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摘要：随着经济发展和人民生活水平的不断提高，电力用户对电能质量也提出了更高的要求。电力系统的无功优化和无功补偿，是提高供电质量的非常有效的手段。文章仔细讨论了无功功率的概念和产生，详细阐述了无功功率补偿概念，并认真探讨了几种无功补偿技术。文章对于人们了解无功功率，了解无功补偿和改善功率因数，以及提高供电效率具有一定的指导意义。
关键词：无功；无功功率；功率因数；无功补偿
作者简介：董大伟（1982-），男，浙江海宁人，浙江余杭供电局，华北电力大学电气与电子工程学院硕士研究生（北京 102206），助理工程师。（浙江 杭州 311100）
中图分类号：TM714.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）27-0104-02
一、有功功率与无功功率的差别
在交流电路中，由电源供给负载的电功率有两种，它们分别是有功功率和无功功率。有功功率从定义上看，是将电能转变为其他形式能量（光能、机械能、热能）的电功率，也就是保持用电设备正常运行所需的电功率。举个例子，2千瓦的电动机，就是把2千瓦的电能转换为机械能；照明设备，则是将电能转换为光能，以供人们工作和生活照明所用。一般来说，有功功率的符号用P表示，单位有瓦、千瓦、兆瓦等。
无功功率则比较抽象。在电路的电感、电容元件中，无功功率主要用来建立变化的电、磁场，从而形成电压，传递和转换有功功率，因此无功功率是电力系统和用电设备正常运转的重要元素之一。无功功率不对外做功，而是转变为其他形式的能量。一般而言，有电磁线圈的电气设备，要消耗无功功率才能建立磁场。例如，50瓦的日光灯，除了需50多瓦有功功率来发光外，还需100乏左右的无功功率，镇流器的线圈利用这些无功功率来建立交变磁场用。由于无功功率不对外做功，所以才被称之为“无功功率”。无功功率的符号一般用Q表示，单位为乏（Var）或千乏（kVar）。
二、无功功率的起源和影响
在具有电感或电容的电路中，电感或电容在每半个周期内会把电源能量变成磁场（或电场）能量贮存起来，之后再把贮存的磁场（或电场）能量释放返回给电源。
在这种情况下，只有能量的交换，而没有形成真正的能量消耗，这个交换的功率值就被称为无功功率。
无功功率看起来比较抽象，它在电路中来回流动。
对于一个元件来说，无功功率表明一个它的平均功率为零，但无功功率却代表了在电容或电感中储存及释放磁场能量或电场能量所需要的真实功率。
从数值上来算，电压或电动势与无功电流的乘积就是无功功率。如果无功功率不足，系统电压及功率因数会因此而降低，用电设备有可能受损，严重时会造成电压崩溃，系统也会随之瓦解，从而造成大面积停电。
另外，在功率因数和电压降低的情况下，电气设备就会得不到充分利用，电能损耗会由此增加，用电效率也会降低，线路的送电能力也会受到极大的限制，影响电网的安全及用户的正常用电。因此，优化无功功率的合理配置是电力科技工作者应密切关注的问题。
如果无功功率在电网中供应不足，那么在用电设备中，就没有足够的无功功率来形成足够的电磁场，那么这些用电设备在额定情况下维持工作就非常艰难，用电设备的端电压也会随之下降，用电设备的运行也会受到影响。
无功功率对供电和用电也产生一定的不良影响，主要表现在：
（1）无功功率会使得发电机有功功率的输出降低。
（2）在电网内的流动，无功功率会造成线路电压损失增大，同时无功功率会导致电能损耗的增加。
（3）在功率一定时，要想增加无功功率，就必须降低输电和变电设备的供电能力。
（4）在系统缺乏无功功率时，低功率因数运行和电压下降这些现象会随之出现，电气设备容量也因此得不到充分发挥。
三、无功补偿概念及其的在电力系统中的作用
在通过纯电阻的时候，交流电的电能都转成了热能；交流电在通过纯容性或者纯感性负载的时候，交流电不会做功，因此也不会消耗电能，这种情况就是无功功率。当然，实际负载一般不会是纯容性负载或者纯感性负载，一般都是混合性负载。在这种情况下，电流在通过这些负载之时，就有一部分电能不会做功，这时的功率因数小于1。为了能够提高电能的利用率，进行无功补偿就非常必要。
