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摘要介绍无功功率概念，无功补偿对电路损耗及供电质量的影响以及三种无功补偿方式和它们的优缺点。
关键词无功功率功率因数无功功率补偿
Abstract: This paper introduces the wattless power concept and wattless power compensation of circuit loss, power supply quality and the influence of three kinds of wattless power compensation methods as well as their advantages and disadvantages.
Keywords: wattless power; power factor; wattless power compensation;
中图分类号：U223.5+3 文献标识码：A 文章编号:
电网中的电力设备大多是根据电磁感应原理工作的，它们在能量转换过程中建立交变的磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等。电源能量在通过纯电感或纯电容电路时并没有能量消耗，仅在负荷与电源之间往复交换，由于这种交换功率不对外做功，因此称为无功功率。如电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的，这种功并不直接对外做功，但是缺少了这种无功功率，电动机就转不起来了。
无功功率主要在感性元件和容性无件中产生。电感线圈是贮藏磁场能量的元件，当线圈加上交流电压后，电压交变时，相应的磁场能量也随着变化。当电压增大，电流及磁场能量也就相应加强，此时线圈的磁场能量就将外电源供给的能量以磁场能量形式贮藏起来；当电流减小和磁场能量减弱时，线圈把磁场能量释放并输回到外面电路中。电容器是贮藏电场能量的元件，当电容器加上交流电压后，电压交变时，相应的电场能量也随着变化。当电压增大，电流及电场能量也就相应加强，此时电容器的电场能量就将外电源供给的能量以电场能量形式贮藏起来；当电压减小和电场能量减弱时，电容器把电场能量释放并输回到外面电路中。两种能量的往复转换并不消耗能量，只产生无功功率。
实际供电系统中的电力负荷并不是纯感性或纯容性的，是既有电感或电容、又有电阻的负载。这种负载的电压和电流的相量之间存在着一定的相位差，相位角的余弦cosφ称为功率因数。功率因数公式如下：
其中S为视在功率，P为有功功率，Q为无功功率。它们之间的关系如下图所示：
由式cosφ=P/S可知，在一定的有功功率下，功率因数cosφ越小，所需的视在功率和无功功率越大。为满足用电的要求，供电线路和变压器的容量就需要增加。这样，不仅要增加供电投资、降低设备利用率，也将增加线路损耗 。为了提高电网的经济运行效率，必须人为的补偿容性无功或感性无功来抵消线路的无功功率，使视在功率大部分用在有功功率，提高电能的利用效率。合理的无功补偿往往能提高供配电的电压质量，降低电能输送线路的损耗，提高经济效益。
无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率损耗、稳定电压和提高供电质量，在长距离输电中提高输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率。安装并联电容器进行无功补偿，可限制无功功率在电网中的传输，相应减少线路的电压损耗，提高配电网的电压质量。其主要作用体现在以下几方面：
1、提高电压质量
把线路中电流分为有功电流Ia和无功电流Ir，则线路中的电压损失:
式中： P—有功功率，Q—无功功率，U—额定电压，R—线路总电阻，Xl—线路感抗
因此，若保持有功功率不变，而R、Xl均为定值，提高功率因数后可减少线路上传输的无功功率Q，无功功率Q越小，电压损失越小，从而提高电压质量。
2．提高变压器的利用率，减少投资
功率因数由cosφ1提高到cosφ2提高变压器有用功利用率为：
由此可见，补偿后变压器的利用率比补偿前提高ΔP%，可以带更多的负荷，减少了输变电设备的投资。
3．减少用户电费支出
（1）可避免因功率因数低于规定值而受罚。
（2）可减少用户内部因传输和分配无功功率造成的有功功率损耗，电费可相应降低。
4．提高电力网传输能力
有功功率与视在功率的关系式为： P=Scosφ，
可见，在传输一定有功功率的条件下，功率因数越高，需要电网传输的功率越小。
