无功功率

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无功功率范文第1篇

关键词：无功功率；功率因数；无功补偿技术

中图分类号：TM46文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）07-0110-02

一、无功功率和功率因数的定义

（一）有功功率和无功功率

在交流电路中，由电源供给负载的电功率有两种：一种是有功功率，一种是无功功率。有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为机械能、光能、热能等的电功率。无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外做功，但是只要有电磁线圈的电气设备，就要消耗无功功率。

（二）功率因数

电网中的电力负荷如电动机、变压器等，属于既有电阻又有电感的电感性负载。电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差，这个相位差（Φ）的余弦叫做功率因数，用符号cosΦ表示，在数值上功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosΦ=P/S。功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，我们希望的是功率因数越大越好。只有把电路中的无功功率降到最小，才能将视在功率大部分用来供给有功功率，改善供电效率。

二、无功功率的产生和作用

（一）无功功率的产生

在具有电感或电容的电路中，在每半个周期内，电感（或电容）把电源能量变成磁场（或电场）能量贮存起来，然后再把贮存的磁场（或电场）能量释放返回给电源。这种情况下只是进行能量的交换，并没有真正消耗能量，我们把这个交换的功率值称为无功功率。正因为如此，无功功率比较抽象，它在电路中来回流动。尽管无功功率说明一个元件的平均功率为零，但它代表了在电感或电容中储存及释放磁场能量或电场能量所需要的真实功率。电力网中，在电源、电感元件和电容元件之间发生能量的交换。与无功功率相关的能量是储存的电感性及电容性能量之和。

（二）无功功率的作用

无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。

三、无功功率的危害

尽管无功功率说明一个元件的平均功率为零，但它代表了在电感或电容中储存及释放磁场能量或电场能量所需要的真实功率。电力系统中某些点之间由于无功功率不断来回地交换引起发电、输电及供配电设备上的电压损耗及功率损失。由于电力系统的效率及电压调整十分重要，因此无功功率在电力系统的传输是头等重要的。

无功功率的增加，会导致电流增大和视在功率增加，从而使发电机、变压器及其他电气设备容量和导线容量增加，也降低了发电机的有功功率的输出，降低了输变电设备的供电能力。无功功率的增加，使总电流增大，因而使设备及线路的损耗增加，这是显而易见的。无功功率的增加，使线路及变压器的电压降增大，如果是冲击性无功功率负载，还会使电压产生剧烈波动，使供电质量严重降低。

无功功率还造成了低功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。所以我们要尽量减小无功功率的影响：（1）大量的电感性设备，如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。所以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；（2）变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10%～15%，它的空载无功功率约为满载时的1/3。因而，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期处于低负载运行状态；（3）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，所以应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。

当然，上述这些措施只是从一定程度上减小了无功功率的危害，如果要从根本上减小无功功率的影响，改善功率因数的话，我们需要引入无功功率补偿技术。

四、无功功率补偿

（一）无功功率的补偿原理

设补偿后无功功率为Qc,使电源输送的无功功率减少为Q’=Q-Qc,功率因数由cosΦ提高到cosΦ’,视在功率S减少到S’,视在功率的减小可相应减小供电线路的截面和变压器的容量，降低供用电设备的投资。

可知，采用无功补偿措施后，因为通过电力网无功功率的减少，降低了电力网中的电压损耗，提高了用户的电压质量。由于越靠近线路末端，线路的电抗X越大，因此越靠近线路末端装设无功补偿装置效果越好。

（二）无功补偿的作用

1．提高电网及负载的功率因数，降低设备所需容量，减少不必要的损耗；

2．稳定电网电压，提高电网质量，而在长距离输电线路中安装合适的无功补偿装置可提高系统的稳定性及输电能力；

3．在三相负载不平衡的场合，可对三相视在功率起到平衡作用。

（三）低压网无功补偿的一般方法

低压无功补偿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。下面简单介绍这三种补偿方式的适用范围及使用该种补偿方式的优缺点：

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，以补偿磁无功为主，此种方式可较好地限制农网无功峰荷。

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、事故率低等特点。

2．随器补偿。随器补偿是指将低压电容器通过低压保险接在配电变压器二次侧，以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。配变在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功，配变空载无功是农网无功负荷的主要部分，对于轻负载的配变而言，这部分损耗占供电量的比例很大，从而导致电费单价的增加，不利于电费的同网同价。