绝大部分电网中的电力负荷，如电动机、变压器等，都属于感性电抗，这些在运行过程中，需要向这些感性电抗的设备提供相应的无功功率。无功补偿的方法有很多，例如改善电网的运行条件，减少无功功率在电网中的流动，降低输送无功功率过程中输电线路中的电能损耗，这些做法都是无功补偿。现在人们越来越重视无功补偿在电力系统中的重要性。无功补偿设备的科学投放，对抑制谐波干扰和调整电网电压具有重要的作用，也对提高供电质量、保证电网安全运行有着重要的作用。系统中无功电源要是不足，电网则会处于低电压水平上的无功功率平衡，即靠电压降低、负荷吸收无功功率的减少，来弥补无功电源的不足。
同样，要是由于电网缺乏必要的调节手段，或由于无功补偿元件的不合理运行，使某时间段无功功率大量过剩，整个电网的运行同样也会造成电压过高的后果。因此，提高负荷的功率因数，搞好电力系统的无功平衡，可以减少线路和变压器中的有功功率损耗，从而提高电能质量，并保证了电力系统的稳定运行和用户的供电质量。
四、无功补偿的技术方案
无功补偿有很多种，按安装位置和接线方法分，无功补偿可分为三种：高压集中补偿、低压分组补偿和低压就地补偿。在这三种无功补偿中，区域最大的是就地补偿，它的效果也很好。但就地补偿也有不足，例如总的电容器安装容量比其他两种补偿方式要大，电容器利用率也低。高压集中补偿和低压分组补偿，它们的电容器容量相对较小，利用率也很高，还能补偿变压器自身的无功损耗。为此，这三种补偿方式各有应用范围，应结合实际确定使用场合，找到适合的补偿方式。
1.集中补偿
对于集中补偿，电容器组集中装设在企业或地方总降压变电所的6～10kV母线上，用来提高整个变电所的功率因数，使该变电所在供电范围内无功功率基本平衡。集中补偿可减少高压线路的无功损耗，而且能够提高本变电所的供电电压质量。将配电系统所需的无功补偿容量全部集中于变电所（或配电变压器）的馈电汇流母线上，对无功进行统一补偿。
这种补偿方式分两种情况，取决于电力电容器的装设位置，要么电力电容器装设于变电所或用户降压变电站的高压母线，要么电力电容器装设于用户总配电室的低压汇流母线上，后者是目前大部分用户都采用的方式，较适合离母线较近、负荷集中、无功补偿较大的场合。
集中补偿有自身的优点，主要优点有：在变压器容量不变的情况下，集中补偿能增大供电能力，提高设备利用率；集中补偿可提高变压器的有功输出容量；集中补偿可减少变压器的有功损耗，也可以减少母线和高压输电线路上的有功损耗；它能节约能源，当负荷变化时，集中补偿能对母线电压起一定的调节作用，从而改善电压质量，可通过无功补偿自动控制装置，实现电容器组自动投切补偿；集中补偿的设备利用较高，也便于督理，维护操作也很方便。当然，集中补偿也有一些缺点，其中包括：集中补偿方式有一定的局限性，只能对补偿点以上网络的无功损耗进行补偿，无法补偿补偿点以下网络的损耗；如果是在高压侧补偿，集中补偿的设备一次性投资很大，通常为减少设备投资，每段母线只装1组或2组电容器，采用人工操作，投切容量大，合闸冲击电流较大，切除和轻载时易产生过电压，对系统稳定运行会有一定的影响。
2.就地补偿
就地补偿方式不同于集中补偿，它将电容器安装于用电设备附近，与电动机的供电回路相并联，对用电系统最末端的电动机所消耗的无功功率进行就地补偿，以提高配电系统的功率因数，这种方式最为有效。
就地补偿有很多优点，其中主要的优点有：在确定配电设备的情况下，就地补偿可以增加网络的供电容量，导线截面会随之减小，电器元件的容量也会随之减小，因此它的适应性好。无功电流不会流向网络其他点，只与附近的用电设备相互交换，无功电流在网络中引起的无功损耗很小，电压损耗也很小，就地补偿既对系统进行补偿，同时也对用户内部无功损耗进行补偿，从而极大减少了电能的损失，被补偿网络的运行也非常经济。就地补偿既可进行三相补偿，也可以对容量较大的电动机个别补偿，还可进行二相、单相补偿，可以运用相对较小补偿装置容量，电容器投切冲击电流小，无过电压产生的情况不会出现。
