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中图分类号：TM46文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）07-0110-02
一、无功功率和功率因数的定义
（一）有功功率和无功功率
在交流电路中，由电源供给负载的电功率有两种：一种是有功功率，一种是无功功率。有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为机械能、光能、热能等的电功率。无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外做功，但是只要有电磁线圈的电气设备，就要消耗无功功率。
（二）功率因数
电网中的电力负荷如电动机、变压器等，属于既有电阻又有电感的电感性负载。电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差，这个相位差（Φ）的余弦叫做功率因数，用符号cosΦ表示，在数值上功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosΦ=P/S。功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，我们希望的是功率因数越大越好。只有把电路中的无功功率降到最小，才能将视在功率大部分用来供给有功功率，改善供电效率。
二、无功功率的产生和作用
（一）无功功率的产生
在具有电感或电容的电路中，在每半个周期内，电感（或电容）把电源能量变成磁场（或电场）能量贮存起来，然后再把贮存的磁场（或电场）能量释放返回给电源。这种情况下只是进行能量的交换，并没有真正消耗能量，我们把这个交换的功率值称为无功功率。正因为如此，无功功率比较抽象，它在电路中来回流动。尽管无功功率说明一个元件的平均功率为零，但它代表了在电感或电容中储存及释放磁场能量或电场能量所需要的真实功率。电力网中，在电源、电感元件和电容元件之间发生能量的交换。与无功功率相关的能量是储存的电感性及电容性能量之和。
（二）无功功率的作用
无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。
三、无功功率的危害
尽管无功功率说明一个元件的平均功率为零，但它代表了在电感或电容中储存及释放磁场能量或电场能量所需要的真实功率。电力系统中某些点之间由于无功功率不断来回地交换引起发电、输电及供配电设备上的电压损耗及功率损失。由于电力系统的效率及电压调整十分重要，因此无功功率在电力系统的传输是头等重要的。
无功功率的增加，会导致电流增大和视在功率增加，从而使发电机、变压器及其他电气设备容量和导线容量增加，也降低了发电机的有功功率的输出，降低了输变电设备的供电能力。无功功率的增加，使总电流增大，因而使设备及线路的损耗增加，这是显而易见的。无功功率的增加，使线路及变压器的电压降增大，如果是冲击性无功功率负载，还会使电压产生剧烈波动，使供电质量严重降低。
无功功率还造成了低功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。所以我们要尽量减小无功功率的影响：（1）大量的电感性设备，如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。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；（2）变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10%～15%，它的空载无功功率约为满载时的1/3。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期处于低负载运行状态；（3）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，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。
当然，上述这些措施只是从一定程度上减小了无功功率的危害，如果要从根本上减小无功功率的影响，改善功率因数的话，我们需要引入无功功率补偿技术。
四、无功功率补偿
（一）无功功率的补偿原理
设补偿后无功功率为Qc,使电源输送的无功功率减少为Q’=Q-Qc,功率因数由cosΦ提高到cosΦ’,视在功率S减少到S’,视在功率的减小可相应减小供电线路的截面和变压器的容量，降低供用电设备的投资。
可知，采用无功补偿措施后，因为通过电力网无功功率的减少，降低了电力网中的电压损耗，提高了用户的电压质量。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。
（二）无功补偿的作用
1．提高电网及负载的功率因数，降低设备所需容量，减少不必要的损耗；
2．稳定电网电压，提高电网质量，而在长距离输电线路中安装合适的无功补偿装置可提高系统的稳定性及输电能力；
3．在三相负载不平衡的场合，可对三相视在功率起到平衡作用。
（三）低压网无功补偿的一般方法
低压无功补偿我们通常采用的方法主要有三种：随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。下面简单介绍这三种补偿方式的适用范围及使用该种补偿方式的优缺点：
1．随机补偿。随机补偿就是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。随机补偿适用于补偿电动机的无功消耗，以补偿磁无功为主，此种方式可较好地限制农网无功峰荷。
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、事故率低等特点。
