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篇1

【關(guān)鍵詞】功率因數(shù)；諧波電流；功率因數(shù)校正

Abstract：This paper mainly discuss the produce reason of bad power factor，the harm of bad power factor，the source of harmonic current，the definition and calculate of power factor，the harm of harmonic current to electric net，power factor and higher the power factor’s good results etc.

Key words：power factor；harmonic current；power factor correction

一、不良功率因數(shù)的產(chǎn)生原因

開關(guān)電源的輸入端通常采用如圖1所示的由整流二極管和濾波電容組成的整流濾波電路，220V交流輸入市電整流后直接接電容器濾波，以得到波形較為平滑的直流電壓。

但是由整流二極管和濾波電容組成的整流濾波電路是一種非線性元件和儲(chǔ)能元件的組合，雖然交流輸入市電電壓的波形Vi是正弦的，但是整流元件的導(dǎo)通角不足180o，一般只有60°左右，導(dǎo)致輸入交流電流波形嚴(yán)重畸變，呈圖1所示的脈沖狀。由整流二極管和濾波電容組成的整流濾波電路主要存在如下的問題[1]。

（一）啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生很大的沖擊電流，約為正常工作電流的十幾倍至數(shù)十倍。

（二）正常工作時(shí)，由于整流二極管的導(dǎo)通角很小，形成一個(gè)高幅度的窄脈沖，電流波峰因數(shù)（CF）高、電流總諧波失真（THD）通常超過100%，同時(shí)引起電網(wǎng)電壓波形的畸變。

（三）功率因數(shù)（PF）低，一般在0.5～0.6左右。

脈沖狀的輸入電流含有大量的諧波成份，但是交流輸入電流中只有基波電流才做功，其余各次諧波成份不做功，即各次諧波成份的平均功率為零，但是大量的諧波電流成份會(huì)使電路的諧波噪聲增加，需在整流電路的輸入端增加濾波器，濾波器即貴、體積和重量又大。同時(shí)大量諧波電流成份倒流入電網(wǎng)，會(huì)造成電網(wǎng)的諧波“污染”。一則產(chǎn)生“二次效應(yīng)”，即諧波電流流過線路阻抗造成諧波電壓降，諧波電壓降反過來又會(huì)使電網(wǎng)電壓波形（原來是正弦波）發(fā)生畸變，二則會(huì)造成輸入電流有效值加大，使線路和變壓器過熱，同時(shí)諧波電流還會(huì)引起電網(wǎng)LC諧振，或高次諧波電流流過電網(wǎng)的高壓電容，使之過電流而發(fā)生爆炸。對(duì)三相交流供電，由于大量的諧波電流成份還會(huì)使中線電位偏移，中線電流過電流而發(fā)生故障等。感性負(fù)載或容性負(fù)載都會(huì)使交流輸入電壓、電流產(chǎn)生附加相移，使線路功率因數(shù)降低，電能利用率降低；非電阻性負(fù)載還會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的諧波失真，對(duì)電網(wǎng)造成干擾。

雖然輸入的電壓波形為正弦波，但是輸入的電流波形為非正弦波，呈現(xiàn)脈沖狀，其電流脈沖的持續(xù)時(shí)間只有交流輸入電流周期的10%～20%。

由于在由整流二極管和濾波電容組成的整流濾波電路中電流的升降速度比輸入電壓的升降速度快，并且輸入電流的不連續(xù)性，所以產(chǎn)生了一系列如圖2所示的奇次諧波[3]，導(dǎo)致供電線路功率因數(shù)降低至0.6～0.7左右，所以線路不良功率因數(shù)主要來源于輸入電流波形的畸變。

從圖2可以看出，偶次諧波電流成份的幅度很小，這是由于正弦波的正負(fù)半波對(duì)稱，偶次諧波電流成份幾乎被抵消了，只剩下了奇次諧波電流成份的原因。在圖2中假定基波電流成份的幅度為100%，其它諧波電流成份的幅度被表示成了它占基波電流成份的百分比數(shù)。

二、功率因數(shù)PF的定義

功率因數(shù)PF的定義如公式（1）所示。

（1）

三、理想正弦波的討論

在這種情況下假定輸入的電流和電壓波形均為正弦波形，對(duì)輸入電流和電壓波形的相位移定義為，這可以用矢量圖3表示[1]。

對(duì)正弦交流輸入市電，交流輸入電流無波形失真時(shí)電路的功率因數(shù)可以用公式（2）表示。

（2）

四、非理想正弦電流波形

假定輸入交流市電電壓波形為理想正弦波，有效值可以用公式（3）表示。

（3）

如果輸入電流為非正弦的周期電流波，通過傅立葉級(jí)數(shù)變換有公式（4）成立。

（4）

式中I0為直流電流成分，I1RMS為基波電流有效值成分，I2RMS-InRMS為2～n次正弦諧波電流有效值成分，對(duì)正弦交流電而言，I0=0，而基波電流I1RMS由不同相位的I1RMSP和90°相位差的基波電流成份I1RMSQ構(gòu)成。所以，交流總輸入電流的有效值可以利用公式（5）表示。

（5）

有功功率可以用公式（6）表示。

（6）

由于表示交流輸入電壓與交流輸入基波電流之間的相位移，即：

有公式（7）成立。

（7）

這樣有公式（8）和公式（9）成立。

（8）

（9）

功率因數(shù)可以利用公式（10）表示。

（10）

可以利用系數(shù)k表示，有公式（11）成立。

（11）

k表示諧波電流波形失真因數(shù)，系數(shù)k是一個(gè)和電流諧波成份有關(guān)的系數(shù)，如果交流輸入電流2次以上的諧波電流成份為0，有系數(shù)k=1。如果諧波電流波形失真用一個(gè)相位角θ有關(guān)的參數(shù)表示表示，有公式（12）成立。

（12）

這樣，功率因數(shù)PF和幾波電壓和基波電流相位移角、諧波電流波形失真等有關(guān)功率成份之間的關(guān)系可以利用圖4表示。

在圖4中，表示基波電流和電壓之間的相位差，θ表示和諧波電流有關(guān)的失真角，無功功率Q和失真功率D均會(huì)使輸入同樣有功功率的情況下輸入更大的交流電流有效值，從而產(chǎn)生額外的功耗，降低供電回路的供電效率。可見，可以通過以下途徑提高電路的功率因數(shù)PF。

（一）01降低I1RMS和V之間的相位移；

（二）θ01降低交流輸入電流IRMS總的諧波電流成份。

五、諧波電流的主要來源

通過分析發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生諧波電流的主要來源有以下幾種[2]。

（一）開關(guān)電源；

（二）調(diào)光裝置；

（三）電流調(diào)節(jié)裝置；

（四）頻率變換器；

（五）脈沖寬度調(diào)制的電源變換器；

（六）低功率燈；

（七）電弧爐；

（八）電焊機(jī)；

（九）由于磁芯飽和而導(dǎo)致不規(guī)則磁化電流的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)；

（十）由于開關(guān)裝置與/或具有非線性V/I特性的負(fù)載等。

六、諧波電流對(duì)電網(wǎng)的危害

脈沖狀的交流輸入電流波形中含有大量的諧波電流成分，大量的諧波電流倒流入電網(wǎng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成“污染”，供電電網(wǎng)中的諧波電流會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生以下不利影響。

（一）諧波電流的“二次效應(yīng)”，即諧波電流流過線路阻抗而造成的諧波電壓降反過來會(huì)使電網(wǎng)電壓波形（原來是正弦波）發(fā)生畸變。

（二）過大的諧波電流會(huì)引起供電線路故障，從而損壞用電設(shè)備。例如過大的諧波電流會(huì)使線路和配電設(shè)備過熱，諧波電流還會(huì)引起電網(wǎng)LC諧振，或高次諧波電流流過電網(wǎng)的高壓電容，使之過電流、過熱而導(dǎo)致電容器損壞。

（三）在三相四線制電路中，三次諧波在中線中的電流同相位，導(dǎo)致合成中線電流很大，有可能超過相線電流，中線又無保護(hù)裝置，使中線因過電流而導(dǎo)致中線過熱引起火災(zāi)，并損壞電氣設(shè)備。

（四）諧波電流對(duì)自身及同一系統(tǒng)中的其他電子設(shè)備會(huì)產(chǎn)生惡劣的影響，例如會(huì)引起電子設(shè)備的誤動(dòng)作和電子設(shè)備的故障等。

由于目前開關(guān)電源得到了廣泛的應(yīng)用，由此產(chǎn)生的輸入電流高次諧波成分的問題不容忽視，因此功率因數(shù)校正技術(shù)的應(yīng)用顯得十分迫切。

七、功率因數(shù)校正的常用方法

常用功率因數(shù)校正電路按工作原理劃分主要有以下2類。

（一）無源功率因數(shù)校正電路

無源功率因數(shù)校正電路利用電感和電容等元器件組成濾波器，將輸入電流波形進(jìn)行相移和整形，采用這種方法可使功率因數(shù)（PF）達(dá)0.9以上。優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，適用于小功率應(yīng)用場(chǎng)合。缺點(diǎn)是在某頻率點(diǎn)可能產(chǎn)生諧振而損壞用電設(shè)備。

（二）有源功率因數(shù)校正電路

有源功率因數(shù)校正電路的基本工作原理是利用控制電路強(qiáng)迫輸入交流電流波形跟蹤輸入交流電壓波形而實(shí)現(xiàn)交流輸入電流正弦化，并與交流輸入電壓同步。其中關(guān)鍵電路是乘法器和除法器，有源功率因數(shù)校正電路的特點(diǎn)是：

1.功率因數(shù)高，PF可達(dá)0.99以上；

2.總諧波失真低，THD

3.交流輸入電壓范圍寬，交流輸入電壓范圍可達(dá)90～270VAC；

4.輸出電壓穩(wěn)定；

5.所需磁元件小。

有源功率因數(shù)校正電路的缺點(diǎn)是電路比較復(fù)雜，由于有源功率因數(shù)校正電路的引入，降低了電路的總體工作效率，并且電磁輻射干擾（EMI）較大。

八、提高電源功率因數(shù)的意義

（一）用戶和供電部門都會(huì)從高功率因數(shù)中獲益

例如，功率因數(shù)為1的220V標(biāo)準(zhǔn)交流市電供電，在降低至最低85V時(shí)需為負(fù)載提供15A的有功供電電流，當(dāng)電路的功率因數(shù)降低至0.6時(shí)只能為負(fù)載提供9A的有功供電電流。例如，同樣一個(gè)壁式電源插座，功率因數(shù)為1時(shí)可為4臺(tái)功率為280W的電器設(shè)備供電，當(dāng)功率因數(shù)為0.6時(shí)僅可以為2臺(tái)功率為280W的電器設(shè)備供電。功率因數(shù)低意味在為負(fù)載提供同等功率的情況下要提供更大的電流，因而供電線路的損耗要加大，并且供電線路導(dǎo)線的線徑也要加大，使供電線路的供電效率降低，而需多提供的功率和諧波電流成份有關(guān)。同時(shí)由于交流輸入電流的波形失真而引入的諧波電流還會(huì)致使交流市電過零檢測(cè)電路不能正常工作，在零線產(chǎn)生過電流和過電壓。

目前在歐盟和美國(guó)已對(duì)電器設(shè)備的功率因數(shù)這個(gè)技術(shù)指標(biāo)提出了嚴(yán)格要求，規(guī)定在歐盟銷售的功率大于75W的電器設(shè)備，要求它們的功率因數(shù)技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足歐洲技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)EN61000-3-2（IEC61000-3-2）的要求，否則不能進(jìn)入歐洲市場(chǎng)，同樣在美國(guó)也做出了類似的技術(shù)要求。在EN61000-3-2

（IEC61000-3-2）中對(duì)用電設(shè)備的供電輸入高至39次的諧波電流幅度做出了限制要求，所以，今后的電子產(chǎn)品如不能滿足有關(guān)功率因數(shù)技術(shù)指標(biāo)要求則不能進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)[2]。

（二）下游變換器的元器件成本降低

在同等輸出功率的情況下如果采用了PFC電路，對(duì)下游變換器的功率開關(guān)管的技術(shù)要求也要低些，例如對(duì)下游變換器功率開關(guān)管的導(dǎo)通電阻的要求就可以低些。同時(shí)，采用PFC電路后下游變換器的功率變壓器的體積可以小些，導(dǎo)線線徑也可以小些，采用有源PFC電路后由于穩(wěn)壓范圍寬（85VAC～265VAC），所以也可以省掉110/220VAC的電源選擇開關(guān)，也可以在不加大濾波電容器容量的情況下提高供電電路的保持時(shí)間。

（三）有源功率因數(shù)校正電路對(duì)電網(wǎng)的影響

當(dāng)然功率因數(shù)校正電路會(huì)產(chǎn)生一些對(duì)電網(wǎng)的高頻諧波干擾，對(duì)這些高頻諧波干擾需設(shè)計(jì)專門的EMI和RFI濾波器（如圖5所示）加以濾除[4]，圖5表示采用了有源功率因數(shù)校正和沒有采用功率因數(shù)的電路對(duì)比，實(shí)用中需根據(jù)具體技術(shù)要求選用PFC電路結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的工作模式。

九、結(jié)論

由于對(duì)電網(wǎng)供電質(zhì)量要求越來越高，在設(shè)計(jì)開關(guān)電源時(shí)需考慮IEC 555-2和IEC61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)技術(shù)要求，采用功率因數(shù)校正技術(shù)的開關(guān)電源可以很好的改善開關(guān)電源的技術(shù)性能，同時(shí)采用有源功率因數(shù)校正后，開關(guān)電源的供電直流電壓更為穩(wěn)定，還可以省掉110/220VAC交流輸入市電電壓選擇開關(guān)。

參考文獻(xiàn)

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[4]AND8124/D 90W,Universal Input,Single Stage,APFC Converter On Semiconductor.

