无功补偿的作用
无功功率在电力系统中的重要作用
实用资料 2008-03-08 20:34 阅读135 评论2 字号： 大大 中中 小小 随着工业的发展，电能成为现代工业的主要能源，电能质量的好坏，直接影响到工业设备的运行及企业的经济效益、社会效益等，为用户提供安全、可靠、稳定、、高效的电能是十分重要的。在电力系统的运行过程中，通常用功率因数来衡量电网运行的效率，功率因数的大小，反映了电网系统中电源输出的视在功率中有功功率的有效利用的程度。为了提高电网系统中电能输送质量，希望功率因数越大越好，往往忽视了无功功率在电网中的重要作用。
无功功率
在电网对用户输电的过程中，电网要提供给负载的电功率有两种：有功功率和无功功率。有功功率（p)是指保持设备运转所需要的电功率，也就是将电能转化为其它形式的能量（机械能，光能，热能等）的电功率；而无功功率（Q）是指电气设备中电感、电容等元件工作时建立磁场所需的电功率。
无功功率比较抽象，它主要用于电气设备内电场与磁场的能量交换，在电气设备（电路系统）中建立和维护磁场的功率。它不表现对外做功，由电能转化为磁能，又由磁场转化为电能，周而复始，并无能量损耗。特别指出的是无功功率并不是无用功，只是它不直接转化为机械能、热能为外界提供能量，作用却十分重要。
电机运行需要旋转磁场，就是靠无功功率来建立和维护的，有了璇转的磁场，才能使转子转动，从而带动机械的运行。变压器也需要无功功率，才能使一次线圈产生磁场，二次线圈感应出电压，凡是有电磁线圈的电气设备运行都需要建立磁场，然而建立及维护磁场消耗的能量都来自无功功率，没有无功功率电机不能转动、变压器不能运行、电抗器不能工作、继电器不会动作，所有设备中的磁场无法建立，电气设备也就不会运行。因此供电系统中除了对用户提供有功功率，还要提供无功功率，两者缺一不可，否则电气设备将无法运行。
功率因数
电网的电力负荷中的电气设备都是由电感、电容、电阻等元件组合而成，既有感性负载又有容性负载如电机、变压器、电抗器等，感性负载的电压与电流的相量间存在一个相位差，通常用相位角的余弦cosφ来表示，cosφ称为功率因数
式中 cosφ-功率因数，P-有功功率，KW; Q-无功功率，KVar; s-视在功率，KVA;
功率因数的大小，反映了电网系统中电源输出的视在功率的有效利用程度，为了提高电网系统中电能输送质量，希望功率因数越大越好。如功率因数过小，会降低发电机有功功率的输出、降低变电设备有功功率的供电能力、使输电线损耗变大，同时还会造成电气设备容量得不到充分发挥。但电气设备运行建立磁场需要大量的无功功率，我们通常用无功补偿的方式来满足上述条件，只有这样才能即为设备提供足够的无功功率，又能保持较高的功率因数。
无功补偿原理
电气设备的运行即要从电源取得有功功率，同时还需要取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，因此电气设备就无法维持在额定磁场状态下工作，用电设备两端电压就会下降，影响到电气设备的运转。如果从发电机和高压输电线路来供给设备大量的无功功率，则使功率因数变得很小，有功功率供给也会远远满足不了负荷的需要。同时还会造成供电质量的下降，所以从发电机和高压输电线路来供给设备的无功功率是不合理的。这就需要在电网增加无功补偿设备来补偿无功率，以保证电气设备的运行，可见在电网中进行无功补偿是十分必要的。
无功补偿的基本原理是把具有容性功率的负荷设备与感性功率的负荷的设备并联在同一电路中，当感性设备吸收能量时，容性设备就放出能量，能量就在这两种负荷间转换，这样感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率来补偿。
无功功率的补偿方式主要有以下几种：低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿这三种补偿方式各有各的特点，可根据补偿要求及经济的合理性来进行选择补偿方式。同时电机的空载运行、变压器的空载运行和低负荷运行及电网中输送的电压过高都会消耗过多的无功功率，直接影响到功率因数。在电气设备的运行时要尽量避免在上述状态下运行。
无功电源
无功功率在感性电路中和容性电路工作都必需的，在电路系统中，当电路表现为感性时，电路吸收无功功率，电流滞后于电压，当电路表现为容性时，电路放出无功功率，电流超前于电压。因此电网系统中有感性无功功率和容性无功功率，而电力系统中最大的负荷是感性的，所以我们通常将吸收感性无功功率的负荷称为“无功负荷”；而将吸收容性无功功率的功率设备称为“无功电源，也就是在电力系统中能提供容性无功功率负荷的设备，通常说的无功补偿设备。无论是感性无功功率还是容性无功功率，他们仅在电流与电压超前和滞后，性质是相同的都是建立的维护磁场。从无功补偿原理我们可以看出感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率来补偿。
在电力系统中通常应用的无功电源主要有同步电机、静电电容器、静止无功补偿器以及无功发生器。可根据用户的要求来选择合理的无功电源，所以说无功补偿主要作用就是吸收或供给适度的无功功率，从而提高了功率因数，以改善交流电力系统的供电质量。
无功补偿的作用
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系统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传输，相应减小了线路的电压损耗，提高了配电网的电压质量。无功补偿应根据分级就地和便于调整电压的在原则进行配置。集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主；调压与降损相结合；并且与配电网建设改造工程同步规划、设计、施工、同步投运。无功补偿的作用具体体现在：
1， 提高电压质量
配电网中无功补偿设备的合理配置，与电网的供电电压质量关系十分密切。合理安装补偿设备可以改善电压质量。由于越靠近线路末端，线路的电抗X越大，因此，越靠近线路末端装设无功补偿装置效果越好。
2， 降低电能损耗
安装无功补偿主要是为了降损节能，如输送的有功功率P为定值，加装无功补偿设备后功率因数由cos∮提高到cos∮1，因为 P＝UIcos∮，负荷电流I与cos∮成反比，又由于P＝I2R,线路有功损耗就成倍降低。反之当负荷的功率因数从1降低到cos∮时，电网元件中功率损耗将增加的百分数为△PL%，计算公式如下：
△PL%＝(1/cos2∮－1)×100%
3， 提高发供电设备运行效率
（1） 在设备容量不变的条件下，由于提高了功率因数可以少送无功功率，因此可以多送有功功率。可多送的有功功率△P可由下式计算，其中P1为补偿前的有功功率
△ P＝P1－P＝S(cos∮1－cos∮)
（2） 如需要的有功不变，则由于需要的无功减少，所需配电变压器容量△S也相应减少。即
△S＝S－S1＝P[(1/cos∮)－(1/cos∮1)]
可减少的供电设备容量占原容量的百分比为△S/S。即
△S/S＝（cos∮1－cos∮）/cos1∮＝1－(cos∮/cos∮1)
（3） 安装无功补偿设备，可使发电机多发有功功率。系统采取无功补偿后，使无功负荷降低，发电机就可少发无功，多发有功，充分达到铭牌出力。
4， 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。 原创文章："http://www.cntronics.com/public/tool/kbview/kid/1695/cid/1"
【请保留版权，谢谢！】文章出自电子元件技术网。