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摘要：无功功率补偿装置可提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。分析了电网损耗的原因，提出无功补偿功率因数选择要点，阐明了无功补偿地点选择的实用效果。
关键词：无功补偿；电容；功率因数；节损效益
1.概述：
1.1何谓无功
电功率、磁功率或电磁功率形式中封闭的能量交换。
无功数学定义
P=
表征无功参数QB=
式中 Un、In分别为第n次谐波电压、电流的有效值；Φn为Un与In的夹角。上述功率定义，分别考虑了各次谐波在线性电抗上单独形成的无功功率。
1.2无功源
向公用电网中注入无功电流或在公用电网中产生无功的电气设备，统称为无功源。（发电机、同步调相机、静电电容器、静止无功补偿器等等）
1.3无功负荷
异步电动机在电力系统（特别是无功负荷）中占的比重很大。系统无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定。
变压器的无功功率损耗在系统无功损耗中占有相当的比重，还有输电线路。
1.4无功补偿的理论依据
保证用户处的电压接近额定值是电力系统运行调整地基本任务之一。电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡。系统中各种无功电源的无功功率输出应能满足系统负荷和网络损耗在额定电压下对无功功率的需求，否则电压就会偏离额定值。电力系统无功功率平衡的基本要求是：系统中的无功电源可能发出的无功功率应该大于或至少等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗之和。为了保证运行可靠性和适应无功负荷的增长，系统还必须配置一定的无功备用容量。令QGC 为电源供应的无功功率之和，QLD为无功负荷之和，QL为无功功率损耗之和，Qres为无功功率备用，则系统中的无功功率的平衡关系式为
QGC -QLD-QL=Qres
Qres>0表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用；如Qres<0表示系统中无功功率不足，应考虑加设无功补偿装置。
从无功功率平衡，电压调整和经济运行这三个不同的角度考虑无功补偿问题。一般说这三个方面的要求是不会相互矛盾的，为满足无功功率平衡而设置的补偿容量必有助于提高电压水平，为减少网络电压损耗而增添的无功补偿也必然会降低网损。应该说，按无功功率在正常电压水平下的平衡所確定的无功补偿容量，是必须首先满足的。
1.5无功补偿容量的选择
通过公式Q=P（tanψ1-tanψ2）（P取400Kw）所做的功率因数曲线分析无功补偿容量的选择，从图中我们可以看到在功率因数到0.9以后功率因数每提高0.01需要增加的补偿量大大增加，所以建议低压侧功率因数补偿到0.9左右。这也同《并联电容器装置设计规范》中的要求完全一致。
1.6补偿地点的确定
补偿的目的是减少线路中的无功分量，对于负荷相对分散的配电系统适宜采用低压配电房安装集中补偿装置，而对于负荷相对集中的地方应尽量安装在低功率因数的终端负荷上。传统的方式是在低压配电房安装集中补偿装置，但这样并不能减少配电房到负荷线路的损耗，而这段往往截面小，线路长，损耗也大。
2.实例分析
以某仪修厂房为例。
全厂主要负荷为注塑车间。它在满负荷时可达400kW 但异步电动机较多感性负载较大功率因数只有0.7，此车间距离配电室大约120m，采用了2根240mm2电缆配电，下面对全厂进行负荷计算。
2.1负荷计算
根据负荷计算我选择容量为630kVA的变压器，?P=6200W。补偿前后的节损公式为：
其中R：变压器或线路的电阻，U：系统标准电压，Q1：补偿前无功量，Q2：补偿后无功量。
2.2仿真分析
对方案一我们可以看到改造前主要把300kvar电容，补偿在低压主母线上，采用的是集中补偿方式。本次改造我采用分散补偿方式，补偿总容量仍然为300kvar，注塑车间补偿250kvar，主母线补偿50kvar，其主接线如下图所示，下面我对运行情况再次进行仿真。
2.3方案对比
根据企业的实际用电情况，最大、最小、平时时段分别占总时段的10%、30%、60% 总时段以5000h一 年计算，电价0.7元/kWh，其损耗比较如下图：
2.4补偿效益分析
由于补偿地点选择不同方案二中大负荷区电流减少，线路的电压降自然减少了，从而为终端负荷提供了更充足的电压。同时，电压的提高也降低了电机负荷的电流，进一步降低线损。
综上所述，安装补偿器地点的选择是非常重要的，单从费用上来看，如上面一个工程方案一、二补偿器的容量相等前期投资相同，如果补偿地点选择得当每年可以节约大概4.0万元的费用，因此我们在做工程时要对负荷情况作一个充分的分析，选择好一个最优的补偿方式。
2.5总结：
1）做设计之前要认真分析负荷情况，认清负荷中心做出最优的配电方案。
2）严格按照规范要求进行功率补偿，低压侧功率因数提高到0.9最合适。
3）建议按照就近补偿原则。合理选择补偿地点，尽量把电容补偿在负荷中心。
3.结束语
对于电气工程设计人员，在供配电系统设计中，应首先研究分析用电负荷情况，再进行完负荷计算后，确定本次工程的负荷中心，然后再确定无功补偿的地点，如果我们设计时补偿地点选择不当，造成的损失是相当大，这无疑是一种严重的资源浪费。是我们这样一个节约型社会所不允许的。