作者簡(jiǎn)介：

篇2

【關(guān)鍵詞】功率因數(shù)；節(jié)約電能；供電質(zhì)量

功率因數(shù)是指電力網(wǎng)中線路的視在功率供給有功功率的消耗所占百分?jǐn)?shù)。在電力網(wǎng)的運(yùn)行中，我們所希望的是功率因數(shù)越大越好，如能做到這一點(diǎn)，則電路中的視在功率將大部分用來供給有功功率，以減少無功功率的消耗。用戶功率因數(shù)的高低，對(duì)于電力系統(tǒng)發(fā)、供、用電設(shè)備的充分利用，有著顯著的影響。適當(dāng)提高用戶的功率因數(shù)，不但可以充分地發(fā)揮發(fā)、供電設(shè)備的生產(chǎn)能力、減少線路損失、改善電壓質(zhì)量，而且可以提高用戶用電設(shè)備的工作效率和為用戶本身節(jié)約電能。因此，對(duì)于全國(guó)廣大供電企業(yè)、特別是對(duì)現(xiàn)階段全國(guó)性的一些改造后的農(nóng)村電網(wǎng)來說，若能有效地搞好低壓補(bǔ)償，不但可以減輕上一級(jí)電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)膲毫?，改善提高用戶功率因?shù)，而且能夠有效地降低電能損失，減少用戶電費(fèi)。其社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益都會(huì)是非常顯著的。

一、影響功率因數(shù)的主要因素

首先我們來了解功率因數(shù)產(chǎn)生的主要原因。功率因數(shù)的產(chǎn)生主要是因?yàn)榻涣饔秒娫O(shè)備在其工作過程中，除消耗有功功率外，還需要無功功率。當(dāng)有功功率P有一定時(shí)，如減少無功功率P無，則功率因數(shù)便能夠提高。在極端情況下，當(dāng)P無=0時(shí)，則其功率因素=1。因此提高功率因數(shù)問題的實(shí)質(zhì)就是減少用電設(shè)備的無功功率需要量。影響功率因素主要是下面幾個(gè)方面。

（一）異步電動(dòng)機(jī)和電力變壓器是耗用無功功率的主要設(shè)備

異步電動(dòng)機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙是決定異步電動(dòng)機(jī)需要較多無功的主要因素。而異步電動(dòng)機(jī)所耗用的無功功率是由其空載時(shí)的無功功率和一定負(fù)載下無功功率增加值兩部分所組成的。所以要改善異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)就要防止電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提高負(fù)載率。變壓器消耗無功的主要成份是它的空載無功功率，它和負(fù)載率的大小無關(guān)。因而，為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù)，變壓器不應(yīng)空載運(yùn)行或長(zhǎng)其處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。

（二）供電電壓超出規(guī)定范圍也會(huì)對(duì)功率因數(shù)造成很大的影響

當(dāng)供電電壓高于額定值的10%時(shí)，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長(zhǎng)得很快，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)供電電壓為額定值的110%時(shí)，一般工廠的無功將增加35%左右。當(dāng)供電電壓低于額定值時(shí)，無功功率也相應(yīng)減少而使它們的功率因數(shù)有所提高。但供電電壓降低會(huì)影響電氣設(shè)備的正常工作。所以，應(yīng)當(dāng)采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。

（三）電網(wǎng)頻率的波動(dòng)也會(huì)對(duì)異步電機(jī)和變壓器的磁化無功功率造成一定的影響

我們知道了影響電力系統(tǒng)功率因數(shù)的一些主要因素，因此我們要尋求一些行之有效的、能夠使低壓電力網(wǎng)功率因數(shù)提高的一些實(shí)用方法，使低壓網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)無功的就地平衡，達(dá)到降損節(jié)能的效果。

二、低壓網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)囊话惴椒?/p>

低壓無功補(bǔ)償我們通常采用的方法主要有三種：隨機(jī)補(bǔ)償、隨器補(bǔ)償、跟蹤補(bǔ)償。下面簡(jiǎn)單介紹這三種補(bǔ)償方式的適用范圍及使用該種補(bǔ)償方式的優(yōu)缺點(diǎn)。

1.隨機(jī)補(bǔ)償

隨機(jī)補(bǔ)償就是將低壓電容器組與電動(dòng)機(jī)并接，通過控制、保護(hù)裝置與電機(jī)，同時(shí)投切。隨機(jī)補(bǔ)償適用于補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的無功消耗，以補(bǔ)償磁無功為主，此種方式可較好地限制農(nóng)網(wǎng)無功峰荷。

隨機(jī)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，無功補(bǔ)償投入，用電設(shè)備停運(yùn)時(shí)，補(bǔ)償設(shè)備也退出，而且不需頻繁調(diào)整補(bǔ)償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護(hù)簡(jiǎn)單、事故率低等特點(diǎn)。

2.隨器補(bǔ)償

隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過低壓保險(xiǎn)接在配電變壓器二次側(cè)，以補(bǔ)償配電變壓器空載無功的補(bǔ)償方式。配變?cè)谳p載或空載時(shí)的無功負(fù)荷主要是變壓器的空載勵(lì)磁無功，配變空載無功是農(nóng)網(wǎng)無功負(fù)荷的主要部分，對(duì)于輕負(fù)載的配變而言，這部分損耗占供電量的比例很大，從而導(dǎo)致電費(fèi)單價(jià)的增加，不利于電費(fèi)的同網(wǎng)同價(jià)。

隨器補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：接線簡(jiǎn)單、維護(hù)管理方便、能有效地補(bǔ)償配變空載無功，限制農(nóng)網(wǎng)無功基荷，使該部分無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低無功網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，是目前補(bǔ)償無功最有效的手段之一。

3.跟蹤補(bǔ)償

跟蹤補(bǔ)償是指以無功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓電容器組補(bǔ)償在大用戶0.4kv母線上的補(bǔ)償方式。適用于100kVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機(jī)、隨器兩種補(bǔ)償方式，補(bǔ)償效果好。

跟蹤補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：運(yùn)行方式靈活，運(yùn)行維護(hù)工作量小，比前兩種補(bǔ)償方式壽命相對(duì)延長(zhǎng)、運(yùn)行更可靠。但缺點(diǎn)是控制保護(hù)裝置復(fù)雜、首期投資相對(duì)較大。但當(dāng)這三種補(bǔ)償方式的經(jīng)濟(jì)性接近時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用跟蹤補(bǔ)償方式。

三、采取適當(dāng)措施，設(shè)法提高系統(tǒng)自然功率因數(shù)

提高自然功率因數(shù)是在不添置任何補(bǔ)償設(shè)備，采用降低各用電設(shè)備所需的無功功率減少負(fù)載取用無功來提高工礦企業(yè)功率因數(shù)的方法，它不需要增加投資，是最經(jīng)濟(jì)的提高功率因數(shù)的方法。下面將對(duì)提高自然功率因數(shù)的措施作一些簡(jiǎn)要的介紹。

1.合理使用電動(dòng)機(jī)（下轉(zhuǎn)第122頁(yè)）

（上接第199頁(yè)）

合理選用電動(dòng)機(jī)的型號(hào)、規(guī)格和容量，使其接近滿載運(yùn)行。在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，既要注意它們的機(jī)械性能，又要考慮它們的電器指標(biāo)。若電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期處于低負(fù)載下運(yùn)行，既增大功率損耗，又使功率因數(shù)和效率都顯著惡化。故從節(jié)約電能和提高功率因數(shù)的觀點(diǎn)出發(fā)，必須正確地合理地選擇電動(dòng)機(jī)的容量。

2.提高異步電動(dòng)機(jī)的檢修質(zhì)量

實(shí)驗(yàn)表明，異步電動(dòng)機(jī)定子繞組匝數(shù)變動(dòng)和電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子間的氣隙變動(dòng)時(shí)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)無功功率的大小有很大的影響。

3.采用同步電動(dòng)機(jī)或異步電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行提高功率因數(shù)

由電機(jī)原理知道，同步電動(dòng)機(jī)消耗的有功功率取決于電動(dòng)機(jī)上所帶機(jī)械負(fù)荷的大小，而無功取決于轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁電流大小，在欠激狀態(tài)時(shí)，定子繞組向電網(wǎng)“吸取”無功，在過激狀態(tài)時(shí)，定子繞組向電網(wǎng)“送出”無功。因此，只要調(diào)節(jié)電機(jī)的勵(lì)磁電流，使其處于過激狀態(tài)，就可以使同步電機(jī)向電網(wǎng)“送出”無功功率，減少電網(wǎng)輸送給工礦企業(yè)的無功功率，從而提高了工礦企業(yè)的功率因數(shù)。異步電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行就是將異步電動(dòng)機(jī)三相轉(zhuǎn)子繞組適當(dāng)連接并通入直流勵(lì)磁電流，使其呈同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，這就是“異步電動(dòng)機(jī)同步化”。因而只要調(diào)節(jié)電機(jī)的直流勵(lì)磁電流，使其呈過激狀態(tài)，即能向電網(wǎng)輸出無功，從而達(dá)到提高低壓網(wǎng)功率因數(shù)的目的。

4.合理選擇配變?nèi)萘?，改善配變的運(yùn)行方式

對(duì)負(fù)載率比較低的配變，一般采取“撤、換、并、停”等方法，使其負(fù)載率提高到最佳值，從而改善電網(wǎng)的自然功率因數(shù)。

通過以上一些提高加權(quán)平均功率因數(shù)和自然功率因數(shù)的敘述，或許我們已經(jīng)對(duì)“功率因數(shù)”這個(gè)簡(jiǎn)單的電力術(shù)語(yǔ)有了更深的了解和認(rèn)識(shí)。

【參考文獻(xiàn)】

篇3

關(guān)鍵詞：自然功率；輸電線路；無功功率；功率因數(shù)；無功補(bǔ)償

中圖分類號(hào)：TM714.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）11-0180-03

當(dāng)電能沿供電系統(tǒng)中的導(dǎo)線輸送時(shí)，既有有功也有無功存在，在長(zhǎng)距離輸電線路中，線路越長(zhǎng)無功損耗越不能忽略，特別是負(fù)荷較小、線路較長(zhǎng)時(shí)，線路呈現(xiàn)容性，較大的無功對(duì)功率因數(shù)的影響就凸顯出來。本文結(jié)合實(shí)際從線路長(zhǎng)度、電量情況對(duì)功率因數(shù)的影響進(jìn)行了分析，并查找原因，研究降低線路容性無功、提高用戶功率因數(shù)的措施。

1 功率因數(shù)與自然功率的研究

1.1 功率因數(shù)

功率因數(shù)是衡量供電系統(tǒng)電能利用程度及電氣設(shè)備使用狀況的一個(gè)重要電氣參數(shù)，是有功功率和視在功率的比值，表示用電設(shè)備（供電設(shè)備、配電設(shè)備，等等，均看作廣義用電設(shè)備）的用電效率。

功率因數(shù)的大小與電路的負(fù)荷性質(zhì)有關(guān)，電阻負(fù)荷的功率因數(shù)為1，一般具有電感或電容性負(fù)載的電路功率因數(shù)都小于1。功率因數(shù)是電力系統(tǒng)的一個(gè)重要的技術(shù)數(shù)據(jù)，是反映電氣設(shè)備效率高低的一個(gè)系數(shù)。功率因數(shù)低，說明電路用于交變磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換的無功功率大， 從而降低了設(shè)備的利用率，增加了線路供電損失。

功率因數(shù)的三種計(jì)算方法：

（1）瞬時(shí)功率因數(shù)：是針對(duì)某一時(shí)刻的功率因數(shù)；按下式計(jì)算：

（2）平均功率因數(shù)：指某一規(guī)定時(shí)間內(nèi)功率因數(shù)的平均值，亦稱加權(quán)平均功率因數(shù)，由消耗的有功電能及無功電能得出的，按下式計(jì)算：

