機，能根據裝設地點電壓的數值平滑改變輸出(或吸取)無功功率，進行電壓調節。有強勵磁裝置時，系統故障下能調整系統電壓，從而提高系統的穩定性。但由于同步補償機是旋轉機械，運行維護比較復雜，滿負荷時有功功率損耗為額定容量的1.5％―5％，容量越小，百分值越大，所以小容量的每KVA容量投資費用大，故同步補償機宜大容量使用，在我國一般用在樞紐變電所。
2.2靜止電容器和靜止補償器
靜止電容器一般都采用并聯電容器的方法進行人工補償，電力電容器具有投資省，有功功率損耗小，運行維護方便，故障范圍小，裝設容量靈活，即可集中使用，又可分散裝設來就地供應無功功率，以降低網絡電能損耗等優點。為了在運行中調節電容器的功率，可將電容器連接成若干組，根據負荷的變化，分組投入或切除，可控硅投切型電容器補償裝置就可以實現補償功率的調節。
電容器的缺點是當通風不良或因電網高次諧波造成電容器過負荷使運行溫度過高時，易出現外殼鼓肚、漏油，甚至爆炸和引起火災。因此，規定電容器組應獨立設室。為便于管理維護，多采用集中固定補償，若補償前功率因數為COS，補償后提高到，則補償所用電力電容器容量應為kyar
上式是按平均負荷計算的所需補償容量，也有按最大負荷PmaxΣ進行計算的。如果按 PmaxΣ計算所需補償的無功功率Qc，則當P＜ maxΣ,時，將出現過補償現象。為了取得較好的補償效果，按平均負荷計算是合適的，以免所選電容過多。補償電力電容器多接成三角形，因每個電容器的無功容量為Qcl＝ωC1U2，當容量一定時，電壓高電容可以小。只有當電容器額定電壓低于網絡電壓時，才考慮接成星形。電容器組還應單獨裝設控制、保護和放電設備。電容器組的放電設備必須保證在電容器與電網的聯接斷開時，放電一分鐘后電容器組兩端的殘壓在65V以下，以保證人身安全，一般1000V以上的電容器組用電壓互感器作為放電設備。
靜止補償器是近年來的一種動態無功功率補償裝置，它是將電力電容器與電抗器并聯起來使用，電容器發出無功功率，電抗器吸收無功功率，兩者結合，再配以適當的調節裝置，能夠平滑地改變輸出(或吸收)無功功率的靜止補償器，能滿足動態無功補償的需要，與同步補償機比較，運行維護簡單，功率損耗小，能做到分相補償，以適應不平衡的負荷變化，對于沖擊負荷有較強的適應性，在我國電力系統中得到了廣泛應用。
3無功補償方式
無功補償就補償方式來說分為高壓補償和低壓補償，高壓補償通常是在變電所高壓側進行，對補償點前端的無功功率進行補償，對后端的負載及線路起不到補償作用，低壓補償可直接補償配電線路和負載的無功功率，補償效果較為理想。
3.1高壓補償，高壓補償主要是針對變電所主變壓器和一些高壓負荷，可集中補償也可分散補償，補償裝置獨立設室，保證通風良好，充分發揮補償裝置的效率。因此應根據負荷的變化，安排、設計好變電所的無功補償容量，運行中在保證電壓合格和無功補償效果最佳的情況下，盡可能使電容器投切開關的操作次數減少。
3.2低壓補償，低壓補償有集中補償，分散補償和就地補償。
集中補償是將電容器裝設在用戶專用的變電所內，對無功進行統一補償，對負荷比較集中，距離變電所近，無功補償容量較大的場合采用較為合適。優點是可以補變電所母線、受電線路的無功損耗，負荷變化能對母線電壓起一定的調節作用，便于管理、維護、操作及集中控制。缺點是它只減少裝設點以上線路和變壓器因輸送無功功率所造成的損耗，而不能減少用戶內部通過低壓線路向用電設備輸送無功功率所造成的損失。
分散補償是將電容器組按低壓配電網的無功負荷分布分組裝設在相應的母線上，或者直接與低壓干線相連接，形成低壓、電網、內部的多組分散補償方式，適合負荷比較分散的補償場合。分散補償的優點是對分散的用戶，有利于無功負荷的就地平衡，減少配電網絡和配電變壓器中無功電流的損耗和電壓的損失，使線損顯著降低，負荷不變的條件下增加網絡的輸出容量。缺點是裝設的電容器無法分組，則補償容量無法調整，運行中可能出現過補償或欠補償，補償設備的利用率較集中補償方式低，安裝分散，給維護管理帶來不便。
就地補償是就地補償用電設備(主要是電動機)所消耗的無功功率，將電容器組直接裝在用電設備旁邊，與用電設備的供電回路并聯，以提高供電系統的功率因數，從而獲得明顯的降損效益。優點是無功電流與附近的用電設備相互交換，不流向網絡其它點，在網絡中無功電流的無功損耗和電壓損耗小，被補償網絡最經濟，在配電設備不變的情況下可增加網絡的供電容量，導線截面可相應減少，適應性好。缺點是對于電網內公用負荷與集中補償和分散補償相比，補償相同容量的無功負荷所需的補償電容器總容量和補償裝置總數量增加，投資增大，補償裝置利用率較低。
4無功補償容量的配置
變電所安裝電容器，其主要作用是補償變壓器的無功損耗及配電線路前段的無功負荷及無功損耗，同時可以進行調壓。變電所電容器的補償容量按主變壓器額定容量的10％-15％來配置，根據變電所的負荷性質和調壓要求，確定合理的無功補償容量。
配電線路是電力網的重要組成部分，配電線路上電容器容量的確定，應按
最大限度地降低無功損耗的原則來考慮，要根據無功負荷情況采取分散補償的方式進行補償。
參考文獻
[1]《工廠供電設計》李宗綱，劉玉林，施慕云，韓春生等著，吉林科學技術出版社.
