設計無功補償裝置

① 無功補償裝置的作用是什麼

無功功率決不是無用功率，它的用處很大。電動機需要建立和維持旋轉磁場，使轉子轉動，從而帶動機械運動，電動機的轉子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的。變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產生磁場，在二次線圈感應出電壓。因此，沒有無功功率，電動機就不會轉動，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會吸合。

（打個比方，農村修水利需要開挖土方運土，運土時用竹筐裝滿土，挑走的土好比是有功功率，挑空竹筐就好比是無功功率，竹筐並不是沒用，沒有竹筐泥土怎麼能運到堤上？）

在正常情況下，用電設備不但要從電源取得有功功率，同時還需要從電源取得無功功率。如果電網中的無功功率供不應求，用電設備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場，這些用電設備就不能維持在額定情況下工作，用電設備的端電壓就要下降，從而影響用電設備的正常運行。

但是從發電機和高壓輸電線供給的無功功率遠遠滿足不了負荷的需要，所以在電網中要設置一些無功補償裝置來補充無功功率，以保證用戶對無功功率的需要，這樣用電設備才能在額定電壓下工作。

無功補償是把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷並聯接在同一電路，能量在兩種負荷之間相互交換。這樣，感性負荷所需要的無功功率可由容性負荷輸出的無功功率補償。

採用無功補償可以收到以下效果：

1）根據用電設備的功率因數，可測算輸電線路的電能損失。通過現場技術改造，可使低於標准要求的功率因數達標，實現節電目的。

2）採用無功補償技術，提高低壓電網和用電設備的功率因數，已成為節電工作的一項重要措施。

3）無功補償，它就是藉助於無功補償設備提供必要的無功功率，以提高系統的功率因數，降低能耗，改善電網電壓質量，穩定設備運行。
上海坤友電氣無功補償暨諧波治理專業公司，專業的工業企業電能質量解決方案提供商。

② 無功補償及補償裝置的選擇

第一講：基礎知識
一、為什麼要進行無功補償？
交流電力系統需要電源供給兩部分能量，一部分用於作功而被消耗掉，這部分能量將轉換成機械能、光能、熱能和化學能，我們稱之為「有功功率」。另一部分能量是用來建立磁場，用於交換能量使用的，對於外部電路它並沒有作功，有電能轉換為磁能，再有磁能轉換為電能，周而復始，並沒有消耗，這部分能量我們稱之為「無功功率」。無功是相對於有功而言的，不能說無功是無用之功，沒有這部分功率，就不能建立感應磁場，電動機、變壓器等設備就不能運轉。在電力系統中，除了負荷無功功率外，變壓器和線路上的電抗上也需要大量的無功功率。
在電網中安裝並聯電容器、同步調相機等容性設備以後，可以供給感性電抗消耗的部分無功功率小電網電源向感性負荷提供無功功率。也即減少無功功率在電網中的流動，因此可以降低輸電線路因輸送無功功率造成的電能損耗，改善電網的運行條件。這種做法稱為「無功補償」。
無功功率的定義
國際電工委員會給出的無功功率的定義為：電壓與無功電流的成積。
QC=U×IC
其物理意義為：電路中電感元件與電容元件活動所需的功率交換稱為無功功率。
（插入講解電感元件及電容元件）
電磁（電感）元件建立磁場佔用的電能,電容元件建立電場所佔的電能.電流在電感元件中作功時,電壓超前於電流90℃.而電流在電容元件中作功時,電流超前電壓90℃.在同一電路中,電感電流與電容電流方向相反,互差180℃.如果在電磁元件電路中有比例地安裝電容元件,使兩者的電流相互抵消,使電流的矢量與電壓矢量之間的夾角縮小,從而提高電能作功的能力,這就是無功補償的原理。
（電容元件、電感元件均為動態元件，電容元件的電流是電壓與時間的導數關系，
，電感元件的電壓是電流與時間的導數關系， ）
矢量圖：