供電企業(yè)每月向用戶計(jì)收電費(fèi)，平均功率因數(shù)低于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，要增收一定比例的電費(fèi)；而高于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可適當(dāng)減收一定比例的電費(fèi)，標(biāo)準(zhǔn)按《供電營(yíng)業(yè)規(guī)則》的規(guī)定執(zhí)行。比如實(shí)際運(yùn)行中供電公司對(duì)神華準(zhǔn)池鐵路的4個(gè)牽引變電站功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)的考核標(biāo)準(zhǔn)為0.9，當(dāng)平均功率因數(shù)低于0.9時(shí)，供電公司對(duì)準(zhǔn)池公司要增收一定比例的電費(fèi)，即接受不同程度的罰款，對(duì)鐵路的運(yùn)行成本有非常大的影響，準(zhǔn)池鐵路有3個(gè)變電站供電公司的計(jì)量在其出口變電站，功率因數(shù)考核也以此為準(zhǔn)。

（3）最大荷時(shí)的功率因數(shù)：指在年最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)，按cosφ=P/S計(jì)算。

《供電營(yíng)業(yè)規(guī)則》規(guī)定“除電網(wǎng)有特殊要求的用戶外，用戶在當(dāng)?shù)毓╇娖髽I(yè)規(guī)定的電網(wǎng)高峰負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)，應(yīng)達(dá)到下列規(guī)定：100千伏安及以上高壓供電的用戶功率因數(shù)為0.90以上。其他電力用戶和大、中型電力排灌站、躉購(gòu)轉(zhuǎn)售電企業(yè)，功率因數(shù)為0.85以上。農(nóng)業(yè)用電，功率因數(shù)為0.80?！?/p>

1.2 自然功率

通電中的高壓輸電線路既能產(chǎn)生無功功率（由于分布電容）又消耗無功功率（由于串聯(lián)阻抗），當(dāng)線路輸送有功功率達(dá)到某個(gè)值的時(shí)候，此時(shí)線路消耗和產(chǎn)生的無功正好平衡，此時(shí)輸送的功率就稱為自然功率。

當(dāng)線路輸送自然功率時(shí)，由于線路對(duì)地電容產(chǎn)生的無功與線路電抗消耗的無功相等，因此送電端和受電端的功率因數(shù)一致；在高壓輸電時(shí)，當(dāng)輸送功率低于自然功率時(shí)，由于充電功率大于線路消耗無功，即感性無功小于容性無功，必然導(dǎo)致線路末端電壓升高；相反，當(dāng)線路輸送功率大于自然功率，由于無功不足，需要額外的無功補(bǔ)償，在沒有無功補(bǔ)償?shù)那闆r下，線路電壓末端就會(huì)下降。所以，線路在輸送自然功率的時(shí)候，經(jīng)濟(jì)性最好、最合理。

2 功率因數(shù)低對(duì)電網(wǎng)和用戶的危害

2.1 增加了供電線路的功率損失，降低輸電效率

在電力系統(tǒng)中，當(dāng)電源U是負(fù)載端電壓的有效值時(shí)，負(fù)載吸收的有功功率為P=UIcosφ，則負(fù)載上的電流I=P/（Ucosφ），由此可以看出在傳輸同樣有功功率時(shí)，如果負(fù)載cosφ較低，則線路中的電流I會(huì)增大；而輸電線路的損耗為P1=I2R，即電流I增大引起線路損耗增大，所以降低了輸電效率。因此當(dāng)U和P不變時(shí)，提高功率因數(shù)cosφ會(huì)降低輸電線上的損耗，減少系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

2.2 增加供電線路的電壓損失，造成電壓波動(dòng)，影響供電質(zhì)量

前面已經(jīng)說過功率因數(shù)越低，線路上的電流I越大，正比于系統(tǒng)中流過電流的電壓損失增加，使線路電壓降低。若電壓損失過大，電網(wǎng)末端就會(huì)長(zhǎng)期處于低電壓運(yùn)行狀態(tài)，引起變壓器過負(fù)荷、電動(dòng)機(jī)過熱、日光燈不能啟動(dòng)、電燈昏暗等后果，從而影響電壓質(zhì)量，對(duì)生產(chǎn)和生活造成很大的影響。

2.3 降低發(fā)、供、用電設(shè)備的有效利用率

由功率因數(shù)表達(dá)式cosΦ=P/可知，在輸出的功率一定的情況下，功率因數(shù)低，無功功率大，有功輸出也降低，有用的功減少了，發(fā)、供、用電設(shè)備的有效利用率就降低了。

2.4 增加了供電企業(yè)和用戶電力設(shè)備的投資成本

對(duì)于電力企業(yè)而言，功率因數(shù)較低時(shí)，線路中的電流增大，線路損耗增大，為盡量減小輸電線路上的功率損耗，往往增加導(dǎo)線截面積，同時(shí)由于總電流增加，使得供電系統(tǒng)中的測(cè)量?jī)x表等規(guī)格尺寸增大，因此加大了投資。

對(duì)于用戶而言，由功率因數(shù)表達(dá)式可以看出，有功功率P一定時(shí)，功率因數(shù)低，無功功率增加，導(dǎo)致視在功率S增加，為滿足有功負(fù)荷用電需要，增加了所需變壓器的容量，增加了用戶投資和損耗。

比如一臺(tái)額定電壓10kV的變壓器，額定電流是46A，當(dāng)變壓器在功率因數(shù)等于0.7時(shí)可帶有功負(fù)荷：

P=cosΦ

=1.732*10*46*0.7

=557.7KW

當(dāng)功率因數(shù)由0.7提高到0.9時(shí)變壓器可帶的有功負(fù)荷由上面的公式計(jì)算得717KW。

可見，功率因數(shù)高，同等需用變壓器容量所帶的有功負(fù)荷就大，節(jié)約了用戶投資。

2.5 功率因數(shù)低于標(biāo)準(zhǔn)用戶增加調(diào)整電費(fèi)支出

前面提到用戶的平均功率因數(shù)將依據(jù)《供電營(yíng)業(yè)規(guī)則》實(shí)行功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)，達(dá)不到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，則需要多收電費(fèi)，而高于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，可相應(yīng)地減少電費(fèi)。

3 影響功率因數(shù)的因素

（1）對(duì)于用戶來說大量的電感性設(shè)備，如異步電動(dòng)機(jī)、交流電焊機(jī)等設(shè)備是無功功率的主要消耗者。有關(guān)的統(tǒng)計(jì)，在工礦企業(yè)所消耗的全部無功功率中，異步電動(dòng)機(jī)的無功消耗占了60%～70%；而在異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)所消耗的無功又占到電動(dòng)機(jī)總無功消耗的60%～70%。所以要改善異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)就要防止電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提高負(fù)載率。

（2）變壓器運(yùn)行不合理是功率因數(shù)降低的重要原因。變壓器的空載無功功率占無功功率的80%左右，變壓器消耗無功的主要成份就是它的空載無功功率，它和負(fù)載率的大小無關(guān)。因而，為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù)，變壓器不應(yīng)空載運(yùn)行或長(zhǎng)期處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。

（3）供電電壓超出規(guī)定范圍也會(huì)對(duì)功率因數(shù)造成很大的影響。當(dāng)供電電壓高于額定值的10%時(shí)，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長(zhǎng)得很快，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)供電電壓為額定值的110%時(shí)，一般工廠的無功將增加35%左右，當(dāng)供電電壓低于額定值時(shí)，無功功率也相應(yīng)減少而使功率因數(shù)有所提高，但供電電壓降低會(huì)影響電氣設(shè)備的正常工作，因此，應(yīng)當(dāng)采取必要措施使供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。

（4）輸電線路無功對(duì)系統(tǒng)功率因數(shù)也有非常大的影響。由于各類因素的存在，用戶的負(fù)荷是不固定的，特別是像牽引電氣化鐵路這樣的負(fù)荷波動(dòng)更大。

110KV線路感性無功功率為：Ql=I2XlL

110KV線路容性無功功率為：Qc=U2B=U2ClωL

由上面的式子可以看出，感性無功與負(fù)荷大小有直接關(guān)系，而容性無功與負(fù)荷大小關(guān)系不大，只是由線路的長(zhǎng)度和電壓確定，趨于一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)值。

在實(shí)際的輸電線路中感性無功與容性無功功率相比，數(shù)值很小，而線路容性無功負(fù)荷對(duì)功率因數(shù)起到了至關(guān)重要的作用。以準(zhǔn)池鐵路2017年2月份和3月份統(tǒng)計(jì)的高家堡變電所各項(xiàng)數(shù)據(jù)為例進(jìn)行分析，具體計(jì)量電度如下表1所示。

高家堡變電所110KV電源線有兩條，分別是向高線，長(zhǎng)度27.49公里；玉高線，長(zhǎng)度10.37公里。2017年2月份向高線帶高家堡變電所，玉高線帶電熱備用，在上游變電站計(jì)量到的無功功率為：向高線1168200Kvar，玉高線920700Kvar，合計(jì)2088900Kvar，力率調(diào)整電費(fèi)罰款3萬元。

2017年3月份玉高線帶高家堡溝變電所，向高線帶電熱備用，在上游變電站計(jì)量到的無功功率為：向高線1023000Kvar，玉高線491700Kvar，合計(jì)1514700Kvar，力率調(diào)整電費(fèi)獎(jiǎng)勵(lì)0.4萬元。

變電站一主一備的兩條電源線，熱備用一般都是電送到用戶變電站入口隔離開關(guān)的電源側(cè)，因此對(duì)于變電所內(nèi)集中動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償來說，對(duì)熱備用線路的補(bǔ)償無能為力。通過上兩表可以看出，上下游統(tǒng)計(jì)的有功功率變化不大，而無功功率相差非常大。因上游變電站計(jì)算功率因數(shù)時(shí)，有功功率、無功功率均是兩條電源線的和，由上表可以看出向高線（長(zhǎng)線路）帶負(fù)荷時(shí)上游變電站整體功率因數(shù)比玉高線（短線路）帶負(fù)荷時(shí)高，因下游變電站及所帶負(fù)荷的感性設(shè)備可以消耗掉一部分線路容性無功，即設(shè)備負(fù)荷大于容性無功負(fù)荷，力率調(diào)整電費(fèi)罰款才會(huì)有所下降。

4 提高功率因數(shù)的方法及措施

提高功率因數(shù)的方法主要有兩種：一是提高自然功率因數(shù)，減少用電設(shè)備對(duì)無功的需要，二是采用人工無功補(bǔ)償，在用電設(shè)備處或線路上安裝能夠提供無功電力的設(shè)備，使無功功率就地得到補(bǔ)償，以減少線路中的無功輸送。

4.1 提高自然功率因數(shù)

（1）合理選則和使用電動(dòng)機(jī)。應(yīng)保證電動(dòng)機(jī)在75%以上的負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，盡量減小備用容量。

（2）合理配置、使用變壓器，恰當(dāng)?shù)剡x擇其容量。低損耗的變壓器最佳負(fù)載率為50%，運(yùn)行中要均衡變壓器負(fù)荷，及時(shí)切除空載變壓器，減少變壓器的空載損失，使其負(fù)載率提高到最佳值。

（3）改變電動(dòng)機(jī)接線降壓運(yùn)行。

4.2 加裝并聯(lián)電容器進(jìn)行用戶的無功功率就地補(bǔ)償

（1）供電系統(tǒng)的用戶端由于有大量的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、變壓器、電焊機(jī)等感應(yīng)負(fù)載，特別是大功率電力電子拖動(dòng)設(shè)備的應(yīng)用，使得功率因數(shù)降低。把具有容性功率負(fù)荷的裝置與感性功率負(fù)荷并聯(lián)接在同一電路，當(dāng)容性負(fù)荷釋放能量時(shí)，感性負(fù)荷吸收能量；而當(dāng)感性負(fù)荷釋放能量時(shí)，容性負(fù)荷卻在吸收能量，能量在兩種負(fù)荷之間互相交換。這樣，感性負(fù)荷所吸收的無功功率可由容性負(fù)荷輸出的無功功率中得到補(bǔ)償。

（2）電容器補(bǔ)償?shù)囊话阍瓌t和補(bǔ)償方法。無功電力應(yīng)就地平衡，按照電壓等級(jí)進(jìn)行逐級(jí)補(bǔ)償。對(duì)于用電負(fù)荷比較集中而補(bǔ)償容量較大的用戶，可以采用高、低壓混合補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行補(bǔ)償。對(duì)于容量較大，負(fù)荷平穩(wěn)且經(jīng)常使用的用電設(shè)備的無功功率，單獨(dú)就地補(bǔ)償。補(bǔ)償基本無功的電容器組宜在變配電所內(nèi)集中補(bǔ)償。目前，普遍采用可控硅動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，根據(jù)用戶端的無功是過補(bǔ)償還是欠補(bǔ)償，由可控硅調(diào)節(jié)勵(lì)磁電抗器的感性負(fù)荷投入和退出的比例，從而使功率因數(shù)保持在要求的水平上。

4.3 采用同步調(diào)相機(jī)

同步調(diào)相機(jī)實(shí)際上就是一個(gè)大容量的空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)，在過勵(lì)磁時(shí)，它相當(dāng)一個(gè)無功發(fā)電機(jī)。由于同步調(diào)相機(jī)投資高，有功功率損耗大（比電容器大5～10倍），運(yùn)行、維護(hù)管理都較復(fù)雜，工礦企業(yè)很少采用。

