第一篇：動態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)航空工業(yè)節(jié)能論文

1.應(yīng)用效果

技改項(xiàng)目完成，對其中1個變電站無功自動補(bǔ)償器投切前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場測試。采用無功功率補(bǔ)償后，主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益如下。

（1）減少了線路電壓降，使線路穩(wěn)態(tài)電壓升高，提高了供電質(zhì)量。測試數(shù)據(jù)見表2，補(bǔ)償后，終端電壓提高，設(shè)備效率和功率因數(shù)均得到提高，共節(jié)約有功功率81.4kW。1年工作時間按8000h、負(fù)載率按0.7計算，全年節(jié)電455840kWh，公司采用峰谷電價，平均電價為1元/kWh，全年節(jié)省電費(fèi)455840元。

（2）降低變壓器銅損耗。降低的變壓器銅損耗由10kV/0.4kV變壓器和110kV/10kV變壓器減少的銅損耗組成。由于110kV/10kV變壓器受高壓測量設(shè)備的限制，無法測量，故僅計算10kV/0.4kV變壓器節(jié)約的銅損耗，相關(guān)測試數(shù)據(jù)見表3。合計降低變壓器銅損耗1764W，全年電9878kWh，全年節(jié)省電費(fèi)9878元。

（3）減少線損。減少線損主要組成：

①從補(bǔ)償器到10kV/0.4kV變壓器供電線路減少的線損；

②從10kV/0.4kV變壓器到110kV/10kV變壓器供電線路減少的線損。為衡量無功功率補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益，在無功功率補(bǔ)償領(lǐng)域引入“無功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量”概念，其含義是指每補(bǔ)償1kvar無功功率在整個電力系統(tǒng)中減少的有功功率損耗，用符號k表示，單位kW/kvar。k值與負(fù)荷點(diǎn)到電源的“電氣距離”、電能成本和負(fù)荷運(yùn)行狀況等因素有關(guān)。為簡化計算，國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T12497—2006《三相異步電動機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》規(guī)定了不同供電方式的無功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量估算值。前文已測算了從兩臺補(bǔ)償器向下到終端設(shè)備及10kV/0.4kV變壓器節(jié)能情況，對于高壓變壓器110kV/10kV節(jié)約的銅損及輸電線路減少的線損，因受高壓測量設(shè)備制約，故采用無功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量估算的方法。從補(bǔ)償器向上節(jié)能情況，無功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量按最保守的0.03kW/kvar計算，兩臺補(bǔ)償器無功功率合計減少318.1kvar，則可折算節(jié)省有功功率9.54kW，全年節(jié)電76320kWh，全年節(jié)省電費(fèi)76320元。

（4）增加電功率（擴(kuò)容）。增加的電功率，合計增加視在功率80kVA。

（5）其他效益?？蓽p輕電器、開關(guān)和供電線路負(fù)荷，減少維修量，延長使用壽命，提高安全可靠性。

2.結(jié)束語

低壓變電站采用DGB動態(tài)跟蹤式無功功率自動補(bǔ)償裝置進(jìn)行節(jié)能改造，效果顯著。功率因數(shù)平均提高到0.96以上，增加了輸配電設(shè)備供電能力。設(shè)備使用過程中未因投入補(bǔ)償裝置而引起某次諧波的諧振過電壓、過電流。在線實(shí)時跟蹤，隨著負(fù)載變化，補(bǔ)償裝置實(shí)時跟蹤系統(tǒng)功率因數(shù)并快速等量補(bǔ)償。DGB快速投入與退出，不會引起過補(bǔ)和欠補(bǔ)，投入運(yùn)行后，系統(tǒng)穩(wěn)定，對電網(wǎng)無干擾。通過運(yùn)行測試，DGB可完全替代同類國外進(jìn)口無功補(bǔ)償設(shè)備，特別適合功率因數(shù)低的場合。

第二篇：供電系統(tǒng)無功補(bǔ)償節(jié)能技術(shù)的新發(fā)展

供電系統(tǒng)無功補(bǔ)償節(jié)能技術(shù)的新發(fā)展

鄭學(xué)超

摘要： 本文主要介紹一種提高用電功率因數(shù)及消除諧波的新型低壓配電裝置。該裝置可實(shí)施三相對稱、分相動態(tài)無功補(bǔ)償和濾波。在結(jié)構(gòu)上一方面采用電容自動投切無觸點(diǎn)化，解決了傳統(tǒng)裝置的合閘涌流及斷電弧光等問題；二方面采用微電腦全數(shù)字控制，由電壓、電流、功率因數(shù)等數(shù)字顯示代替?zhèn)鹘y(tǒng)的指針式儀表，有通訊接口，與智能化電器設(shè)備配套，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控或遙控。

關(guān)鍵詞： 無功動態(tài)補(bǔ)償 濾波 無觸點(diǎn)化 微電腦遠(yuǎn)程監(jiān)

控隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高，各產(chǎn)業(yè)和民用用電量大幅度增加，新增用電負(fù)荷中，整流和變頻設(shè)備所占的比例增加，無功負(fù)荷電流和諧波電流增大供電系統(tǒng)損耗，諧波電流還可能引起通訊系統(tǒng)和計算機(jī)系統(tǒng)故障。在供電系統(tǒng)中，裝設(shè)動態(tài)無功補(bǔ)償和適當(dāng)?shù)臑V波裝置，是減少系統(tǒng)損耗，提高電能質(zhì)量的有效措施。

傳統(tǒng)的低壓動態(tài)無功補(bǔ)償裝置(又稱功率因數(shù)自動補(bǔ)償裝置)是采用模擬量或微電腦功率因數(shù)檢測，通過中間繼電器(或固態(tài)繼電器)接通接觸器、控制補(bǔ)償電容器投入或切除。存在的主要問題：

(1)合閘涌流大，可達(dá)到100In(In為補(bǔ)償電容器額定電流)；

(2)斷開弧光大；

(3)補(bǔ)償電容器及接觸器易損壞；

(4)對供電系統(tǒng)及周圍電氣設(shè)備干擾大。因此，傳統(tǒng)的低壓無功動態(tài)補(bǔ)償裝置，只適用于無功負(fù)荷較穩(wěn)定的變電所使用。經(jīng)實(shí)際調(diào)查，無功負(fù)荷經(jīng)常變化的各個產(chǎn)業(yè)及民用變電所，使用的傳統(tǒng)的低壓動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，一年后90％以上不好用，改為手動控制接觸器固定補(bǔ)償。使供電系統(tǒng)損耗增加。另外，傳統(tǒng)的低壓動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，不能濾波，也不能分相補(bǔ)償，不能適應(yīng)多種用電負(fù)荷對無功補(bǔ)償?shù)囊?。新型低壓無功動態(tài)補(bǔ)償裝置，采用微電腦全數(shù)字控制，通過交流無觸點(diǎn)電子開關(guān)投切補(bǔ)償電容器，全部無觸點(diǎn)化。無合閘涌流、無斷電弧光?？蓪?shí)現(xiàn)低壓濾波和分相補(bǔ)償。電壓、電流、功率因數(shù)數(shù)字顯示，代替?zhèn)鹘y(tǒng)指針式儀表。有通訊接口，與智能化低壓電器設(shè)備配套，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控或遙控。有保護(hù)和報警功能，調(diào)試、維護(hù)方便。

新型的與傳統(tǒng)的低壓無功動態(tài)補(bǔ)償裝置性能與價格比較。

從以上比較表可知，新型低壓無功動態(tài)補(bǔ)償裝置的各項(xiàng)技術(shù)性能，都優(yōu)于傳統(tǒng)的補(bǔ)償裝置。相同的功能價格只差20％。但使用壽命長、維護(hù)工作量小、長期節(jié)能效果好。因此，新型補(bǔ)償裝置是傳統(tǒng)低壓無功動態(tài)補(bǔ)償裝置的更新?lián)Q代產(chǎn)品。而且技術(shù)上已經(jīng)成熟，有5年以上的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。在高壓(10KV、6KV)無功補(bǔ)償方面，我國目前普遍采用高壓電容器固定補(bǔ)償。很多變電所，為了解決無功負(fù)荷變化時，補(bǔ)償容量也能變化的問題，將高壓補(bǔ)償電容器分為2－3組，用真空斷路器人工控制。原來設(shè)想：重負(fù)荷時，補(bǔ)償電容器全部投入；輕負(fù)荷時，切除1－2組補(bǔ)償電容器。實(shí)際使用證明，用人工控制真空斷路器，投切高壓補(bǔ)償電容器，會產(chǎn)生很大的合閘涌流和電壓閃變，甚至引起系統(tǒng)振蕩。不敢經(jīng)常操作。實(shí)際還是固定補(bǔ)償，常出現(xiàn)重負(fù)荷時欠補(bǔ)償，輕負(fù)荷時過補(bǔ)償，增加了供電系統(tǒng)損耗，增大了電壓波動范圍。新型高壓無功動態(tài)補(bǔ)償裝置，采用微電腦全數(shù)字控制，全部無接點(diǎn)化，不產(chǎn)生諧波，無合閘涌流，可有效減小電壓閃變和防止系統(tǒng)振蕩，并可實(shí)現(xiàn)分相補(bǔ)償?？膳c高壓濾波裝置組成濾波和動態(tài)補(bǔ)償成套裝置。有通訊接口，便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控或遙控?？煽啃愿?、維護(hù)工作量小，適合中、小型變電所使用(補(bǔ)償容量數(shù)百至數(shù)萬KVAR)。能減少電網(wǎng)電能損耗，提高供電質(zhì)量。

