目前，我国输配电网无功缺乏，备用容量严重不足，无功补偿装置缺少灵活的调节能力，其中由于无功不足原因而产生电压降落、电能传输损耗大、线路输送容量降低和网络稳定性下降等问题表现尤为突出。近年来，随着大功率非线性负荷用户的不断增多，对电网的冲击和谐波污染呈不断上升趋势，缺乏无功调节手段造成了母线电压随运行方式的变动很大，导致电网线损增加，使得系统电压合格率不高。此外，电网的发展，系统稳定性问题越发重要。电网的损耗、电压及功角稳定性与无功功率快速、有效提供有关。我国互联电网已经进入了大电网、大机组时代，大量的无功在网间传送，造成了巨大的网络损耗。故此大量的无功不适应于远距离的传输，无功功率一般采取分层分区平衡、就近补偿的原则。
2、无功补偿的理论分析
电力网中的变压器和电动机是根据电磁感应原理工做的。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，这种功率称为感性无功功率。接在交流电网中的电容器，在一个周期内上半周的充电功率与下半周的放电功率相等，这种充电功率叫做容性无功功率。所以无功功率被使用于建立磁场和静电场，它存储于电感和电容中，通过电力网往返于电源和电感、电容之间。无功功率在电力网元件中流动，将会在电力网元件中引起电压损耗和功率损耗，降低电网的电压质量，增加电网的线损率。
由上述分析可见，要减少电力网中的电压损耗和电网的线损率，提高用户端的电压质量的重要措施之一，是减少电力网元件中的无功传输，可以从提高负荷的自然功率因数和进行无功补偿两方面来解决这个问题。
2.1 无功补偿的原理
无功补偿的基本原理是：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。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补偿。
采用无功补偿措施后，电源输送的无功功率减少了，相应的也使电网和变压器中的功率损耗的下降，从而提高了供电效率。
2.2低压电网中的几种无功补偿的方式
提高功率因数问题的实质就是减少用电设备的无功功率需要量。因此，影响功率因数的主要因素有三种，一是异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备;二是供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响;三是电网频率的波动也会对异步电机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响。
针对影响功率因数的一些主要因素，要寻求一些行之有效的、能够使低压电网功率因数提高的一些实用方法，使低压电网能够实现无功的就地平衡，达到降损节能的效果。常采用地方式有三种： 随机补偿、随器补偿、跟踪补偿。
(1)随机补偿，是指将低压电容器组与电动机并联，通过控制、保护装置与电机共同投切。随机补偿适用于补偿电动机的无功消耗，以补偿励磁为主，此种方式可较好的限制用电单位的无功负荷。
随机补偿地优点是：用电设备运行时，无功补偿投入;用电设备停止运补偿装置也退出，不需要频繁调整补偿容量。更具有投资少、占位小、配置灵活、维护简单方便、事故率低等优点。为防止电机推出时产生自激过电压，补偿容量一般不大于电机的空载无功。
(2)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，配变空载无功是用电单位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，从而导致电费单价的增加。
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，是该部分的无功就地平衡，从而提高配电变压器利用率，降低无功网损，提高用户的功率因数，改善用户的电压质量，具有较高的经济性，是目前无功补偿最有效的方法之一。
(3)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0.4 母线上的补偿方式，适用于100 及以上的专用配变电用户。
跟踪补偿的优点是：可较好的跟踪无功负荷的变化，运行方式灵活，补偿效果好，但是费用高，且自动投切装置较随机、随器补偿的控制保护装置复杂，如有任一元件损坏，则可导致电容器不能投切。且主要适用于大容量大负荷的配变。
上述三种补偿方式均可对特定种类无功负荷实现“就地平衡”的无功补偿，降损节能效果好。
3、结论
无功补偿技术在边沿科学如电力电子技术和微电子技术发展的推动下，在电力系统领域取得了很大的发展，形成了多种补偿方式。本文在对无功补偿技术进行分析的基础上，针对传统无功补偿装置的缺点提出了一种新型的智能无功补偿装置，该装置适合对大用户进行无功补偿，也就是随器补偿，其优点如下：
(1)装置结构简单，通过硬件软件配合，稳定性高，晶闸管和磁保持控制投切，可实现真正的智能控制，具有很高的性价比。
(2)采用LCD显示，可实时显示电压、电流和功率因数等数据。
(3)彻底解决低压电容器投入浪涌电流问题，无触烧损之虑，不会产生谐波注入，安全可靠性高.