摘要：無功率補償裝置在礦山企業應用非常廣泛，筆者首先分析了影響供配電系統的功率因數以及電網的無功補償方式，闡述了無功功率補償容量的確定以及礦山企業中無功功率補償設備的選用。
0引言
隨著采掘機械化的發展，礦山開采的產量大幅度提高，使得工作面電氣設備總容量、單機功率明顯加大，供電距離加長，用電設備自身無功功率損耗的存在造成井下電網功率因數較低。因此，在礦山開采供電系統中提高功率因數，補償無功功率以降低電能消耗是十分重要的，采用無功功率自動補償裝置的目的，就是減少井下供配電系統的線路損耗和變壓器的有功損耗。提高供配電系統的功率因數，降低采礦的電力成本。
1影響功率因數的主要因素
1.1電感性設備和電力變壓器按負載性質分，所有用電設備可以抽象為電阻性、電感性和電容性3種，正是由于電感性和電容性用電設備的存在，才使得功率因數發生變化。實際礦山企業中，電容性設備并不多見，大量的電感性設備，例如異步電動機、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％。而異步電動機空載運行時所消耗的無功功率又占到電動機總無功消耗的60％～70％。因此，要改善異步電動機的功率因數就要盡量防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。一般而言，電力變壓器消耗的無功功率約為其額定容量的10％～15％，它的空載無功功率約為滿載時的35％左右。所以，為了改善電力系統和企業的功率因數，變壓器同樣不應空載運行或長期處于低負載率運行狀態。
1.2供電電壓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，無功功率將增長很快，據分析統計，供電電壓為額定值的110％時，無功功率將增加35％左右。而供電電壓低于額定值時，無功功率反而相喧減少而使功率因數有所提高。當然，電壓降低會影響電氣設備的正常工作，所以，應采取措施使電力系統的供電電壓盡可能保持穩定。
1.3電網頻率波動的影響電網頻率的波動也會影響異步電動機和電力變壓器的正常工作狀態，從而改變無功功率的大小，影響電力系統的功率因數。一般說來，當系統頻率下降時，發電機發出的無功功率將會減少，變壓器和異步電動機所需的無功功率將會增加，整個系統的無功功率將會略有增加。但頻率穩定和調整措施主要在發電廠內部進行，與一般礦山企業關系不大。
2電網的無功補償
2.1集中補償集中補償分為高壓集中補償和低壓集中補償兩種方式。高壓集中補償是將電容器組裝沒在工廠變配電所的6～10kV母線上，這種補償方式只能補償6～10kV母線以前線路的無功功率，而母線后廠內線路的無功功率得不到補償，所以補償效果較差，優點是投資少、便于集中運行維護，這種補償方式在大中型企業應用較為普遍。
2.2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的與用電設備并接，它與用電設備共用一套斷路器。通過控制裝置與電動機同時投切。隨機補償適用于補償個別容量大且連續運行的異步電動機，其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，而且不需要頻繁調整補償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、使用維護方便、事故率低等優點。
2.3隨器補償隨器補償是指將低壓電容器通過開關接在變壓器二次側，以補償變壓器空載運行時無功功率的補償方式。變壓器空載或輕載運行時，由于勵磁引起的無功損耗所占比重很大，此種方式的優點是能有效地補償變壓器的無功損耗，且接線簡單，維護管理方便，在小型礦山企業應用較多。
3無功功率補償容量的確定
3.1集中補償容量的計算用戶功率因數低的原因主要是電感性負荷過大所致，因此需要并聯電容器或同步補償機進行補償。設某礦山企業負荷情況為有功功率Py、無功功率Pw1、視在功率Ps1、功率因數為cosφ1，現要求在有功功率Py不變的條件下，將功率因數由cosφ1提高到cosφ2，功率因數提高后，負荷情況變為：有功功率Py、無功功率Pw2、視在功率PR2最大負荷時，系統需要的無功補償容量Pb按式(1)計算：
Pb=Pwl-Pw2=Py(tanφ1-tanφ2)(1)
式中：Py為有功功率(kW)；Pb為無功補償容量(kvar)。
3.2單負荷就地補償容量的選擇據國外相關資料介紹，如果考慮異步電動機的負荷率、極對數等因素的影響，補償容量可估算如下：設異步電動機額定容量為Pe則補償容量取Pb=(1/4～1/2)P，為宜。按此選取補償容量，一般不會出現過補償，而且功率因數可以補償到0.90以上，特別是對于空載電流較大和負載率較低的電動機效果更佳，因而在節能技術上應用較為廣泛。對于空載電流較小和負載率較高的電動機，可根據電動機極數不同，選取不同的補償容量，一般而言，極數越多，需要的補償容量越大，亦可按式(2)計算：
Pb≤UeIO×10-3(2)
式中：Pb為無功補償容量(kvar)；Ue為電動機額定電壓(V)；IO為電動機空載電流(A)。
4礦山企業中無功功率補償設備的選用
由前面無功功率和電壓的關系可以看出系統中選擇無功功率補償設備最終調整的是系統電壓，合理地配置系統的無功功率可以將系統的電壓偏移控制在要求的范圍內。
4.1發電機發動機是唯一的有功功率電源，是最基本的無功功率電源。發電機在額定狀態下運行時，可發出無功功率。
QGN=SGNsimφN=PGNtanφN
式中SGN、PGN、φGN分別為發電機的額定視在功率，額定有功功率和額定功率因數。發電機不但可向系統提供一定的無功功率，在進相運行時有可能吸收系統一定的過剩無功功率。但發電機進相運行時，定子端部漏磁增加，定子端部溫升會限制發電機的功率輸出，不同類型、結構、容量和冷卻方式的發電機要根據現場試驗來確定進相運行的容許范圍。此外在并列運行的發電廠中調整個別發電機的無功出力，這還可能同無功功率的經濟分配相矛盾。所以大型系統中發電機一般只作輔助調壓措施。
4.2同步調相機它相當于空載運行的同步電動機。在過勵磁狀態下向系統供給感性功率，欠勵磁狀態吸收系統感性功率，但在欠勵磁狀態時的容量只有過勵磁容量的50％～65％，它的有功功率損耗較大，在滿負荷時約為額定容量的1.5％～5％，容量越小百分值越大。小容量投資費用較大，另外其為旋轉設備不易維護。
4.3并聯電容器并聯電容器供給的無功功率Qc與所在節點電壓U的平方成正比，即
QC=U2/Xc
式中，XC=1/ωC為并聯電容器的容抗。因節點電壓下降時，它供給系統的無功功率將減少。因此當系統發生故障或其它原因電壓下降時，電容器無功輸出的減少將導致電壓繼續下降。換言之，電容器的無功功率調節性能比較差。但他的投資費用小，運行時功率損耗亦小，約為額定容量的0.02％以下。另外它無旋轉部分維護方便又可集中或分散裝設，還可連結成若干組，配以功率因數測量控制裝置，實現分組投入或切除，可進行無功功率的不連續調節。
【關鍵詞】電力系統 無功功率 補償技術
1 前言