随器补偿的优点是：接线简单、维护管理方便、能有效地补偿配变空载无功，限制农网无功基荷，使该部分无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低无功网损，具有较高的经济性，是目前补偿无功最有效的手段之一。

3．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。但当这三种补偿方式的经济性接近时，应优先选用跟踪补偿方式。

五、结论

本文简单讨论了无功功率的定义、产生，分析了无功功率的作用及危害，并从原理上分析了无功补偿技术，探讨了几种低压无功补偿技术的优缺点。本文对于了解无功功率以及进行无功补偿具有一定的指导意义。

参考文献

[1]陈允平，等．基于任意周期电压电流的无功功率定义及其数学模型[J]．中国电机工程学报，2006，26（4）．

[2]吴捷，等．交流异步电动机无功功率补偿的技术探讨[J]．云南电力技术，2007，35（4）．

无功功率范文第2篇

关键词：无功功率平衡 优化补偿

电压是电能质量的重要指标之一，电压质量对电网稳定及电力设备安全运行、线路损失、工农业安全生产、产品质量、用电单耗和人民生活用电都有直接影响。无功电力是影响电压质量的一个重要因素，电压质量与无功是密不可分的，电压问题本质上就是一个无功问题。解决好无功补偿问题，具有十分重要的意义。

1 无功功率平衡

1.1 补偿容量不足时的无功功率平衡

进行系统无功功率平衡的前提是保持系统的电压水平正常，否则，系统的电压质量就得不到保证。在图1所示的系统无功功率负荷的静态电压特性曲线中，在正常情况下，系统无功功率电源所提供的无功功率QGCN，由无功功率平衡的条件QGCN - QLD - QL = 0决定的电压为Un，设此电压对应于系统正常的电压水平。但假如系统无功功率电源提供的无功功率仅为QGC(QGC

1.2 系统无功功率电源充足时的无功功率平衡

在正常情况下(系统电压为额定电压)，如图2所示。系统无功电源Q同电压U的关系为曲线1，负荷的无功电压特性为曲线2，两者的交点a确定了负荷节点的电压Ua。

当负荷增加时，如曲线2’所示，如果系统的无功电源没有相应增加，电源的无功特性仍然是曲线1，这时曲线1和曲线2’的交点a’就代表了新的无功功率平衡点，并由此决定了负荷点的电压为Ua’，显然Ua’

2 配电网无功优化补偿

由于电网的线损主要是线路损耗与变压器损耗，所以配电网的降损节能，也就是对电网中所有的电力线路和变压器进行优化。无功优化的目的是通过调整无功潮流的分布降低网络的有功功率损耗，并保持最好的电压水平。无功优化补偿一般有变电所无功负荷的最优补偿、配电线路最优补偿以及配电变压器低压侧最优补偿，而配电变压器低压侧最优补偿是配电网无功优化的重点之一。

配电变压器一般实行随器补偿，是将低压补偿电容器直接安装在配电变压器低压侧，与配电变压器同投同切，用以补偿配电变压器自身励磁无功功率损耗和感性用电设备的无功功率损耗。采用传统的无载配电变压器结合低压侧并联电容器装置，在实际运行中因配电变压器不能自动调档，出口端电压一般在110％～115％之间，并联的电容器装置受出口端电压影响电容投运率较低，配电网中大量的感性负荷得不到补偿，用电高峰时压降达30～40 V左右，直接影响着电力企业供电质量及经济效益。

解决这一问题，可采用有载配电变压器自动调压和合理的无功自动补偿，能保证配电网供电电压质量，改善功率因数，达到无功就地平衡的目的，提高电力系统的供电能力，使配电网系统在经济合理、稳定安全的状态下运行。

2.1 自动调压补偿控制原理

在实际运行中，使用无功自动补偿装置进行就地补偿，可以在实现减少线损的同时，对电压质量起到一定的改善作用。但是，实践证明由于公用配变负荷变化大，带来电压波动也大，往往单纯依靠无功补偿并不能很好地解决电压质量问题，因此采取以无功和电压作为二元的控制变量，以“九区图”作为基本的控制算法，进行自动跟踪补偿和自动调压相配合的措施，可实现进一步改善电能质量的目的。