4.4 降低線路容性無功對(duì)功率因數(shù)的影響

（1）在線路中并聯(lián)電抗器進(jìn)行無功補(bǔ)償。當(dāng)線路空載且長(zhǎng)距離敷設(shè)時(shí)，在架空地線分布電容的影響下，線路電抗呈現(xiàn)容性，采用全電纜敷設(shè)的線路尤為嚴(yán)重。從本文第3節(jié)第4條的分析可以看出，線路的無功功率對(duì)系統(tǒng)的整體功率因數(shù)影響巨大。因此，常采用在長(zhǎng)距離輸電線路或電纜線路上并聯(lián)安裝電抗器進(jìn)行無功補(bǔ)償。在實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)殡妷旱燃?jí)越高，成本越高，維護(hù)難度越大，因此我們經(jīng)常能看到10KV線路安裝電抗器的較多，而110KV以上線路較少。

（2）降低電壓運(yùn)行。因?yàn)槿菪詿o功與電壓的平方成正比。有條件的情況下，若能使電壓降在允許范圍內(nèi)，則可以采用降壓運(yùn)行方式。

（3）改變供電方式。從分析可以看出，輸電線路越長(zhǎng)容性無功越大，因此在實(shí)際的運(yùn)行中，對(duì)于有兩條電源線的用戶來說，盡量使用長(zhǎng)的線路帶負(fù)荷運(yùn)行，這樣用戶的感性無功可以平衡掉一部分線路產(chǎn)生的容性無功，從而使功率因數(shù)有所提高。

（4）合理調(diào)整利用廠內(nèi)無功補(bǔ)償設(shè)備，無功補(bǔ)償裝置就地補(bǔ)償，補(bǔ)償數(shù)值綜合考慮用戶端廠內(nèi)設(shè)備和供電端輸電線路損耗的影響。

（5）由于電力電纜的相間距離更小，因此電纜線路的電容比架空線路大的多，在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)變電站的位置，應(yīng)盡量減少輸電線路及電纜的長(zhǎng)度，避免傳送更多的容性無功功率。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過對(duì)供電系統(tǒng)的功率損耗的介紹，自然功率和功率因數(shù)研究，影響功率因數(shù)因素的分析，提出提高功率因數(shù)的方法和措施。研究中以實(shí)際用戶運(yùn)行數(shù)據(jù)為依據(jù)，通過對(duì)不同時(shí)期上下游變電站統(tǒng)計(jì)的有功功率、無功功率及功率因數(shù)進(jìn)行理論數(shù)值計(jì)算和實(shí)際分析，著重闡述了輸電線路的自然功率和容性無功功率與用戶功率因數(shù)不可忽視的關(guān)系。在實(shí)際運(yùn)行中要保證用電設(shè)備始終經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，功率因數(shù)達(dá)到考核標(biāo)準(zhǔn)，避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失，需要在不同的生產(chǎn)狀態(tài)下采取相應(yīng)的措施，以使功率因數(shù)達(dá)到最優(yōu)。

對(duì)于供電企業(yè)與電力用戶來說節(jié)能降耗都是有利于企業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的，將電力損耗控制在合理范圍內(nèi)，提高功率因數(shù)，加強(qiáng)無功功率的管理，是一項(xiàng)雙贏的工作。因此，我們?cè)谄綍r(shí)工作中必須加深各類無功補(bǔ)償原因分析和解決措施的理解，不斷深入的研究，采取更加有效的辦法和措施，研究線路無功采取用戶端就地高壓補(bǔ)償?shù)姆椒?，達(dá)到不但能補(bǔ)償下游變電站本身產(chǎn)生的感性無功，也能補(bǔ)償線路產(chǎn)生的容性無功的目的。通過對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析，加強(qiáng)過補(bǔ)償和欠補(bǔ)償?shù)臏y(cè)試，結(jié)合提高功率因數(shù)的方法確定合理的系統(tǒng)補(bǔ)償方案，從而保證用電設(shè)備經(jīng)濟(jì)、安全、可靠的運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

篇4

【關(guān)鍵詞】功率因數(shù)；電路基礎(chǔ)；工程應(yīng)用

1.功率因數(shù)的基本理論

企業(yè)中的用電設(shè)備，大部分都是用電磁感應(yīng)原理來進(jìn)行工作：比如電力變壓器、電焊機(jī)和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)就是用電磁感應(yīng)的原理而實(shí)現(xiàn)的。這樣的用電設(shè)備必須從電網(wǎng)上吸收兩種能量，一部分能量用于做功，轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、熱能、化學(xué)能及光能等能量形式，這部分能量用于生產(chǎn)和生活所需，即有功功率；另一部分能量用來產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，是依靠磁場(chǎng)來傳送和轉(zhuǎn)換能量，這種轉(zhuǎn)換只在電源和用電設(shè)備之間進(jìn)行，不對(duì)外輸出能量，即無功功率。有功功率與無功功率都是電能的應(yīng)用所必需的。若有功功率不足，則不能滿足用電負(fù)荷的需要，且電網(wǎng)質(zhì)量變壞，威脅發(fā)電廠的安全；若無功功率不足，電網(wǎng)質(zhì)量同樣變壞，電網(wǎng)電壓降低，用電設(shè)備電流上升，電機(jī)過流、發(fā)熱，導(dǎo)致用電設(shè)備的絕緣損壞，甚至燒毀。

平均功率P可反映電路網(wǎng)絡(luò)實(shí)際吸收的有功功率，根據(jù)定義，平均功率為：。它不僅與電壓、電流的有效值有關(guān)，而且還與電壓、電流的相位差有關(guān)。稱為電路的功率因數(shù)，又稱為功率因數(shù)角。一方面電路的功率因數(shù)直接影響發(fā)電設(shè)備的利用率，另一方面當(dāng)輸送相同的功率時(shí)，功率因數(shù)低，則電流大，流過電路時(shí)造成的損耗就大。為提高發(fā)電設(shè)備的利用率和降低輸電線上的損耗，需要提高功率因數(shù)[1]。

圖1 并聯(lián)電容進(jìn)行功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?/p>

電路圖及相量圖

在交流電路中，純電阻負(fù)載中電流IR與電壓U同相位，純電感負(fù)載中電流IL滯后電壓90°，而純電容負(fù)載中電流IC超前電壓90°。電力系統(tǒng)中的負(fù)載多是感性負(fù)載（電感性和電阻性），因此總電流I滯后于電壓U一個(gè)小于90°的功率因數(shù)角。為了提高功率因數(shù)，一般在感性負(fù)載上并聯(lián)電容器，如圖1所示，其目的是讓電容的電流抵消部分電感電流，使電流I減小到I′，在提高功率因數(shù)、降低線路損耗的同時(shí)，又不會(huì)影響原感性負(fù)載的工作狀態(tài)。

工業(yè)企業(yè)電力系統(tǒng)常用的電容器補(bǔ)償方式有三種：集中補(bǔ)償、分組補(bǔ)償和個(gè)別補(bǔ)償。企業(yè)電力系統(tǒng)的補(bǔ)償方式的選擇，要視企業(yè)的具體情況而確定。例如，從無功就地平衡來說，個(gè)別補(bǔ)償效果最好（個(gè)別補(bǔ)償應(yīng)用于大容量、長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行、無功功率需要較大的用電設(shè)備，或者距電源較遠(yuǎn)，不便于實(shí)現(xiàn)分組補(bǔ)償?shù)膱?chǎng)合，這種方式可以減少配線電流、導(dǎo)線截面及配電變壓器的容量）。不論采用什么樣的補(bǔ)償方式，補(bǔ)償電容的容量必須選擇適當(dāng)，而這一切都是為了提高交流電力系統(tǒng)的功率因數(shù)。功率因數(shù)是衡量企業(yè)供電系統(tǒng)電能利用程度及電氣設(shè)備使用狀況的一個(gè)具有代表性的重要指標(biāo)。

2.提高功率因數(shù)電容值的兩種算法

電路如圖1所示，現(xiàn)假設(shè)負(fù)載的功率P、端電壓U及功率因數(shù)均已知，此外電源的角頻率也已知，現(xiàn)將電路的功率因數(shù)提高到，求需并聯(lián)多大的電容C。

（1）利用相量圖計(jì)算 [2]

以端電壓為參考相量畫出電路的相量圖如圖2所示。其中，為負(fù)載所在支路的電流，為電容所在支路的電流，為并聯(lián)電容后電路的總電流。在相量圖中，將負(fù)載所在支路的電流作水平和垂直的分解，得到兩個(gè)分量和。其中，由于和電壓同相位，兩者的有效值相乘后得到電路的有功功率，因此，稱為電流的有功分量。而由于和電壓相位差為90°，兩者有效值相乘后得到電路的無功功率，因此，稱為電流的無功分量。然后再將并聯(lián)電容后的總電流作同樣的分解，得到兩個(gè)分量和。從相量圖中可以看到：并聯(lián)電容前后電路的有功功率沒有發(fā)生變化，但無功功率發(fā)生了變化。

圖2 用相量圖法求解并聯(lián)電容容值

由此可得如下方程組：

解方程組即可求出補(bǔ)償電容值：

（2）利用功率三角形計(jì)算

圖3 功率三角形

電容為儲(chǔ)能元件，本身不消耗能量，但是要與外界發(fā)生能量的交換。因此，并聯(lián)電容后電路的有功功率不發(fā)生改變，而無功功率改變。由于電容和電感兩個(gè)元件的性質(zhì)相反，在感性負(fù)載兩側(cè)并聯(lián)電容后電路的無功功率會(huì)減小。

由此可畫出電路在并聯(lián)電容前后的功率三角形，如圖3所示。其中，P、Q、S為并聯(lián)電容前后電路的有功、無功和視在功率，QC為電容的無功功率。從功率三角形可看出，并聯(lián)電容前后電路的無功功率的變化量即為電容的無功功率。由此可列出如下方程組：

解方程組即可求出補(bǔ)償電容值：

（3）結(jié)論

從以上兩種計(jì)算方法可以看出：第一種方法根據(jù)相量圖進(jìn)行計(jì)算，思路清楚，無需知道電路的能量轉(zhuǎn)換情況，但涉及數(shù)學(xué)知識(shí)多，求解過程麻煩。第二種方法根據(jù)電路的能量轉(zhuǎn)換情況求解，涉及數(shù)學(xué)知識(shí)少，計(jì)算簡(jiǎn)單快捷，但需知道電路的能量轉(zhuǎn)換情況。教學(xué)中可根據(jù)具體情況選擇求解方案。

3.應(yīng)用舉例

一臺(tái)132kW的電機(jī)，用150mm2的塑料銅芯電纜供電運(yùn)行電纜溫度正常，后來在這根電纜上再增加一臺(tái)30kW的電機(jī)后，電纜的溫度很高，不能持續(xù)運(yùn)行，現(xiàn)試并接50kvar的電容器。問題是：并接電容器之前功率因數(shù)是多少？并接電容器之后的功率因數(shù)又是多少？現(xiàn)在的有功功率是多少？我們投、切電容器，測(cè)出電容器投入時(shí)電纜的負(fù)載電流為250A，電容器切出后為300A，實(shí)測(cè)電容器電流為76A。根據(jù)之前推導(dǎo)結(jié)果代入可得：P=135kW，，?？芍弘m然投入使用的電機(jī)總?cè)萘繛?32kW+30kW=162kW，但實(shí)際有功功率為135kW；增投電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償之后，功率因數(shù)由0.687提高到0.824，使電纜的負(fù)載電流由300A降低到250A，這根電纜雖然增加了30kW的負(fù)載，但電流并未增加仍可安全運(yùn)行。

根據(jù)電力部門的要求，功率因數(shù)應(yīng)該等于0.95時(shí)為最佳。按照135kW的有功功率，功率因數(shù)在提高到0.95計(jì)算，此時(shí)電纜電流降低到216A。即在功率因數(shù)由0.824提高至0.95后，在有功功率不變的情況下，電纜電流由原來的250A降低到216A。

4.結(jié)束語(yǔ)

功率因數(shù)是衡量企業(yè)供電系統(tǒng)電能利用程度及電氣設(shè)備使用狀況的一個(gè)具有代表性的重要指標(biāo)。提高功率因數(shù)便提高了電源設(shè)備的供電能力，減小了供電線路的電能損耗，本文根據(jù)電路基礎(chǔ)的基本理論，探討了功率因數(shù)的測(cè)量和計(jì)算，提高功率因數(shù)的方法，并聯(lián)電容器提高功率因數(shù)時(shí)電容值的兩種算法以及在生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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[3]陳俊章.用測(cè)電流法計(jì)算功率因數(shù)及其應(yīng)用[J].電子報(bào),2008:571.