就地补偿也有一些缺点，主要缺点是：对年利用小时数较低的设备进行补偿的时候，利用率相对较低；补偿相同的无功负荷时，就地补偿所需的电容量增加，而且与集中补偿相比，就地补偿投资会要大；就地补偿安装比较分散，所以维护管理起来很不方便，并且工作于生产现场，运行条件也较差。
3.分组补偿(或分散补偿)
分组补偿也叫做分散补偿，它将配电系统所需的无功补偿容量，按局部负载大小分配在公用变低压侧或电网10kV配电线路上投放电力电容器，从而进行补偿，这种补偿方式适合负荷较分散的补偿场合。
分组补偿具有自身的优势，其主要优点有：对负荷比较分散的电力用户，分组补偿能更好地实行内部无功分区控制、分区平衡，从而网络中无功电流引起的损耗会减少，电压损失也会随之减少，被补偿网络能较经济地运行，非常好地体现了“分散补偿、就地平衡”的原则；在负载不变的情况下，分组补偿可增加网络的输出容量；它的补偿方式十分灵活，电容器投切冲击电流较小。
分组补偿是在各配电分支线上进行补偿，它可改善电力线路的运行特性，从而降低电能损耗，提高整个供电网络的电压质量。因此，为改善我国配电网供电线路长、线损大、负荷率低、无功损耗大、功率因数低、末端电压质量差的状况，分组补偿无疑是一种非常经济可行的措施。当然，分组补偿也具有一些缺点，其主要缺点有：分组补偿只能减少高压配电线路和变压器无功负荷，但是分组补偿不能减少低压配电线路的无功损耗；分组补偿的补偿设备的利用率较集中补偿方式低，安装分散，维护管理不便。
五、结语
我国幅员辽阔，区域能源分布和电力需求极不均衡，电力系统需要长距离输电，而无功功率不宜长距离输送。因此，要实现整个系统的无功平衡。电网无功补偿是一项建设性和关键性的技术措施，对电网安全、优质、经济运行有重要作用。在无功补偿设计时，应根据工程的实际情况灵活加以运用，合理地选择无功补偿方式和容量，对提高功率因数、调整电网电压、提高供电质量、保证电网安全稳定运行都有着十分重要的作用。
参考文献：
[1]崔驰.低压配网无功补偿浅析[J].电网技术,2000,24(7):71-72.
[2]王建强.智能性配电网无功补偿系统[J].电网技术,2003,27(7):80-81.
[3]变电所设计技术规程[M].北京:水利电力出版社,1979.
[4]赖艳龙.浅谈电力系统中的无功功率补偿[J].价值工程,2010,(13).
[5]曾国扬.浅议无功功率在电力系统中的应用[J].科技资讯,2010,(18).
（责任编辑：刘辉）
关键词：无功；无功功率；功率因数；无功补偿
作者简介：董大伟（1982-），男，浙江海宁人，浙江余杭供电局，华北电力大学电气与电子工程学院硕士研究生（北京 102206），助理工程师。（浙江 杭州 311100）
中图分类号：TM714.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）27-0104-02
一、有功功率与无功功率的差别
在交流电路中，由电源供给负载的电功率有两种，它们分别是有功功率和无功功率。有功功率从定义上看，是将电能转变为其他形式能量（光能、机械能、热能）的电功率，也就是保持用电设备正常运行所需的电功率。举个例子，2千瓦的电动机，就是把2千瓦的电能转换为机械能；照明设备，则是将电能转换为光能，以供人们工作和生活照明所用。一般来说，有功功率的符号用P表示，单位有瓦、千瓦、兆瓦等。
无功功率则比较抽象。在电路的电感、电容元件中，无功功率主要用来建立变化的电、磁场，从而形成电压，传递和转换有功功率，因此无功功率是电力系统和用电设备正常运转的重要元素之一。无功功率不对外做功，而是转变为其他形式的能量。一般而言，有电磁线圈的电气设备，要消耗无功功率才能建立磁场。例如，50瓦的日光灯，除了需50多瓦有功功率来发光外，还需100乏左右的无功功率，镇流器的线圈利用这些无功功率来建立交变磁场用。由于无功功率不对外做功，所以才被称之为“无功功率”。无功功率的符号一般用Q表示，单位为乏（Var）或千乏（kVar）。
二、无功功率的起源和影响
在具有电感或电容的电路中，电感或电容在每半个周期内会把电源能量变成磁场（或电场）能量贮存起来，之后再把贮存的磁场（或电场）能量释放返回给电源。
在这种情况下，只有能量的交换，而没有形成真正的能量消耗，这个交换的功率值就被称为无功功率。
