无功功率精选(九篇)

第1篇：无功功率范文

关键词： 电力系统；无功功率

1 无功功率的产生

简单的说，只有电动机的定子中产生磁场才能使电动机旋转，为产生磁场而消耗的功率称为无功功率。其实变压器就是一种静止的电动机，同理才能在次级产生感应电压，一次变压器也要消耗无功功率。无功功率仅仅是在完成电能与磁能之间的转换，并不对外做功，也不消耗燃料或其他形式的能量，因此称为无功功率。但无功功率与有功功率同样重要，没有无功功率，电动机就不能旋转，变压器也不能变压，也就没有有功功率！

2 无功功率的设备

电力系统的无功功率的产生除了同步电机外，还有静电电容器、静止无功补偿器以及静止无功发生器，这四种装置又称为无功补偿装置。除电容器外，其余几种既能吸收容性无功又能吸收感性无功。

2.1 同步电机。同步电机可作为发电机，电动机和补偿机运行，这是其主要运行的方式。同步发电机是其常见的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要运行方式，同步电动机的功率因数是可以调节的。再不要求调速的情况下，用大型同步电动机可以提高系统设备的运行效率。如将同步电机并列于电网中可作为同步补偿机，空载的情况下调节励磁电流可向电网发出所需的感性或容性无功功率，以达到改善电力功率因数及调节系统电压，提高系统运行的经济性的目的。

2.2 并联电容器。并联电容器可以改善系统的功率因数、降低系统中的电能损耗，调整电压，可提高输变电设备的输送能力，减少线路的电压降，提高供电质量，并联电容器补偿是我国使用最广泛的一种节电措施，不仅在工业、企业乃至我们的街头巷尾就可以见到。另外并联电容器本身功耗很小，装设灵活，节省投资；由它向系统提供无功改善功率因数，减少由发电机提供的无功功率，使发电机多发有功，相当于提高了发电机的出力。

2.3 静止无功补偿器。简称SVC。是快速调节无功功率的装置，它可以使所需的无功功率随时调整，从而保持系统电压水平的恒定，并能有效抑制冲击性负荷引起的电压波动和闪变、高次谐波，提高功率因数，还可实现按各相的无功功率快速补偿调节实现三相无功功率平衡。

静止无功补偿器广泛应用于现代电力系统中所承担的作用是提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。

它是由晶闸管所控制投切电抗器和电容器组成，由于晶闸管对于控制信号反应极为迅速，而且通断次数也可以不受限制。当电压变化时静止补偿器能快速、平滑地调节，以满足动态无功补偿的需要，同时还能做到分相补偿；对于三相不平衡负荷及冲击负荷有较强的适应性；但由于晶闸管控制对电抗器的投切过程中会产生高次谐波，为此需加装专门的滤波器。

2.4 静止无功发生器。简称SVG。是将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联到电网上，调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，或者直接控制其交流侧电流，相当于一个可变的无功电流源，通过调节逆变器交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流的幅值和相位，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功功率，实现动态无功补偿的目的。这种装置的特点是补偿容量可调，可连续投切，投切速度快，可连续补偿，寿命长，占地小。可用于各种场合。

3 无功功率的补偿

3.1 无功功率补偿的意义。无功功率补偿在于努力减少无功功率对系统的影响，提高供电系统的功率因数，稳定系统的端电压，提高供电质量及稳定性。降低输电线路及用电设备的负荷，减少对有功功率的消耗，提升设备至最佳工作状态。减少用电费用等都有着极其重要意义。

3.2 无功补偿原理。我们所学过的知识中纯电阻电路是不存在的，电路元件中既有感性负载又有容性负载。因为电路中的容性电流与感性电流的相位差为180度，当容性负载释放时，感性负载吸收能量，而感性负载释放时，容性负荷吸收能量。能量在两种负荷间相互交换，感性负荷所需要的无功功率就可由容性负荷输出的无功功率中得到补偿。这就是无功补偿的原理。

3.3 无功补偿的三种形式。1）集中补偿。集中补偿就是把补偿所用的全部电容器一次性装设在供电用的母线上或配电变压器低压侧，但当电气设备不连续运转或轻负荷时，会造成过补偿，使运行电压升高，电压质量变坏。季节性用电较强，空载运行较长又无人值守的配电变压器不宜采用。这种补偿方式，安装简便，运行可靠，利用率高。2）分散补偿。分散补偿是将电容器组分组安装在各用电支路的母线上，形成各支路多组分散补偿方式，使用时自动投入或断开，这种补偿方式灵活，易于控制。 3）个别补偿。个别补偿是顾名思义就是把补偿电容器并联到用电设备的电气回路，用其设备的开关控制运行或断开，它能实现就地平衡无功电流，又能避免无负荷时的过补偿，这种补偿方法的效果最好在大型高压电机中常见。

4 结束语

电网中负荷存在大量感性负载，使得线路阻抗成感性，由于其两端的电压与流过的电流有90度角的相位差，所以不能做功，也不消耗有功功率，但它参与了与电源的能量交换，这就产生了无功功率，降低了发电机和电网的供电效率。无功功率的交换会促使发电和输电设备上的电能损失和电压升降，直接影响线路的损耗和电力系统的经济运行。认识无功功率的产生及作用，有助于我们理解无功功率平衡和改善电压质量，为无功的管理和规划奠定理论基础。优化无功补偿配置，实现无功的动态平衡使电能的利用达到最大化。

参考文献：

[1]金广厚、郝建国、宋建勇，几种无功功率的定义方法[J].东北电力技术，2004.

[2]贾时平、刘桂英，静止无功功率补偿技术[M].北京：中国电力出版社，2006.

第2篇：无功功率范文

【关键词】电力系统；无功优化；一般模型；目标函数；动态补偿

引言

电压和无功功率的分布有着非常紧密的联系，一般情况下，无功功率是造成电网线路出现有功损耗的主要原因，同时也严重影响着电力系统电压的正确分布。由此可见，根据电网的实际情况，利用现有的无功调节手段，合理的调动无功，在满足安全运行约束的前提下，加强对无功优化的研究，对于提高电压质量、降低系统网损具有重要的意义。无功优化是实现电力系统安全和经济运行的重要手段。

1 无功优化的重要性

随着电力市场改革的不断深化，降低电网损耗，直接决定着电力电网公司的经济效益和供电效率，变得非常重要。降低网损，其主要途径就是要降低电网的无功潮流流动，通过无功优化，可以降低电网有功损耗和电压损耗，优化电网的无功潮流分布，改善电压质量，使用电设备安全可靠地运行。在保证现代电力系统的安全性和经济性方面，无功优化的重要性已经得到全球的关注。因此，电力系统中无功优化的重要性越来越为突出。

