摘要：随着社会的发展，我国的用电量不断增加，电力功率的有效性也得到了提高。发电设备在输出有功功率的同时也在发送无功功率，两种功率同时存在，而无功功率或有功功率的大小与功率因数相关，若功率因数较小，无偿功率就会增大，就会降低电力功率的作用效果，而功率因数较大的情况下，才能保证有功功率得到良好的应用。因此，对无功功率补偿与功率因数的改善方法进行研究，对于电力能源的高效应用具有重要意义。
关键词：无功补偿；功率因数；有功功率；改善
引言
在电力系统中，有功功率的平衡影响系统频率的波动，无功功率的变化则与电压的波动密切相关。电力系统运行的主要任务是传输有功功率，而有功功率的传输需要消耗一定的无功功率，没有无功功率的话，变压器、电动机等设备就没法建立磁场，这些设备也就没法工作，有功功率也就无从谈起。电力系统要求：系统中的无功设备发出的无功功率必须满足系统自身的无功损耗和负荷的无功功率需求。因此，研究无功功率的补偿与平衡，改善电力系统的电压质量，是供电企业不可忽视、极其重要的研究课题。
1无功功率与功率因数的概念分析
1.1有功与无功功率的概念
生活中，我们常用的电力为交流电，而交流电的电源在供电过程中，通常会提供两种负载形式的电功功率，即有功功率与无功功率。有功功率是对用电设备有用的功率，其在用电设备的运行过程中，将电能转换为光能、机械能、热能等形式；而无功功率则是在电路中的内电场与磁场的交换中发生作用，对电气设备中的磁场建立与维持起到作用，不会对外做功，在带有电磁线圈的电气设备运行过程中，会造成无功功率的消耗。
1.2功率因数的概念
电动机、变压器等电力负荷设备在电网中是既有电感、又有电阻的点感性负载设备。而点感性负载中的电压与电流之间存在一个相位差（Φ），研究界将这个相位差的余弦称为功率因数，即cosΦ，这个功率因数在数值上相当于有功功率（P）与视在功率（S）的比值，也就是说cosΦ=P/S。功率因数是对电源输出的视在功率的有效应用的几率，所以在实际的电力应用中，总会希望功率因数大一点。想要达到这个目的，就只能将无功功率降低，这样才能提高有功功率在视在功率中所在的比例，从而用电设备的做功效率提升，对电力能源的消耗降低，达到改善供电效率的目的。
2产生无功功率的原理及其作用
2.1产生无功功率的原理
带有电感或电容的电网运行中，每1/2个周期内就会发生电感将电源能量转变成电场进行（或磁场）进行贮存，贮存的电场再将能量向电源释放的循环过程。在这个循环过程中，只有能量的相互交换过程，不会导致能量的消耗，所以将这个交换过程中的电力功率成为无功功率。相对有功功率来说，无功功率更加抽象，是在电网电路中不断循环流动的。无功功率不会做功，其对于一个元件来说功率为零，是对电感（或电容）贮存或释放过程的磁场能量或电场能量需要的真实功率的反应。电力电网结构中的电源、电感元件、电容元件直接的能量交换，而与无功功率相对应的能量是贮存的电感性与电容性能量的总和。
2.2无功功率的作用
无功功率与无用功率不是等同关系，无功工艺也有其独特的用处。例如，在电动机的运行过程中，需要建立和维持旋转磁场，促进转子的转动，然后才能带动机械设备的运转，其中电动机的转子磁场就需要吸取电源中的无功功率来形成；再如，变压器的工作中也需要借助无功功率，才能在变压器的一次线圈中产生磁场，而二次线圈作出感应电压。所以，无功功率也是有用的功率，如果没有无功功率的存在，电动机将不会正常运转，变压器也无法正常工作，交流接触器不会吸合等。
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3无功功率补偿与功率因数的改善方案
3.1高集中补偿
高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在供电线路的末端，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可以起到一定的补偿作用:补偿装置根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高了用户的功率因数，避免功率因数降低导致电费的增加。同时便于运行维护，补偿效益高。
3.2就地补偿方案
就地补偿方案与集中补偿存在一定差异，这种补偿方法是通过在用电设备附近安装电容，通过与就近的电动机的供电回路形成并联线路，从而达到补偿用电系统最末端的电动机对无功功率的消耗的作用，提高配电系统中的功率因数，达到有效的就地补偿的结果。就地补偿的优点体现在：采取就地补偿方案，可以减小导线的截面，降低电器元件的容量，增强网络的供电容量，具有较好的适应性。同时，就地补偿方案还可以有效防止无功电流向其他电网流动，减少电压的损耗，从而降低无功损耗，不仅能够对用户内部的无功损耗进行补偿，同时还能够对系统进行有效补偿，避免了电能的大量流失，从而减少用电费用，具有较好的经济效益。还有，在三相补偿或容量较大的电动机中也可以应用就地补偿，可以应用于个别补偿、二相以及单相补偿中，利用相对较小补偿装置容量，电容器投切冲击过程产生的电流较小，不会发生过电压的情况。就地补偿的劣势表现在，在年利用率较小的设备进行无功补偿时，具有较小的利用率；而且就地补偿相对于集中补偿来说，其投资会更大，因为在进行相同的无功负荷补偿时，需要增加相应的电容量；还有一个缺点就是其安装点比较分散，后期维护与管理难度较大，需要经常在现场运行，操作环境差。
3.3静止补偿器
鉴于电容器调节的单一性，把电容器和电抗器结合使用，二者可控可调，电容器补偿系统感性无功，电抗器补偿容性无功，这样就组成了静止补偿器。当利用现代计算机技术和自动化技术，静止补偿器就可以实现无功功率补偿数值的自动调节，可以有效地稳定电网电压值。当电力系统稳态运行时，静止补偿器的无功调节非常稳定有效；当电力系统受到大量无功负荷冲击时，静止补偿器的反应速度非常迅速，无功功率暂态调整的能力很强，能够快速地进行无功功率调整。与同步调相机相比具有较大优势，响应快，运行范围宽，谐波少，损耗小。
3.4低压集中补偿
低压集中补偿是指将低压电容器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直接控制电容器的投切。电容器的投切是整组进行，做不到平滑的调节。低压补偿的优点: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，是目前无功补偿中常用的手段之一。
结语
本文首先对无功功率与功率因数的概念进行了概述，然后对产生无功功率的原理及其作用进行了简单的介绍，最后详细阐述了无功功率补偿与功率因数的改善方案，主要介绍了高压集中补偿方案、就地补偿方案和分散补偿方案，并对每一种补偿方案的优点和缺点进行了详细的介绍。介于本人的理论知识水平还有所缺乏，因此相关方法的介绍可能还不够全面，还需要更多的专家学者加强对无功功率与功率因数的相关探索，提出更优的改善策略。本文也将不断学习与探索，需求更全面的无功功率与功率因数的改善措施，促进我国电力能源能够更加高效的利用。
参考文献
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论文作者:孙明
论文发表刊物:《基层建设》2018年第7期
论文发表时间:2018/5/25
标签：功率论文; 功率因数论文; 电容器论文; 电动机论文; 磁场论文; 电力论文; 方案论文; 《基层建设》2018年第7期论文;