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2018
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01
漲知識 | 精解無功補償的(de)原理、作用及專業術語大(dà)全
一(yī / yì ／yí)、功率的(de)概念 功率（英語：power）是(shì)單位時(shí)間内做功的(de)大(dà)小或能量轉換的(de)大(dà)小。 1、視在(zài)功率：視在(zài)功率是(shì)指發電機發出(chū)的(de)總功率，其中可以(yǐ)分爲(wéi / wèi)有功部分和(hé / huò)無功部分。 2、有功功率：有功功率是(shì)保持用電設備正常運行所需的(de)電功率，也(yě)就(jiù)是(shì)将電能轉換爲(wéi / wèi)其他(tā)形式能量（機械能、光能、熱能）的(de)電功率。 3、無功功率：是(shì)用于(yú)電路内電場與磁場的(de)交換，并用來(lái)在(zài)電氣設備中建立和(hé / huò)維持磁場的(de)電功率，它不(bù)對外
一(yī / yì ／yí)、功率的(de)概念
功率（英語：power）是(shì)單位時(shí)間内做功的(de)大(dà)小或能量轉換的(de)大(dà)小。
1、視在(zài)功率：視在(zài)功率是(shì)指發電機發出(chū)的(de)總功率，其中可以(yǐ)分爲(wéi / wèi)有功部分和(hé / huò)無功部分。
2、有功功率：有功功率是(shì)保持用電設備正常運行所需的(de)電功率，也(yě)就(jiù)是(shì)将電能轉換爲(wéi / wèi)其他(tā)形式能量（機械能、光能、熱能）的(de)電功率。
3、無功功率：是(shì)用于(yú)電路内電場與磁場的(de)交換，并用來(lái)在(zài)電氣設備中建立和(hé / huò)維持磁場的(de)電功率，它不(bù)對外作功，而(ér)是(shì)轉變爲(wéi / wèi)其他(tā)形式的(de)能量。凡是(shì)有電磁線圈的(de)電氣設備，建立磁場，就(jiù)要(yào / yāo)消耗無功功率。無功功率不(bù)做功，但要(yào / yāo)保證有功功率的(de)傳導必須先滿足電網的(de)無功功率。
二、需要(yào / yāo)無功補償的(de)原因
在(zài)正常情況下，用電設備不(bù)但要(yào / yāo)從電源取得有功功率，同時(shí)還需要(yào / yāo)從電源取得無功功率。如果電網中的(de)無功功率供不(bù)應求，用電設備就(jiù)沒有足夠的(de)無功功率來(lái)建立正常的(de)電磁場，這(zhè)些用電設備就(jiù)不(bù)能維持在(zài)額定情況下工作，用電設備的(de)端電壓就(jiù)要(yào / yāo)下降，從而(ér)影響用電設備的(de)正常運行。
但是(shì)從發電機和(hé / huò)高壓輸電線供給的(de)無功功率遠遠滿足不(bù)了(le／liǎo)負荷的(de)需要(yào / yāo)，所以(yǐ)在(zài)電網中要(yào / yāo)設置一(yī / yì ／yí)些無功補償裝置來(lái)補充無功功率，以(yǐ)保證用戶對無功功率的(de)需要(yào / yāo)，這(zhè)樣用電設備才能在(zài)額定電壓下工作。無功補償是(shì)把具有容性功率負荷的(de)裝置與感性功率負荷并聯接在(zài)同一(yī / yì ／yí)電路，能量在(zài)兩種負荷之(zhī)間相互交換，這(zhè)樣，感性負荷所需要(yào / yāo)的(de)無功功率可由容性負荷輸出(chū)的(de)無功功率補償。
三、無功補償的(de)一(yī / yì ／yí)般方法