2 无功优化的基本思路

无功优化可分为无功运行优化和规划设计优化。其中无功运行优化是利用现有无功补偿装置，通过降低网损的方式，合理调节变压器分接头和发电机端电压，正确分析离线运行方式，实现无功实时或短期控制。而规划设计优化涉及的问题很多，也很复杂，不仅包括多时段，还要充分考虑多运行方式，确定补偿装置的地点、容量和投切时间，扣除补偿投资后的净收益，使得损耗电能减少的收益最大，而年运行费用与投资等年值之和最小。总之，电力系统的无功优化的基本思路，就是在满足电力系统无功负荷的需求下，根据电力系统的有功负荷、有功电源，科学分析有功潮流分布，明确控制变量，如发电机端电压幅值、无功补偿电源容量，合理设置可调变压器的分接头位置，应用优化技术和人工智能技术，状态变量要以发电机无功出力、负荷节点电压幅值和支路输送功率为主，获得无功补偿点和最佳补偿容量，使电力系统安全、经济地向用户供电。

电力系统无功功率优化的作用主要有以下几点：

[1] 提高系统的功率因数，提高设备利用率，降低设备所需要容量，减少线路及设备损耗，节约电能。

（2）提高并稳定受电端及电网的电压，提高电能质量。在长距离线路中安装合适的装置，可以改变输电线路的稳定性，提高输电能力。

（3）三相负载不平衡的场所，通过适当的无功功率补偿，可以对三相负载起到平衡作用。

（4）增加变压器、发电机、供电线路等的备用量。

（5）减少配电变压器的安装容量、减少基本电费、节约电费。

3 优化配变电无功补偿的策略

3.1 无功优化的一般模型

无功优化作为一个最优潮流的子问题，可以表示为一个同时具有连续变量和离散变量以及等式和不等式约束的非线性规划问题，其一般模型由如下部分组成：

3.2 无功优化目标函数

从数学角度而言，无功优化要寻找控制变量的一组设定值，使电力系统在依存变量不越限的前提下达到目标函数最优的运行状态。常见的无功优化模型的目标函数主要有：

（1）系统网损最小

电力系统网损最小是电力系统无功优化最常见的目标函数之一，如下式：

式中，n为支路数，Gk （i，j）是以节点i和节点j为首末端节点的第k条支路的电导。

（2）储备最大化

基于安全性方面的考虑，无功优化的目标函数也可以是最大化发电机的无功储备，即最小化发电机的无功出力，从而为电力系统在紧急情况下提供足够的无功出力，保证系统的安全稳定运行。如下式所示：

（3）小化各约束的总越限量

即越限约束的总数最小化，如下式所示，一般此类模型用于无功电压的修正控制。式中， Q为第 k 台发电机的无功出力nv为额定无功容量， hK为越限约束，WK为hk的权重，用于考虑不同约束的重要性差异。

（4）最优化无功电压运行质量

用以对应于电网电压质量目标要求较高的无功优化环境。文献中将最小化各重要节点的电压或线路的无功潮流与相应设定值的偏差作为目标函数，如下式所示。式中 为重要节点（或线路）的数目 、 和 分别为节点 k 的电压（或线路 k 的无功潮流）的实际值、设定值和最大允许偏差。

（5）最优化控制设备动作量

对于实际电力系统环境，有时对设备操作数以及操作成本有一定的要求，此时对应于最优化设备动作的数学模型应运而生。主要包括最小化控制设备动作量的某种求和，如将最小化控制设备动作量的加权平方和作为目标函数，如下式所示。式中 为控制设备的数目； 为第 k 个控制设备的动作量；权系数 可以用来区分设备的动作优先级， 越大，优先级越低。

（6）多目标无功优化

多目标的引入使无功优化模型更加复杂，不同种类的目标函数往往相互冲突，为优化算法带来很大的困难。近年来无功优化领域研究的重点，是利用整体亲和力顺序，基于进化算法的方法，寻找帕累托最优解，从而达到无功优化的目的。

4 无功功率的动态补偿

以改善电压调整的基本功能为例，简要介绍无功功率的动态补偿。下图为系统、负载和补偿器的单相等效电路图。

其中，U为系统电压，R和X为系统电阻和电抗。假定负载变化很小，故有 ，则假定R《X，反映系统电压与无功规律变化的特性曲线如下图中的实线所示：

系统的特性曲线可近似用下式表示

式中： —无功功率为零时的系统电压； —系统短路容量。由上式可见，无功功率的变化将引起系统电压成比例的变化。投入补偿器后，系统供给的无功功率为负载和补偿器无功功率之和，即

因此，当负载无功功率 变化时，如果补偿器的无功功率总 能弥补的 变化，从而使Q维持不变，即 ，则 也将为0，供电电压保持恒定。这就是对无功功率进行动态补偿的原理。

5 结语

综上所述，随着科技的快速发展，为了适应新形势下的要求，电力企业要改进传统的低压补偿技术，全面的治理与监控用户电网，确保配电网的运行电压和无功功率具有正常水平，使其更好地满足用户的用电需求，满足正常电压水平下的无功需求，实现无功功率的就地平衡，从而改善电压质量，减少电网损耗，确保了电网运行的稳定性与安全。

参考文献：

[1]向铁元，周青山，李富鹏.小生境遗传算法在无功优化中的应用研究[J].中国电机工程学报，2005，25（17）.

[2]付瑾诚，肖国泉，舒隽.基于线性规划的Benders分解法在无功规划中的应用.电网技术，1998，22（11）.

[3]朱太秀.电力系统优化潮流与无功优化.电网技术，1990（4）.

第3篇：无功功率范文

【关键词】无功补偿；功率因数；容量

目前，我国电力工业发展迅猛，电网快速扩张，电力负荷飞快增长，电压等级越来越高，电网、发电厂以及单机容量也越来越大，电网覆盖的地理面积在不断扩大。由于电网容量的增加，对电网无功要求也与日俱增，此外，网络的功率因数和电压的降低将使电气设备得不到充分利用，降低了网络传输能力，并引起损耗增加。因此，解决好配电网络无功补偿技术的问题，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具有重要意义。

2.无功补偿

无功补偿，就是借助于无功补偿设备提供必要的无功功率，避免由输电系统传输无功功率，从而降低无功损耗，提高系统的传输功率，改善电网供电质量。所以在电磁元件电路中有比例地安装电容元件，使两者的电流相互抵消，使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小，从而有效提高电能做功的能力，这就是无功补偿的原理。

3.无功补偿与功率因数的关系

无功补偿的主要作用是提高电网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。

（3）提高功率因数，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。所以功率因数越低，电网所需无功越多，线损越大。因此，在受电端安装无功补偿装置，可以减少负荷的无功功率损耗，提高功率因数，降低线路损耗。

4.影响功率因数的主要因素

功率因数的产生主要是因为交流用电设备在其工作过程中，除消耗有功功率外，还需消耗无功功率，当有功功率P一定时，如减少无功功率Q，则功率因数便能够提高。在极端情况下，当Q=0时，则功率因数=1。因此提高功率因数问题的实质就是减少用电设备的无功功率需要量。

（1）异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备。异步电动机的定子与转子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因素。而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。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。变压器消耗无功的主要部份是它的空载无功功率，它和负载率的大小无关。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其处于低负载运行状态。

（2）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，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110%时，一般工厂的无功将增加35%左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。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。同时，电网频率的波动也会对异步电机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响。