参考文献：
[1]供电技术.机械工业出版社。
[2]现代电气控制技术. 重庆大学出版社。
[3]工业与民用配电设计手册.中国电力出版社。
[4]EDSA电力软件。
关键词：无功补偿；电容；功率因数；节损效益
1.概述：
1.1何谓无功
电功率、磁功率或电磁功率形式中封闭的能量交换。
无功数学定义
P=
表征无功参数QB=
式中 Un、In分别为第n次谐波电压、电流的有效值；Φn为Un与In的夹角。上述功率定义，分别考虑了各次谐波在线性电抗上单独形成的无功功率。
1.2无功源
向公用电网中注入无功电流或在公用电网中产生无功的电气设备，统称为无功源。（发电机、同步调相机、静电电容器、静止无功补偿器等等）
1.3无功负荷
异步电动机在电力系统（特别是无功负荷）中占的比重很大。系统无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定。
变压器的无功功率损耗在系统无功损耗中占有相当的比重，还有输电线路。
1.4无功补偿的理论依据
保证用户处的电压接近额定值是电力系统运行调整地基本任务之一。电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡。系统中各种无功电源的无功功率输出应能满足系统负荷和网络损耗在额定电压下对无功功率的需求，否则电压就会偏离额定值。电力系统无功功率平衡的基本要求是：系统中的无功电源可能发出的无功功率应该大于或至少等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗之和。为了保证运行可靠性和适应无功负荷的增长，系统还必须配置一定的无功备用容量。令QGC 为电源供应的无功功率之和，QLD为无功负荷之和，QL为无功功率损耗之和，Qres为无功功率备用，则系统中的无功功率的平衡关系式为
QGC -QLD-QL=Qres
Qres>0表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用；如Qres<0表示系统中无功功率不足，应考虑加设无功补偿装置。
从无功功率平衡，电压调整和经济运行这三个不同的角度考虑无功补偿问题。一般说这三个方面的要求是不会相互矛盾的，为满足无功功率平衡而设置的补偿容量必有助于提高电压水平，为减少网络电压损耗而增添的无功补偿也必然会降低网损。应该说，按无功功率在正常电压水平下的平衡所確定的无功补偿容量，是必须首先满足的。
1.5无功补偿容量的选择
通过公式Q=P（tanψ1-tanψ2）（P取400Kw）所做的功率因数曲线分析无功补偿容量的选择，从图中我们可以看到在功率因数到0.9以后功率因数每提高0.01需要增加的补偿量大大增加，所以建议低压侧功率因数补偿到0.9左右。这也同《并联电容器装置设计规范》中的要求完全一致。
1.6补偿地点的确定
补偿的目的是减少线路中的无功分量，对于负荷相对分散的配电系统适宜采用低压配电房安装集中补偿装置，而对于负荷相对集中的地方应尽量安装在低功率因数的终端负荷上。传统的方式是在低压配电房安装集中补偿装置，但这样并不能减少配电房到负荷线路的损耗，而这段往往截面小，线路长，损耗也大。
2.实例分析
以某仪修厂房为例。
全厂主要负荷为注塑车间。它在满负荷时可达400kW 但异步电动机较多感性负载较大功率因数只有0.7，此车间距离配电室大约120m，采用了2根240mm2电缆配电，下面对全厂进行负荷计算。
2.1负荷计算
根据负荷计算我选择容量为630kVA的变压器，?P=6200W。补偿前后的节损公式为：
其中R：变压器或线路的电阻，U：系统标准电压，Q1：补偿前无功量，Q2：补偿后无功量。
2.2仿真分析
对方案一我们可以看到改造前主要把300kvar电容，补偿在低压主母线上，采用的是集中补偿方式。本次改造我采用分散补偿方式，补偿总容量仍然为300kvar，注塑车间补偿250kvar，主母线补偿50kvar，其主接线如下图所示，下面我对运行情况再次进行仿真。
2.3方案对比
根据企业的实际用电情况，最大、最小、平时时段分别占总时段的10%、30%、60% 总时段以5000h一 年计算，电价0.7元/kWh，其损耗比较如下图：
2.4补偿效益分析
由于补偿地点选择不同方案二中大负荷区电流减少，线路的电压降自然减少了，从而为终端负荷提供了更充足的电压。同时，电压的提高也降低了电机负荷的电流，进一步降低线损。
综上所述，安装补偿器地点的选择是非常重要的，单从费用上来看，如上面一个工程方案一、二补偿器的容量相等前期投资相同，如果补偿地点选择得当每年可以节约大概4.0万元的费用，因此我们在做工程时要对负荷情况作一个充分的分析，选择好一个最优的补偿方式。
2.5总结：
1）做设计之前要认真分析负荷情况，认清负荷中心做出最优的配电方案。
2）严格按照规范要求进行功率补偿，低压侧功率因数提高到0.9最合适。
3）建议按照就近补偿原则。合理选择补偿地点，尽量把电容补偿在负荷中心。
3.结束语
对于电气工程设计人员，在供配电系统设计中，应首先研究分析用电负荷情况，再进行完负荷计算后，确定本次工程的负荷中心，然后再确定无功补偿的地点，如果我们设计时补偿地点选择不当，造成的损失是相当大，这无疑是一种严重的资源浪费。是我们这样一个节约型社会所不允许的。
参考文献：
[1]供电技术.机械工业出版社。
[2]现代电气控制技术. 重庆大学出版社。
[3]工业与民用配电设计手册.中国电力出版社。
[4]EDSA电力软件。