作者簡(jiǎn)介：

陳姝（1983—），女，碩士研究生，講師，主要研究方向：電路與系統(tǒng)。

篇5

關(guān)鍵詞：功率的因數(shù)；無功補(bǔ)償；節(jié)省電量

中圖分類號(hào)：TM714.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）17-0107-02

在農(nóng)村地區(qū)分布的電網(wǎng)，電量的負(fù)載荷主要在生活照明、以及較小的工廠方面使用，這些用功消耗大都為感性的負(fù)載荷，用的功率都很小，但相對(duì)與電網(wǎng)的成本投入比較，是不經(jīng)濟(jì)的。面對(duì)這些問題，應(yīng)該增加無功補(bǔ)償器，這樣可以提高整個(gè)電網(wǎng)的功率以及效率，最終能夠節(jié)省電力資源，還能減少電量的損失。

1 提升功率的因數(shù)

①通過改善功率的因素變化曲線，減少電力設(shè)備的使用，例如：電線、變壓器等。這樣可以減少電網(wǎng)的投資成本，節(jié)省電力的資源。

②藉由良好功因值的確保，減低電網(wǎng)中的電源浪費(fèi)，而且能使整個(gè)電網(wǎng)的負(fù)載降低，升高電力的質(zhì)量。如110 kV以下的線路，其電壓損失可近似為：U （PRQX）/Ue，其中，U為線路的電壓損失，kV；Ue為線路的額定電壓，kV；P為線路輸送的有功功率，kW；Q為線路輸送的無功功率，kvar；R為線路電阻；X為線路電抗。

由上式可見，當(dāng)用戶功率因數(shù)提高以后，它向電力系統(tǒng)吸取的無功功率就要減少，因此電壓損失也要減少，從而改善了用戶的電壓質(zhì)量。

③能夠增加電網(wǎng)系統(tǒng)的漲幅度，盡力挖掘各個(gè)設(shè)備的能力。在現(xiàn)有的設(shè)備中，添設(shè)了電容器，就可以提升因數(shù)，進(jìn)一步提升負(fù)載荷的容量。

2 功率因數(shù)與無功功率的關(guān)系

在交流電路中，電壓與電流之間的相位差（φ）的余弦叫做功率因素（Power Factor），用符號(hào)cos表示，在數(shù)值上，功率的因數(shù)曲線圖是為了顯示有功消耗、以及視在消耗的功率的關(guān)聯(lián)，cosφ呈現(xiàn)出來為：

cosφ=p/s（1）

電力設(shè)備的需要的功率中，有功以及無功的關(guān)聯(lián)顯示為：

Q=S×sinφ（2）

綜上式（1）、（2）得出：

Q=P×tgφ（3）

得出功率的因數(shù)由cosφ1變化至cosφ2，所要無功補(bǔ)償?shù)娜萘渴牵?/p>

Qc=P（tgφ1-tgφ2）（4）

式中，P為用電設(shè)施的有用功功率，kW；Q表示用電設(shè)施在不變的功率因數(shù)時(shí)所需求無功功率，kvar；Qc當(dāng)功率因數(shù)從cosφ1上升到cosφ2時(shí)那么無功的補(bǔ)償容量也要增加，kvar；補(bǔ)償前的功率的因數(shù)角用φ1表示，φ2則表示補(bǔ)償以后的因數(shù)角。

在式（4）中可以得出要想使功率因數(shù)變大，一定要使無功功率變小并且把補(bǔ)償設(shè)備的數(shù)量變大從靜電容器的特點(diǎn)出發(fā)，因其具有輕便、易安裝、能量損失少、維護(hù)方便并且可以自動(dòng)投切等優(yōu)點(diǎn)。所以目前大部分采用的都是通過靜電容器來使功率因數(shù)變大的方法。

3 變壓器的功率因數(shù)和有功功率損耗的關(guān)系

變壓器在工作時(shí)，在提供額定的有功功率的情況下，變壓器的銅損消耗掉的電能和其載荷的視在功率的二次方存在著成反比的關(guān)系表示如下：

s=p/cosφ（5）

功率因數(shù)變大前其銅損耗的表示：

Pt1=（S1/Se）2Pk=[P/（Secosφ1）]2Pk（6）

功率因數(shù)變大后其銅損耗的表示：

Pt2=（S2/Se）2Pk=[P/（Secosφ2）]2Pk（7）

式中，S代表變壓器的對(duì)外提供的視在功率，kVA；增大功率因數(shù)的前后其視在功率分別用S1和S2表示，kVA；P表示變壓器提供的有功功率，kW；變壓器的額定銅損消耗用Pk表示，kW；Pt1和Pt2分別表示變壓器的功率因數(shù)被增大前后的銅損消耗，kW；Se表示額定容量，kVA；cosφ1和cosφ2表示功率因數(shù)的值在提高前后的大小。

因此在功率因數(shù)變化下，變壓器在銅損消耗上的下降用百分?jǐn)?shù)表示如下：

η=[（Pt1-Pt2）/Pt1]×100%=[1-（cosφ1/cosφ2）2]×100% （8）

4 增大功率因數(shù)的主要辦法

如何降低電力系統(tǒng)各組成部分無功功率的消耗是增大功率因數(shù)的主要辦法，尤其是在負(fù)載方面消耗的功率的減少，讓電力系統(tǒng)在提供有功功率的時(shí)候，減少無功電流在這過程中所的消耗。有很多種方法可以用來提高功率因素，以下介紹兩種。

4.1 如何提高自然功率因數(shù)

改善用電設(shè)備的功率因數(shù)和降低用電設(shè)備的無功功率的方法，就是提高自然功率因數(shù)的方法，主要有以下幾點(diǎn)：

①正確選用異步電動(dòng)機(jī)，使其額定容量與所帶負(fù)載相配合，對(duì)于改善功率因數(shù)是十分重要的。在選型方面，要注意選用節(jié)能型，淘汰高能耗的電動(dòng)機(jī)，并依據(jù)電機(jī)機(jī)械工作對(duì)啟動(dòng)力矩、啟動(dòng)次數(shù)、調(diào)速等方面的具體要求，選用不同的型號(hào)。電動(dòng)機(jī)的效率η與功率因數(shù)cosφ是反映電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平的主要指標(biāo)，都與負(fù)載率β有密切關(guān)系。GB/T12497-90對(duì)三相異步電機(jī)三個(gè)運(yùn)行區(qū)域規(guī)定如下：當(dāng)負(fù)載率β在70%～100%之間時(shí)，為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)；當(dāng)40%≤β≤70%時(shí)，為一般運(yùn)行區(qū)；當(dāng)β

②根據(jù)負(fù)荷選用相匹配的變壓器。電力變壓器一次側(cè)功率因數(shù)不但與負(fù)荷的功率因數(shù)有關(guān)，而且與負(fù)荷率有關(guān)。若變壓器滿載運(yùn)行，一次側(cè)功率因數(shù)僅比二次側(cè)降低約3%～5%；若變壓器輕載運(yùn)行，當(dāng)負(fù)荷小于0.6時(shí)，一次側(cè)功率因數(shù)就顯著下降，下降達(dá)11%～18%，所以電力變壓器的負(fù)荷率在0.6以上運(yùn)行時(shí)才較經(jīng)濟(jì)，一般應(yīng)在60%～70%比較合適。為了充分利用設(shè)備和提高功率因數(shù)，電力變壓器一般不宜作輕載運(yùn)行。當(dāng)電力變壓器負(fù)荷率小于30%時(shí)，應(yīng)當(dāng)更換成容量較小的變壓器。

4.2 如何用補(bǔ)償方法提高功率因數(shù)

運(yùn)用補(bǔ)償?shù)姆椒ㄌ岣吖β室驍?shù)就是通過發(fā)電組提供無功功率設(shè)備所消耗的無功功率，以提高功率因數(shù)。然而，必須要通過增加黑色金屬、有色金屬的供應(yīng)量和增加新設(shè)備的方法來提高功率因數(shù)。除此之外，因?yàn)檠a(bǔ)償設(shè)備工作時(shí)也會(huì)有功率損失，如何提高自然功率的因數(shù)才是重中之重。但是如果功率因數(shù)太小而不足以達(dá)到相關(guān)規(guī)范所要求的數(shù)值時(shí)，對(duì)功率因素的提高，就要采用專門的補(bǔ)償性方法。通過人工的方式對(duì)無功功率進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ校翰捎猛诫妱?dòng)機(jī)、應(yīng)用靜電電容器和通過同步調(diào)相機(jī)進(jìn)行補(bǔ)償這三種方法。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過對(duì)上述情況的分析，得出了如下結(jié)論：提高功率因數(shù)無論對(duì)用電設(shè)備還是用電者都有很大價(jià)值。它能節(jié)約電能、降低損耗，不僅如此，而且對(duì)國(guó)家的能源利用、企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益起到促進(jìn)作用，是保證電力系統(tǒng)電能質(zhì)量、電壓質(zhì)量、降低網(wǎng)絡(luò)損耗以及安全運(yùn)行所不可缺少的條件。應(yīng)根據(jù)不同情況采取相應(yīng)措施來提高功率因數(shù)，降低無功損耗，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。尤其是對(duì)于當(dāng)下正在進(jìn)行的農(nóng)村電網(wǎng)的建設(shè)和改造來講，不僅要按相關(guān)規(guī)定的要求進(jìn)行勘察、按照施工要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，而且要根據(jù)農(nóng)村用電荷的主要特點(diǎn)，在進(jìn)行農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)和改造的同時(shí)進(jìn)行無功補(bǔ)償設(shè)備的安裝和建設(shè)。

篇6

公式：功率因數(shù)=實(shí)際功率P/視在功率S

視在功率：即交流電壓和交流電流的乘積，用公式表示為：S=UI（單位是VA，即伏安）；U是額定輸出電壓（單位是V），我們國(guó)家一般為220V或380V等；I是額定輸出電流（單位是A）。

視在功率包括有功功率（P）和無功功率（Q）兩部分。用公式表示為：P=S×cosθ=UI×cosθ＝UI×F，Q=S×sinθ=UI×sinθ。在公式中功率因數(shù)F=cosθ，而θ是在非線性負(fù)載時(shí)電壓電流不同相時(shí)的相位差。功率因數(shù)值越大，有功功率就越大，而無功功率就越小，也就是電網(wǎng)輸入的電能的利用率高。

小提示：

有功功率是指直接做功的部分，比如使燈發(fā)亮、電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)等，這個(gè)功率做功后都變成了熱能或動(dòng)能，可以直接被人們感覺到，所以有些人就產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)覺，即把有功功率當(dāng)成了視在功率；而無功功率則是儲(chǔ)藏在電路中但不直接做功的那部分功率，即在負(fù)載里循環(huán)但并不傳輸電能的那部分電流所產(chǎn)生的功率，此時(shí)我們稱為該電流為電抗電流或諧波電流。

計(jì)算機(jī)需要有用功，也需要無用功

一般用戶都認(rèn)為計(jì)算機(jī)之類的設(shè)備只需要有功功率，而不需要無功功率。既然無功功率不做功，要它何用？于是有人認(rèn)為功率因數(shù)為1的電源最好，因?yàn)樗芙o出最大輸出功率。然而，實(shí)際情況并非如此，為什么呢？

假如有一臺(tái)計(jì)算機(jī)，當(dāng)交流市電輸入后進(jìn)行整流，就得到脈動(dòng)直流電壓，雖然這時(shí)電源的功率因數(shù)接近于1，若不將脈動(dòng)電壓進(jìn)行任何工就直接提供給計(jì)算機(jī)電路，毫無疑問，電路根本無法正常工作。道理很簡(jiǎn)單，計(jì)算機(jī)電路正常工作需要的是平滑的直流電壓，這個(gè)“平滑”工作必須由電源整流器后面的濾波電容器來完成。這個(gè)濾波電容器就像一個(gè)水庫(kù)，電容器里面必須儲(chǔ)存足夠數(shù)量的電荷，在整流半波之間的空白時(shí)，使電路上的工作電壓仍能保持原來的電平。

換句話說，即使在兩個(gè)脈動(dòng)半波之間無輸入電能時(shí)，UC的電壓電平也無顯著的變化，這個(gè)功能是靠電容器內(nèi)的儲(chǔ)能來實(shí)現(xiàn)的，儲(chǔ)存在電容器內(nèi)的這部分能量就是無功功率。在某種意義上，我們可以認(rèn)為計(jì)算機(jī)是靠無功功率的支持，才能保證電路正確運(yùn)用有功功率實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行的。因此可以說，計(jì)算機(jī)不但需要有功功率，也需要無功功率，兩者缺一不可。

提高功率因數(shù)的意義

篇7

[關(guān)鍵詞] 功率因數(shù)

影響因素

補(bǔ)償方法

容量確定

許多用電設(shè)備均是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，如配電變壓器、電動(dòng)機(jī)等，它們都是依靠建立交變磁場(chǎng)才能進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換和傳遞。為建立交變磁場(chǎng)和感應(yīng)磁通而需要的電功率稱為無功功率，因此，所謂的"無功"并不是"無用"的電功率，只不過它的功率并不轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、熱能而已；因此在供用電系統(tǒng)中除了需要有功電源外，還需要無功電源，兩者缺一不可。