（3）电网频率的波动对异步电动机正常工作造成影响。当低频运行时，所有厂用交流电动机的转速都相应的下降，因而火电厂的给水泵、风机、磨煤机等辅助设备的出力也将下降，从而影响电厂的出力。其中影响最大的是高压给水泵和磨煤机，由于出力的下降，使电网有功电源更加缺乏，致使频率进一步下降，造成恶性循环。

5.提高功率因数的主要方法

（1）随变压器补偿。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功率和漏磁无功功率。随变压器补偿的优点：接线简单、维护管理方便、能有效地补偿配变空载无功，限制农网无功负荷，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。

（2）随电动机补偿。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，用于补偿电动机的无功消耗，以补励磁无功为主，此种方式可较好地限制用电单位无功负荷。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。

（3）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。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。

6.确定无功功率补偿容量配置

补偿容量的配置，应优先在低压配网和就地进行补偿，并按基本无功负荷进行全补偿。35kV及以上电压等级的配变尽量采用集中式的动态无功补偿装置。补偿容量应优先控制长距离输电线路的功率因数，避免无功穿越补偿，减少无功功率在配网中流动。

（1）对330～500kV电网，应按无功电力分层就地平衡的基本要求配置高、低压并联电抗器，以补偿超高压线路的充电功率。一般情况下，高、低压并联电抗器的总容量不宜低于线路充电功率的90%，高、低压并联电容器的容量分配应按系统的条件和各自的特点全面研究决定。

（2）对330～500kV电网的受端系统，应按输入有功容量相应配套安装无功补偿设备。其容量（kvar）宜按输入容量（kvar）的40%～50%计算，主要考虑电压稳定并配置一定储备容量的动态无功补偿，以防电压崩溃。

目前，采用的无功配置方式一般按变电站等级进行配置，对220kV电压等级的变电站按主变容量的0.1～0.3进行补偿，35kV与110kV电压等级的变电站一般按变压器容量的0.1～0.15进行补偿，10kV电压等级的电容器安装容量一般按配电变压器总容量的0.05～0.10。

在实际应用中，由于考虑到不使电压在最小负荷时不过高，还作了一些规定。如在最大负荷时，一次侧功率因数不低于0.95；在最小负荷时，一次侧功率因数不高于0.95（110kV以下变电站，不高于0.98）。

第4篇：无功功率范文

关键词：电动机，电容器，就地无功补偿，无功功率

 

0.概述

现代工矿企业中，三相异步电动机是最常用的电气设备之一，在企业的生产设备中占有相当大的比例。由于它们都是电感性负荷，所以在企业内部的生产运行中，功率因数一般都比较低，需要从电源中吸收大量的无功功率，才能正常工作，给企业造成较大的电压损失和电能损耗。无功补偿是指采用另加无功补偿装置的办法，让无功负荷与无功补偿装置之间进行无功功率交换，以提高系统的功率因数，降低能耗，从而大大减少供电线路，改善电网电压质量。

许多企业一般都是在企业内部配电室里低压母线上集中安装一些电容器柜，对变配电系统的无功功率进行补偿，这对于提高企业内部的供电能力，节约变配电损耗都有积极作用。可是，由于企业内部的电动机大都通过低压导线连接，分散在各个生产车间，形成企业内部的输配电网络，由此，大量的无功电流仍然在企业内部的输配电线路中流动，这些无功电流在企业内部所造成的损耗，依然不能解决。

电动机无功功率就地补偿，就是把电动机所需要的无功电流局限在电动机设备的最终端，实现无功功率就地平衡，使得整个变配电网络的功率因数都比较高，有效地减少输配电线路的无功损耗。

1.三相异步电动机运行功率因数及损耗

三相异步电动机运行时，所消耗的功率包括有功功率和无功功率两个分量。有功功率是用于电动机产生机械转矩并且驱动负载所需的功率，它的电流随负载的增加而增加，而无功功率，则是用于电动机内部的电场与磁场随着电源频率的反复变化，在负载与电源之间不断地进行能量交换时所消耗的功率。无功电流在负载变化的情况下，其变化很微小，在相位上，电流的变化总是滞后于电压90°，所以是纯电感性质的。在实际运行中，电源供给电动机的总电流是有功电流和无功电流的矢量和，当电动机处于满负荷运行时，有功电流大于无功电流，总电流的功率因数较高，而当负载下降时，有功电流减小，无功电流基本不变，所以功率因数降低。

可以这样认为：当电动机的输出功率一定时，功率因数越低，就意味着其所需的无功功率越大，因而造成的损耗也较大。实践证明，无功功率所产生的电能损耗，主要是发生在输配电线路上的，对于那些距离电源较远，线路电阻比较大，电动机运行功率因数低的终端设备，所造成的无功损耗就更加突出了。

2.无功功率就地补偿原理及电容量的选择

2.1因为在电容负载中产生的超前无功电流与在电感负载中产生的滞后无功电流能够相互补偿，所以在电动机电源终端并联一个适当容量的电容器，就可以使电动机所需的无功电流大部分由并联的电容器供给，从而减少输配电线路上的总电流，降低线路损耗。

若对该电动机的无功功率进行就地补偿，使其无功功率为Q2，视在功率为S2。这时我们可以看出，就地并联安装了一个Qc＝(Q1-Q2）的无功电容量以后，电动机从电源吸收的无功功率就由原来的Q1减到Q2，视在功率S2＜S1，功率因数得到提高。很显然，无功功率就地补偿后，就等于减少了线路输送的视在功率。。

2.2在给电动机选择补偿电容量时，根据电动机功率的大小，以及补偿前后的功率因数值进行如下选择：

即：Qc=Q1-Q2

Qc——补偿电容量

P——电动机功率

一般情况下，选择的补偿电容量，只要能够补偿0.9～0.95就可以了，不宜选择过高补偿，否则会使投资费用大幅度增加。

在选择补偿电容量时，如果无法确定电动机的运行功率因数值，也可以根据以下的经验公式进行选择：

即：Qc＝(1／4～1／3）P

这种选择一般可以达到补偿要求，而且不会出现过补偿的情况。

3.无功功率就地补偿的经济效益

从以上的分析中，我们了解到，电动机无功功率就地补偿后，实际上是节约了线路输送的视在功率，而视在功率转换为有功功率，就相当于节约了有功功率。

P——相当于节约的有功功率

S——节约的视在功率

P——电动机有功功率

S1——补偿前的视在功率

I1——补偿前线路电流

则其节电率为：

×100%＝11.76%

电流节约率：(I1-I2)/ I1×100%＝(105-94)/105×100%＝10.48%

电流节约率＜η说明补偿正确。

注意：电流节约率不等于节电率。

如果每年按运行250天计算，则年可节电为：

(1.73×380×105×0.85×0.1176×24×250)/1000

＝41400kWh

每kWh电价按0.5元计算，年可节约电费：

0.5×41400=20700元

每kVar电容量以55元的价格计算，投资回收期为：

T=(19×55×250)/(20700)=13天

可见，无功功率就地补偿，是一种投资少，见效快的节电措施，仅节约线损这一项，一般在一个月以内就可收回投资。

4.补偿电容器的安装位置及注意事项

4.1安装就地补偿电容器时，应把它并接到电动机控制接触器的负荷侧，或者电动机的进线端，使之与电动机一起投入一起停用。但对于Y-起动的电动机，应将补偿电容器的三个接线端子连接到电动机的D4、D5、D6三个端子上，使电动机在Y连接起动时，同时也将三相电容器短接起来，当起动完毕后，电动机进入连接运行时，电容器与电动机绕组并联，投入正常的运行。。