2．随器补偿。随器补偿是指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的补偿方式。配变在轻载或空载时的无功负荷主要是变压器的空载励磁无功，配变空载无功是农网无功负荷的主要部分，对于轻负载的配变而言，这部分损耗占供电量的比例很大，从而导致电费单价的增加，不利于电费的同网同价。
随器补偿的优点是：接线简单、维护管理方便、能有效地补偿配变空载无功，限制农网无功基荷，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。
3．跟踪补偿。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。但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。
五、结论
本文简单讨论了无功功率的定义、产生，分析了无功功率的作用及危害，并从原理上分析了无功补偿技术，探讨了几种低压无功补偿技术的优缺点。本文对于了解无功功率以及进行无功补偿具有一定的指导意义。
参考文献
[1]陈允平，等．基于任意周期电压电流的无功功率定义及其数学模型[J]．中国电机工程学报，2006，26（4）．
在电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，我们希望的是功率因数越大越好。这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。
1影响功率因数的主要因素
1.1大量的电感性设备，如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。据有关的统计，在工矿企业所消耗的全部无功功率中，异步电动机的无功消耗占了60％～70％；而在异步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的60％～70％。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。
1.2变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10％～15％，它的空载无功功率约为满载时的1/3。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期处于低负载运行状态。
1.3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。
2无功补偿的一般方法
无功补偿通常采用的方法主要有3种：低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿。下面简单介绍这3种补偿方式的适用范围及使用该种补偿方式的优缺点。
2.1低压个别补偿低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接，它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行(如大中型异步电动机)的无功消耗，以补励磁无功为主。低压个别补偿的优点是：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，因此不会造成无功倒送。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。
2.2低压集中补偿低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧，以无功补偿投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。电容器的投切是整组进行，做不到平滑的调节。低压补偿的优点：接线简单、运行维护工作量小，使无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低网损，具有较高的经济性，是目前无功补偿中常用的手段之一。
2.3高压集中补偿高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的6～10kV高压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端，用户本身又有一定的高压负荷时，可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用；补偿装置根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高了用户的功率因数，避免功率因数降低导致电费的增加。同时便于运行维护，补偿效益高。
3采取适当措施，设法提高系统自然功率因数
提高自然功率因数是不需要任何补偿设备投资，仅采取各种管理上或技术上的手段来减少各种用电设备所消耗的无功功率，这是一种最经济的提高功率因数的方法。
3.1合理使用电动机；
3.2提高异步电动机的检修质量；
3.3采用同步电动机：同步电动机消耗的有功功率取决于电动机上所带机械负荷的大小，而无功功率取决于转子中的励磁电流大小，在欠励状态时，定子绕组向电网“吸取”无功，在过励状态时，定子绕组向电网“送出”无功。因此，对于恒速长期运行的大型机构设备可以采用同步电动机作为动力。异步电动机同步运行就是将异步电动机三相转子绕组适当连接并通入直流励磁电流，使其呈同步电动机运行，这就是“异步电动机同步化”。
3.4合理选择配变容量，改善配变的运行方式：对负载率比较低的配变，一般采取“撤、换、并、停”等方法，使其负载率提高到最佳值，从而改善电网的自然功率因数。
4无功电源
电力系统的无功电源除了同步电机外，还有静电电容器、静止无功补偿器以及静止无功发生器，这4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。