我國市場經濟的發展，推動了各行各業飛速的發展，特別是電力行業的發展更為迅速。電力系統中無功功率補償技術，作為專門調節電網運行中無功功率的分布技術，其作用越來越顯著。電力系統中無功功率的補償裝置能夠提高系統以及負載的功率因素，同時還能降低設備之間功率的耗損，穩定系統運行時的電壓，從而為用戶提供高質量的電能。
2 電力系統無功功率補償概述
2.1 我國電力系統無功功率補償方式
（1）同步調相機；早期無功補償的裝置中，同步調相機是其中最為典型的一種。同步調相機雖能夠完成動態的補償；但其響應的速度慢，且對其的運行、維護較為復雜。目前，電力系統中使用該裝置進行無功功率的補償已較為少見。
（2）并補裝置；無功補償的領域中并聯電容器是應用最為廣泛的一種無功補償裝置，但該裝置中電容補償僅針對固定無功進行補償。并補裝置采用的是電容分組投切且能夠更好的應用于監測負載無功動態的變化；但該裝置屬于有級無功調節中的一種，無法滿足無功平滑無級調節。
（3）并聯電抗器；我國目前所使用的電抗器多為固定容量。電力系統中主要用此將容性負荷吸收，并抑制系統中的過電壓。并聯電抗器也可用來抑制系統中的諧波；其中，抑制諧波次數超過5次時，電抗率的取值應在4%-6%之間；當抑制3次及其以上時，需去13%才能滿足抑制要求。
2.2 無功功率補償中存在的問題
電力系統運行過程中，采用以上幾種無功補償方式，在其補償工作中取得一定的效果。但同時也存在一些問題，從而影響到電網運行的安全和可靠。
電力行業電力系統中無功功率補償技術的應用，仍采用的是就地補償的原則。在無功補償過程中，雖能改善功率因素，但電能的耗損仍未得到解決。電力系統中不允許進行無功的倒送；尤其是負荷低谷時，若進行無功倒送，則會出現電壓過高的現象[2]。部分無功補償裝置無功的投切量主要依靠電壓來確定，而線路電壓水平主要是根據電力系統運行情況而定，因此，在進行補償時常會出現欠補或過補等現象。
3 電力系統無功功率補償技術改進的策略
針對目前我國電力系統無功功率補償中存在的問題，因此，要加大電力系統無功功率補償技術的改進，其具體策略主要從以下幾方面進行。
3.1 靜止無功發生器
電力系統中靜止無功發生器，亦稱靜止同步補償器，該補償裝置主要采用的是自換向變流器[3]，主要是根據電壓電源的逆變技術滯后和超前無功完成無功的補償。靜止無功發生器調節的速度較快，無需大容量電容或電感等儲備，且諧波的含量較小，同容量之間的占地面積較小。此外，在電力系統欠壓的條件下，其無功調節的能力較強，是新興的無功補償裝置，其前景較為廣闊。
3.2 智能控制策略中晶閘管投切電容器
電力系統無功功率補償技術中，將微處理器應用到晶閘管投切電容器中，能夠完成較為復雜的控制及檢測任務，并實現動態無功功率的補償。控制器是智能控制策略中晶閘管投切電容器補償裝置最為核心的部件，晶閘管投切電容器能夠完成無功功率因素的測量和分析，使其能夠有效的控制無觸點開關之間的投切。另外，該裝置還能顯示并存貯功率因素、欠壓或過壓等參數。
3.3 綜合潮流控制器
電力系統無功功率補償技術中綜合潮流控制器，主要是將晶閘管換流器中電壓串聯并疊后加入到輸電線電壓中，保持其幅值及相角能夠隨時變化，確保線路有功與無功功率之間準確的調節，從而提升電力系統輸送的能力和阻尼系統的振蕩[4]。綜合潮流控制器對電力系統進行無功的補償看，主要來源于裝置本身產生和控制而得到的，而不是通過提供或消耗有功功率得來的。近年來，電力系統中綜合潮流控制器使其發展的方向，該技術對電網的規劃、建設以及運行均具有重要的意義。
3.4 電力有源濾波器
電力系統無功功率補償技術改進策略中，電力有源濾波器主要采用的是瞬時的濾波形成技術，該技術響應速度較快，能對無功功率以及變化諧波進行動態補償。且在補償過程中，電網阻抗的參數對其影響小。電力有源濾波器交流電路主要有電流型以及電壓型兩類，但較為實用的是電壓型。電力有源濾波器與補償對象連接的方式上看，可分為串聯型和并聯型，且并聯型使用較為廣泛。
4 結束語
電力系統中無功功率補償技術的廣泛應用不僅能夠減少污染、節約成本，而且還能提高電網運行的經濟以及社會效益，改善電壓的質量。但由于無功功率補償技術存在一定的問題，因此，在運行過程中應根據實際情況進行改進，使無功補償技術的作用充分發揮，從而確保電網運行的安全和可靠。
參考文獻
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[3] 曾妍.淺議電力系統無功功率補償技術[J].中國新技術新產品，2013， 25（2）：138-139.
[4]曾妍.研究電力系統無功功率補償技術[J].科技風，2010，25（23）：240-241.
關鍵詞：無功功率補償裝置, 功率因數, 補償方式
中圖分類號：TM933文獻標識碼： A
我公司現有35KV變電站1座，總裝機容量63MVA，下設6KV低壓配電室7座，其中400V 低壓配電室23處。現變電站內基波無功補償容量為10Mvar，在正常運行過程中無功補償的投切依據僅依靠功率因數進行投切，對無功的浪費較大。為扭轉由于無功的大量浪費，造成有功功率的大量損失，在2003年經過與北京電力科學院電力電子公司的協商，在滿足補償我公司煉鋼生產過程中產生的感性無功的前提下新上一套容量為60Mvar的無功動態補償裝置，通過近兩年的運行經驗來看，補償效果良好，功率因數指標能夠控制在0.85～0.92之間。在此有必要就無功補償裝置的選擇方面做一下簡單的介紹（以低壓無功補償裝置為例）。
眾所周知合理的選擇無功補償裝置，可以做到最大限度的減少網絡的損耗使電網質量提高，反之如選擇和使用不當，可能造成供電系統電壓波動，諧波增大和有功功率的大量損耗等諸多因素，危害電網的安全運行。
一、低壓無功功率補償裝置，一般采用自動補償方式。按投切方式可進行如下分類：
1、延時投切方式
這種投切依靠于傳統的接觸器動作，當然用于投切電容的接觸器是專用。它具有抑制電容的涌流作用。延時投切的目的在于防止電容不停的投切，導致供電系統振蕩，這一危險情況的出現。這種補償方式是通過補償裝置的控制器，檢測供電系統的物理量，來決定電容器投切的這個物理量，這種物理量可以是功率因數或無功電流或無功功率，是我們常用的一種補償方式。
2、瞬時投切方式
瞬時投切方式是電力電容器件與數字技術綜合的技術結晶。即我們所說的動態補償，實際就是在半個周波至1個周波內完成采樣計算，在下個周期到來前，控制器已經發出控制信號了，通過脈沖信號通知投切執行元件，即晶閘管導通。投切電容器組大約20－30毫秒內完成一個全部動作，作為一種新的補償裝置有著廣泛的應用前景。
其動作原理是當控制器采集到需要補償的信號發出一個指令（投入一組或多組電容器的指令）此時由觸發脈沖去觸發晶閘管導通，相應的電容器組也就并入線路運行。晶閘管的導通條件必須滿足其所在相的電容器端電壓為零，以避免涌流造成元件的損壞，也就是說電力電子器件控制的無功投切是無涌流投切；當控制指令撤消時，觸發脈沖隨即消失，晶閘管零電流自然關閉，關斷后的電容器電壓為線路電壓交流峰值，必須由放電電阻盡快放電，以備電容用以投入。用于控制電容器投切的元器件可以用單相晶閘管、并聯的雙向晶閘管，也可選適合容性負荷的固態接觸器。元件的耐壓及額定電流要選擇合理。這種補償方式其最主要的制約因素是用于投切控制的元器件的散熱方式及冷卻方式。我公司現上無功動態補償裝置的冷卻方式選用水冷內循環，各晶閘管的運行溫度能夠控制在40～50℃之間。