4.2安装补偿电容器的电动机，不能承受反转或反接制动。

4.3电动机仍在继续运转，并产生相当大的反电势时，不能再起动。。

4.4应避免电容器和电动机产生自激电压。

5.电动机无功功率就地补偿的应用范围

5.1长期连续运行的电动机，经常轻载或空载运行的电动机。

5.2离供电变压器距离较远的电动机，一般不小于10米。

5.3单台容量较大的电动机，一般高压电动机不小于90千瓦，低压电动机不小于5.5千瓦。

参考文献

[1]三相异步电动机经济运行. 国标(GB12497-1995).

[2]供配电系统设计规范. 国标(GB50052－1995).

第5篇：无功功率范文

[关键词]同步发电机无功功率摆动励磁系统

1.概述

山西铝厂热电分厂共有六台汽轮发电机，额定电压为6.3kV，额定容量分别为一期12MW三台;二期25MW三台。从1996年—2002年3#、4#、5#、6#机组多次出现发电机无功功率自然摆动，其最大摆幅8Mvar，给生产的组织和调整带来了很大的影响，为此通过多次的试验和分析，查找到了其无功摆动的原因，并提出了对发电机励磁系统改进的措施。

为分析机组无功功率自然摆动的原因，于2002年2月7日0点到24点，对5#、6#机组实施无功功率的24小时在线监测，其监测数据如表1、表2。

从上表可以看出，5#机组在0.36到20.33期间发生无功摆动;6#机组在0.20到19.50期间发生无功摆动，其他时间未摆动。6#机组在1.55无功功率由17Mvar自然降到10Mvar，摆动幅度7MVAR;在6.23无功功率由13Mvar自然上升到20Mvar，摆动幅度为7Mvar，并且无功功率已超过发电机的额定值。

在2002年4月10日13点由于4#机组紧急停机，5#机组无功功率由12Mvar直线下降到0，发电机定子电流最大摆到4000A，有功功率由25MW上升到26MW，“电压回路断线”信号出现，强励动作，励磁电压为30V，励磁电流为50A。检查磁场变阻器没有异常后手动调整增加无功负荷，恢复正常。4月12日11:58分，5号机无功功率由10Mvar降到0，其它参数正常。

2.发电机无功功率摆动理论分析

2.1电力系统中的无功功率

发、供电的质量指标主要表现为电压和频率。频率是由电力系统发电有功功率和有功负荷消耗的总电量来决定的;电压则是靠电力系统中无功功率平衡来维持的。如果电力系统中的无功功率严重短缺，则系统中的电压水平过低，使某个系统的母线电压运行在临界值以下时，母线电压有一微小的下降就会发生负荷消耗的无功功率增量大于系统向该点提供的无功功率增量，使无功缺额进一步增大，电压进一步下降，这种恶性循环将造成系统“电压崩溃”。电压崩溃后，大量电动机自动切除，某些发电机组失步，导致系统解列或大面积停电。

2.2无功功率平衡与电压水平的关系

ΣQGi=ΣQLj+ΣΔQΣk

式中:ΣQGi—无功电源向系统供应的无功功率;

i—无功电源的个数;

QLj—负荷所消耗的无功功率;j无功负荷的个数;

ΔQΣK—电力系统中变压器、线路中所损耗的无功功率;

图1无功功率平衡和电压水平关系

图1为电力系统无功负荷的静态电压特性，如果电力系统电压Ux运行在额定电压Ue，则系统无功负荷所消耗无功功率为Qe，则ΣQLj+ΣΔQΣk=Qe，如果电力系统中所有的无功电源发出无功功率总和ΣQGj也等于Qe，电力系统就会维持在额定电压运行。那么无功功率平衡关系则为ΣQGie=QLje+ΣΔQΣke(角标“e”表示运行在额定电压)。

如果系统中所有无功电源发不出Qe那么多无功功率，而只能发出Qa这么多,系统负荷就只能消耗Qa这么多。这时系统将运行在a点，系统电压Ux=Ua，系统负荷消耗的无功功率为Qa。则数学表达式即ΣQGia=ΣLja+ΣΔQΣka，角标“a”表示系统运行在a点。或者系统中所有无功电源发出的无功功率稍大于Qe为Qb，而系统中负荷消耗也达到了Qb这么多，则系统运行在b点。系统电压Ux=Ub，负荷消耗的无功功率为Qb，则数学表达式即ΣQGib=ΣQLib+ΣΔQΣkb，角标“b”表示系统运行在b点。电气规程要求系统正常运行的电压允许在Ux=Ue±5%Ue的范围内，所以a、e、c三点都是电力系统无功功率的平衡点，即系统可以稳定地在电压Ua、Ue、Ub下运行。因此要控制系统在额定电压下运行，就要控制系统中的无功电源发出的无功功率等于电力系统负荷在额定电压时所消耗的无功功率。如果这个“等式”关系不能满足，则电力系统就会偏离额定电压运行。当无功电源发出的无功功率偏离负荷在额定电压下所需消耗的无功功率过多时，作为无功电源的发电机就会出现无功功率摆动，电力系统电压就会过多地偏离额定电压。可见，维持电力系统电压在允许范围内是靠控制系统无功电源的出力来实现的。

2.3无功功率与发电机励磁电流的关系

电力系统在正常运行时，发电机励磁电流的变化主要影响电网的电压水平和并联运行机组间的无功功率分配。无功功率是通过调整励磁电流来实现对系统电压的平衡。

图2(a)同步发电机运行原理图(b)等值电路

(c)适量图(d)同步发电的外特性图

图2（a）是同步发电机的原理图，图中FLQ是励磁绕组，机端电压为Uf，电流为If。在正常情况下，流经FLQ的励磁通量电流为Ifd，由它所建立的磁场使定子产生的空载感应电势为Eq，改变Ifd的大小，Eq值就相应地改变。通过图2（b）的等值电路图，可以得出:

Uf+JIfxd=Eq

式中Xd——发电机直轴电抗。

根据图2（c）的矢量关系:Eqcosδ=Uf+Iwxd

式中δ——Eq与Uf间的相角，即发电机的功率角;