无功功率看起来比较抽象，它在电路中来回流动。
对于一个元件来说，无功功率表明一个它的平均功率为零，但无功功率却代表了在电容或电感中储存及释放磁场能量或电场能量所需要的真实功率。
从数值上来算，电压或电动势与无功电流的乘积就是无功功率。如果无功功率不足，系统电压及功率因数会因此而降低，用电设备有可能受损，严重时会造成电压崩溃，系统也会随之瓦解，从而造成大面积停电。
另外，在功率因数和电压降低的情况下，电气设备就会得不到充分利用，电能损耗会由此增加，用电效率也会降低，线路的送电能力也会受到极大的限制，影响电网的安全及用户的正常用电。因此，优化无功功率的合理配置是电力科技工作者应密切关注的问题。
如果无功功率在电网中供应不足，那么在用电设备中，就没有足够的无功功率来形成足够的电磁场，那么这些用电设备在额定情况下维持工作就非常艰难，用电设备的端电压也会随之下降，用电设备的运行也会受到影响。
无功功率对供电和用电也产生一定的不良影响，主要表现在：
（1）无功功率会使得发电机有功功率的输出降低。
（2）在电网内的流动，无功功率会造成线路电压损失增大，同时无功功率会导致电能损耗的增加。
（3）在功率一定时，要想增加无功功率，就必须降低输电和变电设备的供电能力。
（4）在系统缺乏无功功率时，低功率因数运行和电压下降这些现象会随之出现，电气设备容量也因此得不到充分发挥。
三、无功补偿概念及其的在电力系统中的作用
在通过纯电阻的时候，交流电的电能都转成了热能；交流电在通过纯容性或者纯感性负载的时候，交流电不会做功，因此也不会消耗电能，这种情况就是无功功率。当然，实际负载一般不会是纯容性负载或者纯感性负载，一般都是混合性负载。在这种情况下，电流在通过这些负载之时，就有一部分电能不会做功，这时的功率因数小于1。为了能够提高电能的利用率，进行无功补偿就非常必要。
绝大部分电网中的电力负荷，如电动机、变压器等，都属于感性电抗，这些在运行过程中，需要向这些感性电抗的设备提供相应的无功功率。无功补偿的方法有很多，例如改善电网的运行条件，减少无功功率在电网中的流动，降低输送无功功率过程中输电线路中的电能损耗，这些做法都是无功补偿。现在人们越来越重视无功补偿在电力系统中的重要性。无功补偿设备的科学投放，对抑制谐波干扰和调整电网电压具有重要的作用，也对提高供电质量、保证电网安全运行有着重要的作用。系统中无功电源要是不足，电网则会处于低电压水平上的无功功率平衡，即靠电压降低、负荷吸收无功功率的减少，来弥补无功电源的不足。
同样，要是由于电网缺乏必要的调节手段，或由于无功补偿元件的不合理运行，使某时间段无功功率大量过剩，整个电网的运行同样也会造成电压过高的后果。因此，提高负荷的功率因数，搞好电力系统的无功平衡，可以减少线路和变压器中的有功功率损耗，从而提高电能质量，并保证了电力系统的稳定运行和用户的供电质量。
四、无功补偿的技术方案
无功补偿有很多种，按安装位置和接线方法分，无功补偿可分为三种：高压集中补偿、低压分组补偿和低压就地补偿。在这三种无功补偿中，区域最大的是就地补偿，它的效果也很好。但就地补偿也有不足，例如总的电容器安装容量比其他两种补偿方式要大，电容器利用率也低。高压集中补偿和低压分组补偿，它们的电容器容量相对较小，利用率也很高，还能补偿变压器自身的无功损耗。为此，这三种补偿方式各有应用范围，应结合实际确定使用场合，找到适合的补偿方式。
1.集中补偿
对于集中补偿，电容器组集中装设在企业或地方总降压变电所的6～10kV母线上，用来提高整个变电所的功率因数，使该变电所在供电范围内无功功率基本平衡。集中补偿可减少高压线路的无功损耗，而且能够提高本变电所的供电电压质量。将配电系统所需的无功补偿容量全部集中于变电所（或配电变压器）的馈电汇流母线上，对无功进行统一补偿。
这种补偿方式分两种情况，取决于电力电容器的装设位置，要么电力电容器装设于变电所或用户降压变电站的高压母线，要么电力电容器装设于用户总配电室的低压汇流母线上，后者是目前大部分用户都采用的方式，较适合离母线较近、负荷集中、无功补偿较大的场合。