4.1同步电机：同步电机中有发电机、电动机及调相机3种。①同步发电机：同步发电机是唯一的有功电源，同时又是最基本的无功电源，当其在额定状态下运行时，可以发出无功功率：
Q=S×sinφ=P×tgφ
其中:Q、S、P、φ是相对应的无功功率、视在功率、有功功率和功率因数角。发电机正常运行时，以滞后功率因数运行为主，向系统提供无功，但必要时，也可以减小励磁电流，使功率因数超前，即所谓的“进相运行”，以吸收系统多余的无功。②同步调相机:同步调相机是空载运行的同步电机，它能在欠励或过励的情况下向系统吸收或供出无功，装有自励装置的同步电机能根据电压平滑地调节输入或输出的无功功率，这是其优点。但它的有功损耗大、运行维护复杂、响应速度慢，近来已逐渐退出电网运行。③并联电容器：并联电容器补偿是目前使用最广泛的一种无功电源，由于通过电容器的交变电流在相位上正好超前于电容器极板上的电压，相反于电感中的滞后，由此可视为向电网发quot；无功功率：Q=U2/Xc
其中：Q、U、Xc分别为无功功率、电压、电容器容抗。
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).
1、前言
电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的注意。当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压电流波形畸变。70年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也日趋严重。世界各国都对谐波问题予以充分关注。国际上召开了多次有关谐波问题的学术会议，不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定。
2.研究谐波的意义
谐波的危害十分严重。谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护盒自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。谐波研究的意义，还在于其对电力电子技术自身发展的影响。电力电子技术是未来科学技术发展的重要支柱。有人预言，电力电子联通运动控制将和计算机技术一起成为21世纪最重要的两大技术。然而，电力电子装置所产生的谐波污染已成为阻碍电力电子技术发展的重大障碍，它迫使电力电子领域的研究人员必须对谐波问题进行更为有效的研究。谐波研究的意义，更可以上升到从治理环境污染、维护绿色环境的角度来认识。对电力系统这个环境来说，无谐波就是“绿色”的主要标志之一。
3，研究谐波问题的分类
3.1与谐波有关的功率定义和功率理论的研究；
3.2谐波分析以及谐波影响和危害的分析；
3.3谐波的补偿与抑制；
3.4与谐波有关的测量问题和限制谐波标准的研究。
4，谐波抑制
解决电力电子装置和其他谐波源的谐波污染问题的基本思路有两条：一条是装设谐波补偿装置来补偿谐波，这对各种谐波源都是适用的；另一条是对电力电子装置本身进行改造，使其不产生谐波，且功率因数可控制为1，这当然只适用于作为主要谐波源的电力电子装置。装设谐波补偿装置的传统方法就是采用LC调谐滤波器。这种方法既可补偿谐波，又可补偿无功功率，而且结构简单，一直被广泛应用。这种方法的主要缺点是补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，使LC滤波器过载甚至烧毁。此外，它只能补偿固定频率的谐波，补偿效果也不理想。尽管如此，LC滤波器当前仍是补偿谐波的主要手段。
4.1谐波抑制的一个重要方法是采用有源电力滤波器(APF)。有源电力滤波器也是一种电力电子装置。其基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流，从而使电网电流只含基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响，因而受到广泛重视。
4.2有源电力滤波器的交流电路可分为电压型和电流型，目前实际应用的装置中，90％以上是电压型。从与补偿对象的连接方式来看，又分为并联型和串联型，目前运行的装置几乎都是并联型。4.3对于作为主要的谐波源的电力电子装置来说，除了采用补偿装置对其谐波进行补偿外，还有一条抑制谐波的途径，就是开发新型变流器，使其不产生谐波，且功率因数为1.这种变流器被称为单位因数变流器(uPFC)。高功率因数变流器可近似堪称为单位功率因数变流器。
4.4对PwM逆变器的研究已经很充分，但对PWM整流器的研究则较少。对于电流型PwM整流器，可以直接对开关器件进行正弦PwM控制，使得输入电流接近正弦波且和电源电压同相位。这样，输入电流中就只含与开关频率有关的高次谐波，这些谐波的频率很高，因而很容易滤除。同时，也得到接近于1的功率因数。对于电压型的PwM整流器，需要通过电抗器与电源相连。其控制方法有直接电流控制和间接电流控制两种。直接电流控制就是设法得到与电源电压同相位、由负载电流大小决定其幅值的电流指令信号，并据此信号对P WM整流器进行电流跟踪控制。间接电流控制就是控制整流器的入断电压，使其为接近正弦波的PwM波形，并和电源电压保持合适的香味，从而使流过电抗器的输入电流波形为与电源电压同相位的正弦波。
4.5小容量的整流器，为了实现低谐波和高功率因数，通常采用二极管加PWM斩波方式。这种电路通常称为功率因数校正电路(PFC)，已在开关电源中获得了广泛的应用。因为办公和家用电器中使用的开关电源数量极其庞大，因此这种方式必将对谐波污染的治理做出巨大贡献。
5，无功功率补偿
对无功补偿重要性的认识，却是一致的。无功功率补偿应包含对基波无功功率补偿和对谐波无功功率的补偿。后者实际上就是上一部分提到的谐波补偿。