Iw——发电机的无功电流。

一般情况下δ的值很小，可近似为cosδ=1则上式可简化为Eq≈Uf+Iwxd。

从式中可以看出，同步发电机的外特性是下降的，当励磁电流Ifd一定时，发电机端电压Uf随无功负荷增大而下降。图2（d）说明，当无功电流为Iw1时，发电机端电压为额定值Ufe，励磁电流为Ifd1。当无功电流增到Iw2时，如果励磁电流不增加，则电压降至Uf2，可能满足不了运行要求，必须将励磁电流增大至Ifd2，才能维持端电压为额定值Ufe。同理，无功电流减小时，Uf也会上升，必须减小励磁电流。所以说，同步发电机发出的无功功率必须通过对励磁电流的调整，才能满足系统负荷对无功功率的需求，进而才能保证电力系统电压的稳定。

3.引起机组无功功率摆动的原因

3.1机组问题

3.1.11996年，三号机发生无功摆动以后，我们对直流励磁机进行空载试验，励磁机和励磁系统正常，9月份电机大修期间发电机转子返厂，最后检查为转子线圈有匝间短路现象。

3.1.22001年6月份，4号机因励磁机碳刷打火，换向器表面有烧伤，无功功率摆动频繁，最后检查确定励磁机转子有匝间短路现象。

3.1.32001年4月，5号机因无功功率摆动停机后，发现励磁机的换向器片间有短路现象。

3.1.42002年4月10日-12日，5号机两次出现无功功率直线下降为零，经停机检查，属换向器的片间出现瞬间短路所引起的。

3.2同步发电机无功功率的分配

汽轮发电机组发出的有功功率只受汽轮机调速系统的控制，与励磁电流的大小无关。故无论励磁电流如何变化，发电机的有功功率均为常数。发电机励磁电流的变化只是改变了机组的无功功率的大小。我厂发电机组并联运行的母线，属于直配母线，也就是发电机的出线直接与6kV配电室并联运行。改变其中一台发电机的励磁电流，不但影响它的电压和无功功率，而且也将影响与之并联运行机组的无功功率。由于多台机组并联运行，机组之间存在着抢带无功的现象，所以当系统出现无功缺额或无功过量时，总是存在着部分发电机抢带或抢甩无功的现象，而这种现象的发生使系统电压处于稳定状态，而另一部分发电机就出现无功缺额或无功过剩现象，最终反映出来的就是这一部分发电机的无功功率摆动。为了消除无功功率大幅度的摆动,只有调整励磁电流来维持本台发电机的无功平衡。

3.3电力系统扰动的因素

电力系统的负荷每时每刻都在发生变化，特别是大负荷的起动和停用，都对系统的有功功率和无功功率产生波动。我们厂处在山西电网的末端。在这个末端电网内电力系统有两个电厂，再加上我们的自备电厂总装机容量为1000MW左右，而运城地区的农业用电较多，工业用电较少，气候环境对电负荷的影响特别大，天阴下雨大面积甩负荷，天气干旱，又大量用电，以及我厂的同步电动机的起停，这就产生了系统的正常扰动。这种扰动就使发电机发出的有功功率和无功功率进行重新分配，于是出现无功功率的摆动。

3.4同步发电机励磁控制系统的应用

同步发电机励磁系统都带有自动控制调整装置，但是一些老机组和小机组因种种原因将自动控制系统退出运行，改为手动调整，我厂就属于这种。手动调整励磁有很多缺点，如调整时间不能及时把握;调整励磁电流的大小无法控制等等。更重要的是如果调整不及时会造成发电机失磁运行，或者在事故情况下造成系统“电压崩溃”。调整励磁就是调整励磁电流。同步发电机的励磁自动控制系统，就是解决并联运行机组之间的无功功率合理分配问题，同时通过不断地调节励磁电流来平衡系统的无功功率，进而维持机端电压为额定水平。随着微机控制的发展和应用，发电机的励磁自动控制系统不断地更新，自动化程度在不断地提高，性能也在不断地完善，这对我们能够及时发现发电机励磁系统的一次设备问题非常重要，并且能够彻底解决发电机的无功摆动问题。

4.结论

发电机的无功功率摆动是由于发电机励磁系统的一次设备线圈发生匝间短路或换向器片间短路所引起，这种短路在动态情况下能引起励磁电流发生变化，最终表现为无功功率摆动，这是一种不正常现象，应及时处理。

第6篇：无功功率范文

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<QGCN)，此时虽然系统中的无功功率也能平衡，但平衡条件所决定的电压水平为U，而U显然低于Un。在这种情况下，虽然可以采取某些措施，如改变某台变压器的变比来提高局部地区的电压水平，但整个系统的无功功率仍然不足，系统的电压质量得不到全面改善。这种平衡是系统无功功率不足时达到的平衡，是由于系统的电压水平下降，无功功率负荷本身具有的电压调节效应，使全系统的无功功率需求有所下降而达到的。

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’<Ua，说明负荷增加后，系统的无功功率电源已不能满足在电压Ua下的无功平衡，只能降低电压运行，以取得较低电压下的无功功率平衡；但如果系统无功电源比较充足，通过补偿，电源的无功特性将上移到曲线1’的位置，从而使曲线1’与2’的交点c所确定的负荷节点电压达到或接近原来的数值Ua。由此可见，若系统的无功功率电源比较充足，系统就能具有较高的运行电压水平;反之，系统的无功功率电源不足，则反映为系统运行电压水平偏低。因此，应该力求实现在额定电压下的系统无功功率平衡，根据这个要求来装设必要的无功功率补偿装置。

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）。

第7篇：无功功率范文

关键词： 无功功率补偿； 控制方式选择； 经济效益

中图分类号： TM761+.1 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2011）02-0047-02

1 无功功率补偿控制概述

1.1无功功率的产生和影响

在交流电力系统中，发电机在发有功功率的同时也发无功功率，它是主要的无功功率电源；运行中的输电线路，由于线间和线对地间的电容效应也产生部分无功功率，称为线路的充电功率，它和电压的高低、线路的长短以及线路的结构等因素有关。电能的用户（负荷）在需要有功功率（P）的同时还需要无功功率（Q），其大小和负荷的功率因数有关；有功功率和无功功率在电力系统的输电线路和变压器中流动会产生有功功率损耗（ΔP）和无功功率损耗（ΔQ），也会产生电压降落（ΔU）。无功功率在输电线、变压器中的流动会增加有功功率损耗和无功功率损耗以及电压降落；由于变压器、高压架空线路中电抗值远远大于电阻值，所以无功功率的损耗比有功功率的损耗大，并且引起电压降落的主要因素是无功功率的流动。

1.2无功补偿的作用

无功补偿可以收到下列的效益：①提高用户的功率因数，从而提高电工设备的利用率;②减少电力网络的有功损耗；③合理地控制电力系统的无功功率流动，从而提高电力系统的电压水平，改善电能质量，提高了电力系统的抗干扰能力；④在动态的无功补偿装置上，配置适当的调节器，可以改善电力系统的动态性能，提高输电线的输送能力和稳定性；⑤装设静止无功补偿器(SVS)还能改善电网的电压波形，减小谐波分量和解决负序电流问题。对电容器、电缆、电机、变压器等，还能避免高次谐波引起的附加电能损失和局部过热。