为了使电压U与无功Q达到所需的值，通过改变有载配电变压器分接开关档位和投切电容器组来改变配电系统的U和Q。有载配电变压器分接头档位的变化不仅对U有影响，而且对Q也有一定影响，同样，电容器组投切对Q影响的同时，也对U有一定的影响。

运行控制区域见图1， 每个指向正常区域的箭头代表一种调节方案，共有9种方案。（具体内容以前有过详细介绍，这里不再赘述）

2.2 配变自动调压补偿系统工作原理方框图（如图2所示）

2.3配变自动调压补偿系统一次接线图（如图3所示）

3 配网无功补偿的效果

3.1 提高功率因数和设备的供电能力

在电网运行中，由于大量非线性负载的运行，除要消耗有功功率外，还要消耗一定的无功功率。负荷电流在通过线路、变压器时将会产生电能损耗。由电能损耗公式可知，当线路或变压器输送的有功功率和电压不变时，线损与功率因数的平方成反比。功率因数越低电网所需无功就越多，线损就越大。因此，在受电端安装无功补偿装置，可减少负荷的无功功率损耗，提高功率因数，提高电气设备的有功出力。

3.2 降低电网中的功率损耗和电能损失

由公式I = P/(3Ucosφ)可知当有功功率P为定值时，负荷电流I与cosφ成反比，安装无功补偿装置后，功率因数提高，使线路中的电流减小，从而使功率损耗降低：P = I2R降低电网中的功率损耗是安装无功补偿设备的主要目的。我省某市供电公司在实施配网无功优化方案后，同比降低网损率0.05个百分点，节电590 MWh/y，取得了明显的降损节能效益。

3.3 改善电压质量

在线路中电压损失DU的计算公式如下

U = (PR ＋QXL)/Ue

式中 U——线路中的电压损失（kV）；

P——有功功率（MW）；

Q——无功功率（Mvar）；

Ue——额定电压（kV）；

R——线路总电阻（W）；

XL——线路感抗（W）。

无功功率范文第3篇

关键词：谐波电压检测；瞬时无功功率；电子线路

中图分类号：TM935 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）06-0077-02

随着科学的发展，变频器、变流器、开关电源和电抗器等电力设备应用与日俱增，电力电子技术得到空前的发展。谐波电压检测是谐波检测的一个重要内容，是解决谐波检测其他内容的基础。本文主要介绍以瞬时无功功率理论为基础的谐波电压检测的方法。

1 瞬时无功功率理论

1.1 瞬时无功功率的发展及定义

瞬时无功功率的提出最早始于1983年，由电力电子学会主席赤木泰文等众多科学家共同提出的三相瞬时电流，将电流分为有功电流和无功电流，在此基础上瞬时无功功率应运而生。

瞬时无功功率理论认为：三相电路瞬时有功功率为各项瞬时有功功率之和，同时也是瞬时功率之和，反映出三相电路整体由电源向负载传递的功率；而瞬时无功功率只是在三相电路之间进行传递，不是三相电路系统瞬时值的简单叠加，而是各项瞬时无功功率之和恒等于零的一种特殊情况。

1.2 瞬时无功功率理论应用

随着科技的不断发展，瞬时无功功率理论的应用越来越广泛，尤其是在电力系统中功率、电流、电压的瞬时检测，以及谐波动态的跟踪中都有重要的应用。但是，这种瞬时值的引入并不是三相电路系统瞬时值的简单叠加，而是反映某一时刻，将三相电路作为一个整体，由电源向三相电路传送的有功功率及无功功率在电流中相互传输的情况。

谐波抑制主要采用有源电力滤波器，利用电流的畸变比电压畸变严重，对电流进行谐波动态跟踪补偿，从而对频率和幅值进行动态补偿。谐波动态跟踪补偿技术不受电网阻抗的影响，紧随脉冲宽度调节来调节其补偿范围。基于瞬时无功功率理论的检测方法有：测试瞬时有功功率的p-q法、测试无功功率的p-q法和测试瞬时有功电流的Ip-Iq法以及测试无功电流的Ip-Iq法。

瞬时无功功率理论延伸出的瞬时有功功率和无功功率的变化反应出功率的有效值和相位的瞬时变化，本质上就是利用瞬时值代替了传统的有效分析三相电力系统，符合现今社会电力系统的发展需求和对电压的谐波检测。