我們將每一瞬間電感上的電壓與電感電流IL相乘得到電感的功率曲線PL(圖a)，同樣的，將電容上的電壓與電容電流IC相乘得到電容的功率曲線PC(圖b)。

如圖(a)所示，功率在第二個和第四個1/4周期內電感在吸收功率，並把所吸收的能量轉化為磁場能量；而在第一和第三個1/4周期內電感就放出功率，儲存在磁場中的能量將全部放出。這時電感好象一個電源，把能量送回電網。磁場能量和外部能量的轉化反復進行，電感的平均功率為零，所以電感是不消耗功率的。
如圖(b)所示，在電容中，在第一個1/4周期內，電容在吸收功率進行充電，把能量儲存在電場中。在第二個1/4周期內電容則放出功率，原來儲存在電場中的能量將全部送回給外部電路。第三和第四個1/4周期內各重復一次。
電容的充電和放電過程，實際上就是外部電路的能量和電容的電場能量之間的交換過程。在一個周期內，其平均功率為零，所以電容也是不消耗功率的。
我們注意到：在第一個1/4周期中，當電壓通過零點逐漸上升時，電容開始充電吸收功率，電感則將儲存的能量放回電路。而當第二個1/4周期，電感吸收功率時，電容放出功率。第三和第四個1/4周期又重復這樣的充放電循環過程。
因此，電容和電感並聯接在同一電路時，當電感吸收能量時，正好電容釋放能量；電感放出能量時，電容正好吸收能量。能量就在它們中間互相交換。即電感性負荷所需的無功功率，可以由電容器的無功輸出得到補償，因此我們把具有電容性的裝置稱為「無功補償裝置」。
二、功率因數
1、功率因數的定義：功率因數等於網路的電壓比電流超前的相位差的餘弦。
2、提高功率因數的意義：
（1）改善設備的利用率
因為功率因數還可以表示成如下形式：
COSφ= ＝
其中U―――線電壓，kV
I―――線電流，A
可見，在一定的電壓和電流下，提高COSφ，其輸出的有功功率越大。發電機、變壓器等電力設備在設計時均有一定的電壓有效值U和電流有效值I，即設備需在一定的額定電壓及額定電流下運行。根據P= UIcosφ，若功率因數較低，則發電機發出的有功功率或變壓器通過的有功功率P較低，即設備容量得不到充分應用。
（2） 提高功率因數可以減少電壓損失
電力網電壓損失的公式可以求出：
△U＝△UR+j△UX
=
從以上公式可以看出，影響△U的因素有四個：線路的有功功率P、無功功率Q、電阻R和電抗X。如果採用容抗為XC的電容來補償，則電壓損失為：
△ U=
功率因數低，Q就大，△U就增大,受電端的電壓就要降低。在電壓低於允許值時，將嚴重影響電動機及其它用電設備的正常運行。特別是在用電高峰時，因為功率因數低，將出現大面積地區電壓降低，嚴重影響工農業生產的正常進行。