(4)具有完善的过压、欠压、缺相、谐波、振荡等保护功能。
(5)具有GPRS通信功能，可将补偿结果反馈给上配电管理系统，计算无功功率经济效益，并可接系统控制。
总之，智能低压无功补偿装置的投入完全可替代传统传统无功补偿装置，其稳定性强、可靠性高、实用性好、功能强大、适用于各类城市电网、农村电网、企业电网的配电自动化实施与改造，可有效的降损节能，具有很大的经济及社会效益。
工厂供电中无功补偿方式
在工厂供电系统的设计和运行中，功率因数是一个重要技术经济指标，功率因数反映的是用电设备的有功功率与视在功率的比值，我国有关电力规程规定，高压供电的工厂，最大负荷的功率因数不得低于0.9，其他工厂，功率因数不得低于0.85。供电系统的功率因数反映了工厂或设备在生产过程中无功功率的变化情况，因此如何提高系统的有功功率，尽可能降低无功功率，即无功功率补偿，对改善电能质量和提高用电效率至关重要。
1 功率因数对工厂供电系统的影响
(1)在输送的有功功率相同的情况下，较低的功率因数将导致系统电流增加。
工厂供电系统中，补偿无功功率主要任务是降低损耗节能，增强供电能力，从而提高功率因数。主要的方法有两种一是通过提高变压器、电动机负载率、调整负荷结构，使功率因数达到最高;二是采用并联电力电容器。根据补偿装置装设地点的不同，工厂供电系统中电力电容器设置主要有高压集中补偿，低压成组补偿和单独就地补偿三种。
(2)由于在低功率因数情况下，变压器输出的有功功率减少，系统输送有功成分减少，无功成分增加，降低了供电设备的有效利用率，无功功率补偿如下式所示。
Q■=Q■-Q■■′=P■(tan??-tan??′)
其中，Q■为无功功率补偿前的值、Q■■′为无功功率补偿后的值， tan??为补偿前功率因数角的正切值、tan??′为补偿后功率因数角的正切值。
在无功功率补偿过程中，合理地选择无功补偿容量，对提高功率因数，调整电网电压，提高供电质量，保证电网安全稳定运行都有着十分重要的作用。
2 无功补偿方式的选择
2.1 低压集中补偿
这种方式是把低压电容器组集中装设在车间变电所低压380V 母线上，实际补偿容量随自然功率因数的变化而调整，能补偿低压母线前的高压电网、地区电网和整个电力系统的无功功率，并且能使变压器的视在功率减小，从而变压器容量可选得小一些，比较经济，由于安装在变电所低压配电室内，运行维护比较方便。对于工厂存在的谐波源，车间变压器也起到了隔离和衰减谐波的作用，有利于低压移相电容器的安全稳定运行。
2.2 高压集中补偿
这种方式是把高压电容器组集中装设在工厂变配电所的6-10kV母线上，所以只能补偿高压一次侧的无功功率，而二次侧的线路并没有得到无功补偿，因而其经济效益相对较较差。但由于用户6～10kV母线上无功功率变化比较平稳，因而便于运行管理和调节，而且利用率相对较高，还可以提高供电变压器的负荷能力。从整体上看可以改善地区电网，甚至区域电网的功率因数，所以至今仍是城市及大中型工矿企业的主要无功补偿方式。
2.3 单独就地补偿
单独就地补偿，也叫做分散就地补偿，是把并联电容器组分别装设在各组用电设备或单独的大容量设备旁边。这种补偿方式能够补偿安装部位以前的所有高低压线路和电力变压器的无功功率，其补偿效果较好，补偿范围大，因此可以优先考虑。但此方式设备投资较大，且电容器在被补偿的用电设备停止工作时也被一并切除，所以设备利用率相对较低，同时增加了管理上的不便。单独就地补偿适用于个别容量较大且位置单独的负荷，比如大容量的感应电动机。特别适用于负荷平稳，长期运转的设备，还适用于容量虽小但数量多且长期稳定运行的设备，比如荧光灯等。