无功功率补偿通常采用以下3种方法：低压用电设备就地补偿、低压配电房分散补偿、高压配电房集中补偿。下面简单介绍3种补偿方式的适用范围及优缺点。
1、低压用电设备就地补偿
低压用电设备就地补偿，就是针对用电设备对无功的需要量将单台或多台用电设备对应补偿，采用低压电容器组分散地与用电设备并接，采用无功功率自动补偿组件或自动补偿柜，通过无功功率自动补偿表、复合开关、低压电容器组自动补偿。
低压配电个别补偿的优点是：用电设备运行时，无功补偿自动投入，并随着用电设备负载的变化，自动调整补偿量；用电设备停运时，补偿设备也退出，因此不会造成无功倒送。装设在异步电动机或电感性用电设备附近，就地进行补偿。这种方式既能提高用电设备供电回路的功率因数，又能改变用电设备的电压质量。同时，低压个别补偿还具有投资少、占地面积小、安装容易、配置方便灵活、维护简单等优点。但这种方法用在非连续运转设备时，电容利用率低，不能充分发挥其补偿效益。
2、低压配电房分散补偿
分散补偿：装设在功率因数较低的车间或村镇终端变、配电所的低压母线上。将低压无功功率自动补偿柜组通过低压开关并接在配电变压器低压母线侧，以无功补偿自动投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功负荷变化，直接调控电容器的投切量。电容器的投切是整组进行，做不到平滑的调节。由于采用新技术的低压无功补偿装置，集电网监测与无功补偿于一体，不但可以补偿电网中的无功损耗，提高功率因数，降低线损，还能提高电网的负载能力和供电质量；同时还能够实时监测电网的三相电压、电流、功率因数等运行数据。
分散补偿的优点是：接线简单、运行维护工作量小，使无功就地平衡，从而提高配变电利用率，降低网损，具有较高的经济性，是目前无功偿中常用的手段之一。
3、高压配电房集中补偿
高压集中补偿是指将并联电容器组直接安装在企业或地方总变电所6~35KV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，可减少高压线路的无功损耗，提高本变电所的供电电压质量。
随着市场经济及科学技术的發展，工厂的自动化程度越来越高，越来越多的电机、中高频加热设备等被应用到各种场合，这些感性负载的使用使得功率因数大为下降。为了提高供电质量，减少不必要的线损，为企业节能降耗，降低成本提高经济效益，合理的选用无功补偿是非常必要的。
参考文献
1、《工厂供电》戴绍基，北京机械工业出版社，2002
关键词无功功率功率因数无功功率补偿
Abstract: This paper introduces the wattless power concept and wattless power compensation of circuit loss, power supply quality and the influence of three kinds of wattless power compensation methods as well as their advantages and disadvantages.
Keywords: wattless power; power factor; wattless power compensation;
中图分类号：U223.5+3 文献标识码：A 文章编号:
电网中的电力设备大多是根据电磁感应原理工作的，它们在能量转换过程中建立交变的磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等。电源能量在通过纯电感或纯电容电路时并没有能量消耗，仅在负荷与电源之间往复交换，由于这种交换功率不对外做功，因此称为无功功率。如电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的，这种功并不直接对外做功，但是缺少了这种无功功率，电动机就转不起来了。
无功功率主要在感性元件和容性无件中产生。电感线圈是贮藏磁场能量的元件，当线圈加上交流电压后，电压交变时，相应的磁场能量也随着变化。当电压增大，电流及磁场能量也就相应加强，此时线圈的磁场能量就将外电源供给的能量以磁场能量形式贮藏起来；当电流减小和磁场能量减弱时，线圈把磁场能量释放并输回到外面电路中。电容器是贮藏电场能量的元件，当电容器加上交流电压后，电压交变时，相应的电场能量也随着变化。当电压增大，电流及电场能量也就相应加强，此时电容器的电场能量就将外电源供给的能量以电场能量形式贮藏起来；当电压减小和电场能量减弱时，电容器把电场能量释放并输回到外面电路中。两种能量的往复转换并不消耗能量，只产生无功功率。