第三篇：電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償論文

畢業(yè)論文（設(shè)計）

題 目 電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化、補(bǔ)償及無功補(bǔ)

償技術(shù)對低壓電網(wǎng)功率因數(shù)的影響

2007年8月30日

電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化、補(bǔ)償及

無功補(bǔ)償技術(shù)對低壓電網(wǎng)功率因數(shù)的影響

電氣工程及其自動化專業(yè) 學(xué)生： 指導(dǎo)教師：

摘要：電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化和無功補(bǔ)償是提高系統(tǒng)運(yùn)行電壓，減小網(wǎng)損，提高系統(tǒng)穩(wěn)定水平的有效手段。本文對當(dāng)前常用的無功優(yōu)化和無功補(bǔ)償進(jìn)行了總結(jié)，對目前無功補(bǔ)償和優(yōu)化存在的問題進(jìn)行了一定的探討和研究。電壓是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，電壓質(zhì)量對電網(wǎng)穩(wěn)定及電力設(shè)備安全運(yùn)行、線路損失、工農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量、用電單耗和人民生活用電都有直接影響。無功電力是影響電壓質(zhì)量的一個重要因素，電壓質(zhì)量與無功是密不可分的，電壓問題本質(zhì)上就是一個無功問題。解決好無功補(bǔ)償問題，具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：無功優(yōu)化 無功補(bǔ)償 網(wǎng)損電壓質(zhì)量功率因數(shù)

Reactive power system optimization, compensation and Reactive power compensation of low voltage network

of power factor

Electrical Engineering and Automation

Student:Luobifeng

Supervisor：Qingyuanjiu

Abstract:Reactive optimization and reactive compensation of power system is a valid way to increse the system’s operating voltage and maintenance level.It’s also the way to reduce the internet loss.This essay summarize what Reactive optimization and reactive compensation are in our daily life.It also discusses and studies some problems existing in reactive optimization and reactive compensation.Voltage is one of the important targets of Quality of power supply, whose quality will affect stabilization of power grids and electric equipment functioning well directly.Lin loss and safety in

production in industry and agriculture ,the production’s quality , electrical energy depth loss ,and electrical energy used by common people every day will be infulenced directly by it too.voltage qualit is an important factor to affect voltage quality.so voltage qualit and voltage qualit are closely related to each other.The problems about voltage is the problem of reactive energy in nature.All in all,to solve the problem of reactive compensation well is very meaningful and necessary.Keywords: Reactive Optimization Reactive Compensation Internet loss of voltage qulity Power Factor

目 錄

一、前言………………………………………………………………6

二、無功優(yōu)化和補(bǔ)償?shù)脑瓌t和類型…………………………………6

1、無功優(yōu)化和補(bǔ)償?shù)脑瓌t ………………………………………6

2、無功優(yōu)化和補(bǔ)償?shù)念愋?………………………………………7

三、輸配電網(wǎng)絡(luò)的無功優(yōu)化…………………………………………7

1、無功優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù) …………………………………………7

2、優(yōu)化算法………………………………………………………8

四、配電線路上的無功補(bǔ)償及用戶的無功補(bǔ)償……………………8

1、配電線路上的無功補(bǔ)償 ………………………………………8

2、用戶的無功補(bǔ)償 ………………………………………………10

五、影響功率因數(shù)的主要因素………………………………………12

1、異步電動機(jī)和變壓器 …………………………………………12

2、供電電壓超出額定范圍 ………………………………………12

3、電網(wǎng)頻率的波動 ………………………………………………12

六、低壓配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)姆椒?……………………………………12

1、隨機(jī)補(bǔ)償 ………………………………………………………12

2、隨器補(bǔ)償 ………………………………………………………13

3、跟蹤補(bǔ)償 ………………………………………………………13

七、無功補(bǔ)償容量的選擇方法 ………………………………………13

1、單負(fù)荷就地補(bǔ)償 ………………………………………………13

2、多負(fù)荷補(bǔ)償 ……………………………………………………14

八、無功補(bǔ)償?shù)男б妗?4

1、節(jié)省企業(yè)電費(fèi)開支 ……………………………………………14

2、提高設(shè)備的利用率 ……………………………………………14

3、降低系統(tǒng)的能耗………………………………………………15

4、改善電壓質(zhì)量…………………………………………………15

5、增加變壓器容量 ………………………………………………15

九、結(jié)束語……………………………………………………………15

十、參考文獻(xiàn) …………………………………………………………16

電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化、補(bǔ)償及

無功補(bǔ)償技術(shù)對低壓電網(wǎng)功率因數(shù)的影響

一 前言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，用電量的增加，電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行日益受到重視。降低網(wǎng)損，提高電力系統(tǒng)輸電效率和電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性是電力系統(tǒng)運(yùn)行部門面臨的實(shí)際問題，也是電力系統(tǒng)研究的主要方向之一。特別是隨著電力市場的實(shí)行，輸電公司（電網(wǎng)公司）通過有效的手段，降低網(wǎng)損，提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，可給輸電公司帶來更高的效益和利潤。電力系統(tǒng)無功功率優(yōu)化和無功功率補(bǔ)償是電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行研究的一個重要組成部分。通過對電力系統(tǒng)無功電源的合理配置和對無功負(fù)荷的最佳補(bǔ)償,不僅可以維持電壓水平和提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性, 而且可以降低有功網(wǎng)損和無功網(wǎng)損,使電力系統(tǒng)能夠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

無功優(yōu)化計算是在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)負(fù)荷給定的情況下，通過調(diào)節(jié)控制變量（發(fā)電機(jī)的無功出力和機(jī)端電壓水平、電容器組的安裝及投切和變壓器分接頭的調(diào)節(jié)）使系統(tǒng)在滿足各種約束條件下網(wǎng)損達(dá)到最小。通過無功優(yōu)化不僅使全網(wǎng)電壓在額定值附近運(yùn)行，而且能取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益，使電能質(zhì)量、系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性完美的結(jié)合在一起，因而無功優(yōu)化的前景十分廣闊。無功補(bǔ)償可看作是無功優(yōu)化的一個子部分，即它通過調(diào)節(jié)電容器的安裝位置和電容器的容量，使系統(tǒng)在滿足各種約束條件下網(wǎng)損達(dá)到最小。

無功補(bǔ)償，就其概念而言早為人所知，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。

無功補(bǔ)償?shù)暮侠砼渲迷瓌t

從電力網(wǎng)無功功率消耗的基本狀況可以看出，各級網(wǎng)絡(luò)和輸配電設(shè)備都要消耗一定數(shù)量的無功功率，尤以低壓配電網(wǎng)所占比重最大。為了最大限度地減少無功功率的傳輸損耗，提高輸配電設(shè)備的效率，無功補(bǔ)償設(shè)備的配置，應(yīng)按照“分級補(bǔ)償，就地平衡”的原則，合理布局。

(1)總體平衡與局部平衡相結(jié)合，以局部為主。(2)電力部門補(bǔ)償與用戶補(bǔ)償相結(jié)合。

在配電網(wǎng)絡(luò)中，用戶消耗的無功功率約占50%～60%，其余的無功功率消耗在配電網(wǎng)中。因此，為了減少無功功率在網(wǎng)絡(luò)中的輸送，要盡可能地實(shí)現(xiàn)就地補(bǔ)償，就地平衡，所以必須由電力部門和用戶共同進(jìn)行補(bǔ)償。

(3)分散補(bǔ)償與集中補(bǔ)償相結(jié)合，以分散為主。

集中補(bǔ)償，是在變電所集中裝設(shè)較大容量的補(bǔ)償電容器。分散補(bǔ)償，指在配電網(wǎng)絡(luò)中分散的負(fù)荷區(qū)，如配電線路，配電變壓器和用戶的用電設(shè)備等進(jìn)行的無功補(bǔ)償。集中補(bǔ)償，主要是補(bǔ)償主變壓器本身的無功損耗，以及減少變電所以上輸電線路的無功電力，從而降低供電網(wǎng)絡(luò)的無功損耗。但不能降低配電網(wǎng)絡(luò)的無功損耗。因?yàn)橛脩粜枰臒o功

通過變電所以下的配電線路向負(fù)荷端輸送。所以為了有效地降低線損，必須做到無功功率在哪里發(fā)生，就應(yīng)在哪里補(bǔ)償。所以，中、低壓配電網(wǎng)應(yīng)以分散補(bǔ)償為主。(4)降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主。

二

無功優(yōu)化和補(bǔ)償?shù)脑瓌t和類型

1、無功優(yōu)化和補(bǔ)償?shù)脑瓌t

在無功優(yōu)化和無功補(bǔ)償中，首先要確定合適的補(bǔ)償點(diǎn)。無功負(fù)荷補(bǔ)償點(diǎn)一般按以下原則進(jìn)行確定：

1)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，選擇幾個中樞點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)對其他節(jié)點(diǎn)電壓的控制； 2)根據(jù)無功就地平衡原則，選擇無功負(fù)荷較大的節(jié)點(diǎn)。 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(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。4)網(wǎng)絡(luò)中無功補(bǔ)償度不應(yīng)低于部頒標(biāo)準(zhǔn)0.7的規(guī)定。