在低壓無功功率補償裝置的應用方面，選擇延時速是瞬時的補償方式。要依電網的狀況所定。首先要對所補償的方式性質有所了解，對負荷較大且變化較快的工況。如電焊機、電動機的方式應采用瞬時的補償方式；對于相對穩定的負荷可采用延時補償方式，也可使用瞬時的補償方式。一般電焊工作時間均在幾秒鐘以上。電動機啟動也在幾秒鐘以上。而瞬時補償的響應時間在幾十毫秒。按40ms考慮則從40ms到5秒鐘之內是一個相對穩態過程，瞬時補償能完成這一過程。
二、無功功率補償控制器
無功功率補償控制器按照采樣方式可分為三類，即功率因數型、無功功率型、無功電流型。選擇哪一種物理控制方式實際上就是對無功功率控制器的選擇。控制器是無功補償裝置的指揮系統，是進行采樣運算、發出投切信號、參數設定、測量、元件保護等功能的一個核心裝置。現在對上述所說的三種補償裝置簡單的進行一下介紹：
1、功率因數型控制器。
功率因數用cosφ表示，它表示有功功率在線路中所占的比例。當cosφ＝1時，就是說明線路中沒有無功損耗，提高功率因數并減少無功功率和無為有功功率的損耗是這類控制器的最終目標，這種控制方式也是傳統的方式，采樣控制較易實現。這種采樣方式在運行中既要保證系統穩定和無振蕩現象出現，又要兼顧補償效果。對于這種補償方式很重要的一點就是如何進行參數設定，只能在現場視具體情況將參數整定在一個較好的狀態下進行工作，既使參數調整的較好，也無法彌補這種補償方式自身的缺陷，尤其是在負荷較重的環境中，例如：設定投入門限cosφ=0.95（滯后）此時工作環境為重負荷，既使此時的無功損耗很大。無功缺額很大，再投電容器組也不會出現過補償。但cosφ只要不小于0.95，控制器就不會再有補償指令，也就不會有電容器投入。故不推薦使用這種補償方式。
2、無功功率（無功電流）型控制器。
這種方式可完善的解決功率因數型的缺陷，一個良好設計的無功型控制器，它是智能化的，有很強的適應能力，能兼顧線路的穩定性、檢測和無功補償的效果，并能對補償裝置進行完善的保護及檢測。這種補償裝置可實現如下功能：
四象限操作、自動和手動切換、自識別各路電容器組的功率，可根據負荷自動調節切換時間，具有諧波過壓報警及保護，可防止線路發生諧振，具有過電壓保護、低電流報警，可檢測所補償系統的電壓、電流畸變率，顯示電容器功率、顯示cosφ、U、I、S、P、Q及頻率。
由以上功能可以看出其控制功能非常強大。由于是無功型控制器，也就能夠將補償裝置的效果發揮到極至。此時既使在重負荷的情況，負荷發出的無功功率已經相當大，那怕cosφ已達到0.99（滯后）也可根據要求再投入一組，使補償效果達到最佳。
3、動態補償的控制器
關鍵詞：電網；無功補償；方法
中圖分類號：F407.6文獻標識碼： A
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。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。
1影響功率因數的主要原因
（1）大量的感性設備，如異步電動機等設備是無功功率的主要消耗者。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。
（2）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。
（3）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。
2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。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，從而提高配電變壓器利用率，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。
3采取適當措施，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。
（1）合理使用電動機。
（2）提高異步電動機的檢修質量。
（3）采用同步電動機：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，而無功功率取決于轉子中的勵磁電流大小，在欠勵狀態時，定子繞組向電網"吸取"無功，在過勵狀態時，定子繞組向電網"送出"無功。因此，對于恒速長期運行的大型機構設備可以采用同步電動機作為動力。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，這就是"異步電動機同步化"。
（4）合理選擇配電變壓器容量，改善配電變壓器的運行方式：對負載率比較低的配電變壓器，將其負載率提高到最佳值，從而改善電網的自然功率因數。
4無功電源
電力系統的無功電源除了同步電機外，還有靜電電容器、靜止無功補償器以及靜止無功發生器，這4種裝置又稱為無功補償裝置。除電容器外，其余幾種既能吸收容性無功又能吸收感性無功。同步電機。同步電機中有發電機、電動機及調相機3種。
（1）同步發電機。同步發電機是唯一的有功電源，同時又是最基本的無功電源，當其在額定狀態下運行時，可以發出無功功率： Q＝S×sinφ＝P×tgφ
其中：Q、S、P、φ是相對應的無功功率、視在功率、有功功率和功率因數角。
發電機正常運行時，以滯后功率因數運行為主，向系統提供無功，但必要時，也可以減小勵磁電流，使功率因數超前，以吸收系統多余的無功。
（2）同步調相機。同步調相機是空載運行的同步電機，它能在欠勵或過勵的情況下向系統吸收或供出無功，裝有自勵裝置的同步電機能根據電壓平滑地調節輸入或輸出的無功功率，這是其優點。但它的有功損耗大、運行維護復雜、響應速度慢，近來已逐漸退出電網運行。
（3）并聯電容器。并聯電容器補償是目前使用最廣泛的一種無功電源，由于通過電容器的交變電流在相位上正好超前于電容電壓，滯后于電感電壓，由此可視為向電網提供無功功率： Q=U/Xc其中：Q、U、Xc分別為無功功率、電壓、電容器容抗。
并聯電容器本身功耗很小，裝設靈活，節省投資；由它向系統提供無功可以改善功率因數，減少由發電機提供的無功功率。
（4）靜止無功補償器。靜止無功補償器是由晶閘管所控制投切電抗器和電容器組成，由于晶閘管對于控制信號反應極為迅速，而且通斷次數也可以不受限制。當電壓變化時靜止補償器能快速、平滑地調節，以滿足動態無功補償的需要，同時還能做到分相補償；對于三相不平衡負荷及沖擊負荷有較強的適應性；但由于晶閘管控制對電抗器的投切過程中會產生高次諧波，為此需加裝專門的濾波器。
（5）靜止無功發生器。它的主體是一個電壓源型逆變器，由可關斷晶閘管適當的通斷，將電容上的直流電壓轉換成為與電力系統電壓同步的三相交流電壓，再通過電抗器和變壓器并聯接入電網。適當控制逆變器的輸出電壓，就可以靈活地改變其運行工況，使其處于容性、感性或零負荷狀態。 與靜止無功補償器相比，靜止無功發生器響應速度更快，諧波電流更少，而且在系統電壓較低時仍能向系統注入較大的無功。
5結束語
