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在电力系统中，大量的负荷需要一定的无功功率，同时在功率的传输过程中，网络元件也要消耗一定的无功功率，无功功率越大，功率因数越低，系统电能损耗越大，因此就需要根据用电设备消耗无功的多少，在负荷较集中、无功消耗较多的地点进行无功补偿，使无功的需求量就地得到解决，从而保持网络无功平衡，提高电压质量，降低网络损耗。
一、无功功率补偿的作用
1、改善功率因数，增加了供电功率
电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性电抗，在运行过程中需要向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器、同步调相机等容性设备以后，可以供给感性电抗消耗的部分无功功率。即减少无功功率在电网中的流动，因此可以降低输电线路因输送无功功率造成的电能损耗，提高了功率因数。
对于原有供电设备来讲，同样的有功功率下，cosφ提高，负荷电流减小，因此向负荷传输功率所经过的变压器、开关、导线等配电设备都增加了功率储备，发挥了设备的潜力
2、降低系统的能耗
功率因数的提高，能减少线路损耗及变压器的铜耗。
设R为线路电阻，ΔP1为原线路损耗，ΔP2为功率因数提高后线路损耗，则线损减少
ΔP=ΔP1-ΔP2=3R（I12-I22）（1）
比原来损失减少的百分数为
（ΔP/ΔP1）×100%=1-（I2/I1）2·100%（2）
式中，I1=P/（3U1cosφ1），I2=P/（3U2cosφ2）补偿后，由于功率因数提高，U2>U1，为分析方便，可认为U2≈U1，则
θ=[1-（cosφ1/cosφ2）2]·100%（3）
当功率因数从0.8提高至0.9时，通过上式计算，可求得有功损耗降低21%左右。
在输送功率P=3UIcosφ不变情况下，cosφ提高，I相对降低，设I1为补偿前变压器的电流，I2为补偿后变压器的电流，铜耗分别为ΔP1，ΔP2;铜耗与电流的平方成正比，即
ΔP1/ΔP2=I22/I12
由于P1=P2，认为U2≈U1时，即I2/I1=cosφ1/cosφ2
可知，功率因数从0.8提高至0.9时，铜耗相当于原来的80%。
3、减少了线路的压降
由于线路传送电流小了，系统的线路电压损失相应减小，有利于系统电压的稳定（轻载时要防止超前电流使电压上升过高），有利于大电机起动。
二、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。
（1）总体平衡与局部平衡相结合。既要满足全网的总无功平衡，又要满足分线、分站的无功平衡
（2）电力部门补偿与用户补偿相结合。
在配电网无功消耗大约60%在配电变压器中，其余的消耗在用户的用电设备中，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。若两者不能很好地配合，可能造成轻载或空载时过补偿，满负荷时欠补偿，使补偿失去了它的实际意义，得不到理想的效果。
（3）分散补偿与集中补偿相结合。
集中补偿，是在变电所集中装设较大容量的补偿电容器。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。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。由于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，所以集中补偿不能降低配电网络的无功损耗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。所以集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主。
（4）降损与调压相结合，以降损为主，兼顾调压。利用并联电容器进行无功补偿，其主要目的是為了达到无功电力的就地平衡，减少网络中的无功损耗，以减低线损。与此同时，也可以利用电容器的分组投切，对电压进行适当的调整，这是补偿的辅助目的，在一般情况下，已降损为主，调压为辅。
三、无功补偿的几种方式
1、变电站高压集中补偿（如图1中方式1）
变电站高压集中补偿（如图1中方式1）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。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。在这种方式下，补偿装置包括并联电容器、同步调相机、静止补偿器等，主要目的是改善输电网的功率因数;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。
集中补偿容量确定