1.3无功补偿装置

除发电机和输电线外的无功电源主要有：①并联电容器组是一种静态的无功补偿装置。用它进行的补偿称为并联电容补偿。②同步调相机；③静止无功补偿器。后两者属于动态的无功补偿装置。

另外，在远方水电站和坑口火电厂等的出线母线上，长距离输电线的两侧线路上，以及长距离输电线的开关站等地方接有并联电抗器，也是一种无功补偿装置。用其进行的补偿称为并联电抗补偿。远方电站出口母线上的并联电抗器主要是吸收发电机所发的无功功率，以使发电机能运行在合理的功率因数下而又避免无功的长距离输送。长距输电级上配置的并联电抗器，主要是吸收线路空载和轻载时的充电功率，使沿线电压分布合理并降低工频稳态和暂态过电压。

鉴于电力生产的特点，用户用电功率因数的高低对发、供、用电设备的充分利用、节约电能和改善电压质量有着重要影响。为了提高用户的功率因数并保持其均衡，以提高供电用双方和社会的经济效益，特制定功率因数的标准值与功率因数调整电费。如表一。

2 补偿方式的选择

2.1 个别补偿

即在用电设备附近按其本身无功功率的需要量装设电容器组，与用电设备同时投入运行和断开，也就是再实际中将电容器直接接在用电设备附近。

适合用于低压网络，优点是补偿效果好，缺点是电容器利用率低。

2.2分组补偿

即将电容器组分组安装在车间配电室或变电所各分路出线上，它可与工厂部分负荷的变动同时投入或切除，也就是再实际中将电容器分别安装在各车间配电盘的母线上。

优点是电容器利用率较高且补偿效果也较理想（比较折中）。

2.3集中补偿

即把电容器组集中安装在变电所的一次或二次侧的母线上。在实际中会将电容器接在变电所的高压或低压母线上，电容器组的容量按配电所的总无功负荷来选择。

优点：是电容器利用率高，能减少电网和用户变压器及供电线路的无功负荷。

缺点：不能减少用户内部配电网络的无功负荷。实际中上述方法可同时使用。对较大容量机组进行就地无功补偿。

3 控制方式的选择

3.1个别补偿的控制方式

3.1.1 启动不频繁的设备

启动不频繁的设备可选择空气自动开关、熔断器作为保护设备

3.1.2启动较频繁的设备

启动较频繁的设备可选择FKA系列智能复合开关(投切间隔时间大于30s)、TSC动态投切开关。选型如表2、表3.

3.2分组补偿、集中补偿的电力电容器柜

装置中使用了交流接触器、投切专用交流接触器、可控硅功率模块、固态继电器、复合固态继电器等作为并联电容器的投切开关，由于并联电容器的投切开关对装置的性能具有决定性的影响，因而合理的选择投切开关就显得十分重要。

3.2.1交流接触器和投切专用交流接触器

交流接触器是传统的低压补偿并联电容器的投切开关，优点是成本低、控制简单、使用方便，缺点是投切时会产生较大的涌流和过电压，其大小与感性负载的大小(如变压器的短路容量)、阻抗、电容器的容量，交流接触器的性能有关。切除时易产生电弧，触点易于烧毁、寿命较短，不适用于频繁投切的场合。

电容器投切专用交流接触器是为了减轻涌流对交流接触器的影响而设计的，其与普通交流接触器的不同之处是将普通接触器触点加以改善，配上抑制投切电流的电阻，采用并联开关分步投切的方法，先合上带电阻的开关再合上不带电阻的开关来减少投切过程中产生的涌流和过电压。由于其只能降低投切过程中产生的涌流和过电压，并不能从根本上解决问题，在电容器容量相对较大时，仍然会产生很大的涌流，因而其应用仍然受到一定的限制。

由于上述两种交流接触器在应用于低压并联电容器投切时存在着不可克服的涌流问题和触点的烧蚀问题，对电容器和装置的寿命有较大的影响，所以其在电容器投切领域的应用越来越少，正逐步被功率电子开关所替代。但由于其价格低廉，在某些技术要求较低、电网波形畸变严重不适于应用电力电子开关的场合仍有使用，需安排人巡查、定时更换。

3.2.2 可控硅开关、固态继电器

反并联可控硅开关加上具有过零检测功能的驱动电路，即成为一个典型的具有“零压差”投入，零电流退出功能的电力电子投切开关，具有较高的dV/dt和dI/dt承受能力，可有效的抑制电容器投入时的浪涌电流和过电压的产生及退出时的拉弧电流。常规的做法是将反并联的可控硅模块外部配装专用的触发线路板。

投切专用的固态继电器是将上述开关的反并联的可控硅模块及外部配装专用的触发线路板的全部器件以固态继电器的标准封装形式封装在一个壳体内，内置阻容吸收，故结构紧凑，综合成本较低，外形上有方型或长条型以适合不同用户的联接需要。具有体积小、耐蚀防潮、安装使用方便等特点，是目前可控硅开关的常用封装形式。

上述两种电力电子投切开关的工作原理完全相同，都是以具有零检测功能的触发电路控制反并联的可控硅无触点开关。优点是投切电容器时“零压差"投入、零电流切除，实现无涌流或小涌流投切，提高了电容器寿命，无触点无拉弧，开关速度高、反应时间快，干扰小、体积小、耐腐蚀，寿命长、可靠性高，易于与计算机接口、适用于智能型无功控制器或配电综测仪对电网进行动态无功补偿和远程控制。另外可方便地实现单相分相补偿或三相共补。缺点是工作中功耗较大，使用时需加装散热器，成本也比适用交流接触器高许多。但由于其性能优越，应用者众多。

3.2.3复合投切开关、复合固态继电器

交流接触器投切开关压降小、发热少，但涌流大、寿命短，电力电子投切开关涌流小、寿命长，但压降高、功耗大、需要散热，各有优缺点。能否整合它们的优点，优势互补，制造出具有“零压差”投入、零电流切除、低压降保持特性的投切开关，科技人员采用电力电子开关负责控制电容器的投入和切除，交流接触器负责保持电容器投入后的接通的方法制造出了复合投切开关。这种投切开关同时具备了交流接触器和电力电子投切开关的优点，不但抑制了涌流，避免了拉弧，而且功耗较低，不再需要配备笨重的散热器和冷却风扇。尤其是复合固态继电器将复合投切开关集成一体，体积小、重量轻、性能优良，是低压无功自动补偿装置中并联补偿电容器的理想投切开关。

4补偿容量测量与计算

4.1测量方法

采用双钳相位表测量（以单相为例）A相电流、电压值以及电流电压角，譬如电流53A、电压224V、电压超前45°，则：

总功率S=I*U=53*224=11.87(kW)

有功功率P=I*U*COSΦ=53*224*COS45°=8.393(kW)

无功功率Q=I*U*SINΦ=53*224*SIN45°=8.393 (kva)

若将功率因数由目前的0.707分别提高到0.9和1需要并联多少千乏电容器， Q1=P*SINΦ/ COSΦ=8.393*0.43/.09=4.06(kva)

ΔQ=8.393-4.06=4.333(kva)