在功率三角形中，有功功率P與視在功率S的比值，稱為功率因數(shù)COSφ，其計(jì)算公式為：

COSφ=P/S=P/（P2+Q2）1/2

在電力網(wǎng)的運(yùn)行中，功率因數(shù)反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度，我們希望的是功率因數(shù)越大越好。這樣電路中的無功功率可以降到最小，視在功率將大部分用來供給有功功率，從而提高電能輸送的功率。

用戶功率因數(shù)的高低，對(duì)于電力系統(tǒng)發(fā)、供、用電設(shè)備的充分利用，有著顯著的影響。適當(dāng)提高用戶的功率因數(shù)，不但可以充分的發(fā)揮發(fā)、供電設(shè)備的生產(chǎn)能力、減少線路損失、改善電壓質(zhì)量，而且可以提高用戶用電設(shè)備的工作效率和為用戶本身節(jié)約電能。因此，對(duì)于全國(guó)廣大供電企業(yè)、特別是對(duì)現(xiàn)階段全國(guó)性的一些改造后的農(nóng)村電網(wǎng)來說，若能有效的搞好低壓補(bǔ)償，不但可以減輕上一級(jí)電網(wǎng)補(bǔ)償?shù)膲毫?，改善提高用戶功率因?shù)，而且能夠有效地降低電能損失，減少用戶電費(fèi)。其社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益都會(huì)是非常顯著的。

1 影響功率因數(shù)的主要因素

1.1 電感性設(shè)備和電力變壓器是耗用無功功率的主要設(shè)備

大量的電感性設(shè)備，如異步電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)電爐、交流電焊機(jī)等設(shè)備是無功功率的主要消耗者。據(jù)有關(guān)的統(tǒng)計(jì)，在工礦企業(yè)所消耗的全部無功功率中，異步電動(dòng)機(jī)的無功消耗占了60％～70％；而在異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)所消耗的無功又占到電動(dòng)機(jī)總無功消耗的60％～70％。所以要改善異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)就要防止電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提高負(fù)載率。電力變壓器消耗的無功功率一般約為其額定容量的10％～15％，它的空載無功功率約為滿載時(shí)的1/3。因而，為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù)，變壓器不應(yīng)空載運(yùn)行或長(zhǎng)期處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。

1.2 供電電壓超出規(guī)定范圍也會(huì)對(duì)功率因數(shù)造成很大影響

當(dāng)供電電壓高于額定值的10%時(shí)，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長(zhǎng)得很快，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)供電電壓為額定值的110％時(shí)，一般無功將增加35％左右。當(dāng)供電電壓低于額定值時(shí)，無功功率也相應(yīng)減少而使它們的功率因數(shù)有所提高。但供電電壓降低會(huì)影響電氣設(shè)備的正常工作。所以，應(yīng)當(dāng)采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。

1.3 電網(wǎng)頻率的波動(dòng)也會(huì)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)和變壓器的磁化無功功率造成一定的影響

綜上所述，我們知道了影響電力系統(tǒng)功率因數(shù)的一些主要因素，因此我們要尋求一些行之有效的、能夠使低壓電力網(wǎng)功率因數(shù)提高的一些實(shí)用方法，使低壓網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)無功的就地平衡，達(dá)到降損節(jié)能的效果。

2 低壓網(wǎng)的無功補(bǔ)償

2.1 低壓網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)囊话惴椒?/p>

低壓無功補(bǔ)償我們通常采用的方法主要有三種：隨機(jī)補(bǔ)償、隨器補(bǔ)償和跟蹤補(bǔ)償。下面簡(jiǎn)單介紹這三種補(bǔ)償方式的適用范圍及使用該種補(bǔ)償方式的優(yōu)缺點(diǎn)。

2.1.1 隨機(jī)補(bǔ)償

隨機(jī)補(bǔ)償就是根據(jù)個(gè)別用電設(shè)備對(duì)無功的需要量將單臺(tái)或多臺(tái)低壓電容器組分散地與用電設(shè)備并接，它與用電設(shè)備共用一套斷路器。通過控制、保護(hù)裝置與電機(jī)同時(shí)投切。隨機(jī)補(bǔ)償適用于補(bǔ)償個(gè)別大容量且連續(xù)運(yùn)行(如大中型異步電動(dòng)機(jī))的無功消耗，以補(bǔ)勵(lì)磁無功為主。此種方式可較好地限制農(nóng)網(wǎng)無功峰荷。

隨機(jī)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，無功補(bǔ)償投入，用電設(shè)備停運(yùn)時(shí)，補(bǔ)償設(shè)備也退出，不會(huì)造成無功倒送，而且不需頻繁調(diào)整補(bǔ)償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活、維護(hù)簡(jiǎn)單、事故率低等優(yōu)點(diǎn)。

2.1.2 隨器補(bǔ)償

隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過低壓開關(guān)接在配電變壓器二次側(cè)，以無功補(bǔ)償配電變壓器空載無功的補(bǔ)償方式。配變?cè)谳p載或空載時(shí)的無功負(fù)荷主要是變壓器的空載勵(lì)磁無功，配變空載無功是農(nóng)網(wǎng)無功負(fù)荷的主要部分，對(duì)于輕負(fù)載的配變而言，這部分損耗占供電量的比例很大，從而導(dǎo)致電費(fèi)單價(jià)的增加，不利于電費(fèi)的同網(wǎng)同價(jià)。

隨器補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：接線簡(jiǎn)單、維護(hù)管理方便、能有效地補(bǔ)償配變空載無功，限制農(nóng)網(wǎng)無功基荷，使該部分無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低無功網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，是目前無功補(bǔ)償中常用的手段之一。

2.1.3 跟蹤補(bǔ)償

跟蹤補(bǔ)償是指以無功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓電容器組補(bǔ)償在大用戶0.4KV母線上的補(bǔ)償方式。適用于100KVA以上的專用配電用戶，可以替代隨機(jī)、隨器兩種補(bǔ)償方式，補(bǔ)償效果好。

跟蹤補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是運(yùn)行方式靈活，運(yùn)行維護(hù)工作量小，比前兩種補(bǔ)償方式壽命相對(duì)延長(zhǎng)、運(yùn)行更可靠。但缺點(diǎn)是控制保護(hù)裝置復(fù)雜、首期投資相對(duì)較大。但當(dāng)這三種補(bǔ)償方式的經(jīng)濟(jì)性接近時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用跟蹤補(bǔ)償方式。

2.2 采用適當(dāng)措施，設(shè)法提高系統(tǒng)自然功率因數(shù)

提高自然功率因數(shù)是不需要任何補(bǔ)償設(shè)備投資，僅采取各種管理上或技術(shù)上的手段來減少各種用電設(shè)備所消耗的無功功率，這是一種最經(jīng)濟(jì)的提高功率因數(shù)的方法。下面將對(duì)提高自然功率因數(shù)的措施做一些簡(jiǎn)要的介紹。

2.2.1合理選用電動(dòng)機(jī)

合理選擇電動(dòng)機(jī)，使其盡可能在高負(fù)荷率狀態(tài)下運(yùn)行。在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，既要注意它們的機(jī)械特性，又要考慮它們的電氣指標(biāo)。舉例說，三相異步電動(dòng)機(jī)（100KW）在空載時(shí)功率因數(shù)僅為0.11，1/2負(fù)載時(shí)約為0.72，而滿負(fù)載時(shí)可達(dá)0.86。所以核算負(fù)荷小于40%的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，應(yīng)換以較小容量的電動(dòng)機(jī)，并合理安排和調(diào)整工藝流程，改善運(yùn)行方式，限制空載運(yùn)轉(zhuǎn)。故從節(jié)約電能和提高功率因數(shù)的觀點(diǎn)出發(fā)，必須正確合理的選擇電動(dòng)機(jī)的容量。

2.2.2 提高異步電動(dòng)機(jī)的檢修質(zhì)量

實(shí)驗(yàn)表明，異步電動(dòng)機(jī)定子繞組匝數(shù)變動(dòng)和電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子間的氣隙變動(dòng)是對(duì)異步電動(dòng)機(jī)無功功率的大小有很大影響。因此檢修時(shí)要特別注意不使電動(dòng)機(jī)的氣隙增大，以免使功率因數(shù)降低。

2.2.3 采用同步電動(dòng)機(jī)或異步電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行補(bǔ)償

由電機(jī)原理可知，同步電動(dòng)機(jī)消耗的有功功率取決于電動(dòng)機(jī)上所帶機(jī)械負(fù)荷的大小，而無功取決于轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁電流大小，在欠激狀態(tài)時(shí)，定子繞組向電網(wǎng)“吸取”無功，在過激狀態(tài)時(shí)，定子繞組向電網(wǎng)“送出”無功。因此，只要調(diào)節(jié)電機(jī)的勵(lì)磁電流，使其處于過激狀態(tài)，就可以使同步電機(jī)向電網(wǎng)“送出”無功功率，減少電網(wǎng)輸送給工礦企業(yè)的無功功率，從而提高了工礦企業(yè)的功率因數(shù)。異步電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行就是將異步電動(dòng)機(jī)三相轉(zhuǎn)子繞組適當(dāng)連接并通入直流勵(lì)磁電流，使其呈同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，這就是“異步電動(dòng)機(jī)同步化”。因而只要調(diào)節(jié)電機(jī)的直流勵(lì)磁電流，使其呈過激狀態(tài)，即可以向電網(wǎng)輸出無功，從而達(dá)到提高低壓網(wǎng)功率因數(shù)的目的。

2.2.4 正確選擇變壓器容量提高運(yùn)行效益

對(duì)于負(fù)載率比較低的變壓器，一般采取“撤、換、并、停”等方法，使其負(fù)載率提高到最佳值，從而改善電網(wǎng)的自然功率因數(shù)。如：對(duì)平均負(fù)荷小于30%的變壓器宜從電網(wǎng)上斷開，通過聯(lián)絡(luò)線提高負(fù)荷率。

通過以上一些提高加權(quán)平均功率因數(shù)和自然功率因數(shù)的敘述，或許我們已經(jīng)對(duì)“功率因數(shù)”這個(gè)簡(jiǎn)單的電力術(shù)語(yǔ)有了更深的了解和認(rèn)識(shí)。知道了功率因數(shù)的提高對(duì)電力企業(yè)的深遠(yuǎn)影響，下面我們將簡(jiǎn)單介紹對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行人工補(bǔ)償?shù)姆绞胶蛯?duì)補(bǔ)償容量的確定方法。

3 功率因數(shù)的人工補(bǔ)償

功率因數(shù)是工廠電氣設(shè)備使用狀況和利用程度的具有代表性的重要指標(biāo)，也是保證電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一項(xiàng)主要指標(biāo)。供電企業(yè)僅僅依靠提高自然功率因數(shù)的辦法已經(jīng)不能滿足工廠對(duì)功率因數(shù)的要求，工廠自身還需要裝設(shè)補(bǔ)償裝置，對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行人工補(bǔ)償。

3.1 靜電電容器補(bǔ)償

靜電電容器既電力電容器。利用電容器進(jìn)行補(bǔ)償，具有投資省、有功功率損耗小、運(yùn)行維護(hù)方便、故障范圍小等優(yōu)點(diǎn)。但當(dāng)通風(fēng)不良、運(yùn)行溫度過高時(shí)，油介質(zhì)電容器易發(fā)生漏油、鼓肚、爆炸等故障。因此，建議使用粉狀介質(zhì)電容器。

當(dāng)企業(yè)感性負(fù)載比較多時(shí)，它們從供電系統(tǒng)吸取的無功是滯后（負(fù)值）功率，如果用一組電容器和感性負(fù)載并聯(lián)，電容需要的無功功率是超前（正值）功率，如果電容器選的合適，令Qc+Ql=0，這時(shí)企業(yè)已不需要向供電系統(tǒng)吸取無功功率，功率因數(shù)為1，達(dá)到最佳值。

3.1.1 電容器補(bǔ)償容量的確定

電力電容器的補(bǔ)償容量Qc可按下式計(jì)算：

Qc=α·Pjs（tgφ1-tgφ2）

式中

Pjs——最大有功計(jì)算負(fù)荷，KW

tgφ1、tgφ2——補(bǔ)償前、后功率因數(shù)角的正切值

α——平均負(fù)荷系數(shù)，一般取0.7～1，視Pjs的計(jì)算情況而定。如果在計(jì)算時(shí)已采用了較小系數(shù)值，α可取1。

某些已進(jìn)行生產(chǎn)的工礦企業(yè)，可由下式確定其有功電能消耗量：

Ap=Pjs·Tmax·p

(KW·H)

式中

Ap——有功電能消耗量

Pjs——有功計(jì)算負(fù)荷

Tmax·p——最大有功計(jì)算負(fù)荷年利用小時(shí)數(shù)