分析了影響功率因數的主要因素，并提出了提高功率因數的幾種方法，討論了目前所通用的幾種無功電源及其特點。探討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。
關鍵詞：電網無功功率補償無功電源
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。
1影響功率因數的主要因素
(1)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。
(2)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。
(3)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。
2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。
3采取適當措施，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。
(1)合理使用電動機；
(2)提高異步電動機的檢修質量；
(3)采用同步電動機：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，而無功功率取決于轉子中的勵磁電流大小，在欠勵狀態時，定子繞組向電網"吸取"無功，在過勵狀態時，定子繞組向電網"送出"無功。因此，對于恒速長期運行的大型機構設備可以采用同步電動機作為動力。
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，這就是"異步電動機同步化"。
(4)合理選擇配變容量，改善配變的運行方式：對負載率比較低的配變，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。
4無功電源
電力系統的無功電源除了同步電機外，還有靜電電容器、靜止無功補償器以及靜止無功發生器，這4種裝置又稱為無功補償裝置。除電容器外，其余幾種既能吸收容性無功又能吸收感性無功。
(1)同步電機：
同步電機中有發電機、電動機及調相機3種。
①同步發電機：
同步發電機是唯一的有功電源，同時又是最基本的無功電源，當其在額定狀態下運行時，可以發出無功功率：
Q=S×sinφ=P×tgφ
其中:Q、S、P、φ是相對應的無功功率、視在功率、有功功率和功率因數角。
發電機正常運行時,以滯后功率因數運行為主,向系統提供無功，但必要時,也可以減小勵磁電流,使功率因數超前,即所謂的"進相運行"，以吸收系統多余的無功。
②同步調相機:
同步調相機是空載運行的同步電機，它能在欠勵或過勵的情況下向系統吸收或供出無功，裝有自勵裝置的同步電機能根據電壓平滑地調節輸入或輸出的無功功率，這是其優點。但它的有功損耗大、運行維護復雜、響應速度慢，近來已逐漸退出電網運行。
③并聯電容器：
并聯電容器補償是目前使用最廣泛的一種無功電源，由于通過電容器的交變電流在相位上正好超前于電容器極板上的電壓，相反于電感中的滯后，由此可視為向電網"發?quot;無功功率：
Q=U2/Xc
其中：Q、U、Xc分別為無功功率、電壓、電容器容抗。
并聯電容器本身功耗很小，裝設靈活，節省投資；由它向系統提供無功可以改善功率因數，減少由發電機提供的無功功率。
④靜止無功補償器：
靜止無功補償器是由晶閘管所控制投切電抗器和電容器組成，由于晶閘管對于控制信號反應極為迅速，而且通斷次數也可以不受限制。當電壓變化時靜止補償器能快速、平滑地調節，以滿足動態無功補償的需要，同時還能做到分相補償；對于三相不平衡負荷及沖擊負荷有較強的適應性；但由于晶閘管控制對電抗器的投切過程中會產生高次諧波，為此需加裝專門的濾波器。
⑤靜止無功發生器：
它的主體是一個電壓源型逆變器，由可關斷晶閘管適當的通斷，將電容上的直流電壓轉換成為與電力系統電壓同步的三相交流電壓，再通過電抗器和變壓器并聯接入電網。適當控制逆變器的輸出電壓，就可以靈活地改變其運行工況，使其處于容性、感性或零負荷狀態。
與靜止無功補償器相比，靜止無功發生器響應速度更快，諧波電流更少，而且在系統電壓較低時仍能向系統注入較大的無功。
關鍵詞 無功功率；補償裝置；設計選用
中圖分類號TM715 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）86-0132-02
0引言
由于電網中大量非線性負載的使用，造成了系統電壓升降、電能損失、功率因數降低、諧波干擾等問題，嚴重危及電力系統的安全經濟運行。國家“十二五”規劃明確指出，將“依托信息、控制和儲能等先進技術，推進智能電網建設”，而電能質量和功率因數是智能電網的重要因素。世界各國對電力用戶的用電功率因數都有要求，并按功率因數的高低給予獎懲。因此，合理選用無功功率補償裝置對電力系統有著重要的意義。
1 補償原理
造成功率因數低的主要原因是電網中的感性負荷，其無功電流相位滯后電壓90度，由于容性負荷的無功電流相位超前電壓90度，與感性無功電流的相位差180度，因此可用容性無功電流抵消感性無功電流，縮小功率因數角。一般情況下，可用電容器來補償負荷產生的無功電流。電容器價格便宜，易于安裝，到目前為止仍是我國主要的無功補償器件。
2 無功功率補償方式的選擇
根據投切容量的變化可分為穩態補償和動態補償。穩態補償主要是安裝固定容量補償負載變化相對穩定的補償方式，多采用并聯電容器進行。將電容器組與負載并接，同時投切。優點：投資和線路損耗減少、安裝容易、維護簡單、故障率低等。
動態補償則根據負載的變化隨時切換補償量進行補償，動態補償裝置用于急劇變動的沖擊負荷，如煉鋼爐等，主要由補償器件電抗器和電容器、控制器、投切開關等組成，控制器采集電網的電壓、電流量等參數，進行運算，再根據參數設定值發出投切指令。投切開關器件主要有一代普通交流接觸器、二代電力電子元件（如晶閘管、絕緣柵雙極型晶體管）、三代復合開關（將可控硅與接觸器并接）。電力電子元件控制，應用較廣泛 。復合開關具有可控硅過零投切的優點，又具有接觸器無功耗的優點，是較先進的控制方式[1-2]。投切開關參數選擇應遵守《低壓并聯電容器裝置使用技術條件》（DL/T 842-2003）標準的規定，否則很易損壞。該標準規定： 對于半導體開關電器和復合開關電器，額定電流（有效值）應不小于2.5倍單組電容器額定電流選取。機械開關電器額定電流額定電流（有效值）應不小于2倍單組電容器額定電流選取。
并聯電容器裝置的設備選型應遵守《并聯電容器裝置設計規范》GB50227-95的要求，根據電網諧波水平、補償容量及擴建規劃等因素進行確定。
施耐德公司針對低壓配電系統中的諧波污染程度的不同，提供了不同的無功補償方案，根據如下公式選擇：a= Gh /Sn 。a-諧波污染率，Sn-變壓器視在功率，Gh-產生諧波設備的視在功率（整流/變頻、中/高頻、電弧爐、電焊機等）[3]。
4結論
無功補償是電網優質、安全、經濟運行的一項重要技術措施。本文重點對電容補償的容量計算、容量修正、補償方式選擇進行了探討，并通過大量的工程驗證了實效性，僅供同行們在以后的設計中參考。
參考文獻
[1]田艷兵.礦山井下供電系統無功功率因數與節能[J].煤礦機械，2010，6.