故採用補償電容提高功率因數後，電壓損失△U減少，改善了電壓質量。
（3） 提高功率因數可以減少線路損失
據有關資料，目前全國有近20GA的高耗能變壓器在運行，一些城網高耗能配變變壓器占配變變壓器總數的50％。許多城網無功功率不足，調節手段落後，造成電壓偏低，損耗增大。1995年全國線損率高達7.8％。通過多方面的努力，1997年全國線損率才達到8.2％。與一些發達國家相比，我國線損率約高出2～3個百分點。據統計，電力網中65％以上的電能損耗在10kV以下的配電網中損耗的，因此配電網中的減少線路損失非常重要。
當線路通過電流I時，其有功損耗為：
△P=3I2R×10－3（kW)
或 △P=3（ R×10－3=3 ( )×10－3（kW)
有以上公式可見，線路有功損失△P與cos2φ成反比，cosφ越高，△P越小。
（4） 提高電力網的傳輸能力
視在功率與有功功率成下述關系：
P=Scosφ
可見，在傳送一定功率P的條件下，cosφ越高，所需視在功率越小。
綜上所述，提高功率因數是必須的。但是功率因數的提高是整個網路的事，必須提高電網各個組成部分的功率因數，才能充分利用發電、變電設備的容量，減少網損，降低線路的電壓損耗，以達到節約電能和提高功率因數的目的。
（插入講解功率因數的目標及力率收費）
1、對功率因數的要求
除電網有特殊要求的用戶外，用戶在當地供電企業規定的電網高峰時負荷的功率因數應達到下列規定：
100KVA及以上高壓供電用戶的功率因數為0.9以上。
其它電力用戶和大、中型電力排灌站、泵購轉售電企業，功率因數為0.85以上。
農業用電，功率因數為0.80以上。
2、功率因數調整電費
我國執行得電價結構為兩價結構，但實際上是包括基本電費、電量電費和按功率因數調整電費三部分。發、供電部門，除了供給用戶得有功負荷之外，還要供給用戶以無功負荷。鑒於電力生產得特點，用戶功率因數得高低，對電力系統發、供、用電設備得充分利用，有著顯者得影響。為了合理地使國家地能量資源，充分發揮發、供電設備地生產能力，我國專門制定了《力率調整電費辦法》，按照功率因數調整電費。《力率調整電費辦法》適用於實行兩部電價制大工業用戶地生產用電。按功率因數調整電費地收取辦法是：
（1） 按照規定地電價計算出當月地基本電費和電量電費。
（2） 再按照功率因數調整電費表所訂地百分數增減計算。如下表1和2所示。
（3） 計算用戶功率因數採用加數平均值，即以用戶在一個月內所消耗的有功電量W和無功電量Q進行計算，即：
cosφ＝
如果用戶的平均功率因數在功率因數調整電費表所列數字之間，以四捨五入計算，如0.855為0.86，0.754為0.75。
表1 減免功率因數電費表
月平均功率
因數 0.85 0.86 0.87 0.88 0.89 0.90 0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 1.00
全部電費地減少（ ％） 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.2 2.5 2.7 3.0
表2 增收功率因數電費表
平均功率因數 0.84 0.83 0.82 0.81 0.80 0.79 0.78 0.77 0.76 0.75 0.74 0.73 0.72
增收（ ％） 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5
平均功率因數 0.71 0.70 0.69 0.68 0.67 0.66 0.65 0.64 0.63 0.62 0.61 0.60
增收（ ％） 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10 11 12 13 14 15
備注 自0.59以下，每降低0.01，增收全部電費地2％
3、舉例說明改善cosφ能給用戶帶來經濟效益。
