无功功率补偿

【摘 要】无功功率补偿装置在电力系统中所承担的作用是提高电网的功率因数，降低线路和变压器因输送无功功率产生的电能损耗，达到节能降损的目的。所以无功功率补偿装置在电力系统中占有非常重要的地位。

【关键词】电力系统；无功功率；补偿；电容器

引言

大多数用电负荷均为感性，安装无功补偿设备以后，可以提供感性负载所消耗的无功功率，减少了供电电源向感性负载提供的无功功率和由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，降低了线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，提高功率因数，达到节能降损的目的。

1无功补偿的意义

通过无功补偿提高功率因数，减少电能损耗，提高电能质量，降低供电系统中的变压器、电气设备、导线的容量，从而减少投资费用。

2功率因数与无功功率的关系

有功功率、无功功率、视在功率之间的关系如图1所示

式中S—视在功率，kVA

P—有功功率，kW

Q—無功功率，kVar

Φ—功率因数角，它的余弦是有功功率与视在功率之比，即COSφ=P/S，称作功率因数。

由图1可知，在有功功率一定的情况下，用电设备的功率因数越小，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均需增大。这样，不仅增加线路损耗，也增加投资。因此，无功功率补偿能提高功率因数，节约电能，提高电能质量，降低投资。

3无功补偿的原理

无功补偿的基本原理是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，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。

图2无功功率补偿原理图

P—有功功率，kW

S1—补偿前的视在功率，kVA

S2—补偿后的视在功率，kVA

Q1—补偿前的无功功率，kVar

Q2—补偿后的无功功率，kVar

φ1—补偿前的功率因数角

φ2—补偿后的功率因数角

由图2可以看出，在有功功率一定的前提下，进行无功功率补偿后（补偿容量Qc=Q1-Q2），功率因数角由φ1减到φ2，则cosφ2>cosφ1提高了功率因数。

4常用的无功补偿装置

电力系统中的无功补偿装置发展到今天，经历了从电容器、同步调相机、静止无功补偿装置，到今天引人注目的静止无功发生器等几个不同阶段。

⑴并联电容器

并联电容器在补偿无功功率中具有结构简单，安装、运行和维护方便等优点。缺点是，它只能补偿感性无功，且由于其阻抗固定，不能连续调节，所以不能对无功功率进行动态补偿。而且它有负电压效应，当电网电压下降时，电容器上的补偿电流相应下降，使得补偿的无功量急剧下降，系统电压下降更大，在系统有谐波时，还可能发生并联谐振，使谐波电流放大，甚至造成电容器的烧毁。

⑵同步调相机

早期无功功率动态补偿装置的典型代表是同步调相机。它是专门用来产生无功功率的同步电机，在过激磁或欠激磁的不同情况下，可以分别发出不同大小的容性或感性无功功率。它不仅能补偿固定的无功功率，而且对变化的无功功率也能进行动态补偿。缺点：它是旋转电机，损耗和噪声都较大，运行维护复杂，由于控制复杂造成响应速度慢，己经无法适应快速无功功率控制的要求。

⑶静止型无功补偿装置（SVC）

静止型无功补偿装置成为无功补偿的新生代力量。早期的静止无功补偿装置是饱和电抗器（SR）型的，与同步调相机相比，具有静止型的优点，响应速度快，但损耗和噪声都很大，而且存在非线性电路的一些特殊问题，又不能分相调节补偿负荷的不平衡，所以未能占据静止无功补偿的主流。随着电力电子技术的发展，将使用晶闸管器件的静止无功补偿装置推上了电力系统无功功率控制的舞台。

由于使用晶闸管器件的静止无功补偿装置具有优良的性能，所以，近二十多年来，在世界范围内其市场一直在迅速而稳定地增长，已占据了静止无功补偿装置的主导地位。因此静止无功补偿装置（SVC）这个词往往是专指使用晶闸管器件的静止无功补偿装置。静止无功补偿装置的重要特性是它能连续调节补偿装置的无功功率，因此可以对无功功率进行动态补偿，使补偿点的电压接近维持不变。

其快速的响应，适中的价格，使其在电力系统中得以迅速的推广。其不足之处在于谐波成分大，需要大电感、大电容等元件，而且只有在感性工况下才连续可调。

⑷静止无功发生器（SVG）

随着电力电子技术的发展，一种更为先进的静止型无功补偿装置出现了，这就是采用自换相变流电路的静止无功补偿装置，即静止无功发生器。它通过不同的控制，既可发出无功功率，呈电容性，也可吸收无功功率，呈电感性。

采用PWM控制，即可使其输入电流接近正弦波。与静止型无功补偿装置相比，静止无功发生器大大减小了体积，节省了材料，并具有响应速度快、调节性能好、能综合补偿无功、三相不平衡以及谐波的特点，成为无功补偿的重要发展方向。

5无功补偿的方式

无功补偿原则是就地补偿，整个系统将没有无功的流动。但在实际的电力系统中这是理想化的。

因为无论变压器、输电线路还是用电设备，都会产生无功，所以实际的电力系统中补偿方式主要有以下几种：低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿。

⑴低压个别补偿

低压个别补偿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。它适用于补偿个别大容量且连续运行的无功消耗，以补励磁无功为主。

它的优点：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、占地小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。

⑵低压集中补偿

低压集中补偿是将无功补偿装置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自动调节无功补偿的容量。

它的优点：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。

⑶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变电所的6～10KV高压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或者在供电线路末端，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起到一定的补偿作用；补偿装置根据负荷大小自动投切，从而合理提高了用户的功率因数，避免功率因数降低导致电费增加。

无功功率补偿应按全面规划、合理布局、分层分区补偿、就地平衡的原则确定最优的补偿方式。

6结束语

对无功功率进行补偿的节能效果是有目共睹的，在应用的过程中，还应该在技术经济上综合考虑，根据具体情况进行分析，来决定是采用哪种补偿装置及方式，从而达到使电气设备经济运行的目的。采取无功补偿后降低了电力系统的损耗，提高了电压质量。因此，提高功率因数不但为国家节约了电力资源，而且给用户节约了资金，为企业创造了可观的经济效益。

参考文献：

[1]王金元洪元颐温伯银民用建筑电气设计规范中国建筑工业出版社出版北京2008

[2]戴晓亮无功补偿技术在配电网中的应用[J]电网技术，1999，23（6）：11-14

[3]任元会工业与民用配电设计手册-3版北京中国电力出版社2005

作者简介：孟瀛，1981年出生，本科学历，工程师，2003年毕业至今，一直从事电气设计工作。