故：提高到0.9和1需要并联4.333和8.393千乏电容器，由上式可知功率因数由0.707提高到0.9需要4.333千乏功率因数由0.9提高到1需要4.06千乏。这说明功率因数由低提高到高投入容量较小，而由较高水平提高到更高则投入容量大。所以，要合理选择功率因数提高的水平。

4.2 根据电度表及负荷工作时间计算方法

已知：某工厂有功功率月耗电量15000kWh，月平均功率因数为0.65，30天日平均负荷工作时间为6小时。欲把功率因数提高到0.95，需配多大容量电容器。

平均有功功率P=15000/30*6=83.33kW

无功功率Q=P*tgφ=83.33*1.169=97.42(kav)

功率因数提高到0.95时，S=P/COSφ=83.33/0.95=87.72KVA

Q=S*SINφ=87.72*0.31=27.2(kva)

故补偿电容量ΔQ=97.42-27.2=70.22（kva）

5 无功补偿投资与经济效益

以上述为例，选择20kva，380V，50Hz电容器6只（每千乏10元），控制器一只（约700元），FKA系列智能复合开关6只（每只300元），控制屏一个（约1200元），共计4900元，每月无功功率调整电费15000*0.6*0.15=1350（元）

投资回收期（月）=4900/1350=4（月）

一般来说无功补偿投资回收期应小于2年为宜。

结语

随着电力电子技术的迅猛发展，造价低廉，控制精度高，稳定性好的可控硅开关、固态继电器、复合固态继电器将不断面世，为无功功率补偿的应用提供了更好的前景。大力推广无功功率补偿技术必将为企业带来良好的经济效益和创建节约型社会做出贡献。

参考文献：

[1] 钱平主编.交直流传动控制系统[M].北京:高等教育出版社，2007.

[2] 黄坚主编.自动控制原理极其应用[M].北京:高等教育出版社，2001.

[3] 刘春华主编.工业企业电器调整手册[M].北京：冶金工业出版社，2001.

第8篇：无功功率范文

一、无功功率补偿的作用

1、改善功率因数及相应地减少电费

根据国家水电部,物价局颁布的“功率因数调整电费办法”规定三种功率因数标准值,相应减少电费:

(1)高压供电的用电单位,功率因数为0.9以上。

(2)低压供电的用电单位,功率因数为0.85以上。

(3)低压供电的农业用户,功率因数为0.8以上。

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、我国电力系统无功补偿的现状

近年来,随着国民经济的跨越式发展,电力行业也得到快速发展,特别是电网建设,负荷的快速增长对无功的需求也大幅上升,也使电网中无功功率不平衡,导致无功功率大量的存在。目前,我国电力系统无功功率补偿主要采用以下几种方式:

1.同步调相机:同步调相机属于早期无功补偿装置的典型代表,它虽能进行动态补偿,但响应慢,运行维护复杂,多为高压侧集中补偿,目前很少使用。

2.并补装置:并联电容器是无功补偿领域中应用最广泛的无功补偿装置,但电容补偿只能补偿固定的无功,尽管采用电容分组投切相比固定电容器补偿方式能更有效适应负载无功的动态变化,但是电容器补偿方式仍然属于一种有级的无功调节,不能实现无功的平滑无级的调节。

3.并联电抗器:目前所用电抗器的容量是固定的,除吸收系统容性负荷外,用以抑制过电压。

以上几种补偿方式在运行中取得一定的效果,但在实际的无功补偿工作中也存在一些问题:

1.补偿方式问题:目前很多电力部门对无功补偿的出发点就地补偿,不向系统倒送无功,即只注意补偿功率因素,不是立足于降低系统网的损耗。

2.谐波问题:电容器具有一定的抗谐波能力,但谐波含量过大时会对电容器的寿命产生影响,甚至造成电容器的过早损坏;并且由于电容器对谐波有放大作用,因而使系统的谐波干扰更严重。

3.无功倒送问题:无功倒送在电力系统中是不允许的,特别是在负荷低谷时,无功倒送造成电压偏高。

4.电压调节方式的补偿设备带来的问题:有些无功补偿设备是依据电压来确定无功投切量的,线路电压的波动主要由无功量变化引起的,但线路的电压水平是由系统情况决定的,这就可能出现无功过补或欠补。

三、无功功率补偿技术的发展趋势

根据上述我国无功功率补偿的情况及出现的问题,今后我国的无功功率补偿的发展方向是:无功功率动态自动无级调节,谐波抑制。

1.基于智能控制策略的晶闸管投切电容器(TSC)补偿装置

将微处理器用于TSC,可以完成复杂的检测和控制任务,从而使动态补偿无功功率成为可能。基于智能控制策略的TSC补偿装置的核心部件是控制器,由它完成无功功率(功率因数)的测量及分析,进而控制无触点开关的投切,同时还可完成过压、欠压、功率因数等参数的存贮和显示。TSC补偿装置操作无涌流,跟踪响应快,并具有各种保护功能,值得大力推广。

2.静止无功发生器(SVG)

静止无功发生器(SVG)又称静止同步补偿器(STATCOM),是采用GTO构成的自换相变流器,通过电压电源逆变技术提供超前和滞后的无功,进行无功补偿,若控制方法得当,SVG在补偿无功功率的同时还可以对谐波电流进行补偿。其调节速度更快且不需要大容量的电容、电感等储能元件,谐波含量小,同容量占地面积小,在系统欠压条件下无功调节能力强,是新一代无功补偿装置的代表,有很大的发展前途。

3.电力有源滤波器

电力有源滤波器是运用瞬时滤波形成技术,对包含谐波和无功分量的非正弦波进行“矫正”。因此,电力有源滤波器有很快的响应速度,对变化的谐波和无功功率都能实施动态补偿,并且其补偿特性受电网阻抗参数影响较小。

电力有源滤波器的交流电路分为电压型和电流型。目前实用的装置90%以上为电压型。从与补偿对象的连接方式来看,电力有源滤波器可分为并联型和串联型。并联型中有单独使用、LC滤波器混合使用及注入电路方式,目前并联型占实用装置的大多数。

4.综合潮流控制器

第9篇：无功功率范文

关键词：无功功率补偿 的技术经济 特点

交流异步电机在工业与民用建筑系统中应用广泛。在民用范围中运行机械多为连续运行，不调速，操作不频繁的场合，如风机、水泵、冷冻机多为结构简单，易维护的异步电动机。在工矿企业中，不少电动机负荷率低，经常处于轻载或空载状态，功率因数普遍不高。负荷率低，则功率因数愈低，无功功率相对于有功功率的百分比更大，显著地浪费电能。因此对异步电动机采用无功功率补偿以提高功率因数，节约电能，减少运行费用，提高电能质量，符合我国节约能源的国策，同时亦给企业带来经济效益。

1　无功功率补偿的种类和特点

1.1　集中补偿

在高低压配电所内设置若干组电容器，电容器接在配电母线上，补偿供电范围内的无功功率，如图1所示。1.2　组合就地补偿(分散就地补偿)电容器接在高压配电装置或动力箱的母线上，对附近的电动机进行无功补偿，如图2所示。