【例1】 某10kV煤礦企業電力用戶原來功率因數為cosφ1＝0.75，視在功率為3150kVA,年用電時間T＝3000h，收費按兩部電價，試確定：
（1） 該用戶得年支付電費。
（2） 欲使功率因數提高到0.95，需裝設得補償容量。
（3） 按許繼目前的電容器補償裝置，分情況做出方案，並計算出投資費用（投資按每年10％回收）。求安裝補償裝置後，企業所獲得的年效益。
解：
(1) 補償前用戶年支付電費：
1） 基本電費。按最大負荷收取，每kVA負荷收取值為180元/年，故：
FJ1=180×3150=567000(元)
2） 電量電費。每kW.h為0.209元，故
FD1=0.209×2362.5×3000=1481287.5 (元)
3） 用戶的總支付電費為：
FZ2=567000+1481287.5=2048287(元)
4)當功率因數為0.75時，增收功率因數電費為全部電費的5％，則增收的電費為：
FZZ=2048287×0.05=102414 (元)
5)用戶實際繳納電費為:
FZ1總= FZ2+FZZ=2150701(元)
(2) 補償容量計算：
已知cosφ1＝0.75，cosφ2＝0.95,S=3150kVA,則
P1＝Scosφ1＝3150×0.75=2362.5（kW)
Q=P( - )
=2362.5( - )
=1307(kvar)
需補償1307kvar，考慮各方面因素，總補償容量按1500kvar考慮。
（3）按許繼目前的產品做出配置方案並計算補償後年支出費用：
方案：一次性投投切方案。此方案用於整體系統負荷變化不大的情況。
主要配置元件為：(此方案僅考慮系統存在5次7次諧波情況，用6％串聯電抗器抑制系統諧波)
TBB10-1500kvar配置如下：
序號 名稱 型號 數量 單位 備注
1 隔離接地開關 GN24-12D1/630 1 只
2 鐵心串聯電抗器 CKSC-90/10-6 1 台
3 高壓並聯電容器 BFM11/ -250-1W
6 台
4 熔斷器 BRW-12/60P 6
5 氧化鋅避雷器 HY5WR-17/45 3 只
6 放電線圈 FDGE8-11/ -1. 7-1W
3 只
7 帶電顯示器 DXN-12T 1 只
8 放電指示燈 AD11-22/21 3 只
9 電磁鎖 DSN3 3 只
10 鋁母線、絕緣子等附件 1 套
11 電容器櫃體骨架 1 套
按此種方案預計投入資金約為：10萬元。
1） 補償後的視在功率和基本電費為：
SB = =2487(kVA)
FJ2=180×2487=447660 (元)
2) 電量電費。每kW.h為0.209元，故
FD2=0.209×2362.5×3000=1481287.5(元)
3）支付資產折舊費用：
Ff=100000×0.1=10000(元)
4） 用戶的總支付電費為：
FZ2=447660+1481287.5＋10000=1938947(元)
5）當功率因數為0.95時，減免功率因數電費為全部電費的2.5％，則減免的電費為：
FZZ=1938947×0.025=48473 (元)
6)用戶實際繳納電費為:
FZ2總= FZ2－FZZ=1890474(元)
7）補償後的經濟效益分析：
△F＝FZ1總－FZ2總＝2150701－1890474＝260227（元）
結論：有以上分析得在裝設無功補償裝置後，一年少交電費約為26萬元，節省的費用完全可以上購買以上方案中的補償設備，並且大有結余。
【例2】 配電網無功補償算例。
（1） 無功補償的原理。在電網中，線路或變壓器的可變功率損耗為：
P=3I2R×10－3= R×10－3
當負荷功率因數由1降至cosφ時，有功損耗將增加的百分數為：
δP%＝( -1) ×100%
因此，提高負荷的功率因數與降低線損的關系為:
δP%＝（1－ ）×100%
下圖表示一個主變容量為15000kVA的35kV變電所，單迴路供電的電力網，單回35kV供電線路至35 kV變電所，期間T接一個電力排灌站，根據有關負荷數據如下：