無功補償通常采用的(de)方法主要(yào / yāo)有3種：低壓個(gè)别補償、低壓集中補償、高壓集中補償。下面簡單介紹3種補償方式的(de)适用範圍及使用該種補償方式的(de)優缺點。
（1）低壓個(gè)别補償
低壓個(gè)别補償就(jiù)是(shì)根據個(gè)别用電設備對無功的(de)需要(yào / yāo)量将單台或多台低壓電容器組分散地(dì / de)與用電設備并接，它與用電設備共用一(yī / yì ／yí)套斷路器，通過控制、保護裝置與電機同時(shí)投切。随機補償适用于(yú)補償個(gè)别大(dà)容量且連接運行（如大(dà)中型異步電動機）的(de)無功消耗，以(yǐ)補勵磁無功爲(wéi / wèi)主。低壓個(gè)别補償的(de)優點是(shì)：用電設備運行時(shí)，無功補償投入，用電設備停動時(shí)，補償設備也(yě)退出(chū)，因此不(bù)會造成無功倒送，具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護簡單、事故率低等優點。
（2）低壓集中補償
低壓集中補償是(shì)指将低壓電容器通過低壓開關接在(zài)配電變壓器低壓母線側，以(yǐ)無功補償投切裝置作爲(wéi / wèi)控制保護裝置，根據低壓母線上(shàng)的(de)無功負荷而(ér)直接控制電容器的(de)投切，電容器的(de)投切是(shì)整組進行，做不(bù)到(dào)平滑的(de)調節。低壓補償的(de)優點：接線簡單、運行維護工作量小，使無功就(jiù)地(dì / de)平衡，從而(ér)提高配變利用率，降低網損，具有較高的(de)經濟性，是(shì)目前無功補償中常用的(de)手段之(zhī)一(yī / yì ／yí)。
（3）高壓集中補償
高壓集中補償是(shì)指将并聯電容器組直接裝在(zài)變電所的(de)6～10KV高壓母線上(shàng)的(de)補償方式。适用于(yú)用戶遠離變電所在(zài)供電線路的(de)末端，用戶本身又有一(yī / yì ／yí)定的(de)高壓負荷時(shí)，可以(yǐ)減少對電力系統無功的(de)消耗并可以(yǐ)起到(dào)一(yī / yì ／yí)定的(de)補償作用；補償裝置根據負荷的(de)大(dà)小自動投切，補償效益高。
四、無功補償裝置的(de)分類
無功補償有很多種燈類：從補償的(de)範圍劃分可以(yǐ)分爲(wéi / wèi)負荷補償與線路補償，從補償的(de)性質劃分可以(yǐ)分爲(wéi / wèi)感性與容性補償。下面将并聯容性補償的(de)方法大(dà)緻列舉：
1、同步調相機
調相機的(de)基本原理與同步發電機沒有區别，它隻輸出(chū)無功電流。因爲(wéi / wèi)不(bù)發電，因此不(bù)需要(yào / yāo)原動機拖動，沒有啓動電機的(de)調相機沒有軸伸，實質就(jiù)是(shì)相當于(yú)一(yī / yì ／yí)台在(zài)電網中空轉的(de)同步發電機。
調相機是(shì)電網中最早使用的(de)無功補償裝置，當增加激磁電流時(shí)，其輸出(chū)的(de)容性無功電流增大(dà)。當減少激磁電流時(shí)，其輸出(chū)的(de)容性無功電流減少。當激磁電場減少到(dào)一(yī / yì ／yí)定程度時(shí)，輸出(chū)無功電流爲(wéi / wèi)零，隻有很小的(de)有功電流用于(yú)彌補調相機的(de)損耗，當激磁電流進一(yī / yì ／yí)步減少時(shí)，輸出(chū)感性無功電流。
調相機容量大(dà)、對諧波不(bù)敏感，并且具有當電網電壓下降時(shí)輸出(chū)無功電流自動增加的(de)特點，因此調相機對于(yú)電網的(de)無功安全具有不(bù)可替代的(de)作用。
由于(yú)調相機的(de)價格高、效率低，運行成本高，因此已經逐漸被并聯電容器所替代。但是(shì)近年來(lái)出(chū)于(yú)對電網無功安全的(de)重視，一(yī / yì ／yí)些人(rén)主張重新啓用調相機。