在电流电压均为对称的正弦波形时瞬时功率的表达式和传统功率的表达式是一致的，即在此情况下的瞬时功率等于传统功率；如果电流电压中存在畸变或者是不对称的情况时，瞬时无功功率会分为直流分量和交流分量两部分。其中瞬时功率的直流分量与三相系统中基波分量相互对应，而瞬时功率产生交流分量与谐波分量相对应，此时瞬时功率理论是传统功率理论的的一种扩展，即瞬时功率只是传统功率的一种特殊情况。

2 滤波器的工作原理

采用电力有源滤波器有效的补偿电网谐波已经成为当今电力科技领域发展的一大趋势。当今社会，电力电子装置大都采用串联型电力有源滤波器（SAPF）来抑制因大量谐波电流注入电网而带来的严重谐波污染。SAPF的主电路是由电力半导体组成的带有直流电容的三项桥式脉冲宽度调制逆变器，利用微处理器的数字对模拟电路进行控制，相当于受控电压源串联在电压与负载

之间。

SAPF的工作原理主要是：利用瞬时无功功率理论计算SPAF的瞬时畸变量，再由脉冲宽度调制逆变器产生脉冲宽度调制波，使变压器副边得到与电网畸变电压等值反向的电压，抵消因SPAF瞬时畸变产生的谐波污染，以控制单元检测电网供电。

由SPAF的工作原理可知，为了保证电网谐波能有良好的补充，SAPF中有源滤波器检测电路时一般要采用窄带滤波器选频法和傅里叶变换采样数字化的计算法进行快速的检测谐波电压。但是由于两种方法在使用时都存在一定的弊端，其原因是：（1）窄带滤波器选频法，由于相位和选择性要求较大，造成电路参数使用选择困难、相位延时使用和频率变化较大等后果，使检测结果不精确；（2）基于快速傅里叶变换的采样数字化计算法，由于需要高精度的数模转换器，检测速度过慢，与有源滤波器的要求不符。

3 瞬时无功功率的和谐波电压的检测法

基于窄带滤波器选频法和快速傅里叶变换的采样数字化计算法两种算法在补充电网谐波时产生的不足，在瞬时无功功率理论的指导下提出了谐波电压检测法。该方法在检测中加有标准电流信号，可以不影响使电网中因电流畸变产生的电压畸变的精简速度，检测结果也可以及时反映频率偏移的变化。

谐波是由波形畸变产生的，因此谐波波形不满足标准的正弦表达式，同时与三相系统中基波波形不对称，还可能使波形的幅值、相角在不同的周期内出现跃变。这样，以平均值为基础的正弦物理量就不能反映系统的真实情况。因此，为了加快动态响应速度，提高谐波电压检测和补偿效果，需要利用矩阵实验室进行仿真验证，用以对反馈补偿模型进行更加详细的讨论。

3.1 n次谐波电压实时检测方法

当n次谐波电压进行检测时，需另外取三相电流作为n次谐波电流的对称，其表达式为：

（1）

需要检测的三相负载策相电压为：

（2）

通过表达（1）、（2）可求出瞬时有功功率和瞬时无功功率，同时验证只有当m=n时，瞬时有功功率和瞬时无功功率才有直流分量，并可求出直流分量为：

（3）

通过以上表达式求出原负载相电压中n次谐波电压的值，同理n取值为任意整数的谐波电压都可求出。从上述的推导过程可以看出，作为三相电流信号而另加的n次正弦信号和余弦信号，其幅值和相角对最后谐波电压值的计算结果并无影响，因此电压检测精度不会因三相电路中电流的畸变而改变。

3.2 频率偏移对谐波电压的影响

由上面论述可知：三相电流信号对另加的n次正弦信号和余弦信号，其幅值和相角对最后谐波电压值的计算结果无影响。因此，在频率偏移对谐波电压的影响实验中正、余弦电流信号可设为固定频率的信号。

电网中电压频率的波动范围一般在50Hz左右变动，因此可在不影响结果的情况下，假定检测基波固定为50Hz。如果某时刻经过基波检测后的的频率变为48.5Hz，由于另加的电流信号为50Hz，可知此时所得的直流分量实际上是频率为1.5Hz的波动量，较高于低通滤波器的截止频率，所以此时的频率波动可以完全保留；同时，根据固定基波50Hz减去频率波动量可得到频率为48.5的基波，谐波检查不影响最终的检测结果。同理，其他数值的谐波检测结果是一样的。

4 结语

本文通过对瞬时无功功率理论和有源滤波器工作原理的分析，提出了基于瞬时无功功率原理的谐波电压检测方法，弥补了窄带滤波器选频和快速傅里叶变换的采样数字化计算两种算法的不足。证明了谐波电压瞬时检测方法能快速、准确地检测出非线性负载输入电压中的谐波电压分量，证实了方法的正确性和可行性。

参考文献

[1] 王敬禹，贺剑，田晨.基于瞬时无功功率理论的

APF仿真设计[J].价值工程，2013，（26）.