Ⅰ段視在功率Sjf1=9.2MVA.
Ⅱ段視在功率Sjf2=11.7MVA.
在未裝補償前，該變電所主變功率因數為0.75，此種情況：
Ⅰ段線路的全年損失電量為：
△A1＝ ×R1×24×365=570×103（kW.h)
Ⅱ段線路的全年損失電量為：
△A1＝ ×R2×24×365=1440×103（kW.h)
整條線路的全年損失電量為：
△A＝△A1＋△A2＝570×103＋1440×103=2010×103（kW.h)
若在該變電所10kV側加裝3000kvar的補償後電容器，主變的功率因數將由0.75提高0.91，可使線損降低值為：
δP%＝（1－ ）×100%＝（1－ ）×100%＝32％
即加裝3000kvar的補償後，可使線損下降32％，即減少損失電量為
△ A，＝δP%△A＝32％×2010×103＝64.32（萬kW.h)
（2） 經濟效益分析。從前面的計算中可知，每年可減少損失電量64.32萬kW.h，其效益究竟有多大，可參考現行電價估算如下：
1） 全年直接減少損失，增加純利潤
M=64.32×0.50＝32.16（萬元）
2） 力率調整由罰到獎,增加純收入.補償前該線路全年總電量
A1=1.17×106×8760×0.75×10-3＝7686.9（萬kW.h)
由於功率因數為0.75,低於0.85,故應罰力率調整款
0.5%×8760×0.35=13.5(萬元)
補償後
A2=1.17×106×8760×0.91×10-3＝9326.7（萬kW.h)
由於功率因數為0.91,大於規定的0.85,故獎勵21.3萬元.
實際增加純收入A= A1＋A2=34.8(萬元)
合計增收:M+A=66.96(萬元)
綜上所述:投資20多萬元,一年就能獲得66.96萬元的收入.不僅4個月就能收回投資,而且取得長久的明顯的經濟效果.所以說,無功補償,功在電網,利在自己.
三、無功補償方式
無功補償原則
全面規劃、合理布局、
分級補償、就地平衡
無功補償方法
集中補償與分散補償相結合
高壓補償與低壓補償相結合
調壓與降損相結合
配電網中常用的無功補償方式為：
1、分組補償
在系統的部分變、配電所中，在各個用戶中安裝無功補償裝置；
2、分散補償
在高低壓配電線路中分散安裝並聯電容機組；
3、就地補償
在配電變壓器低壓側和車間配電屏間安裝並聯電容器以及在單台電動機附近安裝並聯電容器，進行集中或分散的就地補償。
四、補償容量的選擇
（1）按公司計算：Qc=P ）
其中：Qc－所需安裝的並聯電容器容量kvar；
P－最大負荷月的平均有功功率kW;
cosψ1－補償前功率因數；
cosψ2－補償前功率因數；
（2）在不具備計算條件時，電容器的安裝容量按變壓器容量的10％～30％確定。
（3）單台感應電動機的就地補償；
在進行無功補償時，有時採取對單台感應電動機進行個別補償，這時不能用上面介紹的方法選擇電容器，也不能簡單以負荷作為計算的依據，因為如果按照電動機在負荷情況下選擇電容器，則在空載時就會出現過補償，即功率因數超前，而且當電動機停機切斷電源時，電容器就會對電動機放電，使仍在旋轉著的電動機變為感應發電機，感應電勢可能超出電動機額定電壓的好多倍，對電動機和電容器的絕緣都不利。因此單台電機個別補償時電容器的容量應按照不超過空載電流的0.9倍進行選擇，即：
QC1≤0.9 UeI0
其中：Qc－所需安裝的並聯電容器容量kvar；
Ue－電動機額定電壓kV;
Io－電動機空載電流A ;
（4）安裝容量與輸出容量的關系
為保證補償電容器安全、穩定、可靠運行，我們必須在補償電容器前加串調諧電抗器，而補償電容器在串接電抗器後，輸出容量和安裝容量的關系應依下式計算：