關鍵詞： 無功功率補償； 控制方式選擇； 經濟效益
中圖分類號： TM761+.1 文獻標識碼： A 文章編號： 1009-8631（2011）02-0047-02
1 無功功率補償控制概述
1.1無功功率的產生和影響
在交流電力系統中，發電機在發有功功率的同時也發無功功率，它是主要的無功功率電源；運行中的輸電線路，由于線間和線對地間的電容效應也產生部分無功功率，稱為線路的充電功率，它和電壓的高低、線路的長短以及線路的結構等因素有關。電能的用戶（負荷）在需要有功功率（P）的同時還需要無功功率（Q），其大小和負荷的功率因數有關；有功功率和無功功率在電力系統的輸電線路和變壓器中流動會產生有功功率損耗（ΔP）和無功功率損耗（ΔQ），也會產生電壓降落（ΔU）。無功功率在輸電線、變壓器中的流動會增加有功功率損耗和無功功率損耗以及電壓降落；由于變壓器、高壓架空線路中電抗值遠遠大于電阻值，所以無功功率的損耗比有功功率的損耗大，并且引起電壓降落的主要因素是無功功率的流動。
1.2無功補償的作用
無功補償可以收到下列的效益：①提高用戶的功率因數，從而提高電工設備的利用率;②減少電力網絡的有功損耗；③合理地控制電力系統的無功功率流動，從而提高電力系統的電壓水平，改善電能質量，提高了電力系統的抗干擾能力；④在動態的無功補償裝置上，配置適當的調節器，可以改善電力系統的動態性能，提高輸電線的輸送能力和穩定性；⑤裝設靜止無功補償器(SVS)還能改善電網的電壓波形，減小諧波分量和解決負序電流問題。對電容器、電纜、電機、變壓器等，還能避免高次諧波引起的附加電能損失和局部過熱。
1.3無功補償裝置
除發電機和輸電線外的無功電源主要有：①并聯電容器組是一種靜態的無功補償裝置。用它進行的補償稱為并聯電容補償。②同步調相機；③靜止無功補償器。后兩者屬于動態的無功補償裝置。
另外，在遠方水電站和坑口火電廠等的出線母線上，長距離輸電線的兩側線路上，以及長距離輸電線的開關站等地方接有并聯電抗器，也是一種無功補償裝置。用其進行的補償稱為并聯電抗補償。遠方電站出口母線上的并聯電抗器主要是吸收發電機所發的無功功率，以使發電機能運行在合理的功率因數下而又避免無功的長距離輸送。長距輸電級上配置的并聯電抗器，主要是吸收線路空載和輕載時的充電功率，使沿線電壓分布合理并降低工頻穩態和暫態過電壓。
鑒于電力生產的特點，用戶用電功率因數的高低對發、供、用電設備的充分利用、節約電能和改善電壓質量有著重要影響。為了提高用戶的功率因數并保持其均衡，以提高供電用雙方和社會的經濟效益，特制定功率因數的標準值與功率因數調整電費。如表一。
2 補償方式的選擇
2.1 個別補償
即在用電設備附近按其本身無功功率的需要量裝設電容器組，與用電設備同時投入運行和斷開，也就是再實際中將電容器直接接在用電設備附近。
適合用于低壓網絡，優點是補償效果好，缺點是電容器利用率低。
2.2分組補償
即將電容器組分組安裝在車間配電室或變電所各分路出線上，它可與工廠部分負荷的變動同時投入或切除，也就是再實際中將電容器分別安裝在各車間配電盤的母線上。
優點是電容器利用率較高且補償效果也較理想（比較折中）。
2.3集中補償
即把電容器組集中安裝在變電所的一次或二次側的母線上。在實際中會將電容器接在變電所的高壓或低壓母線上，電容器組的容量按配電所的總無功負荷來選擇。
優點：是電容器利用率高，能減少電網和用戶變壓器及供電線路的無功負荷。
缺點：不能減少用戶內部配電網絡的無功負荷。實際中上述方法可同時使用。對較大容量機組進行就地無功補償。
3 控制方式的選擇
3.1個別補償的控制方式
3.1.1 啟動不頻繁的設備
啟動不頻繁的設備可選擇空氣自動開關、熔斷器作為保護設備
3.1.2啟動較頻繁的設備
啟動較頻繁的設備可選擇FKA系列智能復合開關(投切間隔時間大于30s)、TSC動態投切開關。選型如表2、表3.
3.2分組補償、集中補償的電力電容器柜
裝置中使用了交流接觸器、投切專用交流接觸器、可控硅功率模塊、固態繼電器、復合固態繼電器等作為并聯電容器的投切開關，由于并聯電容器的投切開關對裝置的性能具有決定性的影響，因而合理的選擇投切開關就顯得十分重要。
3.2.1交流接觸器和投切專用交流接觸器
交流接觸器是傳統的低壓補償并聯電容器的投切開關，優點是成本低、控制簡單、使用方便，缺點是投切時會產生較大的涌流和過電壓，其大小與感性負載的大小(如變壓器的短路容量)、阻抗、電容器的容量，交流接觸器的性能有關。切除時易產生電弧，觸點易于燒毀、壽命較短，不適用于頻繁投切的場合。
電容器投切專用交流接觸器是為了減輕涌流對交流接觸器的影響而設計的，其與普通交流接觸器的不同之處是將普通接觸器觸點加以改善，配上抑制投切電流的電阻，采用并聯開關分步投切的方法，先合上帶電阻的開關再合上不帶電阻的開關來減少投切過程中產生的涌流和過電壓。由于其只能降低投切過程中產生的涌流和過電壓，并不能從根本上解決問題，在電容器容量相對較大時，仍然會產生很大的涌流，因而其應用仍然受到一定的限制。
由于上述兩種交流接觸器在應用于低壓并聯電容器投切時存在著不可克服的涌流問題和觸點的燒蝕問題，對電容器和裝置的壽命有較大的影響，所以其在電容器投切領域的應用越來越少，正逐步被功率電子開關所替代。但由于其價格低廉，在某些技術要求較低、電網波形畸變嚴重不適于應用電力電子開關的場合仍有使用，需安排人巡查、定時更換。
3.2.2 可控硅開關、固態繼電器
反并聯可控硅開關加上具有過零檢測功能的驅動電路，即成為一個典型的具有“零壓差”投入，零電流退出功能的電力電子投切開關，具有較高的dV/dt和dI/dt承受能力，可有效的抑制電容器投入時的浪涌電流和過電壓的產生及退出時的拉弧電流。常規的做法是將反并聯的可控硅模塊外部配裝專用的觸發線路板。
投切專用的固態繼電器是將上述開關的反并聯的可控硅模塊及外部配裝專用的觸發線路板的全部器件以固態繼電器的標準封裝形式封裝在一個殼體內，內置阻容吸收，故結構緊湊，綜合成本較低，外形上有方型或長條型以適合不同用戶的聯接需要。具有體積小、耐蝕防潮、安裝使用方便等特點，是目前可控硅開關的常用封裝形式。
上述兩種電力電子投切開關的工作原理完全相同，都是以具有零檢測功能的觸發電路控制反并聯的可控硅無觸點開關。優點是投切電容器時“零壓差"投入、零電流切除，實現無涌流或小涌流投切，提高了電容器壽命，無觸點無拉弧，開關速度高、反應時間快，干擾小、體積小、耐腐蝕，壽命長、可靠性高，易于與計算機接口、適用于智能型無功控制器或配電綜測儀對電網進行動態無功補償和遠程控制。另外可方便地實現單相分相補償或三相共補。缺點是工作中功耗較大，使用時需加裝散熱器，成本也比適用交流接觸器高許多。但由于其性能優越，應用者眾多。
3.2.3復合投切開關、復合固態繼電器
交流接觸器投切開關壓降小、發熱少，但涌流大、壽命短，電力電子投切開關涌流小、壽命長，但壓降高、功耗大、需要散熱，各有優缺點。能否整合它們的優點，優勢互補，制造出具有“零壓差”投入、零電流切除、低壓降保持特性的投切開關，科技人員采用電力電子開關負責控制電容器的投入和切除，交流接觸器負責保持電容器投入后的接通的方法制造出了復合投切開關。這種投切開關同時具備了交流接觸器和電力電子投切開關的優點，不但抑制了涌流，避免了拉弧，而且功耗較低，不再需要配備笨重的散熱器和冷卻風扇。尤其是復合固態繼電器將復合投切開關集成一體，體積小、重量輕、性能優良，是低壓無功自動補償裝置中并聯補償電容器的理想投切開關。
4補償容量測量與計算
4.1測量方法
采用雙鉗相位表測量（以單相為例）A相電流、電壓值以及電流電壓角，譬如電流53A、電壓224V、電壓超前45°，則：
總功率S=I*U=53*224=11.87(kW)
有功功率P=I*U*COSΦ=53*224*COS45°=8.393(kW)
無功功率Q=I*U*SINΦ=53*224*SIN45°=8.393 (kva)
若將功率因數由目前的0.707分別提高到0.9和1需要并聯多少千乏電容器， Q1=P*SINΦ/ COSΦ=8.393*0.43/.09=4.06(kva)