[2] 周敬尧.瞬时无功功率理论在配电网电能质量控制

中的应用[J].黑龙江科技信息，2013，（24）.

[3] 涂永昌，刘建功，王伟.基于瞬时无功功率理论的

谐波检测改进算法研究[J].现代电子技术，

2013，（3）.

[4] 周贵锁，郭志波，王深.基于瞬时无功功率理论的

谐波电流检测与仿真[J].农业科技与装备，

无功功率范文第4篇

[关键词]电压质量无功功率减少损耗

前言

新兴县位于广东省中部偏西、珠江三角洲西北端、云浮市东南部的山区县。全县面积1520.7平方公里。县内有110KV电站3座、35KV电站7座。小火电装机容量为12.7MW、小水电装机容量约为30MW。由于历史原因县网特点是：电网结构不合理、供电可靠性不高；输电线路分支多且长、残旧、多小水电没有装设继电保护装置上网。因此每年电网就会出现这样的情况：枯水期时，电网电压过低；丰水期时，电网电压过高，带有小水电的边远山区有时会出现烧坏电器的现象。针对这些现象我对保证电压质量、提高经济效益、减少电网损耗有一些看法。

1、电压与无功功率的重要作用

电力系统的经济、安全、稳定运行，与控制电压技术及调节无功功率分不开的。电压是电能质量的重要标志。供给用户的电压与额定电压值的偏移不超过规定的数值，是电力系统运行调整的基本任务之一。各种用电设备是按照额定电压来设计制造的，只有在额定电压下运行才能取得最佳的工作效率。电压质量对电力系统本身有影响。当电压过高时：会对负荷的运行带来不良影响；影响产品的质量和产量，损坏设备；各种电气设备绝缘会损坏，在超高压输电线路中还将增加电晕损耗；甚至会引起电力系统电压崩溃，造成大面积停电。电压降低时：会使电网中的有功功率损耗和能量损耗增加，过低还会危及电力系统运行的稳定性。无论是作为负荷用电设备还是电力系统本身，都要求能在一定的额定电压水平下工作。从技术和经济上综合考虑，规定各类用户的允许电压偏移是完全必要的。我国规定在正常运行情况下各类用户允许电压偏移为：

35KV及以上电压供电的负荷±5％

10KV及以下电压供电的负荷±7％

低压照明负荷＋5％－10％

农村电网（正常）＋7.5％－10％

（事故）＋10％－15％

电力系统中无功功率平衡是保证电力系统电压质量的基本前提。对于运行中的所有设备，要求系统无功功率电源所发出的无功功率(∑QG)与无功功率负荷(∑QD)及无功功率损耗(∑QL)相平衡，即

∑QG=∑QD+∑QL

而无功功率电源在电力系统中的合理分布是充分利用无功电源、改善电压质量和减少网络有功损耗的重要条件。无功功率的产生基本上是不消耗能源的，但无功功率沿输电线路上传送却要引起无功功率的损耗和电压的损耗。无功功率电源的最优控制目的在于控制各无功电源之间的分配，合理的配置无功功率补偿设备和容量以改变电力网络中的无功功率分布，可以减少网络中的有功功率损耗和电压损耗，从而改善负荷用户的电压质量。

2、电力系统的无功功率电源有：

2.1、同步发电机

同步发电机目前是电力系统唯一的有功功率电源，它又是基本的无功功率电源。它只有在额定电压、额定电流、额定功率因数下运行时，视在功率才能到达额定值，发电机容量才能得到最充分的利用。当电力系统中有一定备用有功电源时，可以将离负荷中心近的发电机低于额定功率因数运行，适当降低有功功率输出而多发一些无功功率，这样有利于提高电力系统电压水平。