1.3　单独就地补偿

将电容器装于箱内，放置在电动机附近，对其单独补偿。图3为电容器直接接在电动机端子上或保护设备末端，一般不需要电容器用的操作保护设备，称为直接单独就地补偿。图3a为经常操作者，采用接触器；为非经常操作者，采用空气断路器；为高压电容器直接单独就地补偿，宜采用真空开关。图4为不采用控制设备，由电动机控制开关操作，但电容器必须采用内装熔丝或另装熔断器。如采用控制设备，如图5所示，为控制式单独就地补偿，多用于降压起动或有可逆运行等有特殊操作要求的电动机。

2　无功功率补偿的作用

2.1　改善功率因数及相应地减少电费

根据国家水电部，物价局颁布的“功率因数调整电费办法”规定三种功率因数标准值，相应减少电费：

(1)高压供电的用电单位，功率因数为0.9以上。

(2)低压供电的用电单位，功率因数为0.85以上。

(3)低压供电的农业用户，功率因数为0.8以上。

根据“办法”，补偿后的功率因数以分别不超出0.95、0.94、0.92为宜，因为超过此值，电费并没有减少，相反初次设备增加，是不经济的。

2.2　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/( 3 U1cosφ1)，I2=P/( 3 U2cosφ2)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％。

2.3　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。

2.4　增加了供电功率，减少了用电贴费

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。对于新建项目来说，降低了变压器容量，减少了投资费用，同时也减少了运行后的基本电费。

3　就地补偿与集中补偿的技术经济分析

3.1　电容补偿在技术上应注意的问题

(1)防止产生自励。

采用电容器就地补偿电动机，切断电源后，电动机在惯性作用下继续运行，此时电容器的放电电流成为励磁电流，如果电容过补偿，就可使电动机的磁场得到自励而产生电压，如图6所示。因此，为防止产生自励，可按下式选用电容

QC=0.9 3UI0

(2)防止过电压。

当电容器补偿容量过大，会引起电网电压升高并会导致电容器损坏。我国并联电容器国标规定：“工频长期过电压值最多不超过1.1倍额定电压。”因此必须符合QC< 0.1Ss的条件。

(3)防止产生谐振。

(4)防止受到系统谐波影响。

对于有谐波源的供电线路，应增设电抗器等措施，使谐波影响不致造成电容器损坏。

3.2　两者比较

就地补偿较集中补偿，更具节能效果。

4　电容补偿控制及安装方式的选择

4.1　就地补偿与集中补偿的有关规定

(1)GB12497—90《三相异步电动机经济运行》第7.6条规定：50kW以上的电动机应进行功率因数就地补偿。

(2)GB3485—83《评估企业合理用电技术导则》第2.9条规定：100kW以上的电动机就地补偿无功功率。

(3)GB50052—95《供配电设计规范》第5.03及5.0.10规定。

(4)国外用电委员会法规与专业学报均有类似规定与刊载。

4.2　电容补偿方式的选择

采用并联电容器作为人工无功补偿，为了尽量减少线损和电压损失，宜就地平衡，即低压部分的无功宜由低压电容器补偿，高压部分的无功宜由高压电容器补偿。对于容量较大，负荷平稳且经常使用的用电设备的无功功率，宜就地补偿。补偿基本无功的电容器组宜在配变电所内集中补偿，在有工业生产机械化自动化程度高的流水线、大容量机组的场所，宜分散补偿。

4.3　电容器组投切方式的选择

电容器组投切方式分手动和自动两种。

对于补偿低压基本无功及常年稳定和投切次数少的高压电容器组，宜采用手动投切；为避免过补偿或轻载时电压过高，易造成设备损坏的，宜采用自动投切。高、低压补偿效果相同时，宜采用低压自动补偿装置。

4.4　无功自动补偿的调节方式

以节能为主者，采用无功功率参数调节；当三相平衡时，也可采用功率因数参数调节；为改善电压偏差为主者，应按电压参数调节；无功功率随时间稳定变化者，按时间参数调节。

5　电容补偿容量的选定

5.1　集中补偿容量确定

先进行负荷计算，确定有功功率P30和无功功率Q30，补偿前自然功率因数为cosφ1，要补偿到的功率因数为cosφ2。则

QC=αP30(tgφ1－tgφ2)

α为平均负荷因数。

5.2　电动机就地补偿电容器容量确定

就地补偿电容器容量选择的主要参数是励磁电流，因为不使电容器造成自励是选用电容器容量的必要条件。负载率越低，功率因数越低；极数愈多，功率因数越低；容量愈小，功率因数越低。但由于无功功率主要消耗在励磁电流上，随负载率变化不大，因此应主要考虑电动机容量和极数这两个参数，才能得到最佳补偿效果。可用式(4)计算。

6　结合工程实例谈电容补偿的应用

以某大型项目中能源中心为例，该项目设备装机容量约为21000多千瓦，其中高压电动机设备容量为5400多千瓦，其他低压设备容量为5000多千瓦。供电电源的电压等级为10kV。本着“节能、高效”的方针，初次尝试了采用燃汽轮机发电机组自发电，冷、热、电三联供，做到汽电共生，实现能源综合利用。经过经济分析，采用10kV作为高压电动机的供电电压等级，投资较省，同时亦减少变电环节，也就减少了故障点。根据负荷计算，共采用六路10kV电源，分别对高压电动机直配。

在这个项目中，高压电动机主要用于空调系统中的中央空调机组，以及主机的外部设备——冷冻水循环泵和冷却水循环泵多台设备。这些设备单机容量很大，离心机组单机最大达2810kW(共5台)，小的870kW(共4台)，冷冻水循环泵单机560kW(共9台)，冷冻水循环泵单机亦有380kW(共3台)，自然功率因数在0.8左右。如果在10kV配电室集中补偿电容，不采用高压无功自动补偿的话，如此大容量的电动机起、停会使10kV侧功率因数不稳定，有可能造成过补偿，引起系统电压升高。同时，从配电室至冷冻机房高压电动机的线路最近50m，最远140m，线路损耗相当可观，综合考虑到高压自动补偿元件、技术、价格均要求高，因此采用高压电容器就地补偿，与电动机同时投切。高压电容器组放置在电动机附近。这些电动机采用自耦降压起动方式，高压就地补偿装置以并联电容器为主体，采用熔断器做保护，装设避雷器用于过电压保护，串联电抗器抑制涌流和谐波。这样做，不仅提高了电动机的功率因数，降低了线路损耗，同时释放了系统容量，缩小了馈电电缆的截面，节约了投资。

对于低压设备，由二台1000kVA及二台1600kVA变压器配出，低压电机布置较分散，因此，在变电所变压器低压侧采用电容器组集中自动补偿。虽然一些低压电动机的容量也不小，就地补偿的经济效益亦有，但这些设备主要用于锅炉房和给排水设备，锅炉房的设备不如冷冻机房集中，环境较差，管理不便，因此，在低压配电室采用按功率因数大小自补偿是较合适的。