2、無功優(yōu)化和補(bǔ)償?shù)念愋酮?/p>

電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償不僅包括容性無功功率的補(bǔ)償而且包括感性無功功率的補(bǔ)償。在超高壓輸電線路中(500kV及以上)，由于線路的容性充電功率很大，據(jù)統(tǒng)計在500kV每公里的容性充電功率達(dá)1.2Mvar／km。這樣就必須對系統(tǒng)進(jìn)行感性無功功率補(bǔ)償以抵消線路的容性功率。如實(shí)際上，電網(wǎng)在500kV的變電所都進(jìn)行了感性無功補(bǔ)償，并聯(lián)了高壓電抗和低壓電抗，使無功在500kV電網(wǎng)平衡。

三

輸配電網(wǎng)絡(luò)的無功優(yōu)化(閉式網(wǎng))

電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償從優(yōu)化方面可從兩個方面說起，即輸配電網(wǎng)絡(luò)(閉式網(wǎng))和配電線路及用戶的無功優(yōu)化和補(bǔ)償(開式網(wǎng))。

1、無功優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)

參考文獻(xiàn)［3］中著名的等網(wǎng)損微增率定律指出，當(dāng)全網(wǎng)網(wǎng)損微增率相等時，此時的網(wǎng)損最小。無功的補(bǔ)償點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在網(wǎng)損微增率較小的點(diǎn)(網(wǎng)損微增率通常為負(fù)值時進(jìn)行無功補(bǔ)償)，這樣通過與最優(yōu)網(wǎng)損微增率相結(jié)合進(jìn)行反復(fù)迭代求解得到優(yōu)化的最佳點(diǎn)。一方面，該方法沒有計及其它控制變量的調(diào)節(jié)作用，同時在實(shí)際運(yùn)行中也不可能通過反復(fù)迭代使全網(wǎng)網(wǎng)損微增率相等，這樣做的計算量太大且費(fèi)時。與此同時，國內(nèi)外學(xué)者對無功優(yōu)化進(jìn)行了大量研究，提出了大量的無功優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型的優(yōu)化算法。無功優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型主要有兩種，其一為不計無功補(bǔ)償設(shè)備的費(fèi)用，以系統(tǒng)網(wǎng)損最小為主要目的。即優(yōu)化狀態(tài)時無功優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)可用下式表達(dá)：



其二，以系統(tǒng)運(yùn)行最優(yōu)為目標(biāo)函數(shù)，它計及了系統(tǒng)由于補(bǔ)償后減小的網(wǎng)損費(fèi)用和添加補(bǔ)償設(shè)備的費(fèi)用，可用下式表達(dá)：

式中，β為每度電價，τmax為年最大負(fù)荷損耗小時數(shù)，α、γ分別表示為無功補(bǔ)償設(shè)備折舊維護(hù)率和投資回收率，KC為單位無功補(bǔ)償設(shè)備的價格，QC∑為無功補(bǔ)償總?cè)萘?。?/p>

模型二考慮了投資問題，可認(rèn)為是一種比較理想的模型。特別是隨著電力市場的實(shí)行，各部門都追求經(jīng)濟(jì)效益，顯然考慮了無功投資問題更合理一些。

2、優(yōu)化算法

由于電力系統(tǒng)的非線性、約束的多樣性、連續(xù)變量和離散變量混合性和計算規(guī)模較大使電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化存在著一定的難度。將非線性無功優(yōu)化模型線性化求解，是一些算法的出發(fā)點(diǎn)，如基于靈敏度分析的無功優(yōu)化潮流、無功綜合優(yōu)化的線性規(guī)劃內(nèi)點(diǎn)法、帶懲罰項(xiàng)的無功優(yōu)化潮流和內(nèi)點(diǎn)法等等，以上均是通過將非線性規(guī)劃運(yùn)用泰勒級數(shù)展開,忽略二階及以上的項(xiàng),建立線性化模型求得優(yōu)化解。這些方法由于在線性化的過程中，忽略了二階及以上的項(xiàng)，其計算的收斂性得不到保證。為了提高優(yōu)化計算的收斂性，又提出了將罰函數(shù)的思想引入線性規(guī)劃,提出了帶懲罰項(xiàng)的無功優(yōu)化潮流模型與算法，使依從變量的越限消除或減小到最低限度。但它不能從根本上結(jié)局線性化后的不收斂問題。

針對線性算法方法的不足，又提出了一些運(yùn)用非線性算法，混合整數(shù)規(guī)劃、約束多面體法和非線性原-對偶算法等等。盡管這些方法能在理論上找到最優(yōu)解，但由于無功優(yōu)化本身的特性，使計算復(fù)雜、費(fèi)時，且不能保證可靠收斂。

為了提高收斂性和非線性的對于無功優(yōu)化中的離散變量(變壓器分接頭的調(diào)節(jié)，電容器組的投切)的處理，基于人工智能的新方法，相繼提出了遺傳算法，Tabu搜索法，啟發(fā)式算法，改進(jìn)的遺傳算法，分布計算的遺傳算法和摸似退火算法等等，這些算法在一定的程度上提高了無功優(yōu)化的收斂性和計算速度，并且有些方法已經(jīng)投入實(shí)際應(yīng)用并取得了較好的效果。

但在無功優(yōu)化仍有以下一些問題需要解決：

1)由于無功優(yōu)化是非線性問題，而非線性規(guī)劃常常收斂在局部最優(yōu)解，如何求出其全局最優(yōu)解仍需進(jìn)一步研究和探討。

2)由于以網(wǎng)損為最小的目標(biāo)函數(shù)，它本身是電壓平方的函數(shù)，在求解無功優(yōu)化時，最終求得的解可能有不少母線電壓接近于電壓的上限，而在實(shí)際運(yùn)行部門又不希望電壓

接近于上限運(yùn)行。如果將電壓約束范圍變小，可能造成無功優(yōu)化的不收斂或者要經(jīng)過反復(fù)修正、迭代才能求出解(需人為的改變局部約束條件)。如何將電壓質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)相統(tǒng)一仍需進(jìn)一步研究。

3)無功優(yōu)化的實(shí)時性問題。伴隨著電力系統(tǒng)自動化水平的提高，對無功優(yōu)化的實(shí)時性提出了很高的要求，如何在很短的時間內(nèi)避免不收斂，求出最優(yōu)解仍需進(jìn)一步研究。

四 配電線路上的無功補(bǔ)償及用戶的無功補(bǔ)償

1、配電線路上的無功補(bǔ)償

由于35kV、10kV及一些低壓配電線路的電阻相對較大，無功潮流在線路上流動時引起的功率損耗較大且電壓損耗較大，故其無功補(bǔ)償理論建立在其上。經(jīng)典的線路補(bǔ)償理論認(rèn)為電容器安裝的位置可見下表。

其原理可簡述如下：

當(dāng)線路輸送的無功功率Q，線路長度L，每組補(bǔ)償距離為x時，每組補(bǔ)償容量為Qx

Qx=Qx／L

當(dāng)認(rèn)為電容器安裝在補(bǔ)償區(qū)間中心時，降低的線損最大。無功潮流圖可見圖1所示：

當(dāng)

對任一組電容器安裝位置離末端的位置為： xi=L(2i-1)/(2n+1) 其最佳補(bǔ)償容量為：

nQx=2nQ／(2n+1) 這樣即可求得表1的數(shù)據(jù)。

對于配電線路的無功補(bǔ)償可有效降低網(wǎng)損，但它的效果不如在低壓側(cè)補(bǔ)償。這個結(jié)論是假定無功潮流是均勻分布的，如果線路上的無功潮流為非均勻分布的，得出的結(jié)論將不同；同時在線路上安裝電容器組時，其維護(hù)、操作比較不便，且也沒有考慮補(bǔ)償設(shè)備的投資問題。因此，建議采用下述方式。

2、用戶的無功補(bǔ)償

對于企業(yè)及大負(fù)荷用電單位，按照無功補(bǔ)償?shù)姆N類又分為高壓集中補(bǔ)償、低壓集中補(bǔ)償和低壓就地補(bǔ)償。文獻(xiàn)［8］指出在補(bǔ)償容量相等的情況下，低壓就地補(bǔ)償減低的線損最大，因而經(jīng)濟(jì)效益最佳。這是可以理解的。由于低壓就地補(bǔ)償了負(fù)荷的感性部分，使流經(jīng)線路和變壓器上的無功電流大大減小，顯然此種方法所取得的經(jīng)濟(jì)效益最佳。但是上述并沒有指出最佳補(bǔ)償容量應(yīng)為多少?同時也沒有計及無功設(shè)備的投資。文獻(xiàn)［6］指出了對于開式網(wǎng)的最佳補(bǔ)償容量，三種常見的開式網(wǎng)可見圖2所示。

（1）放射式開式網(wǎng)的最佳無功補(bǔ)償

對于用戶或經(jīng)配變出線的開式網(wǎng)絡(luò)，針對開式網(wǎng)的接線的最佳無功補(bǔ)償容量，參考文獻(xiàn)［6］進(jìn)行了詳細(xì)的推導(dǎo)。其目標(biāo)函數(shù)采用 了簡單的推導(dǎo)：