3.1.2 并聯(lián)補(bǔ)償移相電容器，應(yīng)滿足以下電壓和容量的要求

Ue·c≥Ug·c

nQg·c≥Qc

式中

Ue·c——電容器的額定電壓（KV）

Ug·c——電容器的工作電壓（KV）

n——并聯(lián)的電容器總數(shù)

Qg·c——電容器的工作容量（Kvar）

Qc——電容器的補(bǔ)償容量（Kvar）

3.2 動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償

動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償一般應(yīng)用于用電容量大、生產(chǎn)過程其負(fù)載急劇變化且具有重復(fù)沖擊性的大型鋼鐵企業(yè)。這種波動(dòng)頻繁、急劇、幅值很大的動(dòng)態(tài)無功功率，采用調(diào)相機(jī)或固定電容器進(jìn)行補(bǔ)償已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了要求，目前一般采用的新型動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償設(shè)備是靜止無功補(bǔ)償器。它具有穩(wěn)定系統(tǒng)電壓、改善電網(wǎng)運(yùn)行性能、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償反應(yīng)迅速、調(diào)節(jié)性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)。但最明顯的缺點(diǎn)是投資大、設(shè)備體積大、占地面積大。

3.3 分相補(bǔ)償

在民用建筑中大量使用的是單相負(fù)荷，照明、空調(diào)等由于負(fù)荷變化的隨機(jī)性大，容易造成三相負(fù)載的嚴(yán)重不平衡，尤其是住宅樓在運(yùn)行中三相不平衡更為嚴(yán)重。由于調(diào)節(jié)補(bǔ)償無功功率的采樣信號(hào)取自三相中的任意一相，造成未檢測(cè)的兩相要么過補(bǔ)償，要么欠補(bǔ)償。如果過補(bǔ)償，則過補(bǔ)償相的電壓升高，造成控制、保護(hù)元件等用電設(shè)備因過電壓而損壞；如果欠補(bǔ)償，則補(bǔ)償相的回路電流增大，線路及斷路器等設(shè)備由于電流的增加而導(dǎo)致發(fā)熱被燒壞。這種情況下用傳統(tǒng)的三相無功補(bǔ)償方式，不但不節(jié)能，反而浪費(fèi)資源，難以對(duì)系統(tǒng)的無功補(bǔ)償進(jìn)行有效補(bǔ)償，補(bǔ)償過程中所產(chǎn)生的過、欠補(bǔ)償?shù)缺锥烁菍?duì)整個(gè)電網(wǎng)的正常運(yùn)行帶來了嚴(yán)重的危害。

據(jù)有關(guān)資料介紹，某地綜合樓是集商場(chǎng)、銀行、辦公、車庫(kù)、賓館為一體的一類高層建筑，總建筑面積3.2萬m2。主要用電設(shè)備有空調(diào)機(jī)組、水泵、風(fēng)機(jī)及照明燈具等，其中照明燈具均為單相負(fù)荷，功率因數(shù)在0.45～0.75之間。低壓有功計(jì)算負(fù)荷2815KW，其中，照明用電有功負(fù)荷1086.5KW，其它負(fù)荷基本為空調(diào)、風(fēng)機(jī)、水泵、電梯等三相負(fù)荷。補(bǔ)償前無功功率31872Kvar，若整體功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.92，需補(bǔ)償1982Kvar，補(bǔ)償后無功功率1200Kvar。原設(shè)計(jì)采用低壓配電室并聯(lián)電容器組三相集中自動(dòng)補(bǔ)償，工程竣工投入使用后，經(jīng)常出現(xiàn)儀器、燈具等用電設(shè)備燒壞或不能正常使用等情況，影響正常經(jīng)營(yíng)和工作。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)低壓饋線回路三相負(fù)荷不平衡，差距很大，電流差異大，最大相電流差為900A；檢測(cè)母線電壓，三相母線電壓有的高達(dá)260V，有的低到190V。通過分析是三相電容自動(dòng)補(bǔ)償造成的結(jié)果。

對(duì)于三相不平衡及單相配電系統(tǒng)采用分相電容自動(dòng)補(bǔ)償是解決上述問題的一種較好的辦法，其原理是通過調(diào)節(jié)無功功率參數(shù)的信號(hào)取自三相中的每一相，根據(jù)每相感性負(fù)載的大小和功率因數(shù)的高低進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償，對(duì)其它相不產(chǎn)生相互影響，故不會(huì)產(chǎn)生欠補(bǔ)償和過補(bǔ)償?shù)那闆r。

篇8

在選擇一項(xiàng)功率因數(shù)校正方案時(shí)，非常重要的一點(diǎn)是要認(rèn)識(shí)到電子電源轉(zhuǎn)換設(shè)備中的不良功率因素和擁有感性電機(jī)負(fù)載的傳統(tǒng)不良功率因素是不同的，因此需要不同的校正手段。

兩種不良功率因數(shù)的來源

最簡(jiǎn)單的情況是電流與電壓的波形不匹配，超前或滯后于電壓，導(dǎo)致出現(xiàn)由阻抗性的線性電路引起的不良功率因數(shù)。此類不良功率因數(shù)很容易通過在負(fù)載上并聯(lián)一個(gè)反向的阻抗元件得到校正。

另一種情況是，電子電源轉(zhuǎn)換設(shè)備中的非線性電路單元會(huì)導(dǎo)致功率因數(shù)低到不可接受的程度。對(duì)大多數(shù)離線式電源來說，AC－DC轉(zhuǎn)換器前端由橋式整流器和一個(gè)大容量的電容組成。在此類電路中，只有當(dāng)線路峰值電壓超過儲(chǔ)能電容器的電壓時(shí)，才會(huì)有電流從線路流出。由于電流的升降速度比線電壓的升降速度快，以及外加電流的不連續(xù)性，會(huì)引起一系列極明顯的奇數(shù)諧波，正是這些諧波引起配電系統(tǒng)中的問題。這種不良因數(shù)可通過在線路上增加一系列電感或減小儲(chǔ)能電容器的容值來拉長(zhǎng)電導(dǎo)角而得到改進(jìn)，但這兩種方案都嚴(yán)重地限制線路的功率輸出。

解決有源功率因數(shù)校正的辦法

圖1所示為具有有源功率因數(shù)校正的電路中各節(jié)點(diǎn)電壓＼電流的情況。

采取有源的措施是解決電子供電中不良功率因數(shù)最有效的方法。如圖2所示，擁有有源功率因數(shù)校正的電路在工作時(shí)，輸入線電壓通過橋式整流器產(chǎn)生全波校正輸出(A)。由于線路電壓峰值低于母線電壓，所以沒有電流通過儲(chǔ)能電容器，只有當(dāng)線電壓升高到超過存儲(chǔ)能量電容器電壓時(shí)，才有電流通過。因此，可通過控制電路去調(diào)解附升電壓(B－A)來保持正弦波式的輸入電流。

從圖2可以看出，為了保持正弦波式的輸入電流，控制電路可采用輸入電壓波形作為參考。通過測(cè)量輸入電流并將其與輸入電壓波形相比較進(jìn)而控制電路去調(diào)解附升電壓，從而可以得到與輸入電壓波形一致的輸入電流(I)。與此同時(shí)，控制電路將檢測(cè)母線電壓并調(diào)節(jié)附升電壓，進(jìn)而維持調(diào)解過的直流輸出(B)。由于控制電路的主要功能是保持正弦波式的輸入電流，所以可允許直流母線電壓有微小變化。

篇9

關(guān)鍵詞: 節(jié)電技術(shù) 功率因數(shù) 無功補(bǔ)償

0 引言

無功補(bǔ)償，就其概念而言早為人所知，它就是借助于無功補(bǔ)償設(shè)備提供必要的無功功率，以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低能耗，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量。無功補(bǔ)償?shù)暮侠砼渲迷瓌t：①總體平衡與局部平衡相結(jié)合，以局部為主。②電力部門補(bǔ)償與用戶補(bǔ)償相結(jié)合。在配電網(wǎng)絡(luò)中，用戶消耗的無功功率約占50%～60%，其余的無功功率消耗在配電網(wǎng)中。因此，為了減少無功功率在網(wǎng)絡(luò)中的輸送，要盡可能地實(shí)現(xiàn)就地補(bǔ)償，就地平衡，所以必須由電力部門和用戶共同進(jìn)行補(bǔ)償。③分散補(bǔ)償與集中補(bǔ)償相結(jié)合，以分散為主。集中補(bǔ)償，是在變電所集中裝設(shè)較大容量的補(bǔ)償電容器。分散補(bǔ)償，指在配電網(wǎng)絡(luò)中分散的負(fù)荷區(qū)，如配電線路，配電變壓器和用戶的用電設(shè)備等進(jìn)行的無功補(bǔ)償。集中補(bǔ)償，主要是補(bǔ)償主變壓器本身的無功損耗，以及減少變電所以上輸電線路的無功電力，從而降低供電網(wǎng)絡(luò)的無功損耗。但不能降低配電網(wǎng)絡(luò)的無功損耗。因?yàn)橛脩粜枰臒o功通過變電所以下的配電線路向負(fù)荷端輸送。所以為了有效地降低線損，必須做到無功功率在哪里發(fā)生，就應(yīng)在哪里補(bǔ)償。所以，中、低壓配電網(wǎng)應(yīng)以分散補(bǔ)償為主。④降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主。

1 影響功率因數(shù)的主要因素

1.1 異步電動(dòng)機(jī)和電力變壓器是耗用無功功率的主要設(shè)備 異步電動(dòng)機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙是決定異步電動(dòng)機(jī)需要較多無功的主要因素。而異步電動(dòng)機(jī)所耗用的無功功率是由其空載時(shí)的無功功率和一定負(fù)載下無功功率增加值兩部分所組成。所以要改善異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)就要防止電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行并盡可能提高負(fù)載率。變壓器消耗無功的主要成份是它的空載無功功率，它和負(fù)載率的大小無關(guān)。因而，為了改善電力系統(tǒng)和企業(yè)的功率因數(shù)，變壓器不應(yīng)空載運(yùn)行或長(zhǎng)其處于低負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)。

1.2 供電電壓超出規(guī)定范圍也會(huì)對(duì)功率因數(shù)造成很大的影響 當(dāng)供電電壓高于額定值的10%時(shí)，由于磁路飽和的影響，無功功率將增長(zhǎng)得很快，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)供電電壓為額定值的110%時(shí)，一般工廠的無功將增加35%左右。當(dāng)供電電壓低于額定值時(shí)，無功功率也相應(yīng)減少而使它們的功率因數(shù)有所提高。但供電電壓降低會(huì)影響電氣設(shè)備的正常工作。所以，應(yīng)當(dāng)采取措施使電力系統(tǒng)的供電電壓盡可能保持穩(wěn)定。

1.3 電網(wǎng)頻率的波動(dòng)也會(huì)對(duì)異步電機(jī)和變壓器的磁化無功功率造成一定的影響

1.4 以上論述了影響電力系統(tǒng)功率因數(shù)的一些主要因素，因此必須要尋求一些行之有效的、能夠使低壓電力網(wǎng)功率因數(shù)提高的一些實(shí)用方法，使低壓網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)無功的就地平衡，達(dá)到降損節(jié)能的效果。

2 低壓配電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)姆椒?/p>

提高功率因數(shù)的主要方法是采用低壓無功補(bǔ)償技術(shù)，我們通常采用的方法主要有三種：隨機(jī)補(bǔ)償、隨器補(bǔ)償、跟蹤補(bǔ)償。

2.1 隨機(jī)補(bǔ)償 隨機(jī)補(bǔ)償就是將低壓電容器組與電動(dòng)機(jī)并接，通過控制、保護(hù)裝置與電機(jī)，同時(shí)投切。隨機(jī)補(bǔ)償適用于補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的無功消耗，以補(bǔ)勵(lì)磁無功為主，此種方式可較好地限制用電單位無功負(fù)荷。隨機(jī)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)，無功補(bǔ)償投入，用電設(shè)備停運(yùn)時(shí)，補(bǔ)償設(shè)備也退出，而且不需頻繁調(diào)整補(bǔ)償容量。具有投資少、占位小、安裝容易、配置方便靈活，維護(hù)簡(jiǎn)單、事故率低等。

2.2 隨器補(bǔ)償 隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過低壓保險(xiǎn)接在配電變壓器二次側(cè)，以補(bǔ)償配電變壓器空載無功的補(bǔ)償方式。配變?cè)谳p載或空載時(shí)的無功負(fù)荷主要是變壓器的空載勵(lì)磁無功，配變空載無功是用電單位無功負(fù)荷的主要部分，對(duì)于輕負(fù)載的配變而言，這部分損耗占供電量的比例很大，從而導(dǎo)致電費(fèi)單價(jià)的增加。隨器補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)：接線簡(jiǎn)單、維護(hù)管理方便、能有效地補(bǔ)償配變空載無功，限制農(nóng)網(wǎng)無功基荷，使該部分無功就地平衡，從而提高配變利用率，降低無功網(wǎng)損，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，是目前補(bǔ)償無功最有效的手段之一。