5.1无功功率对供电系统和负载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，粗略的说，为了输送有功功率，就要求送电端和受电端的电压有一相位差，这在相当宽的范围内可以实现。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。不仅大多数网络元件消耗无功功率，大多数负载也需要消耗无功功率。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。
5.2无功功率补偿的作用。
5.2.1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。
5.2.2稳定受电端及电网电压，提高供电质量。在长距离输电线中合适的地点设置动态无功补偿装置还可以改善输电系统的稳定性，提高输电能力。
5.2.3在电气化贴到等三相负载不平衡的场合，通过适当的武功补偿可以平衡三相的有功及无功负载。
5.3并联电容的成本较低。把并联电容器和同步调相机相比较，在调节效果相近的条件下，前者的费用要节省很多。因此，电容器的迅速发展几乎取代了输电系统中的同步调相机。但是，和同步调相机相比，电容器只能补偿固定的无功功率，在系统中有谐波时，还有可能发生并联谐振，使谐波放大，电容器因此而烧毁的事故也是有发生。
一、前言
交流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。无功功率相对于有功功率的百分比更大，不但浪费电能，而且降低了异步电动机的功率因数。现在国家非常重视节能减排的工作，因此在这种趋势下，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，是非常必要的，同时也给企业带来了经济效益。
二、无功功率补偿的种类
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。
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。
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。
三、无功功率补偿的意义
1、改善设备的利用率
根据（3-1）公式可知，在一定的电压和电流下，提高功率因数，其输出的有功功率越大。因此，改善功率因数是发挥供电设备潜力，提高设备利用率的有效方法。
cosφ＝P/UI …（3-1）
2、减少供电系统中的电压损失
根据（3-2）公式可知，供电系统的电压损失为
U=PR+QX/UN …（3-2）
当功率因数越高时，说明通过线路上无功功率越小，则线路上电压损失越小，也就改善了电压质量。
3、减少供电系统中的功率损耗
当线路通过电流I时，其有功损耗为：
ΔP=3I2R
可见，线路的功率损耗ΔP与cosφ2成反比，cosφ越高，功率损耗就越小。
4、提高供电系统的传输能力
视在功率与有功功率的关系为P＝Scosφ，可见在传送一定有功功率P的条件下，cosφ越高，所需视在功率就越小。
四、就地补偿与集中补偿的技术分析
1、电容补偿应注意的问题
（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。
（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。”
（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。
2、两者比较
就地补偿较集中补偿，更具节能效果。
五、电容补偿容量的选定
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。
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。
六、经济运行补偿容量（KVAR）的确定
根据实际情况得出经济运行补偿容量公式：
在380V网络中，一般均用低压电容器进行无功补偿，每千乏电容器的功率损耗为0.004KW，放电装置的功率损耗约为0.001(KW/KVAR)。因此，380V网络中电容无功补偿装置的功率损耗系数为Kc=0.005
(KW/KVAR)。
不难看出；K2c
此外，变压器的星型等值电阻折算到高压侧的阻值用Rb表示，则
根据上述情况，忽略K2c，并将式（6-2）代入式（6-1），便可得简化而实用的经济运行补偿容量计算公式
式中，P是变压器低压侧有功负荷（KW）；Q是变压器低压侧无功负荷（KVAR）；Se是变压器额定容量（KVA）；Pd是变压器的有功短路损耗（KW）；Qd是变压器满载无功损耗增值（KVAR）；PK是变压器的空载有功损耗（KW）；QK是变压器的空载无功损耗（KVAR）；Rb是变压器星形等值电阻折算到高压侧的阻值（Ω）；R是电源线路导线电阻（Ω）；Ue是变压器高压侧
（下转第60页）
（上接第58页）
线电压（V）；KC是补偿装置的功率损耗系数（KW/KVAR），对低压电容补偿装置：
KC=0.005(KW/KVAR)；K=1.22
在高压供电高压量电的工厂中，应该在变压器高压侧计算（或测定）功率因数；在高压供电低压量电和低压供电低压量电的工厂中，应计算（或测定）低压侧的功率因数。
七、结合工程实例谈电容补偿的应用
以某大型项目为例，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，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。
中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1003-8809（2010）05-0120-01
一、无功功率的定义及无功补偿原则