對于網(wǎng)絡(luò)為放射式網(wǎng)絡(luò)，此時網(wǎng)絡(luò)年計算支出費(fèi)用與無功補(bǔ)償?shù)年P(guān)系可表達(dá)為：

由于主要研究的是無功功率對有功網(wǎng)損的影響，因此有功功率對網(wǎng)損的影響可不考慮，(4)式可簡化為下式：

在其余節(jié)點(diǎn)的補(bǔ)償QCn,op均于上式相同。（2）干線式和鏈?zhǔn)介_式網(wǎng)的最佳無功補(bǔ)償

對于干線式及鏈?zhǔn)浇泳€開式網(wǎng)，在 上述公式簡單明了，且將著名的等網(wǎng)損微增率和最優(yōu)網(wǎng)損微增率結(jié)合在一起，通過計算公式一次性能得出最佳補(bǔ)償容量，避免了計算的迭代過程，具體算例可見參考文獻(xiàn)［3］例6-2，在6-2例中，求解最佳補(bǔ)償容量是通過求解5組方程，6次迭代所得，而利用上述的推導(dǎo)公式可一次性計算出。

五 影響功率因數(shù)的主要因素

功率因數(shù)的產(chǎn)生主要是因?yàn)榻涣饔秒娫O(shè)備在其工作過程中，除消耗有功功率外，還需要無功功率。當(dāng)有功功率P一定時，如減少無功功率Q，則功率因數(shù)便能夠提高。在極端情況下，當(dāng)Q=0時，則其力率=1。因此提高功率因數(shù)問題的實(shí)質(zhì)就是減少用電設(shè)備的無功功率需要量。

1、異步電動機(jī)和電力變壓器是耗用無功功率的主要設(shè)備

異步電動機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙是決定異步電動機(jī)需要較多無功的主要因素。而異步電動機(jī)所耗用的無功功率是由其空載時的無功功率和一定負(fù)載下無功功率增加值兩部分所組成。所以要改善異步電動機(jī)的功率因數(shù)就要防止電動機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提高負(fù)載率。變壓器消耗無功的主要成份是它的空載無功功率，它和負(fù)載率的大小無關(guān)。因而，為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù)，變壓器不應(yīng)空載運(yùn)行或長其處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。

2、供電電壓超出規(guī)定范圍也會對功率因數(shù)造成很大的影響

當(dāng)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(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，當(dāng)供電電壓為額定值的110%時，一般工廠的無功將增加35%左右。當(dāng)供電電壓低于額定值時，無功功率也相應(yīng)減少而使它們的功率因數(shù)有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設(shè)備的正常工作。所以，應(yīng)當(dāng)采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。

3、電網(wǎng)頻率的波動也會對異步電機(jī)和變壓器的磁化無功功率造成一定的影響

以上論述了影響電力系統(tǒng)功率因數(shù)的一些主要因素，因此必須要尋求一些行之有效的、能夠使低壓電力網(wǎng)功率因數(shù)提高的一些實(shí)用方法，使低壓網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)無功的就地平衡，達(dá)到降損節(jié)能的效果。

六 低壓配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)姆椒?/p>

提高功率因數(shù)的主要方法是采用低壓無功補(bǔ)償技術(shù)，我們通常采用的方法主要有三種：隨機(jī)補(bǔ)償、隨器補(bǔ)償、跟蹤補(bǔ)償。

1、隨機(jī)補(bǔ)償

隨機(jī)補(bǔ)償就是將低壓電容器組與電動機(jī)并接，通過控制、保護(hù)裝置與電機(jī)，同時投切。隨機(jī)補(bǔ)償適用于補(bǔ)償電動機(jī)的無功消耗，以補(bǔ)勵磁無功為主，此種方式可較好地限制用電單位無功負(fù)荷。

隨機(jī)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：用電設(shè)備運(yùn)行時，無功補(bǔ)償投入，用電設(shè)備停運(yùn)時，補(bǔ)償設(shè)備也退出，而且不需頻繁調(diào)整補(bǔ)償容量。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。

2、隨器補(bǔ)償

隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過低壓保險接在配電變壓器二次側(cè)，以補(bǔ)償配電變壓器空載無功的補(bǔ)償方式。配變在輕載或空載時的無功負(fù)荷主要是變壓器的空載勵磁無功，配變空載無功是用電單位無功負(fù)荷的主要部分，對于輕負(fù)載的配變而言，這部分損耗占供電量的比例很大，從而導(dǎo)致電費(fèi)單價的增加。

隨器補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：接線簡單、維護(hù)管理方便、能有效地補(bǔ)償配變空載無功，限制農(nóng)網(wǎng)無功基荷，使該部分無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低無功網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，是目前補(bǔ)償無功最有效的手段之一。

3、跟蹤補(bǔ)償

跟蹤補(bǔ)償是指以無功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓電容器組補(bǔ)償在大用戶0.4kv母線上的補(bǔ)償方式。適用于100kVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機(jī)、隨器兩種補(bǔ)償方式，補(bǔ)償效果好。

跟蹤補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是運(yùn)行方式靈活，運(yùn)行維護(hù)工作量小，比前兩種補(bǔ)償方式壽命相對延長、運(yùn)行更可靠。但缺點(diǎn)是控制保護(hù)裝置復(fù)雜、首期投資相對較大。但當(dāng)這三種補(bǔ)償方式的經(jīng)濟(jì)性接近時，應(yīng)優(yōu)先選用跟蹤補(bǔ)償方式。

七 無功功率補(bǔ)償容量的選擇方法

無功補(bǔ)償容量以提高功率因數(shù)為主要目的時，補(bǔ)償容量的選擇分兩大類討論，即單負(fù)荷就地補(bǔ)償容量的選擇（主要指電動機(jī)）和多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇（指集中和局部分組補(bǔ)償）。

1、單負(fù)荷就地補(bǔ)償容量的選擇的幾種方法

（1）、美國資料推薦：Qc=(1/3)Pe [額定容量的1/3]（2）、日本方法：從電氣計算日文雜志中查到：1/4~1/2容量計算

考慮負(fù)載率及極對數(shù)等因素，按式（5）選取的補(bǔ)償容量，在任何負(fù)載情況下都不會出現(xiàn)過補(bǔ)償，而且功率因數(shù)可以補(bǔ)償?shù)?.90以上。此法在節(jié)能技術(shù)上廣泛應(yīng)用，對一般情況都可行，特別適用于Io/Ie比值較高的電動機(jī)和負(fù)載率較低的電動機(jī)。但是對于Io/Ie較低的電動機(jī)額定負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)下，其補(bǔ)償效果較差。

（3）、經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法：由于電機(jī)極數(shù)不同，按極數(shù)大小確定經(jīng)驗(yàn)系數(shù)選擇容量 比較接近實(shí)際需要的電容器，采用這種方法一般在70%負(fù)荷時，補(bǔ)后功率因數(shù)可在0.95~0.97 之間

經(jīng)驗(yàn)系數(shù)表

電機(jī)類型 一般電機(jī) 起重電機(jī) 冶金電機(jī) 極數(shù) 2 4 6 8 10 8 10 補(bǔ)償容量（kvar/kw）0.2 0.2~0.25 0.25~0.3 0.35~0.4 0.5 0.6 0.75 電機(jī)容量大時選下限，小時選上限 ；電壓高時選下限，小時選上限4 Qc=P[√1/COS2φ1-1-√1/COS2φ2-1] 實(shí)際測試比較準(zhǔn)確方法此法適用于任何一般感性負(fù)荷需要精確補(bǔ)償?shù)木偷匮a(bǔ)償容量的計算。

（4）、如果測試比較麻煩，可以按下式 Qc≤ √3UeIo×10-3(kvar)Io-空載電流=2Ie(1-COSφe)瑞典電氣公司推薦公式

Qo

若電動機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行，即負(fù)載率β=1,則：Qo 根據(jù)電機(jī)學(xué)知識可知，對于Io/Ie較低的電動機(jī)（少極、大功率電動機(jī)），在較高的負(fù)載率β時吸收的無功功率Qβ與激勵容量Qo的比值較高，即兩者相差較大，在考慮導(dǎo)線較長，無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量較高的大功率電動機(jī)以較高的負(fù)載率運(yùn)行方式下，此式來選取是合理的。（5）、按電動機(jī)額定數(shù)據(jù)計算：

Q= k(1-cos2φe)3UeIe×10-3(kvar)K為與電動機(jī)極數(shù)有關(guān)的一個系數(shù) 極數(shù)： 2 4 6 8 10 K值： 0.7 0.8 0.85 0.9

2、多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇

多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇是根據(jù)補(bǔ)償前后的功率因數(shù)來確定。

（1）對已生產(chǎn)企業(yè)欲提高功率因數(shù)，其補(bǔ)償容量Qc按下式選擇： Qe=KmKj(tgφ1-tgφ2)/Tm

式中：Km為最大負(fù)荷月時有功功率消耗量，由有功電能表讀得；Kj為補(bǔ)償容量計算系數(shù)，可取0.8～0.9;Tm為企業(yè)的月工作小時數(shù)；tgφ

