黃文俊2016/05/13目錄一、功率及功率因數介紹二、無功補償意義及方法1.1功率功率分三種:有功功率P、無功功率Q、視在功率S在三相交流負荷中，任何時候這三種功率都是同時存在的，電壓與電流之間的相位差(φ)的余弦叫做功率因數，用符號cosφ表示。三種功率和功率因素是一個直角功率三角形關系：S2=P2+Q2。視在功率

S=√3UI有功功率

P=√3UIcosφcosφ=P/S無功功率

Q=√3UIsinφsinφ=Q/S

相位差滯后相位差超前1.2有功功率有功功率（P）指在交流電路中一個周期內發出或負載消耗的瞬時功率的積分的平均值（或負載電阻所消耗的功率），因此也稱平均功率。平常泛指將電能轉換為其他形式能量(機械能、光能、熱能)的電功率，以字母P表示，單位主要有瓦(W)、千瓦(kW)、兆瓦(MW)有功功率與電壓、電流間的關系：P=UIcosφ式中，U、I分別為正弦交流電的有效值，φ為電壓與電流信號的相位差，測量有功功率的儀表稱為有功功率表，簡稱有功表1.3無功功率無功功率（Q）在交流電路中，具有電感（電容）的電路里，電感（電容）在半周期的時間里把電源的能量變成磁場（電場）的能量貯存起來，在另外半周期的時間里又把貯存的磁場（電場）能量送還給電源，它們只是與電源進行能量交換，并沒有真正消耗能量，我們把與電源交換能量的振幅值叫做無功功率，以字母Q表示，主要單位乏(var)、千乏(Kvar)，它是在電氣設備中建立和維持磁場和電場的電功率，它與電壓、電流間的關系：Q=UIsinφsinφ=Q/S。測量無功功率的儀表稱為無功功率表，簡稱無功表無功功率是能否取消？由于無功功率對外不做功，才被稱之為"無功"。無功功率決不是無用功率，它的用處很大。凡是有電磁線圈的電氣設備，都要消耗無功功率。電動機需要建立和維持旋轉磁場，使轉子轉動，從而帶動機械運動，電動機的轉子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的。變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產生磁場，在二次線圈感應出電壓。因此，沒有無功功率，電動機就不會轉動，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會吸合。如果電網中的無功功率供不應求，用電設備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場，那么這些用電設備就不能維持在額定情況下工作，用電設備的端電壓就要下降，從而影響用電設備的正常運行。1.3無功功率-續視在功率（S）是指交流電路中電壓的有效值和電流的有效值的乘積，以字母S表示。通常用視在功率表示變壓器等設備的容量，常用單位為伏安(VA)和千伏安(KVA)。視在功率與電壓、電流間的關系為：S=UI視在功率與有功、無功間的關系為：S2=P2+Q2可以用功率三角形來表示，它是一個直角三角形，兩直角邊分別為Q與P，斜邊為S，S與P之間的夾角Ф為功率因數角，它反映了該交流電路中電壓與電流之間的相位差（角）

1.4視在功率1.5功率因數功率因數(cosφ)在交流電路中，電壓與電流之間的相位差(Φ)的余弦叫做功率因數，用符號cosΦ表示，功率因數是電力系統的一個重要的技術數據，它是衡量電氣設備效率高低的一個系數。功率因數低，說明電路用于交變磁場轉換的無功功率大，從而降低了設備的利用率，增加了線路供電損失。從數值上來講，功率因數是有功功率和視在功率的比值，即：cosΦ=P/S測量功率因數的儀表稱為功率因數表1.5功率因數-續功率因數(cosφ)在交流電路中，電壓與電流之間的相位差(Φ)的余弦叫做功率因數，用符號cosΦ表示，功率因數是電力系統的一個重要的技術數據，它是衡量電氣設備效率高低的一個系數。功率因數低，說明電路用于交變磁場轉換的無功功率大，從而降低了設備的利用率，增加了線路供電損失。從S2=P2+Q2來看，如果Q的kvar的值為零的話，kVA就會與kW相等，那么供電局供出來的1kVA的電就等于用戶1kW的消耗，此時成本效益最高，所以功率因數是供電局非常在意的一個系數。用戶如果沒有達到理想的功率因數，相對地就是在消耗供電局的資源，所以這也是為什么功率因數是一個法規的限制。就國內而言功率因數規定是必須介于電感性的0.9～1之間，低于0.9時需要接受處罰2.1提高功率因數的作用1.提高供電質量，改善設備運行條件，保證設備在正常條