接在电网中的许多用电设备都是根据电磁感应原理工作的。例如：通过磁场，变压器改变电压并将能量送出去，电动机转动并带动机械负荷。磁场所具有的磁场能是由电源供给的，电动机和变压器在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率叫做感性无功功率。电容器在交流电网中接通时，在一个周期内，上半周的充电功率和下半周的放电功率相等，不消耗能量，这种充放电功率叫做容性无功功率。所谓的“无功”并不是“无用”的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已，因此在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。电网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，在一定的有功功率下，当用电企业cosφ越小，其视在功率也越大，而我们希望的是功率因数越大越好，这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。
无功补偿应尽量分层(按电压等级)和分区(按地区)补偿，就地平衡，避免无功电力长途输送与越级传输，在提高用电自然功率因数的基础上，设计和装置无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功电力倒送。
二、无功功率补偿的基本原理
把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路中，当容性功率负荷释放能量时，感性功率负荷吸收能量；当感性功率负荷释放能量时，容性功率负荷吸收能量；两种负荷之间互相进行能量交换。由此，感性功率负荷所吸收的无功功率可由容性功率负荷输出的无功功率中得到补偿，这就是无功功率补偿的基本原理。
三、无功功率补偿的方法
无功功率补偿的方法有很多种，主要是采用电力电容器或是采用具有容性负荷的装置进行补偿。
1.同步电动机补偿。这种方法是改善用电的功率因数，但设备复杂，造价高，只适用于在具有大功率拖动装置时采用；
2.调相机补偿。这种装置调整性能好，在电力系统故障情况下，也能维持系统电压水平，可提高电力系统运行的稳定性，但造价高，投资大，损耗也较高，且运行维护技术较复杂，宜装设在电力系统的中枢变电所，一般用户较少用。
3.异步电动机同步化补偿。这种方法有一定的效果，但自身损耗大，一般都不采用。
4.加装并联电力电容器补偿。这种方法具有安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小等优点，是当前国内外广泛采用的补偿方法。并联补偿是把电容器直接与被补偿设备并接到同一电路上，以无功就地平衡为原则。安装并联电容器补偿无功功率时，可采取个别补偿、分散补偿和集中补偿三种方式。
四、无功补偿装置
同步电机、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。目前所指的静止无功补偿装置一般专指使用晶闸管的无功补偿设备，主要有以下三大类型：
1.具有饱和电抗器的无功补偿装置
具有饱和电抗器的无功补偿装置分为两种，即自饱和电抗器和可控饱和电抗器无功补偿装置。具有自饱和电抗器的无功补偿装置是依靠电抗器自身固有的能力来稳定电压，利用铁心的饱和特性来控制发出或吸收无功功率的大小。可控饱和电抗器是通过改变控制绕组中的工作电流控制铁心的饱和程度，从而改变工作绕组的感抗，进一步控制无功电流的大小。具有饱和电抗器的静止无功补偿装置目前应用的较少，一般只用在超高压输电线路中。
2.静止无功补偿装置
静止补偿器的基本作用是连续而迅速地控制无功功率，即以快速的响应，通过发出或吸收无功功率来控制它所连接的输电系统的节点电压。静止无功补偿器由晶闸管所控制投切电抗器和电容器组成，可分为晶闸管控制电抗器和晶闸管投切电容器两种补偿装置。
⑴晶闸管控制电抗器（TCR）
晶闸管控制电抗器由两个相互反向并联的晶闸管与一个电抗器相串联，其三相多接成三角形。这种具有TCR型的补偿器反应速度快，灵活性大，目前在输电系统和工业企业中应用最为广泛。
⑵晶闸管投切电容器（TSC）
晶闸管投切电容器是为了解决电容器组频繁投切的问题而产生的。两个相互反向并联的晶闸管只是将电容器并入电网或从电网中断开，串联的小电抗器用于抑制电容器投入电网运行时可能产生的冲击电流。TSC补偿装置用于三相电网中，一般负荷对称网络采用星形连接，负荷不对称网络采用三角形连接。TSC补偿装置可以很好的补偿系统所需的无功功率，如果级数分得足够细化，基本上可以实现无级调节。
3.新型静止无功发生器（ASVG）
静止无功发生器的主体是一个电压源型逆变器，由可关断晶闸管适当的通断，将电容上的直流电压转换成为与电力系统电压同步的三相交流电压，再通过电抗器和变压器并联接入电网。适当控制逆变器的输出电压，就可以灵活地改变其运行工况，使其处于容性、感性或零负荷状态。静止无功发生器响应速度快，谐波电流少，而且在系统电压较低时仍能向系统注入较大的无功。由于ASVG在改善系统电压质量，提高稳定性方面具有SVC无法比拟的优点，因此ASVG是今后静止无功补偿技术发展的方向。针对电力有源滤波器在滤除谐波的时候与电力系统不发生谐振的特点，今后的发展将是电力有源滤波与ASVG相结合以消除传统ASVG设备中并联无源滤波器的所产生的谐振问题。
五、结束语
随着电力电子技术的迅猛发展及其在电力系统中的更广泛应用，无功功率补偿装置将向着管理系统化、补偿准确化、操作简单化的方向发展，远程无功功率补偿控制管理系统将是今后发展的潮流。
参考文献
[1] 米勒．电力系统无功功率控制。
[2] 王庆林．无功功率快速自动补偿装置设计探讨。
关键词:无功补偿;电容补偿;低压电容柜;选择合理容量。
Key words: reactive power compensation;capacitor compensation;low voltage capacitor;choose reasonable capacitry