五、功率因數cosφ與效率η得區別：
電動機和變壓器得效率η是指其輸出有功功率與輸入的有功功率的比值。用效率的概念來說明電動機或變壓器的有功損耗。
功率因數cosφ是用來說明在電網和設備之間往復振盪的電場或磁場能量有多少，功率因數越高說明在電網和設備之間往復振盪的能量越少。
第二講：設計基礎
目錄
第一節：元件的設計選型
第二節：電氣接線
第三節：成套設備的保護
第四節：電容器組投切方式的選擇

第一節：元件的設計選型
1 電容器
電容器做為無功補償的重要元器件，應用於1kV以上的工頻電力系統中，用來提高系統的功率因數，改善電壓質量，降低線路損耗，充分發揮發電、供電設備的效率。產品以鋁箔為極板，烷基苯浸膜紙（WF）、二芳基乙烷浸膜紙（FF）復合，二芳基乙烷浸全膜（FM）、苄基甲苯全膜為介質，採用卷繞式元件經串、並聯後壓制製成，電容器箱體內充滿浸漬濟。一般有單相、三相、集合式等多種分類。
單相電容器：
BAM11/ —200—1WR
內置放電電阻
戶外
單相
額定容量
額定電壓
苄基甲苯浸漬的聚丙烯薄膜全膜介質
並聯
集合式電容器：
BAMH11/ —1200—1×3W
三相
集合式,採用內熔絲保護
（BFM表示二芳基乙烷浸漬的聚丙烯薄膜全膜介質）
了解集合式電容器及全膜電容器：
集合式電容器是將單台殼式電容器經串並聯後裝入大油箱內並充以絕緣油製成。1996年已佔到高壓並聯電容器年產量的20%。其優點是結構緊湊佔地面積小，接頭少，安裝和運行維護工作量很小。為克服容量不能調整的缺點，後來又開發了可調容量的集合式電容器，按照容量調整范圍劃分有50%/100%和33.3%/66.7%/100%兩類產品。由於單元殼式電容器完全浸入絕緣油中，防止了單元殼式電容器的外絕緣發生故障。單元殼式電容器內部配有內熔絲，少量元件損壞後由熔絲切除，整台電容器仍可繼續運行。缺點是含油量大，外殼大油箱易存在滲漏油，故障損壞後需返廠修理所用時間較長，單位容量造價較高。關於集合式電容器有兩個問題需要注意：
(1)為避免大容量集合式電容器發生相間短路故障時造成嚴重後果，容量超過5000kvar的集合式電容器必須做成三相分體結構，即一相一台。
(2)集合式電容器的引出套管外絕緣爬電比距必須≥3.5cm/kV(相對於系統最高運行電壓)，以保證其絕緣強度。
箱式電容器是在集合式電容器基礎上發展起來的一種電容器，與集合式電容器的不同之處是內部單元電容器沒有外殼，直接浸入絕緣油中，外殼大油箱採用波紋油箱或帶金屬膨脹器，與外部大氣完全隔離。同集合式電容器相比，外殼體積和內部含油量進一步減少，以西安電力電容器廠3000kvar產品為例，箱式電容器比集合式電容器外殼體積減少59.1%，重量減少60.6%。由於材料用量減少，價格比集合式電容器要低。缺點是內部元件發生故障由內熔絲切除後，會對大油箱內的絕緣油造成污染。
全膜電容器具有損耗低、發熱量小、溫升低、體積小、重量輕的優點。國產全膜電容器自1986年開始生產以來，經過不斷改進完善，質量已趨於穩定，在可靠性方面已經好於部分進口產品。自1995年以來產量逐年大幅度增長，已有多家產品通過了兩部鑒定。同國外先進產品相比，差距主要表現在比特性上，材料消耗是國外先進產品的兩倍。既便如此，同膜紙復合介質產品相比體積、重量均大幅度下降。以桂林電容器廠100kvar產品為例：全膜產品比膜紙復合介質產品體積下降31.2%，重量下降44.4%。集合式產品以錦州電容器廠3000kvar產品為例：全膜產品比膜紙復合介質產品體積下降55%，重量下降47.9%。箱式電容器採用全膜產品後可取消散熱器。最近，電容器製造業制訂了關於加速發展國產高壓全膜電容器的若干措施，必將進一步提高國產高壓全膜電容器的質量。因此，新增電容器應全部採用全膜產品，浸漬劑優先選用苄基甲苯(M/DBT)和SAS—40。