件工作，有利于安全生產；2.節約電能，降低企業的生產成本，減少電費開支。如避

免因功率因數低于規定值而受罰；減少內部傳輸和分配

無功功率造成的有功功率損耗；3.提高企業用電設備的利用率，充分發揮企業的設備潛力；4.減少供電線路的功率損失，提高電網輸電效率；5.使發電機能做出更多的有功功率。2.1提高功率因數的作用無功補償應遵循的基本原則：

1.提高用電單位的自然功率因數；

2.全面規劃,合理布局,分級補償,就地平衡；

3.集中補償與分散補償相結合,以分散補償主；

4.高壓補償與低壓補償相結合,以低壓補償為主；

5.與降損相結合，以降損為主的原則。2.2提高功率因數的方法方法1：提高自然功率因數（優先）1.正確選用異步電動機的型號與容量2.根據負荷選用相匹配的變壓器3.合理安排和調整工藝流程4.異步電動機同步化運行2.2提高功率因數的方法1.正確選用異步電動機的型號與容量據統計,我國中小型異步電動機的用電負荷約占電網總負荷的80%以上,電動機耗能占整個工業用電量的60%～68%左右，做好電動機的降損節能具有十分重要的經濟意義。正確選用異步電動機,使其額定容量與所帶負載相配合,對于改善功率因數是十分重要的。在選型方面,要注意選用節能型,淘汰高能耗的電動機,并依據電機機械工作對啟動力矩、啟動次數、調速等方面的具體要求,選用不同的型號。電動機的效率η與功率因數cosφ是反映電動機經濟運行水平的主要指標

當負載率β在70%～100%之間時，為經濟運行區；

當40%≤β≤70%時，為一般運行區；

當β<40%時，為非經濟運行區。2.2提高功率因數的方法2.根據負荷選用相匹配的變壓器電力變壓器一次側功率因數不但與負荷的功率因數有關，而且與負荷率有關，若變壓器滿載運行，一次側功率因數僅比二次側降低約3～5%；若變壓器輕載運行，當負荷小于0.6時,一次側功率因數就顯著下降,下降達11～18%，所以電力變壓器的負荷率在0.6以上運行時才較經濟,一般應在60%～70%比較合適，所以為了充分利用設備和提高功率因數,電力變壓器不宜作輕載運行。當電力變壓器負荷率小于30%且有多臺變壓器可聯絡運行時，應停用部分設備，采用聯絡方式供電，如無條件，應更換成容量較小的變壓器。2.2提高功率因數的方法3.合理安排和調整工藝流程通過合理安排和調整工藝流程和時間，改善電機設備的運行狀態,限制電焊機和機床電動機的空載運行。

例如可采用空載自動延時斷電裝置流程等2.2提高功率因數的方法4.異步電動機同步化運行對于負荷率不大于0.7及最大負荷不大于90%額定功率的繞線式異步電動機，必要時可使其同步化，即當繞線式異步電動機在起動完畢以后，向轉子三相繞組中送入直流勵磁,即產生轉矩把異步電動機牽入同步運行，其運轉狀態與同步電動機相似，在過勵磁的情況下，電動機可向電網送出無功功率,從而達到改善功率因數的目的。2.2提高功率因數的方法方法2：人工補償無功功率-補償技術的發展同步調相機→開關投切固定電容→靜止無功補償器SVC

→靜止無功發生器SVG（STATCOM）(最新)幾個不同階段各種無功設備各自特點如下：

1.同步調相機：響應速度慢，噪音大，損耗大，技術陳舊，

屬淘汰技術；

2.開關投切固定電容：慢響應補償方式，連續可控能力差；

3.靜止無功補償器(SVC)：目前相對先進實用技術，在輸配電

電力系統中得到了廣泛應用；

4.靜止無功發生器（SVG）：目前有技術上局限性，屬少數示范

工程階段，但SVG是一種更為先進的新型靜止型無功補償裝置，

是靈活柔性交流輸電系統（FACTS）技術和定制電力（CP）技

術的重要組成部分，是未來無功功率補償裝置的發展方向2.2提高功率因數的方法電容補償無功功率原理電流在電感元件中作功時，電流滯后于電壓90°，而電流在電容元件中作功時，電流超前電壓90°，在同一電路中，電感電流與電容電流方向相反，互差180°，如果在電感元件電路中有比例地安裝電容元件，使兩者的電流相互抵消，使電流的矢量與電壓矢量之間的夾角縮小，相應的功率因數就得到提高。由于無功補償設備投資及本身也要消耗一定的能耗，所以說這是一種折中的提高功率因數的方法。2.2提高功率因數的方法電容補償無功功率分類按安裝地點分類