中图分类号:TM7 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)13-0124-01
1无功补偿的概念
交流电在通过纯电阻的时候,电能都转成了热能,而在通过纯容性或者纯感性负载的时候,并不做功。也就是说没消耗电能,即为无功功率。当然实际负载,不可能为纯容性负载或者纯感性负载,一般都是混合性负载这样电流在通过它们时,就有部分电能不做功,就是无功功率,此时的功率因数小于1,为了提高电能的利用率,就要进行无功补偿。电网中的电力负荷如电动机、变压器等,大部分属于感性电抗,在运行过程中需要向这些设备提供相应的无功功率。减少无功功率在电网中的流动,降低输电线路因输送无功功率造成的电能损耗,改善电网的运行条件,这种做法称为无功补偿。
2无功补偿在电力系统中的作用
电力系统中无功补偿对电力系统的重要性越来越受到重视,合理地投用无功补偿设备,对调整电网电压、提高供电质量、抑制谐波干扰、保证电网安全运行都有着十分重要的作用。如果系统中无功电源不足,则会使电网处于低电压水平上的无功功率平衡,即靠电压降低、负荷吸收无功功率的减少来弥补无功电源的不足。同样,如果由于电网缺乏调节手段或无功补偿元件的不合理运行使某段时间无功功率过剩,也会造成整个电网的运行电压过高。因此,搞好电力系统的无功平衡,提高负荷的功率因数,可以减少线路和变压器中的有功功率损耗和其他电能损耗,从而提高电能质量,降低电能损耗,并保证了电力系统的稳定运行和用户的供电质量。10kV配电线路普通存在电压过低或偏高问题,其原因除了电网结构不合理和导线过细外,主要是无功功率不足或过剩。系统的无功功率对电压影响极大,无功功率不足,将引起电网电压下降,而无功过剩将引起电网电压偏高。无功功率平衡是维持及保证电网电压质量的基础,必须采取有效的调压措施,以提高电压水平。要维持整个系统的电压水平,就必须有足够的无功补偿容量,实行无功分区分压就地平衡,同时要求有足够的无功调节能力,实现高峰负荷时较高电压运行和低谷负荷时较低电压运行的逆调压要求。
3无功功率补偿的方式
近年来,随着国民经济的跨越式发展,电力行业也得到了快速发展,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;③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,电容补偿主要补偿固定的无功,采用电容分组投切能更有效适应负载无功的动态变化,属于一种有级的无功调节。作为无功补偿设备,电容器有以下显著优点:电容器的损耗低,效率高。目前国内外电力系统中90%的无功补偿设备是并联电容器。电容器是由间隔以不同介质(如云母、绝缘纸、空气等)的两块金属组成。当在两极板上加上电压后,两板板上分别聚集起等量的正、负电荷,并在介质中建立电场而具有电场能量。将电源移去后,电荷可继续聚集在极板上,电场继续存在。所以电容器是一种能储存电荷或者说储存电场能量的部件。在电网中,最常用的无功补偿设备是电容补偿柜。电容柜的主要作用是向电力系统提供无功功率,提高功率因数。采用就地无功补偿,可以减少输电线路输送电流,起到减少线路能量损耗和压降,改善电能质量和提高设备利用率的重要作用。一般来说,低压电容补偿柜由柜壳、母线、断路器、隔离开关,热继电器、接触器、避雷器、电容器、电抗器、一、二次导线、端子排、功率因数自动补偿控制装置、盘面仪表等组成。其中,电容柜中电容器的好环对电能质量与效益起着至关重要的作用,因此电容器组应采用适当保护措施,如采用平衡或差动继电保护或采用瞬时作用过电流继电保护,对于3.15kV及以上的电容器,必须在每个电容器上装置单独的熔断器,熔断器的额定电流应按熔丝的特性和接通时的涌流来选定,一般为1.5倍电容器的额定电流为宜,以防止电容器油箱爆炸。电容器的运行环境也尤其重要:①电容器周围的环境温度不能太高或太低。如果环境温度太高,电容工作时所产生的热就散不出去;而如果环境温度太低,电容器内的油就可能会并冻结,容易电击穿。②电容器工作时,其内部介质的温度应低于650℃,最高不得超过700℃,否则会引起热击穿,或引起鼓肚现象。③电容器对电压十分敏感,因为电容器的损耗与电压平方成正比,过电压会使电容器发热严重,电容器绝缘会加速老化,寿命缩短,甚至电击穿。为了使电网中的无功补偿设备得到最大的效益,应选择合理的无功补偿容量。计算电容柜容量前先进行负荷计算,确定有功功率P和无功功率Q,补偿前自然功率因数为cos?准1,要补偿到的功率因数为cos?准2,则Qc=P(tg?准1-tg?准2)。式中:Qc为补偿电容器容量;P为负荷有功功率;COS?准1为补偿前负荷功率因数;COS?准2为补偿后负荷功率因数。如容量为800KW的负荷,可以先测量一下其自然功率因数值,就是全部负荷起动情况下,不带电容器时的功率因数值。若没有办法精确测量,估计大部分负荷都是电机,以功率因数COS?准1=0.70估算,若要在额定状态下,将其功率因数提高到0.90,则需要补偿电容器容量为:
COS?准1=0.70,?准1=0.7953,tg?准1=1.020
COS?准2=0.90,?准2=0.451,tg?准2=0.483
Qc=P(tg?准1-tg?准2)=800*(1.020-0.483)=429.6(Kvar)
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：高压供电的用电单位，功率因数为0.9以上；低压供电的用电单位，功率因数为0.85以上；低压供电的农业用户，功率因数为0.8以上。
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， P1为原线路损耗， P2为功率因数提高后线路损耗，则线损减少
比原来损失减少的百分数为