1、tgφ2意義同前，tgφ1由有功和無功電能表讀數(shù)求得。

（2）對處于設(shè)計階段的企業(yè)，無功補(bǔ)償容量Qc按下式選擇： Qc=KnPn(tgφ1-tgφ2)

式中Kn為年平均有功負(fù)荷系數(shù)，一般取0.7～0.75;Pn為企業(yè)有功功率之和；tgφ

1、tgφ2意義同前。tgφ1可根據(jù)企業(yè)負(fù)荷性質(zhì)查手冊近似取值，也可用加權(quán)平均功率因數(shù)求得cosφ1。

多負(fù)荷的集中補(bǔ)償電容器安裝簡單，運(yùn)行可靠、利用率較高。但電氣設(shè)備不連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)或輕負(fù)荷運(yùn)行時，會造成過補(bǔ)償，使運(yùn)行電壓抬高，電壓質(zhì)量變壞。因此這種方法選擇的容量，對于低壓來說最好采用電容器組自動控制補(bǔ)償，即根據(jù)負(fù)荷大小自動投入無功補(bǔ)償容量的多少，對高壓來說應(yīng)考慮采取防過補(bǔ)償措施。

八 無功補(bǔ)償?shù)男б?/p>

在現(xiàn)代用電企業(yè)中，在數(shù)量眾多、容量大小不等的感性設(shè)備連接于電力系統(tǒng)中，以致電網(wǎng)傳輸功率除有功功率外，還需無功功率。如自然平均功率因數(shù)在0.70～0.85之間。企業(yè)消耗電網(wǎng)的無功功率約占消耗有功功率的60%～90%,如果把功率因數(shù)提高到0.95左右，則無功消耗只占有功消耗的30%左右。由于減少了電網(wǎng)無功功率的輸入，會給用電企業(yè)帶來效益。

1、節(jié)省企業(yè)電費(fèi)開支

提高功率因數(shù)對企業(yè)的直接經(jīng)濟(jì)效益是明顯的，因?yàn)閲译妰r制度中，從合理利用有限電能出發(fā)，對不同企業(yè)的功率因數(shù)規(guī)定了要求達(dá)到的不同數(shù)值，低于規(guī)定的數(shù)值，需要多收電費(fèi)，高于規(guī)定數(shù)值，可相應(yīng)地減少電費(fèi)?？梢?，提高功率因數(shù)對企業(yè)有著重要的經(jīng)濟(jì)意義。

2、提高設(shè)備的利用率

對于原有供電設(shè)備來講，在同樣有功功率下，因功率因數(shù)的提高，負(fù)荷電流減少，因此向負(fù)荷傳送功率所經(jīng)過的變壓器、開關(guān)和導(dǎo)線等供配電設(shè)備都增加了功率儲備，從而滿足了負(fù)荷增長的需要；如果原網(wǎng)絡(luò)已趨于過載，由于功率因數(shù)的提高，輸送無功電

流的減少，使系統(tǒng)不致于過載運(yùn)行，從而發(fā)揮原有設(shè)備的潛力；對尚處于設(shè)計階段的新建企業(yè)來說則能降低設(shè)備容量，減少投資費(fèi)用，在一定條件下，改善后的功率因數(shù)可以使所選變壓器容量降低。因此，使用無功補(bǔ)償不但減少初次投資費(fèi)用，而且減少了運(yùn)行后的基本電費(fèi)。

3、降低系統(tǒng)的能耗

補(bǔ)償前后線路傳送的有功功率不變，P= IUCOSφ，由于COSφ提高，補(bǔ)償后的電壓U2稍大于補(bǔ)償前電壓U1,為分析問題方便，可認(rèn)為U2≈U1從而導(dǎo)出I1COSφ1=I2COSφ2。即I1/I2= COSφ2/ COSφ1,這樣線損 P減少的百分?jǐn)?shù)為：

ΔP%=(1-I22/I12)×100%=（1-COS2φ1/ COS2φ2）× 100%

當(dāng)功率因數(shù)從0.70～0.85提高到0.95時，由(2)式可求得有功損耗將降低20%～45%。

4、改善電壓質(zhì)量

以線路末端只有一個集中負(fù)荷為例，假設(shè)線路電阻和電抗為R、X,有功和無功為P、Q,則電壓損失ΔU為：

△U=（PR+QX）/Ue×10-3(KV)兩部分損失：PR/ Ue→輸送有功負(fù)荷P產(chǎn)生的；QX/Ue→輸送無功負(fù)荷Q產(chǎn)生的；

配電線路：X=（2~4）R，△U大部分為輸送無功負(fù)荷Q產(chǎn)生的

變壓器：X=（5~10）R QX/Ue=(5~10)PR/ Ue 變壓器△U幾乎全為輸送無功負(fù)荷Q產(chǎn)生的

可以看出，若減少無功功率Q,則有利于線路末端電壓的穩(wěn)定，有利于大電動機(jī)的起動。因此，無功補(bǔ)償能改善電壓質(zhì)量（一般電壓穩(wěn)定不宜超過3%）。但是如果只追求改善電壓質(zhì)量來裝設(shè)電容器是很不經(jīng)濟(jì)的，對于無功補(bǔ)償應(yīng)用的主要目的是改善功率因數(shù)，減少線損，調(diào)壓只是一個輔助作用。

5、增加變壓器容量

三相異步電動機(jī)通過就地補(bǔ)償后，由于電流的下降，功率因數(shù)的提高，從而增加了變壓器的容量，計算公式如下：

△S=P/ COSφ1×[（COSφ 2/ COSφ1）-1] 如一臺額定功率為155KW水泵的電機(jī)，補(bǔ)前功率因數(shù)為0.857，補(bǔ)償后功率因數(shù)為0.967，根據(jù)上面公式計算其增容量為：

（155÷0.857）×[（0.967 ÷0.857）-1]=24KVA

九 結(jié)束語

電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化和無功補(bǔ)償需要比較精確的負(fù)荷數(shù)據(jù)、發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)、變壓器參數(shù)等等。同時在電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中，電力系統(tǒng)的狀態(tài)是連續(xù)變化的，因此無功優(yōu)化和無功補(bǔ)償應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況靈活運(yùn)用。隨著調(diào)度自動化、配網(wǎng)自動化和無人變電站的進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，需要計算快，收斂性良好的算法，同時伴隨著電力市場的實(shí)行，無功定價理論的逐漸成熟，無功優(yōu)化的理論也將相應(yīng)改變并進(jìn)一步完善。

文中集中探討了無功補(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，介紹了影響功率因數(shù)的主要因素和提高功率因數(shù)的方法，討論了如何確定無功功率的補(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。

十 參考文獻(xiàn)

1、靳龍章、丁毓山著：《電網(wǎng)無功補(bǔ)償實(shí)用技術(shù)》，中國水利水電出版社，1997年

2、孫成寶、李廣澤著：《配電網(wǎng)實(shí)用技術(shù)》，中國水利水電出版社，1997年

3、陳珩著：《電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析》，水利電力出版社，1995年

4、徐先勇、王正風(fēng)著：《電力系統(tǒng)無功功率負(fù)荷的最佳補(bǔ)償容量》，華東電力，1999年

第四篇：電網(wǎng)建設(shè)中的無功補(bǔ)償

電網(wǎng)建設(shè)中的無功補(bǔ)償

1功率因數(shù)和無功功率補(bǔ)償?shù)幕靖拍?/p>

1.1功率因數(shù)：電網(wǎng)中的電氣設(shè)備如電動機(jī)變壓器等屬于既有電感又有電阻的電感性負(fù)載，電感性負(fù)載的電壓和電流的相量間存在著一個相位差，相位角的余弦cosφ即是功率因數(shù)，它是有功功率與視在功率之比即cosφ＝P/S。功率因數(shù)是反映電力用戶用電設(shè)備合理使用狀況、電能利用程度及用電管理水平的一個重要指標(biāo)。

1.2無功功率補(bǔ)償：把具有容性功率的裝置與感性負(fù)荷聯(lián)接在同一電路，當(dāng)容性裝置釋放能量時，感性負(fù)荷吸收能量，而感性負(fù)荷釋放能量時，容性裝置卻在吸收能量，能量在相互轉(zhuǎn)換，感性負(fù)荷所吸收的無功功率可由容性裝置輸出的無功功率中得到補(bǔ)償。

2無功補(bǔ)償?shù)哪康呐c效果

2.1補(bǔ)償無功功率，提高功率因數(shù)

2.2提高設(shè)備的供電能力

由P＝S·cosφ可看出，當(dāng)設(shè)備的視在功率S一定時，如果功率因數(shù)cosφ提高，上式中的P也隨之增大，電氣設(shè)備的有功出力也就提高了。

2.3降低電網(wǎng)中的功率損耗和電能損失

由公式I＝P/（·U·cosφ)可知當(dāng)有功功率P為定值時，負(fù)荷電流I與cosφ成反比，安裝無功補(bǔ)償裝置后，功率因數(shù)提高，使線路中的電流減小，從而使功率損耗降低：ΔP＝I2R，降低電網(wǎng)中的功率損耗是安裝無功補(bǔ)償設(shè)備的主要目的。