ΔQ=8.393-4.06=4.333(kva)
故：提高到0.9和1需要并聯4.333和8.393千乏電容器，由上式可知功率因數由0.707提高到0.9需要4.333千乏功率因數由0.9提高到1需要4.06千乏。這說明功率因數由低提高到高投入容量較小，而由較高水平提高到更高則投入容量大。所以，要合理選擇功率因數提高的水平。
4.2 根據電度表及負荷工作時間計算方法
已知：某工廠有功功率月耗電量15000kWh，月平均功率因數為0.65，30天日平均負荷工作時間為6小時。欲把功率因數提高到0.95，需配多大容量電容器。
平均有功功率P=15000/30*6=83.33kW
無功功率Q=P*tgφ=83.33*1.169=97.42(kav)
功率因數提高到0.95時，S=P/COSφ=83.33/0.95=87.72KVA
Q=S*SINφ=87.72*0.31=27.2(kva)
故補償電容量ΔQ=97.42-27.2=70.22（kva）
5 無功補償投資與經濟效益
以上述為例，選擇20kva，380V，50Hz電容器6只（每千乏10元），控制器一只（約700元），FKA系列智能復合開關6只（每只300元），控制屏一個（約1200元），共計4900元，每月無功功率調整電費15000*0.6*0.15=1350（元）
投資回收期（月）=4900/1350=4（月）
一般來說無功補償投資回收期應小于2年為宜。
結語
隨著電力電子技術的迅猛發展，造價低廉，控制精度高，穩定性好的可控硅開關、固態繼電器、復合固態繼電器將不斷面世，為無功功率補償的應用提供了更好的前景。大力推廣無功功率補償技術必將為企業帶來良好的經濟效益和創建節約型社會做出貢獻。
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關鍵詞：無功優化 ；無功補償 ；非線性 ；網損電壓質量 ； 無功功率
Abstract: in recent years, with the further improvement of power grid, industrial and agricultural production of electricity continues to expand the scale, with the growing consumption and changes in the structure of power, the power supply and demand more and more prominent. The power supply is forcing people in loss reduction and energy saving more articles. According to the people of the operation characteristics of power network, consume no power transmission process point of view, the wattless power compensation. Power system reactive power optimization and compensation is to improve the system operating voltage, reduce the loss of network, an effective means to improve the level of system stability. Based on the current domestic reactive power optimization and compensation are summarized, makes some discussion and Research on the present there is no power compensation and optimization problems, for reference.
Keywords: no reactive power optimization; wattless power compensation; nonlinear; voltage quality of network loss; wattless power
中圖分類號： TM7文獻標識碼：A文章編號：
前言
眾所周知，電力網在運行時，電源供給的無功功率是電能轉換為其他形式能的前提，它為電能的輸送、轉換創造了條件。沒有它，變壓器就不能變壓與輸送電能，沒有它，電動機的旋轉磁場就建立不起來，電動機就無法轉動。為此，我們根據用電設備消耗無功的多少，在負荷較集中、無功消耗較多的地點增設了無功電源點，使無功的需求量就地得到解決，這樣不但減少了無功傳輸過程中造成的能量損耗和電壓降落，而且提高了供用電雙方和社會的經濟效益，可謂一舉兩得。本文主要從以下內容簡述1：無功補償技術作用；2：無功功率補償裝置；3：無功優化和補償的原則和類型；4：以及無功補償帶來的經濟效益。
1.無功功率補償的作用1.1、改善功率因數：根據國家水電部,物價局頒布的“功率因數調整電費辦法”規定三種功率因數標準值，為此我們改善無功，提高功率因數。
(1)高壓供電的用電單位,功率因數為0.9以上。(2)低壓供電的用電單位,功率因數為0.85以上。(3)低壓供電的農業用戶,功率因數為0.8以上。
1.2、降低系統的能耗：
設R為線路電阻,ΔP為原線路損耗,ΔP為功率因數提高后線路損耗,則線損減少
比原來損失減少的百分數為式中,
補償后,為分析方便,可認為U≈U,則由（2）式知，
當功率因數從0.8提高至0.9時,通過上式計算,可求得有功損耗降低17%左右。在輸送功率P= 3UIcosφ不變情況下,cosφ提高,I相對降低,設為補償前變壓器的電流,為補償后變壓器的電流,銅耗分別為,;銅耗與電流的平方成反比,即
由于P=P,認為U≈U時,即 可知,功率因數從0.8提高至0.9時,銅耗相當于原來的80%。1.3、減少了線路的壓降由U = （PR + QX）/U知，當補償無功Q后，使Q減少，線路電壓降明顯減少。從另一個方面考慮，由于功率因素的提高，線路傳送電流小了,系統的線路電壓損失相應減小,有利于系統電壓的穩定(輕載時要防止超前電流使電壓上升過高),有利于大電機起動。
2.無功功率補償裝置及無功補償中存在問題
近年來,隨著國民經濟的跨越式發展,電力行業也得到快速發展,特別是電網建設,負荷的快速增長對無功的需求也大幅上升,也使電網中無功功率不平衡,導致無功功率大量的存在。
2.1在實際的無功補償工作中也存在一些問題:2.1.1補償方式問題:目前很多電力部門對無功補償的出發點就地補償,不向系統倒送無功,即只注意補償功率因素,不是立足于降低系統網的損耗。2.1.2.諧波問題:電容器具有一定的抗諧波能力,但諧波含量過大時會對電容器的壽命產生影響,甚至造成電容器的過早損壞;并且由于電容器對諧波有放大作用,因而使系統的諧波干擾更嚴重。2.1.3.無功倒送問題:無功倒送在電力系統中是不允許的,特別是在負荷低谷時,無功倒送造成電壓偏高。2.1.4.電壓調節方式的補償設備帶來的問題:有些無功補償設備是依據電壓來確定無功投切量的,線路電壓的波動主要由無功量變化引起的,但線路的電壓水平是由系統情況決定的,這就可能出現無功過補或欠補。2.2目前,我國電力系統無功功率補償主要采用以下幾種方式:2.2.1.同步調相機:同步調相機屬于早期無功補償裝置的典型代表,它雖能進行動態補償,但響應慢,運行維護復雜,多為高壓側集中補償,目前很少使用。2.2.2.并補裝置:并聯電容器是無功補償領域中應用最廣泛的無功補償裝置,但電容補償只能補償固定的無功,盡管采用電容分組投切相比固定電容器補償方式能更有效適應負載無功的動態變化,但是電容器補償方式仍然屬于一種有級的無功調節,不能實現無功的平滑無級的調節。2.2.3.串聯電抗器:目前所用電抗器的容量是固定的,除吸收系統容性負荷外,用以抑制過電壓。但主要是抑制諧波，當諧波5次以上時，電抗率需取4%-6%，當需抑制諧波3次以上，電抗率需取13%。以達到抑制諧波要求。