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=3UIcos 不变情况下，cos 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 P1， P2；铜耗与电流的平方成正比，即
可知，功率因数从0.8提高至0.9时，铜耗相当于原来的80%。
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。
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：
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。
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。
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：
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
中图分类号：TG501.3 文献标识码：A 文章编号：
1按投切方式分类
1.1延时投切方式
延时投切方式即人们熟称的"静态"补偿方式。这种投切依靠于传统的接触器的动作，当然用于投切电容的接触器专用的，它具有抑制电容的涌流作用，延时投切的目的在于防止接触器过于频繁的动作时，电容器造成损坏，更重要的是防备电容不停的投切导致供电系统振荡，这是很危险的。当电网的负荷呈感性时，如电动机、电焊机等负载，这时电网的电流滞带后电压一个角度，当负荷呈容性时，如过量的补偿装置的控制器，这是电网的电流超前于电压的一个角度，即功率因数超前或滞后是指电流与电压的相位关系。通过补偿装置的控制器检测供电系统的物理量，来决定电容器的投切，这个物理量可以是功率因数或无功电流或无功功率。
1.2瞬时投切方式
瞬时投切方式即人们熟称的"动态"补偿方式，应该说它是半导体电力器件与数字技术综合的技术结晶，实际就是一套快速随动系统，控制器一般能在半个周波至1个周波内完成采样、计算，在2个周期到来时，控制器已经发出控制信号了。通过脉冲信号使晶闸管导通，投切电容器组大约20-30毫秒内就完成一个全部动作，这种控制方式是机械动作的接触器类无法实现的。动态补偿方式作为新一代的补偿装置有着广泛的应用前景。现在很多开关行业厂都试图生产、制造这类装置且有的生产厂已经生产出很不错的装置。当然与国外同类产品相比从性能上、元器件的质量、产品结构上还有一定的差距。
动态补偿的线路方式
1)LC串接法原理如图1所示
这种方式采用电感与电容的串联接法，调节电抗以达到补偿无功损耗的目的。从原理上分析，这种方式响应速度快，闭环使用时，可做到无差调节，使无功损耗降为零。从元件的选择上来说，根据补偿量选择1组电容器即可，不需要再分成多路。既然有这么多的优点，应该是非常理想的补偿装置了。但由于要求选用的电感量值大，要在很大的动态范围内调节，所以体积也相对较大，价格也要高一些，再加一些技术的原因，这项技术到目前来说还没有被广泛采用或使用者很少。
2)采用电力半导体器件作为电容器组的投切开关，较常采用的接线方式如图2。图中BK为半导体器件，C1为电容器组。这种接线方式采用2组开关，另一相直接接电网省去一组开关，有很多优越性。
作为补偿装置所采用的半导体器件一般都采用晶闸管，其优点是选材方便，电路成熟又很经济。其不足之处是元件本身不能快速关断，在意外情况下容易烧毁，所以保护措施要完善。当解决了保护问题，作为电容器组投切开关应该是较理想的器件。动态补偿的补偿效果还要看控制器是否有较高的性能及参数。很重要的一项就是要求控制器要有良好的动态响应时间，准确的投切功率，还要有较高的自识别能力，这样才能达到最佳的补偿效果。
元器件可以选单项晶闸管反并联或是双向晶闸管，也可选适合容性负载的固态接触器，这样可以省去过零触发的脉冲电路，从而简化线路，元件的耐压及电流要合理选择，散热器及冷却方式也要考虑周全。
1.3混合投切方式
实际上就是静态与动态补偿的混合，一部分电容器组使用接触器投切，而另一部分电容器组使用电力半导体器件。这种方式在一定程度上可做到优势互补，但就其控制技术，目前还见到完善的控制软件，该方式用于通常的网络如工矿、小区、域网改造，比起单一的投切方式拓宽了应用范围，节能效果更好。补偿装置选择非等容电容器组，这种方式补偿效果更加细致，更为理想。还可采用分相补偿方式，可以解决由于线路三相不平行造成的损失。
2.在无功功率补偿装置的应用
在无功功率补偿装置的应用方面，选择那一种补偿方式，还要依电网的状况而定，首先对所补偿的线路要有所了解，对于负荷较大且变化较快的工况，电焊机、电动机的线路采用动态补偿，节能效果明显。对于负荷相对平稳的线路应采用静态补偿方式，也可使用动态补偿装置。对于一些特殊的工作环境就要慎重选择补偿方式，尤其线路中含有瞬变高电压、大电流冲击的场合是不能采用动态补偿的。一般电焊工作时间均在几秒钟以上，电动机启动也在几秒钟以上，而动态补偿的响应时间在几十毫秒，按40毫秒考虑则从40毫秒到5秒钟之内是一个相对的稳态过程，动态补偿装置能完成这个过程。如果线路中没有出现这么一段相对的稳态过程并能量又有较大的变化，我们把它称为瞬变或闪变，采用动态补偿就要出问题并可能引发事故。
3无功功率补偿控制器
无功功率补偿控制器有三种采样方式，功率因数型、无功功率型、无功电流型。选择那一种物理控制方式实际上就是对无功功率补偿控制器的选择。控制器是无功补偿装置的指挥系统，采样、运算、发出投切信号，参数设定、测量、元件保护等功能均由补偿控制器完成。十几年来经历了由分立元件--集成线路--单片机--DSP芯片一个快速发展的过程，其功能也愈加完善。就国内的总体状况，由于市场的需求量很大，生产厂家也愈来愈多，其性能及内在质量差异很大，很多产品名不符实，在选用时需认真对待。在选用时需要注意的另一个问题就是国内生产的控制器其名称均为"XXX无功功率补偿控制器"，名称里出现的"无功功率"的含义不是这台控制器的采样物理量。采样物理量取决于产品的型号，而不是产品的名称。
