摘要：本文分析了本文分析了无功补偿的作用和无功补偿的方法，并且论述了提高电网和用电设备的功率因数，已成为节电工作的一项重要措施。
关键词：无功补偿 功率因数 节电技术
1、前言
无功功率补偿Reactive power compensation，简称无功补偿，在电力供电系统中起提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理进行无功补偿，能够有效地维持系统的电压水平，提高电压稳定性，避免大量无功的远距离传输，从而降低有功网损，提高设备利用率、系统的功率因数，降低能耗，改善电网电压质量。反之，如选择或使用不当，可能造成供电系统，电压波动，谐波增大等诸多因素。
无功补偿的基本原理:电网输出的功率包括两部分:一是有功功率:直接消耗电能，把电能转变为机械能、热能、化学能或声能，利用这些能作功，这部分功率称为有功功率;二是无功功率:不消耗电能，只是把电能转换为另一种形式的能，这种能作为电气设备能够作功的必备条件，并且，这种能是在电网中与电能进行周期性转换，这部分功率称为无功功率(如电磁元件建立磁场占用的电能，电容器建立电场所占的电能)。无功补偿的具体实现方式: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。
1.1无功补偿的合理配置原则
从电力网无功功率消耗的基本状况可以看出，各级网络和输配电设备都要消耗一定数量的无功功率，尤以低压配电网所占比重最大。为了最大限度地减少无功功率的传输损耗，提高输配电设备的效率，无功补偿设备的配置，应按照“分级补偿，就地平衡”的原则，合理布局。
无功补偿配置原则如下：
1.1.1总体平衡与局部平衡相结合，以局部为主。
1.1.2供部门补偿与用户补偿相结合。
在配电网络中，用户消耗的无功功率约占50%～60%，因此，为了减少无功功率在网络中的输送，要尽可能地实现就地补偿，就地平衡，所以必须由电力部门和用户共同进行补偿。
1.1.3分散补偿与集中补偿相结合，以分散为主。
集中补偿，是在变电所集中装设较大容量的补偿电容器。分散补偿，指在配电网络中分散的负荷区，如配电线路，配电变压器和用户的用电设备等进行的无功补偿。集中补偿，主要是补偿主变压器本身的无功损耗，以及减少变电所以上输电线路的无功电力，从而降低供电网络的无功损耗。但不能降低配电网络的无功损耗。因为用户需要的无功通过变电所以下的配电线路向负荷端输送。所以为了有效地降低线损，必须做到无功功率在哪里发生，就应在哪里补偿。所以，中、低压配电网应以分散补偿为主。
确定无功补偿容量时应注意，在轻负荷时要避免过补偿，倒送无功造成功率损耗增加，也是不经济的；功率因数越高，每千伏安补偿容量减少损耗的作用将变小，通常情况下，将功率因数提高到0.95就是合理补偿；当前很多用电设备量大的企业都会用到无功补偿设备，煤矿上用的更多，而且有专业的无功补偿设备生产公司。
2、低压配电网无功补偿的方法
提高功率因数的主要方法是采用低压无功补偿技术，我们通常采用的方法主要有三种：随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。在配电系统中，较多采用的是电容器组无功补偿方式，由运行值班人员或VQC装置根据功率因数及电压情况决定并联电容器的投退组数。这种并联补偿电容器由于只能进行分级阶梯状调节，并且受机械开关动作的限制，响应速度慢，不能满足对波动频繁的无功负荷进行补偿的要求。随着电力电子技术的发展，新型的电力电子补偿技术得以应用，从而实现了功率的动态、瞬时补偿。
2.1随机补偿
随机补偿就是将低压电容器组与电动机并接，通过控制、保护装置与电机，同时投切。随机补偿适用于补偿电动机的无功消耗，以补励磁无功为主，此种方式可较好地限制用电单位无功负荷。
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随机补偿的优点是：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，而且不需频繁调整补偿容量。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活，维护简单、事故率低等。
2.2 跟踪补偿
跟踪补偿是指以无功补偿投切装置作为控制保护装置，将低压电容器组补偿在大用户0.4kv母线上的补偿方式。适用于100kVA以上的专用配变用户，可以替代随机、随器两种补偿方式，补偿效果好。
跟踪补偿的优点是运行方式灵活，运行维护工作量小，比前两种补偿方式寿命相对延长、运行更可靠。但缺点是控制保护装置复杂、首期投资相对较大。但当以上三种补偿方式的经济性接近时，应优先选用跟踪补偿方式。
2.3静止无功补偿器（SVC）
静止无功补偿器由电力电子器件和储能元件构成。其显著特点在于快速、平滑地调节容性和感性无功功率，实现动态补偿。常用于防止配电网中部分冲击性负荷引起的电压波动干扰、重负荷突然投切造成的无功功率强烈变化，以及用于平衡三相之间的波动性不对称负荷和控制用电线路的功率因数等，用以增强系统的静态稳定性和输电能力。
静止无功补偿器有两种基本类型：晶闸管可控电抗器（TCR）和晶闸管投切电容器（TSC），两种装置的原理如下。
2.4.1晶闸管可控电抗器（TCR）。
TCR模拟无级调节电抗器的一种新型无功补偿器。由于其工作方式的特殊与先进，因此它所吸取的感性无功功率可以快速、平滑调节。
2.4.2晶闸管投切电容器（TSC）。
在目前广泛应用的电力电子无功补偿技术中，除了常见的晶闸管可控电抗器方式外，还有一种常见方式就是晶闸管投切电容器无功补偿装置。TSC采用整数半波控制（即过零触发）方式来控制某组电容器全投入（或全切除）。这种补偿方式实际上是用可快速通断的晶闸管代替了金属接触器开关，以克服投切电容器时响应速度慢的缺点。
2.5静止无功发生器(SVG)
SVG基本原理就是将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态补偿的目的。SVG具有优越的性能，是环保节能型产品，它代表动态无功补偿装置的发展方向。
3、影响功率因数的主要因素
提高功率因数问题的实质就是减少用电设备的无功功率需要量。
3.1异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备。
要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长其处于轻负载运行状态。
3.2供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响。
当供电电压高于额定值的10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110%时，一般工厂的无功将增加35%左右。
3.3电网频率的波动也会对异步电机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响
4、无功补偿的效益
在现代用电企业中，在数量众多、容量大小不等的感性设备连接于电力系统中，以致电网传输功率除有功功率外，还需无功功率。如自然平均功率因数在0.70～0.85之间。企业消耗电网的无功功率约占消耗有功功率的60%～90%,如果把功率因数提高到0.95左右，则无功消耗只占有功消耗的30%左右。由于减少了电网无功功率的输入，会给用电企业带来效益。不仅为用户侧节省了电费开支，同时也节省了设备的一次投入费用。
5、 结论
文中集中探讨了无功补偿的方法及无功补偿技术对低压配电网的影响以及提高功率因数所带来的经济效益和社会效益，介绍了电力网功率因数提高的一些方法，使配网能够实现无功的就地平衡，达到降损节电的目的。
论文作者:赵京
论文发表刊物:《基层建设》2017年第32期
论文发表时间:2018/1/20
标签：功率论文; 功率因数论文; 电容器论文; 负荷论文; 电网论文; 方式论文; 晶闸管论文; 《基层建设》2017年第32期论文;