2.3 跟蹤補(bǔ)償 跟蹤補(bǔ)償是指以無功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓電容器組補(bǔ)償在大用戶0.4kv母線上的補(bǔ)償方式。適用于100kVA以上的專用配變用戶，可以替代隨機(jī)、隨器兩種補(bǔ)償方式，補(bǔ)償效果好。跟蹤補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是運(yùn)行方式靈活，運(yùn)行維護(hù)工作量小，比前兩種補(bǔ)償方式壽命相對(duì)延長(zhǎng)、運(yùn)行更可靠。但缺點(diǎn)是控制保護(hù)裝置復(fù)雜、首期投資相對(duì)較大。但當(dāng)這三種補(bǔ)償方式的經(jīng)濟(jì)性接近時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用跟蹤補(bǔ)償方式。

3 無功功率補(bǔ)償容量的選擇方法

無功補(bǔ)償容量以提高功率因數(shù)為主要目的時(shí)，補(bǔ)償容量的選擇分兩大類討論，即單負(fù)荷就地補(bǔ)償容量的選擇（主要指電動(dòng)機(jī)）和多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇（指集中和局部分組補(bǔ)償）。

3.1 單負(fù)荷就地補(bǔ)償容量的選擇的幾種方法

3.1.1 美國(guó)資料推薦：Qc=(1/3)Pe

3.1.2 日本方法：從電氣計(jì)算日文雜志中查到：1/4~1/2容量計(jì)算 考慮負(fù)載率及極對(duì)數(shù)等因素，按此法選取的補(bǔ)償容量，在任何負(fù)載情況下都不會(huì)出現(xiàn)過補(bǔ)償，而且功率因數(shù)可以補(bǔ)償?shù)?.90以上。此法在節(jié)能技術(shù)上廣泛應(yīng)用，對(duì)一般情況都可行，特別適用于Io/Ie比值較高的電動(dòng)機(jī)和負(fù)載率較低的電動(dòng)機(jī)。但是對(duì)于Io/Ie較低的電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)下，其補(bǔ)償效果較差。

3.1.3 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法：由于電機(jī)極數(shù)不同，按極數(shù)大小確定經(jīng)驗(yàn)系數(shù)選擇容量 比較接近實(shí)際需要的電容器，采用這種方法一般在70%負(fù)荷時(shí)，補(bǔ)后功率因數(shù)可在0.95~0.97之間

電機(jī)容量大時(shí)選下限，小時(shí)選上限；電壓高時(shí)選下限，小時(shí)選上限4、Qc=P實(shí)際測(cè)試比較準(zhǔn)確方法此法適用于任何一般感性負(fù)荷需要精確補(bǔ)償?shù)木偷匮a(bǔ)償容量的計(jì)算。

3.1.4 如果測(cè)試比較麻煩，可以按下式：Qc≤ √3UeIo×10-3 (kvar)

Io-空載電流=2Ie(1-COSφe ) 瑞典電氣公司推薦公式：Qo

若電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行，即負(fù)載率β=1，則：Qo

根據(jù)電機(jī)學(xué)知識(shí)可知，對(duì)于Io/Ie較低的電動(dòng)機(jī)（少極、大功率電動(dòng)機(jī)），在較高的負(fù)載率β時(shí)吸收的無功功率Qβ與激勵(lì)容量Qo的比值較高，即兩者相差較大，在考慮導(dǎo)線較長(zhǎng)，無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量較高的大功率電動(dòng)機(jī)以較高的負(fù)載率運(yùn)行方式下，此式來選取是合理的。

3.1.5 按電動(dòng)機(jī)額定數(shù)據(jù)計(jì)算：Q=k(1-cos2φe )3UeIe×10-3(kvar)

K為與電動(dòng)機(jī)極數(shù)有關(guān)的一個(gè)系數(shù)

極數(shù)： 2 4 6 8 10

K值： 0.7 0.8 0.85 0.9

3.2 多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇 多負(fù)荷補(bǔ)償容量的選擇是根據(jù)補(bǔ)償前后的功率因數(shù)來確定。

3.2.1 對(duì)已生產(chǎn)企業(yè)欲提高功率因數(shù)，其補(bǔ)償容量Qc按下式選擇：Qe=KmKj(tgφ1-tgφ2)/Tm　。式中：Km為最大負(fù)荷月時(shí)有功功率消耗量，由有功電能表讀得；Kj為補(bǔ)償容量計(jì)算系數(shù)，可取0.8～0.9;Tm為企業(yè)的月工作小時(shí)數(shù)；tgφ1、tgφ2意義同前，tgφ1由有功和無功電能表讀數(shù)求得。

3.2.2 對(duì)處于設(shè)計(jì)階段的企業(yè)，無功補(bǔ)償容量Qc按下式選擇：

Qc=KnPn(tgφ1-tgφ2)。式中Kn為年平均有功負(fù)荷系數(shù)，一般取0.7～0.75;Pn為企業(yè)有功功率之和；tgφ1、tgφ2意義同前。tgφ1可根據(jù)企業(yè)負(fù)荷性質(zhì)查手冊(cè)近似取值，也可用加權(quán)平均功率因數(shù)求得cosφ1。多負(fù)荷的集中補(bǔ)償電容器安裝簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠、利用率較高。但電氣設(shè)備不連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)或輕負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，會(huì)造成過補(bǔ)償，使運(yùn)行電壓抬高，電壓質(zhì)量變壞。因此這種方法選擇的容量，對(duì)于低壓來說最好采用電容器組自動(dòng)控制補(bǔ)償，即根據(jù)負(fù)荷大小自動(dòng)投入無功補(bǔ)償容量的多少，對(duì)高壓來說應(yīng)考慮采取防過補(bǔ)償措施。

4 無功補(bǔ)償?shù)男б?/p>

在現(xiàn)代用電企業(yè)中，在數(shù)量眾多、容量大小不等的感性設(shè)備連接于電力系統(tǒng)中，以致電網(wǎng)傳輸功率除有功功率外，還需無功功率。如自然平均功率因數(shù)在0.70～0.85之間。企業(yè)消耗電網(wǎng)的無功功率約占消耗有功功率的60%～90%，如果把功率因數(shù)提高到0.95左右，則無功消耗只占有功消耗的30%左右。由于減少了電網(wǎng)無功功率的輸入，會(huì)給用電企業(yè)帶來效益。

篇10

[關(guān)鍵詞]功率因數(shù)；SVC系統(tǒng)裝置；動(dòng)態(tài)補(bǔ)償

中圖分類號(hào)：TM933.3+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）33-0340-01

1 引言

電力系統(tǒng)是一龐大的系統(tǒng)，其電能損耗的數(shù)值相當(dāng)可觀，能源的合理配置是極需解決的問題。功率因數(shù)是決定發(fā)、供電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益的一個(gè)極為重要的因素， 它直接反映了系統(tǒng)中有功功率與無功功率的分配。對(duì)于發(fā)、供電系統(tǒng)來說，對(duì)負(fù)荷不但要求有高的負(fù)荷率， 而且也要求有高的功率因數(shù)。

在供電系統(tǒng)中，絕大多數(shù)用電設(shè)備都具有電感的特性（諸如：感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、電力變壓器，電焊機(jī)等）。這些設(shè)備不僅需要從電力系統(tǒng)吸收有功功率，還要吸收無功功率以提供這些設(shè)備正常工作所需要的交變磁場(chǎng)。然而在輸送有功功率一定的情況下，無功功率增大，就會(huì)降低供電系統(tǒng)的功率因數(shù)。而且在生產(chǎn)過程中設(shè)備負(fù)荷起制動(dòng)頻繁，產(chǎn)生大量高次諧波，產(chǎn)生無功沖擊，供電電壓波形畸變，

極大地降低了供電系統(tǒng)的功率因數(shù)，供電質(zhì)量下降，影響生產(chǎn)線的穩(wěn)定和產(chǎn)品質(zhì)量，因此，通過對(duì)功率因數(shù)補(bǔ)償改造，在供電母線上增加晶閘管相控電抗器（TCR）型靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置（SVC）， 從而提高功率因數(shù)，改善供電電網(wǎng)的電能質(zhì)量，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2 功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)睦碚摲治?/p>

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(shù)，用符號(hào) cosφ表示，在數(shù)值上，功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值，即 cos φ =P/S，式中P―有功功率；Q―無功功率。

功率因數(shù)的大小與電路的負(fù)荷性質(zhì)有關(guān)，一般具有電感性負(fù)載的電路功率因數(shù)都小于 1。功率因數(shù)是電力系統(tǒng)的一個(gè)重要的技術(shù)數(shù)據(jù)。功率因數(shù)是衡量電氣設(shè)備效率高低的一個(gè)系數(shù)。功率因數(shù)低，說明電路用于交變磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換的無功功率大，從而降低了設(shè)備的利用率，增加了線路供電損失。所以，供電部門對(duì)用電單位的功率因數(shù)有一定的標(biāo)準(zhǔn)要求。

⑴基本分析。在感性負(fù)載電路中，電壓與電流的存在相位差φ，功率因數(shù) cosΦ

⑵高級(jí)分析。在感性負(fù)載電路中，電流波形峰值在電壓波形峰值之后發(fā)生。兩種波形峰值的分隔可用功率因數(shù)表示。功率因數(shù)越低，兩個(gè)波形峰值則分隔越大。功率因數(shù)補(bǔ)償使兩個(gè)峰值重新接近在一起，從而提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。

3 SVC動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用

3.1 SVC工作原理

交流電路中電感負(fù)載會(huì)產(chǎn)生感性無功，電容負(fù)載會(huì)產(chǎn)生容性無功，感性無功和容性無功有相互抵消的作用。SVC裝置可以通過連續(xù)調(diào)節(jié)其自身無功功率來補(bǔ)償母線上的無功功率。

（圖1）為SVC主接線原理圖，系統(tǒng)主要由調(diào)功器TCR及濾波器FC兩部分組成：

（1）TCR按三角形連接，每邊由反并聯(lián)晶閘管與等電抗值的二個(gè)電抗器組成交流控制器。通過控制晶閘管的觸發(fā)角大小，使交流控制器的電流從零調(diào)節(jié)到額定值，從而改變 TCR回路的感性無功功率，動(dòng)態(tài)連續(xù)調(diào)節(jié)無功。

（2）FC回路兼顧濾波及提供容性無功功率，使TCR型SVC可具備從容性到感性區(qū)間的無功調(diào)節(jié)能力，濾波器組同時(shí)還可濾除 TCR自身產(chǎn)生的及系統(tǒng)其他負(fù)荷產(chǎn)生的諧波。

（圖2）所示為晶閘管觸發(fā)角α與電抗器回路基波電流Il的關(guān)系。每半周波電抗器導(dǎo)通角及電抗器電流取決于觸發(fā)角α，當(dāng)α為180°時(shí)，電抗器不投入運(yùn)行，當(dāng)α為90°時(shí)，電抗器電流達(dá)最大值。TCR理論觸發(fā)角α的范圍為 90°～180°，當(dāng)α不是90°時(shí)，電流波形并非正弦波，含有諧波成分，圖3為TCR諧波電流分量Ih與觸發(fā)角α的關(guān)系。

設(shè)備負(fù)荷無功為 QLod，F(xiàn)C回路提供容性無功QFC。SVC的調(diào)節(jié)器自動(dòng)跟蹤負(fù)載的工作狀態(tài)，通過TCR回路的感性無功功率 QTCR的調(diào)節(jié)跟隨作用，使負(fù)荷流入電網(wǎng)的無功功率趨于零（或一定值），如式1所示

ΣQ=QTCR+QFC+QLod≈0 （1）

調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，響應(yīng)時(shí)間小于 10ms，即實(shí)現(xiàn)了無功功率的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。

3.2 SVC系統(tǒng)的選定參數(shù)

35kV母線側(cè)SVC裝置組成容量：TCR補(bǔ)償容量40Mvar；FC補(bǔ)償容量40Mvar。

FC型濾波及無功補(bǔ)償裝置由濾波專用電容器和濾波電抗器組成。在特征諧波頻率下可以形成LC串聯(lián)諧振，對(duì)該特征諧波相當(dāng)于低阻抗通道，使諧波電流大部分流入濾波回路。FC濾波通道由三次（HP3）二階高通濾波器、五次（HP5）二階高通濾波器和七次（H7）單調(diào)諧濾波器組成。由于系統(tǒng)設(shè)備交交變頻裝置供電的軋機(jī)，將產(chǎn)生旁頻，采用二階高通濾波器，可以拓寬頻帶，有利于吸收設(shè)備產(chǎn)生的旁頻，有利系統(tǒng)穩(wěn)定，避免發(fā)生諧波放大。

FC裝置還有個(gè)更重要的作用是提供無功功率，提高系統(tǒng)功率因數(shù)。所以實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該從并聯(lián)電容容量滿足無功補(bǔ)償和濾除諧波兩方面綜合考慮設(shè)計(jì)濾波器。對(duì)于滿足濾波要求的 FC裝置如果無功容量不滿足要求可以加裝并聯(lián)電容器。

4 SVC系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)