2.4改善電壓質(zhì)量

在線路中電壓損失ΔU的計算公式如下：

ΔU＝

×10

-3

式中

ΔU——線路中的電壓損失

kV

P——有功功率MW

Q——無功功率Mvar

Ue——額定電壓kV

R——線路總電阻Ω

XL——線路感抗Ω

由上式可見，當(dāng)線路中的無功功率Q減少以后，電壓損失ΔU也就減少了。

2.5減少用戶電費(fèi)開支，降低生產(chǎn)成本。

2.6減小設(shè)備容量，節(jié)省投資。

3無功補(bǔ)償容量的選擇

3.1按提高功率因數(shù)值確定補(bǔ)償容量Q

c

Qc＝P[

]（kvar）

式中P——最大負(fù)荷月的平均有功功率kW

cosφ１cosφ2——補(bǔ)償前后功率因數(shù)值

例如：某加工廠最大負(fù)荷月的平均有功功率為300kW，功率因數(shù)cosφ＝0.6，擬將功率因數(shù)提高到0.9，則所選的電容器容量為：

QC=300×[

]=300×（1．33—0．48）=255

（kvar）

3.2按提高電壓值確定補(bǔ)償容量QC

QC=

（kvar）

式中

ΔU——需要提高的電壓值V

U——需要提高的電壓值V

U2——需要達(dá)到的電壓值kV

X——線路電抗Ω

3.3按感應(yīng)電動機(jī)空載電流值確定補(bǔ)償容量

電動機(jī)的無功補(bǔ)償一般采用就地補(bǔ)償方式，電容器隨電動機(jī)的運(yùn)行和停止投退，容量以不超過電動機(jī)空載時的無功損耗為宜，計算公式：

QC≤

Ue

I0

(kvar)

式中

Ue——電動機(jī)額定電壓kV

IO——電動機(jī)空載電流可用鉗形電流表測出，若粗略估算，也可用下式：

QC＝(1/4～1/2)Pn

式中

Pn——電動機(jī)額定功率kW

3.4按配電變壓器容量確定補(bǔ)償容量

配電變壓器低壓側(cè)安裝電容器時，應(yīng)考慮以下原則：在輕負(fù)荷時，防止向10kV配電網(wǎng)倒送無功；取得最大的節(jié)能效果，根據(jù)配變?nèi)萘堪聪率接嬎悖?/p>

QC＝(0.10～0.15)Sn(kvar)

Sn——配變?nèi)萘縦VA

總之，無功補(bǔ)償設(shè)備的配置，應(yīng)按照“全面規(guī)劃，合理布局，分級補(bǔ)償，就地平衡”的原則，要把降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主；又要把集中補(bǔ)償與分散補(bǔ)償相結(jié)合，以分散補(bǔ)償為主；同時，供電部門補(bǔ)償與用戶補(bǔ)償相結(jié)合，以就地平衡為主，共同搞好無功補(bǔ)償?shù)呐渲煤凸芾?，從而取得無功補(bǔ)償?shù)淖畲蠼?jīng)濟(jì)效益。

[摘要]

對廣大供電企業(yè)來說，用戶功率因數(shù)的高低，直接關(guān)系到電力網(wǎng)中的功率損耗和電能損耗，關(guān)系到供電線路的電壓損失和電壓波動，而且關(guān)系到節(jié)約用電和整個供電區(qū)域的供電質(zhì)量，這是眾所周知的道理。因此，提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，已成為電力工業(yè)中一個重要課題，而提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，首先就要提高各用戶的功率因數(shù)。文中簡要集中探討了影響電網(wǎng)功率因數(shù)的主要因素以及低壓無功補(bǔ)償?shù)膸追N使用方法，以及確定無功補(bǔ)償容量從而提高電力系統(tǒng)功率因數(shù)的一般方法。

[關(guān)鍵詞]

功率因數(shù)

影響因素

補(bǔ)償方法

容量確定

許多用電設(shè)備均是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，如配電變壓器、電動機(jī)等，它們都是依靠建立交變磁場才能進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換和傳遞。為建立交變磁場和感應(yīng)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(zhuǎn)化為機(jī)械能、熱能而已；因此在供用電系統(tǒng)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(shù)COSφ，其計算公式為：

COSφ=P/S=P/（P2+Q2）1/2

在電力網(wǎng)的運(yùn)行中，功率因數(shù)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(shù)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。

用戶功率因數(shù)的高低，對于電力系統(tǒng)發(fā)、供、用電設(shè)備的充分利用，有著顯著的影響。適當(dāng)提高用戶的功率因數(shù)，不但可以充分的發(fā)揮發(fā)、供電設(shè)備的生產(chǎn)能力、減少線路損失、改善電壓質(zhì)量，而且可以提高用戶用電設(shè)備的工作效率和為用戶本身節(jié)約電能。因此，對于全國廣大供電企業(yè)、特別是對現(xiàn)階段全國性的一些改造后的農(nóng)村電網(wǎng)來說，若能有效的搞好低壓補(bǔ)償，不但可以減輕上一級電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)膲毫Γ纳铺岣哂脩艄β室驍?shù)，而且能夠有效地降低電能損失，減少用戶電費(fèi)。其社會效益及經(jīng)濟(jì)效益都會是非常顯著的。

影響功率因數(shù)的主要因素

1.1

電感性設(shè)備和電力變壓器是耗用無功功率的主要設(shè)備

大量的電感性設(shè)備，如異步電動機(jī)、感應(yīng)電爐、交流電焊機(jī)等設(shè)備是無功功率的主要消耗者。據(jù)有關(guān)的統(tǒng)計，在工礦企業(yè)所消耗的全部無功功率中，異步電動機(jī)的無功消耗占了60％～70％；而在異步電動機(jī)空載時所消耗的無功又占到電動機(jī)總無功消耗的60％～70％。所以要改善異步電動機(jī)的功率因數(shù)就要防止電動機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提高負(fù)載率。電力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(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù)，變壓器不應(yīng)空載運(yùn)行或長期處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。

1.2

供電電壓超出規(guī)定范圍也會對功率因數(shù)造成很大影響

當(dāng)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(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，當(dāng)供電電壓為額定值的110％時，一般無功將增加35％左右。當(dāng)供電電壓低于額定值時，無功功率也相應(yīng)減少而使它們的功率因數(shù)有所提高。但供電電壓降低會影響電氣設(shè)備的正常工作。所以，應(yīng)當(dāng)采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。

1.3

電網(wǎng)頻率的波動也會對異步電動機(jī)和變壓器的磁化無功功率造成一定的影響

綜上所述，我們知道了影響電力系統(tǒng)功率因數(shù)的一些主要因素，因此我們要尋求一些行之有效的、能夠使低壓電力網(wǎng)功率因數(shù)提高的一些實(shí)用方法，使低壓網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)無功的就地平衡，達(dá)到降損節(jié)能的效果。

低壓網(wǎng)的無功補(bǔ)償

2.1

低壓網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)囊话惴椒?/p>

低壓無功補(bǔ)償我們通常采用的方法主要有三種：隨機(jī)補(bǔ)償、隨器補(bǔ)償和跟蹤補(bǔ)償。下面簡單介紹這三種補(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)。

2.1.1

隨機(jī)補(bǔ)償

隨機(jī)補(bǔ)償就是根據(jù)個別用電設(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)同時投切。隨機(jī)補(bǔ)償適用于補(bǔ)償個別大容量且連續(xù)運(yùn)行(如大中型異步電動機(jī))的無功消耗，以補(bǔ)勵磁無功為主。此種方式可較好地限制農(nóng)網(wǎng)無功峰荷。

隨機(jī)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：用電設(shè)備運(yùn)行時，無功補(bǔ)償投入，用電設(shè)備停運(yùn)時，補(bǔ)償設(shè)備也退出，不會造成無功倒送，而且不需頻繁調(diào)整補(bǔ)償容量。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)。

2.1.2

隨器補(bǔ)償

隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過低壓開關(guān)接在配電變壓器二次側(cè)，以無功補(bǔ)償配電變壓器空載無功的補(bǔ)償方式。配變在輕載或空載時的無功負(fù)荷主要是變壓器的空載勵磁無功，配變空載無功是農(nóng)網(wǎng)無功負(fù)荷的主要部分，對于輕負(fù)載的配變而言，這部分損耗占供電量的比例很大，從而導(dǎo)致電費(fèi)單價的增加，不利于電費(fèi)的同網(wǎng)同價。

隨器補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：接線簡單、維護(hù)管理方便、能有效地補(bǔ)償配變空載無功，限制農(nóng)網(wǎng)無功基荷，使該部分無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低無功網(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。

2.1.3

跟蹤補(bǔ)償

跟蹤補(bǔ)償是指以無功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓電容器組補(bǔ)償在大用戶0.4KV母線上的補(bǔ)償方式。適用于100KVA以上的專用配電用戶，可以替代隨機(jī)、隨器兩種補(bǔ)償方式，補(bǔ)償效果好。

跟蹤補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是運(yùn)行方式靈活，運(yùn)行維護(hù)工作量小，比前兩種補(bǔ)償方式壽命相對延長、運(yùn)行更可靠。但缺點(diǎn)是控制保護(hù)裝置復(fù)雜、首期投資相對較大。但當(dāng)這三種補(bǔ)償方式的經(jīng)濟(jì)性接近時，應(yīng)優(yōu)先選用跟蹤補(bǔ)償方式。

2.2

采用適當(dāng)措施，設(shè)法提高系統(tǒng)自然功率因數(shù)

