无功补偿的意义及原理

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1、四、无功补偿的意义及原理人们对有功功率的理解非常容易，而要深刻认识无功功率却并不轻而易举的。在正弦电路中，无功功率的概念是清楚的，而在含有谐波时，至今尚无公认的无功功率定义。但是，对无功功率这一概念的重要性和无功补偿重要性的认识，却是一致的。无功功率应包含对基波无功功率的补偿和对谐波无功功率的补偿。无功功率对供电系统和负荷的运行都是十分重要的。电力系统网络元件的阻抗主要是电感性的。因此，粗略地说，为了输送有功功率，就要求送电端和受电端有一相位差，这在相当宽的范围内可以实现。而为了输送无功功率，则要求两端电压有一幅值差，这只能在很窄的范围内实现。不仅大多网络元件消耗无功功率，大多数负载也

2、需要消耗无功功率。网络元件和负载所需要的无功功率必须从网络中某个地方获得。显然，这些无功功率如果都要由发电机提供并经过长距离传送是不合理的，通常也是不可能的。合理的方法应是在需要消耗无功功率的地方产生无功功率，这就是无功补偿。无功补偿的作用主要有以下几点：（1）提高供用电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗；（2）稳定受电端及电网的电压，提高供电质量。在长距离输电线路合适的地点设置动态无功补偿装置，还可以改善输系统的稳定性，提高输电能力；（3）在电气化铁道等三相负载不平衡的场合，通过适当的无功补偿可以平衡三相的有功及无功负载。（一）．无功补偿的物理意义无功功率只是描述了能量

3、交换的幅度，而并不消耗功率。图中的单相电路就是这方面的一个例子，其负载为一阻感负载。电阻消耗有功功率，而电感则在一周期内的一部分时间把从电源吸收的能量储存起来，另一部分时间再把储存的能量向电源和负载释放，并不消耗能量。无功功率的大小表示了电源和负载电感之间交换能量的幅度。电源向负载提供这种功率是阻感负载内在的需要，同时也对电源的输出带来一定的影响。下图是带有阻感负载的三相电路，为了和上图对照，假设u、R、L的参数均和上图相同，且为对称三相电路。这时无功功率的大小当然也表示了电源和负载电感之间能量交换的幅度。无功能量在电源和负载之间来回流动。同时可以证明，各相的无功功率分量（uir）的瞬

4、时值之和在任一时刻都为零。因此，也可以认为无功能量是在三相之间流动的。这种流动是通过阻感负载进行的。（二）无功补偿的原理在实际电力系统中，大部分负载为异步电动机，包括异步电动机在内的绝大部分电气设备的等效电路可看作电阻R与电感L串联的电路，其功率因数为式中将R、L电路并联再接入电容C之后，电路如下图（a）所示。该电路的电流方程为：由下图的相量图可知，并联电容后电压U与电流I的相位差变小了，即供电回路的功率因数提高了。此时供电电流I的相位滞后于电压U，这种情况称为欠补偿。图并联电容补偿无功功率的电路和相量图（a）电路；（b）相量图（欠补偿）；（c）相量图（过补偿）若电容C的容量过大，使得

5、供电电流I的相位超前于电压U，这种情况称为过补偿，其相量图如图（c）所示。通常不希望出现过补偿的情况，因为这会引起变压器二次电压的升高，而且容性无功功率在电力线路上传输同样回增加电能损耗，如果供电线路电压因此而升高，还会增大电容器本身的功率损耗，使温升增大，影响电容器的寿命。二.增加无功补偿：当电力网中某一点增加无功补偿量后，从该点至电源所有串接的线路及变压器中的无功潮流都将减少，从而使该点以前串接的电能损耗减少，达到了降损节电和改善电能质量的目的。无功补偿对于需要集中补偿的可按无功经济当量来选择补偿点和补偿容量，对于用电客户可按提高功率因数的原则进行无功补偿，补偿分布首先考虑调压的要

6、求，闭免无功长距离传输，补偿设备的配置要按照“分级补偿，就地平衡”的原则进行规划，就是要做到那里有无功负荷就在那里安装无功补偿装置，但要考虑它的经济性，无功补偿通常不希望出现过补偿，因为这样会使变压器二次电压升高且容性无功功率在电力线路上传输同样会增加电能损耗，也就是用电设备倒送无功功率到电网，这种情况绝大多数是电网无功过剩引起的，它可能将对电网造成过电压的危害，这样就要求安装电抗器，就进吸收无功，但还是要考虑经济投资。在电力系统中，无功要保持平衡，否则，将降低系统的电压下降，严重时，会导致设备损坏，系统解列。此外，网络的功率因数和电压的降低，使电气设备得不到充分利用，促使网络传输能力

7、下降，损耗增加。因此，解决好网络补偿问题，对改善电压质量、提高功率因数及降低系统损耗和提高系统供电效率有极为重要的意义。下面对无功作一介绍：电力系统中的无功损耗，主要包括变压器中的无功功率损耗、输电线路上的无功功率损耗、晶闸管控制电路中吸收的无功功率及感性无功补偿设备所吸收的无功功率等。一.电力系统中的无功负荷及无功损耗：1.变压器中的无功功率损耗包括两部分：（1）励磁支路上的无功功率损耗，基本上可以认为是与变压器负荷无关的空载损耗，数值上约与