配电变压器低压侧安装电容器时，应考虑以下原则：在轻负荷时，防止向10kV配电网倒送无功;取得最大的节能效果。其容量一般均能适应轻载无功负荷（接近主变压器空载运行）及平均无功负荷（接近主变压器正常无功负荷）一般根据下式计算：
QC=（0.10～0.15）Sn（kvar）
Sn——配变容量kVA
2、配电线路的无功补偿
将电容器分散安装在高压配电线路上，主要补偿线路上的无功消耗，还可以提高线路末端电压，改善电压质量。由于配电网中大量存在的公用变压器没有进行低压补偿，补偿度受到限制。由此造成很大的无功功率缺口需要由变电站来填，大量的无功功率沿线传输，配电网网损居高难下。因此可以把10kV架空线路的杆塔上安装户外并联电容器方法来进行无功补偿（见图1中的方式3）。这种无功补偿方式主要是针对10kV馈线上沿线的公用变压器所需无功功率进行补偿，以提高配电网功率因数，达到降损升压的目的。 其补偿容量一般遵循"三分之二"原则，即补偿容量为无功负荷的三分之二。
3、用户终端分散补偿方式
用户进行无功补偿的目的有两个：一是补偿后供电网络的无功线损减少到最低限度，以获得最大的降损节电效益;二是使本单位的功率因数提高到一定的水平，以获得更多的电费奖励。
（1）低压集中补偿
低压集中补偿方式（见图1中的方式2）在专用配电变压器低压380V侧装设自动投切的并联电容器成套装置主要补偿变压器本身及以上输电线路的无功功率损耗，提高变压器的功率因数，实现无功功率的就地平衡，对配电网和配电变压器的降损有一定作用。但在配电线路上产生的损耗并未减少，因此，补偿不宜过大，否则变压器轻载或空载运行时，将造成过补偿，补偿容量应以变压器额定容量的30%～40%确定，即：Qb=（0.3-0.4）SN，或从提高功率因数的角度考虑Qb=P（tgφ1-tgφ2），其中tgφ1、tgφ2是补偿前后功率因数角的正切值。
（2）单台电动机的补偿
目前，在我国城镇，低压用户的用电量大幅增长，直接对用户末端进行无功补偿（见图1中的方式4），将电容器直接并联在电动机上，用以补偿电动机的无功消耗。据运行统计，县级农网中约有60%的无功功率消耗在电动机上，因此，搞好电动机的无功补偿，使其无功就地平衡，既能减少配电线路的损耗，同时还可以提高电动机的出力。
其补偿容量的确定
QC=√3UI0
式中：QC-----无功补偿容量（kvar）
U--------电动机的额定电压（kv）
I0-------电动机的空载电流（A）
四、无功补偿效益的简要分析例
例1 一条10kV线路，长为5km，导线型号LGJ-70，其中g=0.46W/km，X0=0.411Ω/km，所带负荷200+j150，在线路末端补偿QC=100kvar，求线路损耗和电压降。
①求线路上的损耗
补偿前：△P1=3×I2R=3×（2002+1502）/102×5×0.46=4313W。
补偿后：△P2=3×I2R=3×[2002+（150-100）2]/102×5×0.46=2933W。
则一年少损失电量：△A=（△P1-△P2）T×10-3=（4313-2933）×365×24×10-3=12089kWh。
②求电压降
补偿前：△U=（PR+QX）/U=（200×0.46×5+150×0.411×5）/10=77V。
补偿后：△U=（PR+QX）/U=[200×0.46×5+（150-100）×0.411×5]/10=56V。
所以补偿后电压由9.92kV提高到9.94kV，改善了电压质量。
例2 某用户原来功率因数=0.85，视在功率S=1000KVA，年用电时间为T=3000小时，收费按两部电价。试确定：若将提高到0.95，计算需要的补偿电容器容量;补偿前需要支付的年费用;补偿装置单位投资为150元/kvar，补偿装置本身损耗为3%，投资回收率为10%/年，计算补偿后的年效益。
已知条件，可计算补偿前
（一）求需要安装的补偿电容器容量
装置本身有功损耗为3%，补偿后的电网无功Q2=526.78-χ，要求为0.95，
可求，于是有：
，即，
可求补偿容量χ=245.73≈246kvar
（二）補偿前需要支付的年费用
基本电费：假定按最大负荷收取，设每KVA收取的费用为180元/年，故有：
Fj1=180×1000=18万元
电量电费：设每KWh为0.4元，故有
FD1=0.4×850×3000=102万元
补偿前年费用：FZ1=Fj1+FD1=18+102=120万元
（三）补偿后需要支付的年费用和年效益
补偿后的视在功率和基本电费：
（850+0.03χ）/0.95=（850+0.03x246）/0.95=857KVA，Fj2=180×857=15.426万元
电量电费：
FD2=0.4×（850+0.03×246）×3000=102.88万元
补偿装置折旧费：
Ff=150×246×10%=0.369万元
补偿后年费用：
FZ2=Fj2+FD2+Ff=15.426+102.88+0.369=118.675万元
安装无功补偿可获得的年效益：
△F=FZ1-FZ2=120-118.675=1.325万元