2、并聯電容器
并聯電容器是(shì)目前最主要(yào / yāo)的(de)無功補償方法。其主要(yào / yāo)特點是(shì)價格低，效率高，運行成本低，在(zài)保護完善的(de)情況下可靠性也(yě)很高。
在(zài)高壓及中壓系統中主要(yào / yāo)使用固定連接的(de)并聯電容器組，而(ér)在(zài)低壓配電系統中則主要(yào / yāo)使用自動控制電容器投切的(de)自動無功補償裝置。自動無功補償裝置的(de)結構則多種多樣形形色色，适用于(yú)各種不(bù)同的(de)負荷呢況。對于(yú)低壓自動無功補償裝置将另文詳細介紹。
并聯電容器的(de)最主要(yào / yāo)缺點是(shì)其對諧波的(de)敏感性。當電網中含有諧波時(shí)，電容器的(de)電流會急劇增大(dà)，還會與電網中的(de)感性元件諧振使諧波放大(dà)，另外，并聯電容器屬于(yú)恒阻抗元件，在(zài)電網電壓下降時(shí)其輸出(chū)的(de)無功電出(chū)下降，因此不(bù)利于(yú)電網的(de)無功安全。
3、SVC
SVC的(de)全稱是(shì)靜止式無功補償裝置，靜止兩個(gè)字是(shì)同步調相機的(de)旋轉相對應的(de)。
國(guó)際大(dà)電網會議将SVC定義爲(wéi / wèi)7個(gè)子(zǐ)類：
a、機械投切電容器（MSC）
b、機械投切電抗器（MSR）
c、自飽和(hé / huò)電抗器（SR）
d、晶閘管控制電抗器（TCR）
e、晶閘管投切電容器（TCR）
f、晶閘管投（TSC）
g、自換向或電網換向轉換器（SCC/LCC）
根據以(yǐ)上(shàng)這(zhè)些子(zǐ)類，我們可以(yǐ)看出(chū)：除調相機之(zhī)外，用電感或電容進行無功補償的(de)裝置幾乎均被定義爲(wéi / wèi)SVC。因此，目前一(yī / yì ／yí)些資料或者廣告中大(dà)量出(chū)現"SVC"字樣，其原因不(bù)外乎兩條：其一(yī / yì ／yí)是(shì)作者自已并不(bù)明白SVC的(de)定義，其二就(jiù)是(shì)以(yǐ)普通人(rén)不(bù)懂的(de)字母組合故弄玄虛。
目前國(guó)内市場上(shàng)被宣傳 SVC的(de)産品主工是(shì)晶閘管控制電抗器（TCR）和(hé / huò)晶閘管投切電容器（TSC）。對于(yú)TSC我們另文叙述，這(zhè)裏隻簡要(yào / yāo)介紹一(yī / yì ／yí)下晶閘管控制電抗器（TCR）。
TCR的(de)基本結構包括一(yī / yì ／yí)組固定并聯連接在(zài)線路中的(de)電容器和(hé / huò)一(yī / yì ／yí)組并聯連接在(zài)線路中用晶閘管控制的(de)電抗器，通常将電抗器的(de)容量設計成與電容器一(yī / yì ／yí)樣。由于(yú)電抗器是(shì)用晶閘管控制的(de)，其感性無功電流可以(yǐ)變化，當晶閘管關斷時(shí)，電抗器沒有電流，而(ér)電容器固定連接，因此整套裝置的(de)補償量最大(dà)，當調節晶閘管的(de)導通角時(shí)，電抗器的(de)感性電流就(jiù)會抵消一(yī / yì ／yí)部分電容器電流，因此補償量減少，導通角越大(dà)，電抗器的(de)電流越大(dà)，補償量就(jiù)越小，當晶閘管全通時(shí)，電抗器電流就(jiù)會将電容器電流全部抵消，此時(shí)補償量爲(wéi / wèi)0。必須将固定電容器組設計成濾波器形式或者配備另外的(de)濾波器。
綜上(shàng)所述，可以(yǐ)看出(chū)TCR的(de)結構複雜，損耗大(dà)，但其具有補償量連續可調的(de)特點，在(zài)高壓系統中還有應用。
4、STATCOM