2、同步调相机及同步电动机

同步调相机是特殊运行状态下的同步电动机，可视为不带有功负荷的同步发电机或是不带机械负荷的同步电动机。因此充分利用用户所拥有的同步电动机的作用，使其过激运行，对提高电力系统的电压水平也是有利的。

2.3、静电电容器

静电电容器从电力系统吸收容性的无功功率，也就是说可以向电力系统提供感性的无功功率，因此可视为无功功率电源。电容器的容量可大可小，既可集中使用，又可分散使用，并且可以分相补偿，随时投入、切除部分或全部电容器组，运行灵活。电容器的有功损耗小（约占额定容量的0.3％～0.5％），投资也节省。

2.4、静止无功功率补偿器

静止无功功率补偿器是一种发展很快的无功功率补偿装置。它可以根据负荷的变化，自动调整所吸收的电流，使端电压维持不变，并能快速、平滑的调节无功功率的大小和方向，以满足动态无功功率补偿要求，尤其对冲击性适应性较好。与同步调相机相比较，运行维护简单，功率损耗较小，能够做到分相补偿以适应不平衡的负荷变化。其缺点是最大无功补偿量正比于端电压的平方，在电压很低时，无功补偿量将大大降低。

3、电力系统电压控制的方式

在电力系统无功功率平衡中，为了保证系统有较高的电压水平，必须要有充足的无功功率电源。但是要使所有用户处的电压质量都符合要求，还必须采用各种调压控制手段。

3.1、发电机控制调压

控制发电机的励磁电流，可以改变发电机的端电压。发电机允许在端电压偏移额定值不超过±5%的范围内运行。对于由发电机直接供电的小系统，供电线路不长，输电线路上的电压损耗不大时，可以采用发电机直接控制电压方式，以满足负荷电压要求。它不需要增加额外的设备，因此是最经济合理的控制电压措施，应优先考虑。但是输电线路较长、多电压等级的网络并且有地方负荷的情况下，仅仅依靠发电机控制调压已不能满足负荷电压质量的要求，且在大型电力系统中仅仅作为一种辅的控制措施。

3.2、控制变压器变比调压

一般电力变压器都有可以控制调整的分接抽头，调整分接抽头的位置可以控制变压器的变比。在高压电网中，各个节点的电压与无功功率的分布有着密切的关系，通过控制变压器变化来改变负荷节点电压，实质上是改变了无功功率的分布。变压器本身并不是无功功率电源，因此，从整个电力系统来看，控制变压器变比调压是以全电力系统无功功率电源充足为基本条件的，当电力系统无功功率电源不足时，仅仅依靠改变变压器变比是不能到达控制电压效果的。

3.3、利用无功功率补偿设备调压

并联补偿设备有调相机、静止补偿器、电容器，它们的作用都是在重负荷时发出感性无功功率，补偿负荷的需要，减少由于输送这些感性无功功率而在输电线路上产生的电压降落，提高负荷端的输出电压

3.4、利用串联电容器控制调压

一般用于供电电压为35KV或10KV、负荷波动大而频繁、功率因数又很低的输配电线路。它是在输电线路上串联接入电容器，利用电容器上容抗补偿输电线路中的感抗，使电压损耗后的分量减少，从而提高输电线路末端的电压。如图：

无功功率负荷增大时所抬高的末端电压将增大，无功功率负荷减小时所抬高的末端电压将减小。而无功功率负荷增大将导致末端电压下降，此时也正是需要升高末端电压。但是对于负荷功率因数高或者输电线路导线截面小的线路，线路电抗对电压损耗影响较小，故串联电容补偿控制调压效果小。因此利用串联电容补偿调压一般用于供电电压为35KV或10KV，负荷波动大而频繁，功率因数又很低的输配电线路。

无功功率范文第5篇

关键词:无功功率;功率因数;动态补偿;投切方式

中图分类号:TM761文献标识码:A

文章编号:1009-2374 (2010)24-0109-03

无功功率补偿装置在电力供电系统中承担着提高电网的功率因数、降低损耗、提高效率、改善供电环境的重要作用,我国的电力浪费是很惊人的。有些地区电网质量严重超标,要改善这一状况,从电力设计部门到供电部门,再到用户都要认真对待,对于所处的供电系统,它所提供的电网质量如何?电损多少?这个系统的负载对电网造成什么样的影响等,掌握了这些就可以做到合理的设计或改造这个供电系统。其中重要的一环就是选择无功功率补偿装置。合理选择补偿装置,可以做到最大限度的减少网络损耗,使电网质量提高。若选择或使用不当,则可能造成供电系统电压波动,谐波增大等。下面仅就低压无功补偿装置的特点及其使用注意事项做一些描述。