集中补偿有自身的优点，主要优点有：在变压器容量不变的情况下，集中补偿能增大供电能力，提高设备利用率；集中补偿可提高变压器的有功输出容量；集中补偿可减少变压器的有功损耗，也可以减少母线和高压输电线路上的有功损耗；它能节约能源，当负荷变化时，集中补偿能对母线电压起一定的调节作用，从而改善电压质量，可通过无功补偿自动控制装置，实现电容器组自动投切补偿；集中补偿的设备利用较高，也便于督理，维护操作也很方便。当然，集中补偿也有一些缺点，其中包括：集中补偿方式有一定的局限性，只能对补偿点以上网络的无功损耗进行补偿，无法补偿补偿点以下网络的损耗；如果是在高压侧补偿，集中补偿的设备一次性投资很大，通常为减少设备投资，每段母线只装1组或2组电容器，采用人工操作，投切容量大，合闸冲击电流较大，切除和轻载时易产生过电压，对系统稳定运行会有一定的影响。
2.就地补偿
就地补偿方式不同于集中补偿，它将电容器安装于用电设备附近，与电动机的供电回路相并联，对用电系统最末端的电动机所消耗的无功功率进行就地补偿，以提高配电系统的功率因数，这种方式最为有效。
就地补偿有很多优点，其中主要的优点有：在确定配电设备的情况下，就地补偿可以增加网络的供电容量，导线截面会随之减小，电器元件的容量也会随之减小，因此它的适应性好。无功电流不会流向网络其他点，只与附近的用电设备相互交换，无功电流在网络中引起的无功损耗很小，电压损耗也很小，就地补偿既对系统进行补偿，同时也对用户内部无功损耗进行补偿，从而极大减少了电能的损失，被补偿网络的运行也非常经济。就地补偿既可进行三相补偿，也可以对容量较大的电动机个别补偿，还可进行二相、单相补偿，可以运用相对较小补偿装置容量，电容器投切冲击电流小，无过电压产生的情况不会出现。
就地补偿也有一些缺点，主要缺点是：对年利用小时数较低的设备进行补偿的时候，利用率相对较低；补偿相同的无功负荷时，就地补偿所需的电容量增加，而且与集中补偿相比，就地补偿投资会要大；就地补偿安装比较分散，所以维护管理起来很不方便，并且工作于生产现场，运行条件也较差。
3.分组补偿(或分散补偿)
分组补偿也叫做分散补偿，它将配电系统所需的无功补偿容量，按局部负载大小分配在公用变低压侧或电网10kV配电线路上投放电力电容器，从而进行补偿，这种补偿方式适合负荷较分散的补偿场合。
分组补偿具有自身的优势，其主要优点有：对负荷比较分散的电力用户，分组补偿能更好地实行内部无功分区控制、分区平衡，从而网络中无功电流引起的损耗会减少，电压损失也会随之减少，被补偿网络能较经济地运行，非常好地体现了“分散补偿、就地平衡”的原则；在负载不变的情况下，分组补偿可增加网络的输出容量；它的补偿方式十分灵活，电容器投切冲击电流较小。
分组补偿是在各配电分支线上进行补偿，它可改善电力线路的运行特性，从而降低电能损耗，提高整个供电网络的电压质量。因此，为改善我国配电网供电线路长、线损大、负荷率低、无功损耗大、功率因数低、末端电压质量差的状况，分组补偿无疑是一种非常经济可行的措施。当然，分组补偿也具有一些缺点，其主要缺点有：分组补偿只能减少高压配电线路和变压器无功负荷，但是分组补偿不能减少低压配电线路的无功损耗；分组补偿的补偿设备的利用率较集中补偿方式低，安装分散，维护管理不便。
五、结语
我国幅员辽阔，区域能源分布和电力需求极不均衡，电力系统需要长距离输电，而无功功率不宜长距离输送。因此，要实现整个系统的无功平衡。电网无功补偿是一项建设性和关键性的技术措施，对电网安全、优质、经济运行有重要作用。在无功补偿设计时，应根据工程的实际情况灵活加以运用，合理地选择无功补偿方式和容量，对提高功率因数、调整电网电压、提高供电质量、保证电网安全稳定运行都有着十分重要的作用。
参考文献：
[1]崔驰.低压配网无功补偿浅析[J].电网技术,2000,24(7):71-72.
[2]王建强.智能性配电网无功补偿系统[J].电网技术,2003,27(7):80-81.
[3]变电所设计技术规程[M].北京:水利电力出版社,1979.
[4]赖艳龙.浅谈电力系统中的无功功率补偿[J].价值工程,2010,(13).
[5]曾国扬.浅议无功功率在电力系统中的应用[J].科技资讯,2010,(18).
（责任编辑：刘辉）