STATCOM是(shì)一(yī / yì ／yí)種使用IGBT、GTO或者SIT等全控型高速電力電子(zǐ)器件作爲(wéi / wèi)開關控制電流的(de)裝置中，其基本工作原理是(shì)：
通過對系統電參數的(de)檢測，預測出(chū)一(yī / yì ／yí)個(gè)與電源電壓同相位的(de)幅度适當的(de)正弦電流波形。當系統瞬時(shí)電流大(dà)于(yú)預測電流的(de)時(shí)候，STATCOM将大(dà)于(yú)預測電流的(de)部分吸收進來(lái)，儲存在(zài)内部的(de)儲能電容器中。當系統瞬時(shí)電流小于(yú)預測電流的(de)時(shí)候，STATCOM将儲存在(zài)電容器中的(de)能量釋放出(chū)來(lái)，填補小于(yú)預測電流的(de)部分，從而(ér)使得補償後的(de)電流變成與電壓同相位的(de)正弦波。
根據STATCOM的(de)工作原理，理論上(shàng)STATCOM可以(yǐ)實現真正的(de)動态補償，不(bù)僅可以(yǐ)應用在(zài)感性負荷場合，還可以(yǐ)應用在(zài)容性負荷的(de)場合。并且可以(yǐ)進行諧波濾除，起到(dào)濾波器的(de)作用。但切是(shì)實際的(de)STATCOM由于(yú)技術的(de)原因不(bù)可能達到(dào)理論要(yào / yāo)求，而(ér)且由于(yú)開關操作頻率不(bù)夠高等原因，還會向電網輸出(chū)諧波。
STATCOM的(de)結構十分複雜，價格昂貴，可靠性差，損耗大(dà)，目前仍處于(yú)研究試用階段，沒有實際應用價值。電抗器（TSR）償，從補償的(de)方式劃分可以(yǐ)分爲(wéi / wèi)串聯補償與并聯補償。
五、采用無功補償的(de)優點
1、根據用電設備的(de)功率因數，可測算輸電線路的(de)電能損失。通過現場技術改造，可使低于(yú)标準要(yào / yāo)求的(de)功率因數達标，實現節電目的(de)。
2、采用無功補償技術，提高低壓電網和(hé / huò)用電設備的(de)功率因數，是(shì)節電工作的(de)一(yī / yì ／yí)項重要(yào / yāo)措施。
3、無功補償，它就(jiù)是(shì)借助于(yú)無功補償設備提花必要(yào / yāo)的(de)無功功率，以(yǐ)提高系統的(de)功率因數，降低能耗，改善電網電壓質量，穩定設備運行。
4、減少電力損失，一(yī / yì ／yí)般工廠動力配線依據不(bù)同的(de)線路及負載情況，其電力損耗約20%-30%左右，使用電容提高功率因數後，總電波降低，可降低供電流與用電端的(de)電力損失。
5、改善供電品質，提高功率因數，減少負載總電流及電壓降，于(yú)變壓器二次側加裝電容可改善功率因數提高二次側電壓。
6、延長設備壽命，改善功率因數後線路總電流減少，使接近中已經飽和(hé / huò)的(de)變壓器、開關等機器設備和(hé / huò)線路容量負荷降低，因此可以(yǐ)降低溫升增加壽命（溫度每降低10攝氏度，壽命可延長1倍）。
7、最終滿足電力系統對無功補償的(de)監測要(yào / yāo)求，消除因爲(wéi / wèi)功率因數過低而(ér)産生的(de)罰款。
8、無功補償可以(yǐ)改善電能質量、降低電能損耗、挖掘發供電設備潛力、無功補償減少用戶電費支出(chū)，是(shì)一(yī / yì ／yí)項投資少、收效快的(de)節能措施。
9、無功補償技術對和(hé / huò)電單位的(de)低壓配電網的(de)影響以(yǐ)及提高功率因數所帶來(lái)的(de)經濟效益和(hé / huò)社會效益，确定無功功率的(de)補償容量，确保補償技術經濟、合理、安全可靠，達到(dào)節約電能的(de)目的(de)。
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