3.1功率因数型控制器
功率因数用cosΦ表示，它表示有功功率在线路中所占的比例。当cosΦ=1时，线路中没有无功损耗。提高功率因数以减少无功损耗是这类控制器的最终目标。这种控制方式也是很传统的方式，采样、控制也都较容易实现。
1） "延时"整定，投切的延时时间，应在10s-120s范围内调节 "灵敏度"整定，电流灵敏度，不大于0-2A 。
2）投入及切除门限整定，其功率因数应能在0.85（滞后）-0.95（超前）范围内整定。
3）过压保护设量。
4）显示设置、循环投切等功能。
这种采样方式在运行中既要保证线路系统稳定、无振荡现象出现，又要兼顾补偿效果，这是一对矛盾，只能在现场视具体情况将参数整定在较好的状态下工作。即使调整的较好，也无法祢补这种方式本身的缺陷，尤其是在线路重负荷时。举例说明：设定投入门限；cosΦ=0.95（滞后）此时线路重载荷，即使此时的无功损耗已很大，再投电容器组也不会出现过补偿，但cosΦ只要不小于0.95，控制器就不会再有补偿指令，也就不会有电容器组投入，所以这种控制方式建议不做为推荐的方式。
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。
2工业企业用电无功补偿技术
2.1科学优选电动机
正确选择电动机的规格、类型以及容量等，确保其具备满载工作能力。参照具体的生产环境特征，不同的电动机内部配置不同，其性能也有所差异，实际采购中必须密切关注其机械性能、电气指标等。同容量的电动机，要优选高转速电动机。同封闭式电动机相比，感应式电动机的电气指标更高，且转速更高，因此，要尽量避开封闭式电动机，优选感应式电动机，因为其空载状态下，电流不会发生变化。相反，倘若使用大容量电动机，就有可能使其走向低负荷工作状态，从而耗费了功率因数，也浪费了电能，所以也要使用容量合适的感应电动机。处于运转状态的电动机，倘若长时间处于低负荷状态，则有必要考虑调换电动机，调换好的电动机在实际使用前也要做好技术性能测试与检查，确保其各项功能都处于稳定状态，从而提高自然功率因数，控制电能的浪费。
2.2控制定子绕组电压
参照电机学的基础理论可以知道，电动机的励磁电流同附和到定子绕组电压的平方为正比例关系，所以为了控制励磁电流，可以先控制定子绕组电压，以此来提升功率因数，具体的控制策略为：调整原来的接线的定子绕组，使其变成Y接线，这样电动机的各个项路的电压就得到了有效控制，电动机的转矩也会随之发生变化，呈现下降趋势，但是控制定子绕组电压的方法的使用需要电动机处于特殊启动状态，那就是空载、轻载的状态，而且也要提前对电动机进行检查、验证，确保其能够正常启动、安全运行等。
2.3优选变压器容量、数量以及运行模式
经过实践的运用与分析得出：变压器的无功功率因数耗费量较高，且其空载无功功率所占比例也较大，这就使得变压器的容量、安装数量以及运行模式的选择至关重要，因为一旦选择不当，就容易造成企业功率因数过低。所以，实际的变压器选型过程中，一定要把企业功率因数的大小纳入考虑范围，也要确保变压器本身的高效、经济运转，确保这两方面都达标。
2.4正确检查、维修电动机
感应电动机的检修、维护水平会在很大程度上关系到功率因数。要想提高检修质量，就必须切实根据所维修电动机的技术标准、规定参数等来有规则、有秩序地检修，要维护电动机的性质、功能、数据等的准确合理。相反，倘若维修水平不合格，维修质量不达标，就可能加剧对无功功率的需求，从而对功率因数带来负面影响，在实际的维修过程中需要重点注意的是不能随意调整定子、转子间气隙的初始大小，也要维护气隙的均匀度，如果气隙一旦改变，就可能加剧磁阻，从而浪费更多的功率因数。
2.5电磁开关无电压工作
对于工业企业来说，其电力低压系统通常运用多种电磁开关，且其控制线圈具有良好的感性性能，开关闭合后，走向供电状态，控制线圈也进入电源连接状态，这其中伴随着对电能的使用，对应的也出现了相对落后的无功电流，从而不利于大型工业企业功率因数的提高，对于这一问题，相关企业已经有所意识，并对应采取了解决对策，那就是一方面控制电能，另一方面来优化调整开关系统，将机械闭锁设备配在开关中，这样即使电磁开关闭合，在电气链接点的支持下，能够断开控制线圈，这样就会让电磁开关进入无压运转模式，从而优化功率因数，控制电能的不合理使用，达到多方面的积极效果。
2.6人工无功补偿技术
采用同步电动机补偿，这一补偿模式的优势为：功率因数超前时，同步电动机也能够工作，可以输出无功功率来实现对工业企业用电的无功补偿，从而全面提升其功率因数。这其中低速电动机同生产机械有效配合在一起，就不必使用减速箱，如果电网频率平稳时，对应的电动机也处于匀速运行状态，有效提高了供电效率，而且同步电动机的运转也不会受到变化电压的影响。同时，选择强行励磁，能够有效确保供电系统的安全运转。正是因为同步电动机体现出以上多方面的优势，适合引入到大型工业企业中，将其运用到水泵、通风机等机械设备中，实现各项机械设备的高效拖动与运转。同步电动机的使用成本较高且不方便维修，但是其所创造的无功补偿效果却十分显著。与之相对应的并联电容器则较为经济实惠，方便维修与维护，而且其故障问题的辐射范围十分有限，也可以尝试用在大型工业企业用电系统中，然而，其缺陷为并联电容器只具有有级调节功能，当无功功率发生变化时，无法实施无级调节。
2.7动态无功补偿模式
2.7.1全补偿。这一模式状态下，是要让功率因数为1，在供电系统中仅仅选择有功功率，全补偿状态下，无功装置的容量和负载的感性无功变化量保持一致。
2.7.2部分补偿。这种补偿方式具有一定的优点，体现在可以维护母线电压的安全、稳定，使其有效抵御负载的袭击，同时在一些特殊的时间段中，如：T1～T6的时间范围内，QS＞0，此时会对母线电压产生不良影响，造成一定程度的波动，功率因数＜0，然而，从总体来看，平均功率因数还是处于相对高的水平。