③ 什麼叫無功補償裝置有哪些

總的來說來無功補償裝置就是源個無功電源。
一般電業規定功率因數為低壓0.85以上，高壓0.9以上。為了克服無功損耗，就要採用無功補償裝置來解決。電力系統中現有的無功補償設備有無功靜止式補償裝置和無功動態補償裝置兩類，前者包括並聯電容器和並聯電抗器
，後者包括同步補償機(調相機)和靜止型無功動態補償裝置(SVS)。
並聯電抗器的功能是：
1)吸收容性電流，補償容性無功，使系統達到無功平衡；2)可削弱電容效應，限制系統的工頻電壓升高及操作過電壓。其不足之處是容量固定的並聯電抗器，當線路傳輸功率接近自然功率時，會使線路電壓過分降低，且造成附加有功損耗，但若將其切除，則線路在某些情況下又可能因失去補償而產生不能允許的過電壓。
改進方法是採用可控電抗器，它藉助控制迴路直流的勵磁改變鐵心的飽和度(即工作點)，從而達到平滑調節無功輸出的目的。工業上採用
1.同步電機和同步調相機； 2.採用移相電容器； 目前大多數採用移相電容器為主。

④ 如何設計一台無功補償裝置

按變壓器的容量的30%到60%左右吧。這演算法比較麻煩。你可以查表。主要要知道大概的功率因數。

⑤ 無功補償的裝置

選擇哪一種補償方式，還要依電網的狀況而定，首先對所補償的線路要有所了解，對於負荷較大且變化較快的工況，電焊機、電動機的線路採用動態補償，節能效果明顯。對於負荷相對平穩的線路應採用靜態補償方式，也可使用動態補償裝置。一般電焊工作時間均在幾秒鍾以上，電動機啟動也在幾秒鍾以上，而動態補償的響應時間在幾十毫秒，按40毫秒考慮則從40毫秒到5秒鍾之內是一個相對的穩態過程，動態補償裝置能完成這個過程。 無功功率補償控制器有三種采樣方式，功率因數型、無功功率型、無功電流型。選擇那一種物理控制方式實際上就是對無功功率補償控制器的選擇。控制器是無功補償裝置的指揮系統，采樣、運算、發出投切信號，參數設定、測量、元件保護等功能均由補償控制器完成。十幾年來經歷了由分立元件--集成線路--單片機--DSP晶元一個快速發展的過程，其功能也愈加完善。就國內的總體狀況，由於市場的需求量很大，生產廠家也愈來愈多，其性能及內在質量差異很大，很多產品名不符實，在選用時需認真對待。在選用時需要注意的另一個問題就是國內生產的控制器其名稱均為"XXX無功功率補償控制器"，名稱里出現的"無功功率"的含義不是這台控制器的采樣物理量。采樣物理量取決於產品的型號，而不是產品的名稱。
1.功率因數型控制器
功率因數用cosΦ表示，它表示有功功率在線路中所佔的比例。當cosΦ=1時，線路中沒有無功損耗。提高功率因數以減少無功損耗是這類控制器的最終目標。這種控制方式也是很傳統的方式，采樣、控制也都較容易實現。
* "延時"整定，投切的延時時間，應在10s-120s范圍內調節 "靈敏度"整定，電流靈敏度，不大於0-2A 。
* 投入及切除門限整定，其功率因數應能在0.85（滯後）-0.95（超前）范圍內整定。
* 過壓保護設量
* 顯示設置、循環投切等功能
這種采樣方式在運行中既要保證線路系統穩定、無振盪現象出現，又要兼顧補償效果，這是一對矛盾，只能在現場視具體情況將參數整定在較好的狀態下工作。即使調整的較好，也無法禰補這種方式本身的缺陷，尤其是在線路重負荷時。舉例說明：設定投入門限；cosΦ=0.95（滯後）此時線路重載荷，即使此時的無功損耗已很大，再投電容器組也不會出現過補償，但cosΦ只要不小於0.95，控制器就不會再有補償指令，也就不會有電容器組投入，所以這種控制方式建議不做為推薦的方式。
2. 無功功率（無功電流）型控制器
無功功率（無功電流）型的控制器較完善的解決了功率因數型的缺陷。一個設計良好的無功型控制器是智能化的，有很強的適應能力，能兼顧線路的穩定性及檢測及補償效果，並能對補償裝置進行完善的保護及檢測，這類控制器一般都具有以下功能：
* 四象限操作、自動、手動切換、自識別各路電容器組的功率、根據負載自動調節切換時間、諧波過壓報警及保護、線路諧振報警、過電壓保護、線路低電流報警、電壓、電流畸變率測量、顯示電容器功率、顯示cosΦ、U、I、S、P、Q及頻率。
由以上功能就可以看出其控制功能的完備，由於是無功型的控制器，也就將補償裝置的效果發揮得淋漓盡致。如線路在重負荷時，那怕cosΦ已達到0.99（滯後），只要再投一組電容器不發生過補，也還會再投入一組電容器，使補償效果達到最佳的狀態。採用DSP晶元的控制器，運算速度大幅度提高，使得富里葉變換得到實現。當然，不是所有的無功型控制器都有這么完備的功能。國內的產品相對於國外的產品還存在一定的差距。
3. 用於動態補償的控制器
對於這種控制器要求就更高了，一般是與觸發脈沖形成電路一並考慮的，要求控制器抗干擾能力強，運算速度快，更重要的是有很好的完成動態補償功能。由於這類控制器也都基於無功型，所以它具備靜態無功型的特點。
國內用於動態補償的控制器，與國外同類產品相比有較大的差距，一是在動態響應時間上較慢，動態響應時間重復性不好；二是補償功率不能一步到位，沖擊電流過大，系統特性容易漂移，維護成本高、造成設備整體投資費用高。另外，相應的國家標准也尚未見到，這方面落後於發展。 由於現代半導體器件應用愈來愈普遍，功率也更大，但它的負面影響就是產生很大的非正弦電流。使電網的諧波電壓升高，畸變率增大，電網供電質量變壞。
如果供電線路上有較大的諧波電壓，尤其5次以上，這些諧波將被補償裝置放大。電容器組與線路串聯諧振，使線路上的電壓、電流畸變率增大，還有可能造成設備損壞，再這種情況下補償裝置是不可使用的。最好的解決方法就是在電容器組串接電抗器來組成諧波濾波器。濾波器的設計要使在工頻情況下呈容性，以對線路進行無功補償，對於諧波則為感性負載，以吸收部分諧波電流，改善線路的畸變率。增加電抗器後，要考慮電容端電壓升高的問題。
濾波補償裝置即補償了無功損耗又改善了線路質量，雖然成本提高較多，但對於諧波成分較大的線路還是應盡量考慮採用，不能認為裝置一時不出問題就認為沒有問題存在。很多情況下，採用五次、七次、十一次或高通濾波器可以在補償無功功率的同時，對系統中的諧波進行消除。
（三）無功動態補償裝置工作原理與結構特點：
一般無功動態補償裝置由控制器、晶閘管、並聯電容器、電抗器、過零觸發模塊、放電保護器件等組成。裝置實時跟蹤測量負荷的電壓、電流、無功功率和功率因數，通過微機進行分析，計算出無功功率並與預先設定的數值進行比較，自動選擇能達到最佳補償效果的補償容量並發出指令，由過零觸發模塊判斷雙向可控硅的導通時刻，實現快速、無沖擊地投入並聯電容器組。