提高自然功率因數(shù)是不需要任何補(bǔ)償設(shè)備投資，僅采取各種管理上或技術(shù)上的手段來減少各種用電設(shè)備所消耗的無功功率，這是一種最經(jīng)濟(jì)的提高功率因數(shù)的方法。下面將對提高自然功率因數(shù)的措施做一些簡要的介紹。

2.2.1合理選用電動機(jī)

合理選擇電動機(jī)，使其盡可能在高負(fù)荷率狀態(tài)下運(yùn)行。在選擇電動機(jī)時，既要注意它們的機(jī)械特性，又要考慮它們的電氣指標(biāo)。舉例說，三相異步電動機(jī)（100KW）在空載時功率因數(shù)僅為0.11，1/2負(fù)載時約為0.72，而滿負(fù)載時可達(dá)0.86。所以核算負(fù)荷小于40%的感應(yīng)電動機(jī)，應(yīng)換以較小容量的電動機(jī)，并合理安排和調(diào)整工藝流程，改善運(yùn)行方式，限制空載運(yùn)轉(zhuǎn)。故從節(jié)約電能和提高功率因數(shù)的觀點(diǎn)出發(fā)，必須正確合理的選擇電動機(jī)的容量。

2.2.2

提高異步電動機(jī)的檢修質(zhì)量

實(shí)驗(yàn)表明，異步電動機(jī)定子繞組匝數(shù)變動和電動機(jī)定、轉(zhuǎn)子間的氣隙變動是對異步電動機(jī)無功功率的大小有很大影響。因此檢修時要特別注意不使電動機(jī)的氣隙增大，以免使功率因數(shù)降低。

2.2.3

采用同步電動機(jī)或異步電動機(jī)同步運(yùn)行補(bǔ)償

由電機(jī)原理可知，同步電動機(jī)消耗的有功功率取決于電動機(jī)上所帶機(jī)械負(fù)荷的大小，而無功取決于轉(zhuǎn)子中的勵磁電流大小，在欠激狀態(tài)時，定子繞組向電網(wǎng)“吸取”無功，在過激狀態(tài)時，定子繞組向電網(wǎng)“送出”無功。因此，只要調(diào)節(jié)電機(jī)的勵磁電流，使其處于過激狀態(tài)，就可以使同步電機(jī)向電網(wǎng)“送出”無功功率，減少電網(wǎng)輸送給工礦企業(yè)的無功功率，從而提高了工礦企業(yè)的功率因數(shù)。異步電動機(jī)同步運(yùn)行就是將異步電動機(jī)三相轉(zhuǎn)子繞組適當(dāng)連接并通入直流勵磁電流，使其呈同步電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，這就是“異步電動機(jī)同步化”。因而只要調(diào)節(jié)電機(jī)的直流勵磁電流，使其呈過激狀態(tài)，即可以向電網(wǎng)輸出無功，從而達(dá)到提高低壓網(wǎng)功率因數(shù)的目的。

2.2.4

正確選擇變壓器容量提高運(yùn)行效益

對于負(fù)載率比較低的變壓器，一般采取“撤、換、并、停”等方法，使其負(fù)載率提高到最佳值，從而改善電網(wǎng)的自然功率因數(shù)。如：對平均負(fù)荷小于30%的變壓器宜從電網(wǎng)上斷開，通過聯(lián)絡(luò)線提高負(fù)荷率。

通過以上一些提高加權(quán)平均功率因數(shù)和自然功率因數(shù)的敘述，或許我們已經(jīng)對“功率因數(shù)”這個簡單的電力術(shù)語有了更深的了解和認(rèn)識。知道了功率因數(shù)的提高對電力企業(yè)的深遠(yuǎn)影響，下面我們將簡單介紹對用電設(shè)備進(jìn)行人工補(bǔ)償?shù)姆绞胶蛯ρa(bǔ)償容量的確定方法。

功率因數(shù)的人工補(bǔ)償

功率因數(shù)是工廠電氣設(shè)備使用狀況和利用程度的具有代表性的重要指標(biāo)，也是保證電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一項(xiàng)主要指標(biāo)。供電企業(yè)僅僅依靠提高自然功率因數(shù)的辦法已經(jīng)不能滿足工廠對功率因數(shù)的要求，工廠自身還需要裝設(shè)補(bǔ)償裝置，對功率因數(shù)進(jìn)行人工補(bǔ)償。

3.1

靜電電容器補(bǔ)償

靜電電容器既電力電容器。利用電容器進(jìn)行補(bǔ)償，具有投資省、有功功率損耗小、運(yùn)行維護(hù)方便、故障范圍小等優(yōu)點(diǎn)。但當(dāng)通風(fēng)不良、運(yùn)行溫度過高時，油介質(zhì)電容器易發(fā)生漏油、鼓肚、爆炸等故障。因此，建議使用粉狀介質(zhì)電容器。

當(dāng)企業(yè)感性負(fù)載比較多時，它們從供電系統(tǒng)吸取的無功是滯后（負(fù)值）功率，如果用一組電容器和感性負(fù)載并聯(lián)，電容需要的無功功率是超前（正值）功率，如果電容器選的合適，令Qc+Ql=0，這時企業(yè)已不需要向供電系統(tǒng)吸取無功功率，功率因數(shù)為1，達(dá)到最佳值。

3.1.1

電容器補(bǔ)償容量的確定

電力電容器的補(bǔ)償容量Qc可按下式計算：

Qc=α·Pjs（tgφ1-tgφ2）

式中

Pjs——最大有功計算負(fù)荷，KW

tgφ1、tgφ2——補(bǔ)償前、后功率因數(shù)角的正切值

α——平均負(fù)荷系數(shù)，一般取0.7～1，視Pjs的計算情況而定。如果在計算時已采用了較小系數(shù)值，α可取1。

某些已進(jìn)行生產(chǎn)的工礦企業(yè)，可由下式確定其有功電能消耗量：

Ap=Pjs·Tmax·p

(KW·H)

式中

Ap——有功電能消耗量

Pjs——有功計算負(fù)荷

Tmax·p——最大有功計算負(fù)荷年利用小時數(shù)

3.1.2

并聯(lián)補(bǔ)償移相電容器，應(yīng)滿足以下電壓和容量的要求

Ue·c≥Ug·c

nQg·c≥Qc

式中

Ue·c——電容器的額定電壓（KV）

Ug·c——電容器的工作電壓（KV）

n——并聯(lián)的電容器總數(shù)

Qg·c——電容器的工作容量（Kvar）

Qc——電容器的補(bǔ)償容量（Kvar）

3.2

動態(tài)無功功率補(bǔ)償

動態(tài)無功功率補(bǔ)償一般應(yīng)用于用電容量大、生產(chǎn)過程其負(fù)載急劇變化且具有重復(fù)沖擊性的大型鋼鐵企業(yè)。這種波動頻繁、急劇、幅值很大的動態(tài)無功功率，采用調(diào)相機(jī)或固定電容器進(jìn)行補(bǔ)償已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了要求，目前一般采用的新型動態(tài)無功功率補(bǔ)償設(shè)備是靜止無功補(bǔ)償器。它具有穩(wěn)定系統(tǒng)電壓、改善電網(wǎng)運(yùn)行性能、動態(tài)補(bǔ)償反應(yīng)迅速、調(diào)節(jié)性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)。但最明顯的缺點(diǎn)是投資大、設(shè)備體積大、占地面積大。

3.3

分相補(bǔ)償

在民用建筑中大量使用的是單相負(fù)荷，照明、空調(diào)等由于負(fù)荷變化的隨機(jī)性大，容易造成三相負(fù)載的嚴(yán)重不平衡，尤其是住宅樓在運(yùn)行中三相不平衡更為嚴(yán)重。由于調(diào)節(jié)補(bǔ)償無功功率的采樣信號取自三相中的任意一相，造成未檢測的兩相要么過補(bǔ)償，要么欠補(bǔ)償。如果過補(bǔ)償，則過補(bǔ)償相的電壓升高，造成控制、保護(hù)元件等用電設(shè)備因過電壓而損壞；如果欠補(bǔ)償，則補(bǔ)償相的回路電流增大，線路及斷路器等設(shè)備由于電流的增加而導(dǎo)致發(fā)熱被燒壞。這種情況下用傳統(tǒng)的三相無功補(bǔ)償方式，不但不節(jié)能，反而浪費(fèi)資源，難以對系統(tǒng)的無功補(bǔ)償進(jìn)行有效補(bǔ)償，補(bǔ)償過程中所產(chǎn)生的過、欠補(bǔ)償?shù)缺锥烁菍φ麄€電網(wǎng)的正常運(yùn)行帶來了嚴(yán)重的危害。