2.2.4.基于智能控制策略的晶閘管投切電容器(TSC)補償裝置將微處理器用于TSC,可以完成復雜的檢測和控制任務,從而使動態補償無功功率成為可能。TSC補償裝置操作無涌流,跟蹤響應快,并具有各種保護功能,值得大力推廣。2.2.5.靜止無功發生器(SVG)靜止無功發生器(SVG)又稱靜止同步補償器(STATCOM),是采用GTO構成的自換相變流器,通過電壓電源逆變技術提供超前和滯后的無功,進行無功補償,若控制方法得當,SVG在補償無功功率的同時還可以對諧波電流進行補償。
3 無功優化和補償的原則和類型
3.1無功優化和補償的原則
全面規劃，合理布局，分級補償，就地平衡，具體內容如下。
總體平衡與局部平衡相結合，既要滿足全網的總無功平衡，又要滿足分線、分站的無功平衡。
其一，集中補償與分散補償相結合，以分散補償為主，這就要求在負荷集中的地方進行補償，既要在變電站進行大容量集中補償，又要在配電線路、配電變壓器和用電設備處進行分散補償，目的是做到無功就地平衡，減少其長距離輸送。
其次，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。
3.2 根據補償原則，確定無功補償容量
按照上述的基本原則，根據無功在電力系統中的去向，確定幾種主要的補償方式及其容量。
變電站高壓集中補償：這種補償是在變電站10（6）kV母線上集中裝設高壓并聯電容器組，用以補償主變的空載無功損耗和線路漏補的無功功率。目前，在農網上，除了大宗用戶外，縣局基本上采用這種補償。比如：某縣各變電站在未進行人工補償以前cosφ= 0.85，根據功率因數（0.85）調整電費標準，每月罰款為月總電費的2.5%，經過各站裝設了電容器補償后，平均cosφ=0.9，每月電費減少0.5%，一年下來，功率因數節約電費約為60萬元，為企業增加了效益。
隨線補償：將電容器分散安裝在高壓配電線路上，主要補償線路上的無功消耗，還可以提高線路末端電壓，改善電壓質量。其補償容量一般遵循"三分之二"原則，即補償容量為無功負荷的三分之二，而電壓降為U = （PR + QX）/Ue。
例1：一條10kV線路，長為5km，導線型號LGJ-70，其中g = 0.46W/km，X0 = 0.411Ω/km，所帶負荷200 + j150，在線路末端補償QC= 100kvar，求線路損耗和電壓降。
①求線路上的損耗
補償前：P1 = 3×I2R = 3×（2002 + 1502）/102×5×0.46 = 4313W。
補償后：P2 = 3×I2R = 3×[2002 +（150 - 100）2]/102×5×0.46 = 2933W。
則一年少損失電量：A = (P1 - P2)T×10-3 = （4313 - 2933）×365×24×10-3 = 12089kWh。
②求電壓降
補償前：U = （PR + QX）/U = （200×0.46×5 + 150×0.411×5）/10 = 77V。
補償后：U = （PR + QX）/U = [200×0.46×5 + （150 - 100）×0.411×5] /10 = 56V。
所以補償后電壓由9.92kV提高到9.94kV，改善了電壓質量。
以上兩個算例，充分說明了，補償帶來的經濟效益，以及對國家電網穩定起的作用，對節能減排做的貢獻。
3.3 隨器補償
將電容器安裝在配電變壓器低壓側，主要補償配電變壓器的空載無功功率和漏磁無功功率。一般情況下，農網配變負載率較低，輕載或空載時，無功負荷主要是變壓器的空載勵磁無功，因此配變無功補償容量不易超過其空載無功，否則，在配變接近空載時可能造成過補償，所以應按式Qb ≤ I0%Se/100(其中：I0%是空載電流百分數，從手冊中可查出，Se是變壓器的額定容量)，但對于工業用戶的變壓器補償，因其負荷率高，補償時應從提高變壓器出力的角度考慮。
例2：某縣良種場有一臺變壓器Se = 80kVA，cosφ= 0.8，帶一抽水用電動機Pe = 75kW，P = Se×cosφ = 80×0.8 = 64kW < 75kW，可見變壓器處于超載運行，若提高cosφ的方法提高變壓器出力，設擬增cosφ = 0.95，則P = 0.95×80 = 76kW > 75kW，由公式Qb = P×tgφ可知，應補償無功Qb = 25kvar。
這個算例告訴我們，補償無功，提高功率因素，對有功的貢獻，可以提高變壓器的承擔負荷的能力，節約能源。3.4 隨電動機補償
將電容器直接并聯在電動機上，用以補償電動機的無功消耗。據運行統計，縣級農網中約有60%的無功功率消耗在電動機上，因此，搞好電動機的無功補償，使其無功就地平衡，既能減少配電線路的損耗，同時還可以提高電動機的出力。一般對7.5kW以上電動機進行補償時，確定容量應按QC ≤ 3UeI0。另外，對于排灌所帶機械負荷較大的電動機，補償容量可適當加大，大于電動機的空載無功，但要小于額定無功負荷，即Q0 ≤ QC ≤ Qe。
例3：涉縣自來水公司，一條線路長1km，導線型號LGJ-70，其中g = 0.46W/km，X0=0.411Ω/km，帶一抽水用電動機Pe = 95kW，實用負荷為100 + j60，由于長期超載，在電動機上補償無功QC = 30kvar，求補償前后線路的損耗和電動機的出力。
視在功率S=（1002+602）1/2= 116.26kVA
①求線路上的損耗
補償前：P1 = 3×I2R = （1002 + 602）/0.382×1×0.46 = 43.32kW。
補償后：P1 = 3×I2R = [1002 + （60 - 30）2]/0.382×1×0.46 = 34.72kW。
P1 - P2 = 43.32 - 34.72 = 8.6 kW，則一年少損失電量8.6×24×365 = 75.33MWh。
②求電動機出力
補償前：PN = 95kW < 100kW，電動機處于超載運行。
補償后：PN = 112kW > 95kW，電動機運行正常，提高了電動機的出力。
3.5 低壓集中補償
在低壓母線上裝設自動投切的并聯電容器成套裝置主要補償變壓器本身及以上輸電線路的無功功率損耗，而在配電線路上產生的損耗并未減少，因此，補償不宜過大，否則變壓器輕載或空載運行時，將造成過補償，補償容量應以變壓器額定容量的30%至40%確定，即：Qb = （0.3 - 0.4）SN，或從提高功率因數的角度考慮Qb = P（tgφ1 - tgφ2），其中tgφ1 、tgφ2是補償前后功率因數角的正切值。
4 補償后帶來的經濟效益
從電壓質量上來說，如例1，末端電壓由9.92kV提高到9.94kV，保證了產品質量，給用戶帶來了直接經濟效益。
從降損節能上來說，降低了電能損耗，減少了電費的支出，同樣給用戶帶來經濟效益。如例3，年節能7.533萬kWh，按電價0.5857元/kWh，年節約電費7.533×0.5857=4.4萬元。
從提高變壓器的處理上來說，由于減少了無功電流，所以提高了變壓器的出力。如例2，良種場若不是進行無功補償，變壓器長期處于超載運行，會因長期過熱而燒壞變壓器，而新安裝一臺變壓器（100kVA），需投資1.3萬元，但經過補償，只需要投資近1000元就解決了變壓器超載運行的問題，給良種場增創了1.2萬元的經濟效益。
結語
總之，無功補償不僅能改善農網功率因數和電壓質量，而且可以使無功負荷就地平衡，提高農網的經濟運行水平，同時降低電費支出，減輕工農業生產的負擔，所以進行無功補償是利國利民的好事，我們應下決心去抓，真正讓用戶得到實惠。
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