当装有就地补偿电容器的单台异步电动机突然断电时，电容器就会对电动机放电，从而产生自励磁现象;若补偿容量过大，又可能因电动机惯性转动而产生过电压，导致电动机损坏。所以，要求电容器(组)的放电电流不得大于电动机空载电流，即
Q■=■U■??I0×10■
式中，U■为供电系统额定线电压(V);I0为电动机额定空载电流(A)。
3 结论
综上所述，在实际应用中，如果能把三种补偿方式结合运用，合理布局，便可取得较好的技术经济效益，对于补偿容量相对较大的工厂，需采用高压集中补偿和低压分组补偿相结合的方法，对于电力负荷分散及补偿容量较小的工厂，只需采用低压补偿。在无功补偿设计时，应根据工程的实际情况灵活的加以运用。另外，在无功补偿设计过程中，合理地选择无功补偿容量，对提高功率因数、调整电网电压、提高供电质量、保证电网安全稳定运行都有着十分重要的作用。
关于无功补偿技术的介绍
随着我国电力工业的迅猛壮大，电网逐步扩张，电力负荷增长很快，电网的经济运行日益受到重视。降低网损，提高电力系统输电效率和电力系统运行的经济性是电力系统运行部门面临的实际问题，也是电力系统研究的主要方向之一。
1 无功补偿的介绍
1.1 无功补偿的原理
电感和电容是两种性质相反的元件，供电系统中的用电设备大多是感性负载，用电容器补偿感性负载所需的无功功率，提高系统功率因数，称之为电容补偿，这也是无功补偿的原理。
1.2 无功补偿的意义
(1)补偿无功功率，可以增加电网中有功功率的比例常数。
(2)减少发、供电设备的设计容量，减少投资，例如当功率因数cos准=0.8增加到cos准=0.95时，装1kVar电容器可节省设备容量0.52kW;反之，增加0.52kW对原有设备而言，相当于增大了发、供电设备容量。因此，对新建、改建工程，应充分考虑无功补偿，便可以减少设计容量，从而减少投资。
(3)降低线损，由公式ΔP%=(1-cos准1/cos准2)×100%得出(其中cos准1为补偿前的功率因数，cos准2为补偿后的功率因数)。
补偿后，cos准2>cos准1，降低线损率，减少设计容量、减少投资，增加电网中有功功率的输送比例，都直接决定和影响着供电企业的经济效益。
1.3 电网中常用的几种无功补偿方式
(1)高压集中补偿是将高压电容器组集中装设在工厂变电所的6～10kV母线上。这种补偿方式只能补偿6～10kV母线前侧线路上的无功功率，母线后侧厂内线路的无功功率得不到补偿。因此变压器的视在负荷及变压器的损耗并没有少。所以这种补偿方式的经济效果比较差，但这种补偿方式的初期投资比较低，且便于集中运行维护，而且能对变电站高压侧的无功功率进行有效的补偿，以满足滨海供电公司对变电站总功率的基本要求。
(2)分组补偿是将低压电容器组集中装设在工厂变配电所的380V低压母线上。这种补偿方式能够补偿变电所、箱站低压母线前的变压器，高压配电线路及电力系统的无功功率。由于这种补偿能使变电所、箱站主变以前的视在功率减小，从而可使主变压容器容量选的较小，减少变压器运行的台数，经济效益较好。
(3)低压就地补偿，就是将并联补偿电容器组装设在需要进行补偿的用电设备组旁边。这种补偿方式能够补偿安装位置以前的所有高低压线路和电力变压器的无功功率，其补偿范围大，补偿效果好，经济效益佳。相比较而言，这种补偿方式投资较前两种大，但电容器组在补偿的用电设备组停机时也将一并被解除。
2 动态无功装置的应用