总之，无功补偿不仅能改善农网功率因数和电压质量，而且可以使无功负荷就地平衡，提高农网的经济运行水平，同时降低电费支出，减轻工农业生产的负担，所以进行无功补偿是利国利民的好事，我们应下决心去抓，真正让用户得到实惠。
一、无功功率补偿的作用
1、改善功率因数，增加了供电功率
电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性电抗，在运行过程中需要向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器、同步调相机等容性设备以后，可以供给感性电抗消耗的部分无功功率。即减少无功功率在电网中的流动，因此可以降低输电线路因输送无功功率造成的电能损耗，提高了功率因数。
对于原有供电设备来讲，同样的有功功率下，cosφ提高，负荷电流减小，因此向负荷传输功率所经过的变压器、开关、导线等配电设备都增加了功率储备，发挥了设备的潜力
2、降低系统的能耗
功率因数的提高，能减少线路损耗及变压器的铜耗。
设R为线路电阻，ΔP1为原线路损耗，ΔP2为功率因数提高后线路损耗，则线损减少
ΔP=ΔP1-ΔP2=3R（I12-I22）（1）
比原来损失减少的百分数为
（ΔP/ΔP1）×100%=1-（I2/I1）2·100%（2）
式中，I1=P/（3U1cosφ1），I2=P/（3U2cosφ2）补偿后，由于功率因数提高，U2>U1，为分析方便，可认为U2≈U1，则
θ=[1-（cosφ1/cosφ2）2]·100%（3）
当功率因数从0.8提高至0.9时，通过上式计算，可求得有功损耗降低21%左右。
在输送功率P=3UIcosφ不变情况下，cosφ提高，I相对降低，设I1为补偿前变压器的电流，I2为补偿后变压器的电流，铜耗分别为ΔP1，ΔP2;铜耗与电流的平方成正比，即
ΔP1/ΔP2=I22/I12
由于P1=P2，认为U2≈U1时，即I2/I1=cosφ1/cosφ2
可知，功率因数从0.8提高至0.9时，铜耗相当于原来的80%。
3、减少了线路的压降
由于线路传送电流小了，系统的线路电压损失相应减小，有利于系统电压的稳定（轻载时要防止超前电流使电压上升过高），有利于大电机起动。
二、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。
（1）总体平衡与局部平衡相结合。既要满足全网的总无功平衡，又要满足分线、分站的无功平衡
（2）电力部门补偿与用户补偿相结合。
在配电网无功消耗大约60%在配电变压器中，其余的消耗在用户的用电设备中，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。若两者不能很好地配合，可能造成轻载或空载时过补偿，满负荷时欠补偿，使补偿失去了它的实际意义，得不到理想的效果。
（3）分散补偿与集中补偿相结合。
集中补偿，是在变电所集中装设较大容量的补偿电容器。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。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。由于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，所以集中补偿不能降低配电网络的无功损耗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。所以集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主。
（4）降损与调压相结合，以降损为主，兼顾调压。利用并联电容器进行无功补偿，其主要目的是為了达到无功电力的就地平衡，减少网络中的无功损耗，以减低线损。与此同时，也可以利用电容器的分组投切，对电压进行适当的调整，这是补偿的辅助目的，在一般情况下，已降损为主，调压为辅。
三、无功补偿的几种方式
1、变电站高压集中补偿（如图1中方式1）
变电站高压集中补偿（如图1中方式1）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。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。在这种方式下，补偿装置包括并联电容器、同步调相机、静止补偿器等，主要目的是改善输电网的功率因数;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。
集中补偿容量确定
配电变压器低压侧安装电容器时，应考虑以下原则：在轻负荷时，防止向10kV配电网倒送无功;取得最大的节能效果。其容量一般均能适应轻载无功负荷（接近主变压器空载运行）及平均无功负荷（接近主变压器正常无功负荷）一般根据下式计算：
QC=（0.10～0.15）Sn（kvar）
Sn——配变容量kVA