1.高壓集中補償2.低壓分組補償3.低壓就地補償按補償原理分類

1.串聯電容補償2.并聯電容補償3.自動投切補償

2.2提高功率因數的方法1.高壓集中補償

將高壓電容器組集中裝設在工廠變配電所的6~10kV母線

上，它只能補償6~10kV母線前線路的無功功率2.低壓分組補償

在配電變壓器低壓側和用戶車間配電屏安裝并聯補償

電容器，根據功率因數大小自動投切3.低壓就地補償

在單臺設備處安裝并聯電容器，隨設備同步工作2.2提高功率因數的方法1.串聯電容補償串聯補償主要用于輸電、配電線路，將電容器與線路串聯，以改變線路參數、減少線路的電壓損失、提高線路末端的電壓水平、減少網絡的功率損耗和提高輸送能力2.并聯電容補償電力系統中的，利用容性負載電流超前電壓角度，感性負載電流滯后電壓角度的特點，在系統中并聯電容器以抵消電感電流3.自動投切補償

自動補償是將并聯電容器的固定補償方式采用自動控制，以調整和適應無功需求的實時變化。自動補償能克服固定補償的缺點，優化無功補償的效果，提高無功補償的能力，實現無功補償的平滑調節2.3提高功率因數的設備1.補償控制設備（功率因數控制器）2.3提高功率因數的設備2.無功補償設備（電容器）

2.3提高功率因數的設備3.配套設備（專用接觸器、熔斷器、配電柜等）

靜止無功補償器（SVC）于20世紀70年代興起，現在已經發展成為很成熟的FACTS裝置，其被廣泛應用于現代電力系統的負荷補償和輸電線路補償（電壓和無功補償），在大功率電網中，SVC被用于電壓控制或用于獲得其它效益，如提高系統的阻尼和穩定性等；這類裝置的典型代表有：晶閘管控制電抗器（TCR）和晶閘管投切電容器（TSC）它不再采用大容量的電容器，電感器來產生所需無功功率，而是通過電力電子器件的高頻開關實現對無功補償，特別適用于中高壓電力系統中的動態無功補償。靜止無功補償器是一種沒有旋轉部件，快速、平滑可控的動態無功功率補償裝置。它是將可控的電抗器和電力電容器（固定或分組投切）并聯使用。電容器可發出無功功率（容性的），可控電抗器可吸收無功功率（感性的）。通過對電抗器進行調節，可以使整個裝置平滑地從發出無功功率改變到吸收無功功率（或反向進行），并且響應快速。名詞解釋STATCOM-（StaticSynchronousCompensator,簡稱STATCOM）即靜止同步補償器，是當今無功補償領域最新技術的代表，屬于靈活柔性交流輸電系統（FACTS）的重要組成部分。STATCOM并聯于電網中，相當于一個可控的無功電源，其無功電流可以快速地跟隨負荷無功電流的變化而變化，自動補償電網系統所需無功功率，對電網無功功率實現動態無功補償。STATCOM可在如下幾個方面改善電力系統的性能：（1）輸電和配電系統中的動態電壓控制；（2）輸電系統中功率振蕩的阻尼；（3）暫態穩定性；（4）電壓閃變的控制；（5）如具有直流電源，不但可以控制無功功率，而且根據需

要也可以控制所連線路上的有功功率。名詞解釋FACTS-FlexibleAlternativeCurrentTransmissionSystems，也叫柔性交流輸電系統是綜合電力電子技術、微處理和微電子技術、通信技術和控制技術而形成的用于靈活快速控制交流輸電的新技術。柔性交流輸電系統的主要優點：1.能在較大范圍有效地控制潮流（潮流指電網的有功無功流向，主要指變電站和電廠之間）；2.線路的輸送能力可增大至接近導線的熱極限，例如：一條500kV線路的安全送電極限為1000~2000MW，線路的熱極限為3000MW，采用FACTS技術后，可使輸送能力提高50%~100%；3.備用發電機組容量可從典型的18%減少到15%，甚至更少；4.電網和設備故障的危害可得到限制，防止線路串級跳閘，以避免事故擴大；5.易阻尼消