静止无功装置比动态无功装置的技术更加成熟，而且结构也更加简单，因此前者的应用范围较后者更广。目前动态无功装置在电力系统中的应用是十分广泛的，其主要优点包括：①提高系统的暂态稳定性，将动态无功装置安装在中长距离的输电电路中点能够有效的提高整个系统的暂态稳定性，同时还能为出现故障后的电机提供更多的减速面积;②有力的支持系统电压，避免电压崩溃，当系统出现了故障或当电流骤然增大的以瞬间，动态无功装置可以向系统提供瞬间的无功补偿来有效避免电压崩溃;③阻尼系统振荡，动态无功装置能够快速、平滑的对无功和电压进行调节，并且能够调制状态工作;④补偿不平衡负荷，当负荷出现不平衡情况时，动态无功装置能够对系统进行补偿，从而使得供电电流达到三相平衡，使单相负荷变成三相负荷而不会出现无功分量;⑤抑制负荷侧电压波动和闪变，校正功率因数。与此同时，动态无功装置还应用在了电气化铁路牵引变电所中，它很大程度上提高了其功率因数，而且还减少了变压器与输配电线路的损耗。除此之外，动态无功装置还应用在了煤矿中的提升机上，大大提高了电网质量，最大限度的降低了由于电压波动造成的不良影响。
3 效益分析
3.1 经济效益
3.1.1 降损节能
利用无功补偿提高功率因数可以降低线路损耗，达到节能的目的。目前，渤海石油矿区电网改造所需补偿的容量约为4340kVar，反应在6kV母线上可节省无功电流417A(4340/1.732/6)，按有效利用率60%计算，可节省无功电流约250A。按照无功电流的通过所引起的三相线路有功损耗公式：
△P=△P1-△P2=3I12R×10-3-3I22R×10-3=3△I2R×10-3
计算，可得：△P=3×2502×R×10-3
改造部分影响6kV架空线路总长度约为4000m，截面积为120mm2，铝的电阻率p=0.0294Ωmm2/m，按照R=pL/S公式计算，得出：R=0.98
△P=3×2502×R×10-3=3×2502×0.98×10-3=183kW
即可节省有功功率：183kW
一年可节省电量：183×8×260=380640kWh
按平均电费1元/KWh计算，每年可节省电费约38万元。
3.1.2 节约电费开支
根据《功率因数调整电费办法》中规定，功率因数越高供电线路的功率损耗就越小，功率因数高于0.9以上的就减收电费，减收的百分比最高为1.25%，低于0.9的就加收电费，0.7～0.9之间的每少0.01就加收0.5%的电费，在0.65～0.7之间的每少0.01就加收1%的电费，0.64及以下每降低0.01就加收2%的电费。若功率因数达到0.95以上，将奖励基本电费与当月用电费用合计的0.75%，此次改造后，功率因数均能保证在0.95以上，以每年用电量7000万kWh为例，两座35kV变电站变压器容量合计为23300kVA，年外购电费为4780万元，滨海供电公司的补偿奖励金额约为30万元。
3.1.3 提高设备供电能力
根据表1中681回路的一组数据分析，如果该回路功率因数提高到供电局0.9的要求，那么变压器的平均负荷电流将减少15%，相当于变压器提高了15%的供电能力;如果功率因数提高到0.95，那么变压器的平均负荷电流将减少19%，相当于变压器提高了19%的供电能力，增大了变压器的出力，使设备容量不变的条件下，可以少送无功功率，多送有功功率。这样就能合理配置变压器容量，避免“大马拉小车”情况，减少因变压器配置容量过大而产生的相应变压器损耗，并可以延缓增容周期，从而减少企业费用支出，使供电部门及用电企业均受益。以35kV变电站增容5000kVA为例，若延缓一年增容，将节省基本电费102万元。
3.2 社会效益
无功功率的减少，不仅节约企业自身的电费开支，还减少了电网的线损和对上一级变压器容量的占用，产生的实际经济效益显着。而谐波污染的减少，不仅降低了对通讯、自动控制装置、电能计量和继电器保护的干扰，而且提高了电网的安全性能和供电质量，保证设备正常工作，有利于安全生产。
4 结语
经过以上分析，动态无功补偿的应用很好地解决了电网质量问题，提高了功率因数，降低了运行成本，适用于工矿企业不断增长的用电现状，值得在工矿企业中推广应用。