实际供电系统中的电力负荷并不是纯感性或纯容性的，是既有电感或电容、又有电阻的负载。这种负载的电压和电流的相量之间存在着一定的相位差，相位角的余弦cosφ称为功率因数。功率因数公式如下：
其中S为视在功率，P为有功功率，Q为无功功率。它们之间的关系如下图所示：
由式cosφ=P/S可知，在一定的有功功率下，功率因数cosφ越小，所需的视在功率和无功功率越大。为满足用电的要求，供电线路和变压器的容量就需要增加。这样，不仅要增加供电投资、降低设备利用率，也将增加线路损耗 。为了提高电网的经济运行效率，必须人为的补偿容性无功或感性无功来抵消线路的无功功率，使视在功率大部分用在有功功率，提高电能的利用效率。合理的无功补偿往往能提高供配电的电压质量，降低电能输送线路的损耗，提高经济效益。
无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率损耗、稳定电压和提高供电质量，在长距离输电中提高输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率。安装并联电容器进行无功补偿，可限制无功功率在电网中的传输，相应减少线路的电压损耗，提高配电网的电压质量。其主要作用体现在以下几方面：
1、提高电压质量
把线路中电流分为有功电流Ia和无功电流Ir，则线路中的电压损失:
式中： P—有功功率，Q—无功功率，U—额定电压，R—线路总电阻，Xl—线路感抗
因此，若保持有功功率不变，而R、Xl均为定值，提高功率因数后可减少线路上传输的无功功率Q，无功功率Q越小，电压损失越小，从而提高电压质量。
2．提高变压器的利用率，减少投资
功率因数由cosφ1提高到cosφ2提高变压器有用功利用率为：
由此可见，补偿后变压器的利用率比补偿前提高ΔP%，可以带更多的负荷，减少了输变电设备的投资。
3．减少用户电费支出
（1）可避免因功率因数低于规定值而受罚。
（2）可减少用户内部因传输和分配无功功率造成的有功功率损耗，电费可相应降低。
4．提高电力网传输能力
有功功率与视在功率的关系式为： P=Scosφ，
可见，在传输一定有功功率的条件下，功率因数越高，需要电网传输的功率越小。
无功功率补偿通常采用以下3种方法：低压用电设备就地补偿、低压配电房分散补偿、高压配电房集中补偿。下面简单介绍3种补偿方式的适用范围及优缺点。
1、低压用电设备就地补偿
低压用电设备就地补偿，就是针对用电设备对无功的需要量将单台或多台用电设备对应补偿，采用低压电容器组分散地与用电设备并接，采用无功功率自动补偿组件或自动补偿柜，通过无功功率自动补偿表、复合开关、低压电容器组自动补偿。
低压配电个别补偿的优点是：用电设备运行时，无功补偿自动投入，并随着用电设备负载的变化，自动调整补偿量；用电设备停运时，补偿设备也退出，因此不会造成无功倒送。装设在异步电动机或电感性用电设备附近，就地进行补偿。这种方式既能提高用电设备供电回路的功率因数，又能改变用电设备的电压质量。同时，低压个别补偿还具有投资少、占地面积小、安装容易、配置方便灵活、维护简单等优点。但这种方法用在非连续运转设备时，电容利用率低，不能充分发挥其补偿效益。
2、低压配电房分散补偿
分散补偿：装设在功率因数较低的车间或村镇终端变、配电所的低压母线上。将低压无功功率自动补偿柜组通过低压开关并接在配电变压器低压母线侧，以无功补偿自动投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功负荷变化，直接调控电容器的投切量。电容器的投切是整组进行，做不到平滑的调节。由于采用新技术的低压无功补偿装置，集电网监测与无功补偿于一体，不但可以补偿电网中的无功损耗，提高功率因数，降低线损，还能提高电网的负载能力和供电质量；同时还能够实时监测电网的三相电压、电流、功率因数等运行数据。
分散补偿的优点是：接线简单、运行维护工作量小，使无功就地平衡，从而提高配变电利用率，降低网损，具有较高的经济性，是目前无功偿中常用的手段之一。
3、高压配电房集中补偿
高压集中补偿是指将并联电容器组直接安装在企业或地方总变电所6~35KV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，可减少高压线路的无功损耗，提高本变电所的供电电压质量。
随着市场经济及科学技术的發展，工厂的自动化程度越来越高，越来越多的电机、中高频加热设备等被应用到各种场合，这些感性负载的使用使得功率因数大为下降。为了提高供电质量，减少不必要的线损，为企业节能降耗，降低成本提高经济效益，合理的选用无功补偿是非常必要的。
参考文献
1、《工厂供电》戴绍基，北京机械工业出版社，2002