2、配电线路的无功补偿
将电容器分散安装在高压配电线路上，主要补偿线路上的无功消耗，还可以提高线路末端电压，改善电压质量。由于配电网中大量存在的公用变压器没有进行低压补偿，补偿度受到限制。由此造成很大的无功功率缺口需要由变电站来填，大量的无功功率沿线传输，配电网网损居高难下。因此可以把10kV架空线路的杆塔上安装户外并联电容器方法来进行无功补偿（见图1中的方式3）。这种无功补偿方式主要是针对10kV馈线上沿线的公用变压器所需无功功率进行补偿，以提高配电网功率因数，达到降损升压的目的。 其补偿容量一般遵循"三分之二"原则，即补偿容量为无功负荷的三分之二。
3、用户终端分散补偿方式
用户进行无功补偿的目的有两个：一是补偿后供电网络的无功线损减少到最低限度，以获得最大的降损节电效益;二是使本单位的功率因数提高到一定的水平，以获得更多的电费奖励。
（1）低压集中补偿
低压集中补偿方式（见图1中的方式2）在专用配电变压器低压380V侧装设自动投切的并联电容器成套装置主要补偿变压器本身及以上输电线路的无功功率损耗，提高变压器的功率因数，实现无功功率的就地平衡，对配电网和配电变压器的降损有一定作用。但在配电线路上产生的损耗并未减少，因此，补偿不宜过大，否则变压器轻载或空载运行时，将造成过补偿，补偿容量应以变压器额定容量的30%～40%确定，即：Qb=（0.3-0.4）SN，或从提高功率因数的角度考虑Qb=P（tgφ1-tgφ2），其中tgφ1、tgφ2是补偿前后功率因数角的正切值。
（2）单台电动机的补偿
目前，在我国城镇，低压用户的用电量大幅增长，直接对用户末端进行无功补偿（见图1中的方式4），将电容器直接并联在电动机上，用以补偿电动机的无功消耗。据运行统计，县级农网中约有60%的无功功率消耗在电动机上，因此，搞好电动机的无功补偿，使其无功就地平衡，既能减少配电线路的损耗，同时还可以提高电动机的出力。
其补偿容量的确定
QC=√3UI0
式中：QC-----无功补偿容量（kvar）
U--------电动机的额定电压（kv）
I0-------电动机的空载电流（A）
四、无功补偿效益的简要分析例
例1 一条10kV线路，长为5km，导线型号LGJ-70，其中g=0.46W/km，X0=0.411Ω/km，所带负荷200+j150，在线路末端补偿QC=100kvar，求线路损耗和电压降。
①求线路上的损耗
补偿前：△P1=3×I2R=3×（2002+1502）/102×5×0.46=4313W。
补偿后：△P2=3×I2R=3×[2002+（150-100）2]/102×5×0.46=2933W。
则一年少损失电量：△A=（△P1-△P2）T×10-3=（4313-2933）×365×24×10-3=12089kWh。
②求电压降
补偿前：△U=（PR+QX）/U=（200×0.46×5+150×0.411×5）/10=77V。
补偿后：△U=（PR+QX）/U=[200×0.46×5+（150-100）×0.411×5]/10=56V。
所以补偿后电压由9.92kV提高到9.94kV，改善了电压质量。
例2 某用户原来功率因数=0.85，视在功率S=1000KVA，年用电时间为T=3000小时，收费按两部电价。试确定：若将提高到0.95，计算需要的补偿电容器容量;补偿前需要支付的年费用;补偿装置单位投资为150元/kvar，补偿装置本身损耗为3%，投资回收率为10%/年，计算补偿后的年效益。
已知条件，可计算补偿前
（一）求需要安装的补偿电容器容量
装置本身有功损耗为3%，补偿后的电网无功Q2=526.78-χ，要求为0.95，
可求，于是有：
，即，
可求补偿容量χ=245.73≈246kvar
（二）補偿前需要支付的年费用
基本电费：假定按最大负荷收取，设每KVA收取的费用为180元/年，故有：
Fj1=180×1000=18万元
电量电费：设每KWh为0.4元，故有
FD1=0.4×850×3000=102万元
补偿前年费用：FZ1=Fj1+FD1=18+102=120万元
（三）补偿后需要支付的年费用和年效益
补偿后的视在功率和基本电费：
（850+0.03χ）/0.95=（850+0.03x246）/0.95=857KVA，Fj2=180×857=15.426万元
电量电费：
FD2=0.4×（850+0.03×246）×3000=102.88万元
补偿装置折旧费：
Ff=150×246×10%=0.369万元
补偿后年费用：
FZ2=Fj2+FD2+Ff=15.426+102.88+0.369=118.675万元
安装无功补偿可获得的年效益：
△F=FZ1-FZ2=120-118.675=1.325万元
总之，无功补偿不仅能改善农网功率因数和电压质量，而且可以使无功负荷就地平衡，提高农网的经济运行水平，同时降低电费支出，减轻工农业生产的负担，所以进行无功补偿是利国利民的好事，我们应下决心去抓，真正让用户得到实惠。