1按投切方式分类

1.1延时投切方式

延时投切方式即人们熟称的”静态”补偿方式。这种投切依靠于传统接触器的动作,当然用于投切电容的接触器专用的,它具有抑制电容的涌流作用,如CJ-19、CJX-2C等,延时投切的目的在于防止接触器过于频繁的动作时,电容器造成损坏,更重要的是防备电容不停的投切导致供电系统振荡,这很危险。当电网的负荷呈感性时,如电动机、电焊机等负载,这时电网的电流滞后电压一个角度,当负荷呈容性时,如过量的补偿装置的控制器,这时电网的电流超前于电压的一个角度,即功率因数超前或滞后,是指电流与电压的相位关系。通过补偿装置的控制器检测供电系统的物理量,来决定电容器的投切,这个物理量可以是功率因数或无功电流或无功功率。下面就以功率因数型举例说明。当这个物理量满足要求时,如cosΦ超前且>0.98,滞后且>0.95,在这个范围内,此时控制器没有控制信号发出,这时已投入的电容器组不退出,没投入的电容器组也不投入;当检测到cosΦ不满足要求时,如cosΦ滞后且

1.2瞬时投切方式

瞬时投切方式即人们熟称的“动态”补偿方式,应该说它是半导体电力器件与数字技术综合的技术结晶,实际就是一套快速随动系统,控制器一般能在半个周波至1个周波内完成采样、计算,在2个周期到来时,控制器已经发出控制信号了。通过脉冲信号使晶闸管导通,投切电容器组大约20～30毫秒内就完成一个全部动作,这种控制方式是机械动作的接触器类无法实现的。动态补偿方式作为新一代的补偿装置有着广泛的应用前景。现在很多开关行业厂都试图生产、制造这类装置且有的生产厂已经生产出很不错的装置。当然与国外同类产品相比从性能上、元器件的质量、产品结构上还有一定的差距。

动态补偿的线路方式:

(1)LC串接法原理如图1所示,这种方式采用电感与电容的串联接法,调节电抗以达到补偿无功损耗的目的。从原理上分析,这种方式响应速度快,闭环使用时,可做到无差调节,使无功损耗降为零。从元件的选择上来说,根据补偿量选择1组电容器即可,不需要再分成多路。

这应该是非常理想的补偿装置。但由于要求选用的电感量值大,要在很大的动态范围内调节,所以体积也相对较大,价格也要高一些,再加一些技术的原因,这项技术到目前来说还没有被广泛采用或使用者很少。

(2)采用电力半导体器件作为电容器组的投切开关,较常采用的接线方式如图2。图中BK为半导体器件,C1为电容器组。这种接线方式采用2组开关,另一相直接接电网省去一组开关,有很多优越性。

作为补偿装置所采用的半导体器件一般都采用晶闸管,优点是选材方便,电路成熟又很经济;不足之处是元件本身不能快速关断,在意外情况下容易烧毁,所以保护措施要完善。当解决了保护问题,作为电容器组投切开关应该是较理想的器件。

动态补偿的应用范围前面已做了简单介绍,但就其实际的补偿效果还要看控制器是否有较高的性能及参数。很重要的一项就是要求控制器要有良好的动态响应时间,准确的投切功率,还要有较高的自识别能力,这样才能达到最佳的补偿效果。

当控制器采集到需要补偿的信号发出一个指令(投入一组或多组电容器的指令),此时由触发脉冲去触发晶闸管导通,相应的电容器组就并入线路运行。需要强调的是晶闸管导通的条件必须满足其所在相的电容器的端电压为零,以避免涌流造成元件的损坏,半导体器件应该是无涌流投切。当控制指令撤消时,触发脉冲随即消失,晶闸管零电流自然关断。关断后的电容器电压为线路电压交流峰值,必须由放电电阻尽快放电,以备电容器再次投入。