據(jù)有關(guān)資料介紹，某地綜合樓是集商場、銀行、辦公、車庫、賓館為一體的一類高層建筑，總建筑面積3.2萬m2。主要用電設(shè)備有空調(diào)機(jī)組、水泵、風(fēng)機(jī)及照明燈具等，其中照明燈具均為單相負(fù)荷，功率因數(shù)在0.45～0.75之間。低壓有功計算負(fù)荷2815KW，其中，照明用電有功負(fù)荷1086.5KW，其它負(fù)荷基本為空調(diào)、風(fēng)機(jī)、水泵、電梯等三相負(fù)荷。補(bǔ)償前無功功率31872Kvar，若整體功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.92，需補(bǔ)償1982Kvar，補(bǔ)償后無功功率1200Kvar。原設(shè)計采用低壓配電室并聯(lián)電容器組三相集中自動補(bǔ)償，工程竣工投入使用后，經(jīng)常出現(xiàn)儀器、燈具等用電設(shè)備燒壞或不能正常使用等情況，影響正常經(jīng)營和工作。經(jīng)現(xiàn)場測試，發(fā)現(xiàn)低壓饋線回路三相負(fù)荷不平衡，差距很大，電流差異大，最大相電流差為900A；檢測母線電壓，三相母線電壓有的高達(dá)260V，有的低到190V。通過分析是三相電容自動補(bǔ)償造成的結(jié)果。

對于三相不平衡及單相配電系統(tǒng)采用分相電容自動補(bǔ)償是解決上述問題的一種較好的辦法，其原理是通過調(diào)節(jié)無功功率參數(shù)的信號取自三相中的每一相，根據(jù)每相感性負(fù)載的大小和功率因數(shù)的高低進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償，對其它相不產(chǎn)生相互影響，故不會產(chǎn)生欠補(bǔ)償和過補(bǔ)償?shù)那闆r。

結(jié)束語

文中淺談了功率因數(shù)對廣大供電企業(yè)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，介紹了影響功率因數(shù)的主要因素以及提高功率因數(shù)的一般方法，還闡述了如何確定無功功率的補(bǔ)償容量及無功功率的三種人工補(bǔ)償?shù)木唧w方式。

1　無功功率

在交流電路中，由電源供給負(fù)載的電功率有兩種；一種是有功功率，一種是無功功率。

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。比如：5.5千瓦的電動機(jī)就是把5.5千瓦的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，帶動水泵抽水或脫粒機(jī)脫粒；各種照明設(shè)備將電能轉(zhuǎn)換為光能，供人們生活和工作照明。有功功率的符號用P表示，單位有瓦(W)、千瓦(kW)、兆瓦(MW)。

無功功率比較抽象，它是用于電路內(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?。凡是有電磁線圈的電氣設(shè)備，要建立磁場，就要消耗無功功率。比如40瓦的日光燈，除需40多瓦有功功率(鎮(zhèn)流器也需消耗一部分有功功率)來發(fā)光外，還需80乏左右的無功功率供鎮(zhèn)流器的線圈建立交變磁場用。由于它不對外做功，才被稱之為“無功”。無功功率的符號用Q表示，單位為乏(Var)或千乏(kVar)。

無功功率決不是無用功率，它的用處很大。電動機(jī)需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，從而帶動機(jī)械運(yùn)動，電動機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的。變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產(chǎn)生磁場，在二次線圈感應(yīng)出電壓。因此，沒有無功功率，電動機(jī)就不會轉(zhuǎn)動，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會吸合。為了形象地說明這個問題，現(xiàn)舉一個例子：農(nóng)村修水利需要開挖土方運(yùn)土，運(yùn)土?xí)r用竹筐裝滿土，挑走的土好比是有功功率，挑空竹筐就好比是無功功率，竹筐并不是沒用，沒有竹筐泥土怎么運(yùn)到堤上呢?

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，那么，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。

無功功率對供、用電產(chǎn)生一定的不良影響，主要表現(xiàn)在：

(1)降低發(fā)電機(jī)有功功率的輸出。

(2)降低輸、變電設(shè)備的供電能力。

(3)造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加。

(4)造成低功率因數(shù)運(yùn)行和電壓下降，使電氣設(shè)備容量得不到充分發(fā)揮。

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。這就是電網(wǎng)需要裝設(shè)無功補(bǔ)償裝置的道理。

2　功率因數(shù)

電網(wǎng)中的電力負(fù)荷如電動機(jī)、變壓器等，屬于既有電阻又有電感的電感性負(fù)載。電感性負(fù)載的電壓和電流的相量間存在著一個相位差，通常用相位角φ的余弦cosφ來表示。cosφ稱為功率因數(shù)，又叫力率。功率因數(shù)是反映電力用戶用電設(shè)備合理使用狀況、電能利用程度和用電管理水平的一項(xiàng)重要指標(biāo)。三相功率因數(shù)的計算公式為：

式中cosφ——功率因數(shù)；

P——有功功率，kW；

Q——無功功率,kVar；

S——視在功率,kV。A；

U——用電設(shè)備的額定電壓,V；

I——用電設(shè)備的運(yùn)行電流,A。

功率因數(shù)分為自然功率因數(shù)、瞬時功率因數(shù)和加權(quán)平均功率因數(shù)。

(1)自然功率因數(shù)：是指用電設(shè)備沒有安裝無功補(bǔ)償設(shè)備時的功率因數(shù)，或者說用電設(shè)備本身所具有的功率因數(shù)。自然功率因數(shù)的高低主要取決于用電設(shè)備的負(fù)荷性質(zhì)，電阻性負(fù)荷(白熾燈、電阻爐)的功率因數(shù)較高，等于1，而電感性負(fù)荷(電動機(jī)、電焊機(jī))的功率因數(shù)比較低，都小于1。

(2)瞬時功率因數(shù)：是指在某一瞬間由功率因數(shù)表讀出的功率因數(shù)。瞬時功率因數(shù)是隨著用電設(shè)備的類型、負(fù)荷的大小和電壓的高低而時刻在變化。

(3)加權(quán)平均功率因數(shù)：是指在一定時間段內(nèi)功率因數(shù)的平均值，其計算公式為：

提高功率因數(shù)的方法有兩種，一種是改善自然功率因數(shù)，另一種是安裝人工補(bǔ)償裝置。

第五篇：2014年中國無功補(bǔ)償裝置行業(yè)發(fā)展技術(shù)分析

2014年中國無功補(bǔ)償裝置行業(yè)發(fā)展技術(shù)分析

智研數(shù)據(jù)研究中心網(wǎng)訊：

內(nèi)容提要：研制開發(fā)兼有無功補(bǔ)償與電力濾波器雙重優(yōu)點(diǎn)的晶閘管開關(guān)濾波器，將成為改善系統(tǒng)功率因數(shù)、抑制諧波、穩(wěn)定系統(tǒng)電壓、改善電能質(zhì)量的有效手段。

隨著電力電子技術(shù)，特別是大功率可關(guān)斷器件技術(shù)的發(fā)展和日益完善，國內(nèi)外還在研制、開發(fā)一種更為先進(jìn)的靜止無功補(bǔ)償裝置靜止無功功率發(fā)生裝置（SVG），雖然它們尚處在開發(fā)及試運(yùn)行階段，目前尚未形成商品化，但SVG憑借著其優(yōu)越的性能特點(diǎn)，在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用將越來越廣泛。

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和電力電子產(chǎn)品的推廣應(yīng)用，供電系統(tǒng)或負(fù)荷中含有大量諧波。

煤礦工業(yè)是我國目前最主要的能源行業(yè)。由于井下機(jī)械化設(shè)備不斷增加，已成為工業(yè)系統(tǒng)耗能大戶，電力消耗在煤礦生產(chǎn)成本中占有很大比例。

隨著煤炭產(chǎn)量增加，巷道延伸，負(fù)荷增加，井下電能損耗相當(dāng)嚴(yán)重，這種狀況在全國煤炭系統(tǒng)帶有普遍性，而且大部分礦井沒有采取任何節(jié)電措施。目前煤礦井下大量使用變頻設(shè)備、整流設(shè)備，以及廣泛應(yīng)用電力電子設(shè)備，這些電器設(shè)備產(chǎn)生諧波電流、諧波電壓，正在嚴(yán)重污染井下電網(wǎng)。

針對煤炭行業(yè)的電力負(fù)荷特點(diǎn)，國內(nèi)外對動態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)都進(jìn)行研究，主要類型分為如下幾種：

1、靜止型動態(tài)無功補(bǔ)償裝置（SVC）。

該裝置為晶閘管控制電抗器+濾波裝置（TCR+FC）方式或者晶閘管投切電容器（TSC）。其功能具有平滑調(diào)節(jié)無功補(bǔ)償容量、系統(tǒng)響應(yīng)速度快，并能綜合治理諧波，普遍應(yīng)用在煤礦系統(tǒng)、冶金行業(yè)、電力系統(tǒng)和電氣化鐵路等。

2、磁閥式補(bǔ)償方式。

裝置由補(bǔ)償電容器和并聯(lián)可調(diào)電抗器組成，通過高阻抗電抗器磁通的調(diào)節(jié)，使其與并聯(lián)電容器中多余的容性無功容量平衡。這是自飽和電抗器補(bǔ)償方式的一種變型產(chǎn)品，因其損耗大，運(yùn)行成本高，調(diào)節(jié)速度慢，補(bǔ)償范圍有一定的限制，屬于淘汰技術(shù)。

3、分組投切電容器方式。

真空接觸器（或斷路器）投切方式，投切時開關(guān)觸頭間會產(chǎn)生電弧，因電容回路的通斷過程中會產(chǎn)生較高的操作過電壓和沖擊電流。所以往往在回路中串聯(lián)電抗器來抑制投切涌流，并能治理相應(yīng)諧波。原理簡單，成本低是其特點(diǎn)。