1.3混合投切方式

它是静态与动态补偿的混合,一部分电容器组使用接触器投切,而另一部分电容器组使用电力半导体器件。这种方式在一定程度上可做到优势互补,但就其控制技术,目前还见到完善的控制软件,该方式用于通常的网络如工矿、小区、域网改造,比起单一的投切方式拓宽了应用范围,节能效果更好。补偿装置选择非等容电容器组,这种方式补偿效果更加细致,更为理想。还可采用分相补偿方式,可以解决由于线路三相不平行造成的损失。

在无功功率补偿装置的应用方面,选择那一种补偿方式,还要依电网的状况而定,首先对所补偿的线路要有所了解,对于负荷较大且变化较快的工况,电焊机、电动机的线路采用动态补偿,节能效果明显。对于负荷相对平稳的线路应采用静态补偿方式,也可使用动态补偿装置。对于一些特殊的工作环境就要慎重选择补偿方式,尤其线路中含有瞬变高电压、大电流冲击的场合是不能采用动态补偿的。一般电焊工作时间均在几秒钟以上,电动机启动也在几秒钟以上,而动态补偿的响应时间在几十毫秒,按40毫秒考虑则从40毫秒到5秒钟之内是一个相对的稳态过程,动态补偿装置能完成这个过程。如果线路中没有出现这么一段相对的稳态过程并能量又有较大的变化,我们把它称为瞬变或闪变,采用动态补偿就要出问题并可能引发事故。

2无功功率补偿控制器

无功功率补偿控制器有三种采样方式:功率因数型、无功功率型、无功电流型。选择那一种物理控制方式实际上就是对无功功率补偿控制器的选择。控制器是无功补偿装置的指挥系统,采样、运算、发出投切信号,参数设定、测量、元件保护等功能均由补偿控制器完成。

2.1功率因数型控制器

功率因数用cosΦ表示,它表示有功功率在线路中所占的比例。当cosΦ=1时,线路中没有无功损耗。提高功率因数以减少无功损耗是这类控制器的最终目标。这种控制方式也是很传统的方式,采样、控制也都较容易实现。

“延时”整定,投切的延时时间,应在10～120s范围内调节“灵敏度”整定,电流灵敏度,不大于0～2A。

投入及切除门限整定,其功率因数应能在0.85(滞后)～0.95(超前)范围内整定。过压保护设量、显示设置、循环投切等功能。

这种采样方式在运行中既要保证线路系统稳定、无振荡现象出现,又要兼顾补偿效果,这是一对矛盾,只能在现场视具体情况将参数整定在较好的状态下工作。即使调整的较好,也无法祢补这种方式本身的缺陷,尤其是在线路重负荷时。举例说明:设定投入门限;cosΦ=0.95(滞后),此时线路重载荷,即使此时的无功损耗已很大,再投电容器组也不会出现过补偿,但cosΦ只要不小于0.95,控制器就不会再有补偿指令,也就不会有电容器组投入,所以这种控制方式建议不作为推荐的方式。

2.2无功功率(无功电流)型控制器

无功功率(无功电流)型的控制器较完善的解决了功率因数型的缺陷。一个设计良好的无功型控制器是智能化的,有很强的适应能力,能兼顾线路的稳定性及检测及补偿效果,并能对补偿装置进行完善的保护及检测,这类控制器一般都具有以下功能:四象限操作、自动、手动切换、自识别各路电容器组的功率、根据负载自动调节切换时间、谐波过压报警及保护、线路谐振报警、过电压保护、线路低电流报警、电压、电流畸变率测量、显示电容器功率、显示cosΦ、U、I、S、P、Q及频率。

由以上功能就可以看出其控制功能的完备,由于是无功型的控制器,也就将补偿装置的效果发挥得淋漓尽致。如线路在重负荷时,即使cosΦ已达到0.99(滞后),只要再投一组电容器不发生过补,也还会再投入一组电容器,使补偿效果达到最佳的状态。采用DSP芯片的控制器,运算速度大幅度提高,使得傅里叶变换得到实现。当然,不是所有的无功型控制器都有这么完备的功能。国内的产品相对于国外的产品还存在一定的差距。

2.3用于动态补偿的控制器

对于这种控制器要求就更高了,一般是与触发脉冲形成电路一并考虑的,要求控制器抗干扰能力强,运算速度快,更重要的是有很好的完成动态补偿功能。由于这类控制器也都基于无功型,所以它具备静态无功型的特点。

3结论