⑥ 無功補償控制器的設計要求及設計方法

1、對測量精度的要求
要實現精確的無功補償就必須對無功電流進行准確的測量。
因為電壓的變化范圍較小，因此對電壓的測量精度要求不高，通常有1%的測量精度就足夠了。通常的情況下，不測量電壓也可以實現很好的無功補償控制，對電壓的測量主要是為了實現過壓、欠壓、以及缺相等保護功能。
對電流的測量靈敏度要求要高一些。對於使用8位單片機的低檔控制器，測量靈敏度要達到1%以上。注意這里強調的是「測量靈敏度」而不是「測量精度」， 1%的電流測量靈敏度即相當於可以區分1%的電流變化，例如電流互感器的一次電流為500A，則意味著可以區分從100A到105A的電流變化，並不要求100A的電流測量值絕對准確。對於使用DSP或32位單片機的高檔控制器，測量靈敏度要達到0.1%以上，否則就談不到高檔了。同樣的道理，測量的靈敏度要達到0.1%，意味著測量值應該有4位有效數字，但同樣並不要求絕對准確。對無功補償控制器要求0.1%的測量精度是不現實的，也沒有實際意義。但是控制器的測量值最好能在現場進行校正。
對功率因數測量的靈敏度最好要達到0.001。准確地說，應該是對相位差的測量要求，因為測量無功功率並不需要使用功率因數值。這里要強調一點，對無功電流的計算應該使用Iq=I×sinφ的公式來進行計算，而sinφ的值應該根據相位差的值直接進行計算，不能使用sinφ=(1-cosφ2)1/2的公式計算，否則當相位差在0度附近時，cosφ的微小變化會導致sinφ的很大變化，導致sinφ的值誤差太大。例如cosφ=0.99時，對應的相位差是8.1度，對應的sinφ值為0.14，意味著0—0.14之間其他sinφ值檢測不到。
對相位差的測量要求達到整個-180—+180度范圍。有一些控制器具有電流互感器接反的自動識別功能，這種控制器以有功必須為正值來判斷互感器的正反，相當於-90—+90度范圍，這就可能以下的問題：
（1）當負荷處於發電狀態時會出現檢測錯誤。
（2）當負荷為純電感或純電容時，由於有功電流約等於零，可能會將電感誤判斷為電容或者將電容誤判斷為電感。而負荷為純電容的狀態經常會出現，例如負荷為單一大負荷而負荷停機時，無功補償電容器尚在運行，於是變壓器二次電流就變為純電容電流，如果將這個電流誤判為電感電流，控制器就會繼續投入電容器，直至將所有的電容器全部投入運行，造成嚴重的過補償現象。
2、顯示器的選擇
最常用的顯示器件就是LED數碼管，LED數碼管價格低廉、可靠性高。最好使用多位組合的LED數碼管，這樣可以大量減少線路板連線並且減少焊接安裝工作量。
很多人比較熱衷於使用液晶顯示器，液晶顯示器可以顯示漢字，在有照明的情況下也比較省電，但是液晶顯示器的最大問題是低溫性能不好，通常在-10℃以下不能正常顯示。所以除非能夠確定控制器的使用環境溫度在-10℃以上，否則不要使用液晶顯示器。
3、參數設定功能
對於以無功電流或無功功率為依據進行控制的無功補償控制器，參數設定功能是必備的。
在控制器製造的時候，電容器的額定容量，電流互感器的變比等參數無法事先確定，只能根據無功補償裝置的實際情況及現場情況進行設定，因此控制器必須具備參數設定功能。設定的參數應保證不會因掉電而丟失。
最直接的保存設定參數的方法就是使用EEPROM器件，如24C02等。有一些單片機具有片內EEPROM，這樣就可以減少外圍器件數量。還有一些單片機具有在應用編程功能，也就是說，可以在程序運行過程中修改片內FLASH程序存儲器的內容。對於這類單片機也可以將設定參數保存在FLASH程序存儲器中，不過在應用編程的程序設計比較復雜一些。
4、保護功能的設計
電容器的過載無非是由於電壓過高或者是諧波過大而引起，因此在控制器中設計過電壓保護功能是必要的。在能力允許的情況下，應該在控制器中設計電壓諧波檢測功能，因為導致電容器諧波過載的根本原因是電壓畸變，檢測電壓諧波就可以實現對電容器的諧波過載保護。有了過電壓保護和諧波過載保護則熱繼電器就可以取消。既節省了體積與成本又減少了故障點。
5、電容器的投入與切除控制策略
電容器的投入與切除應該分步進行，不應在一步操作中同時投入或者切除多台電容器。否則過大的電流突變會對系統造成比較大的影響，也不利於實現精確的補償效果。
同時，對於安裝有不同規格電容器的補償裝置，電容器的投切應該盡量簡潔，以便盡量減少電容器的投切次數，並且可以最快的滿足補償要求。不應按最小步進台階一步一步遞增或遞減。
例如補償裝置中共有三種規格的電容器，分別為10Kvar、20Kvar、40Kvar，如果測量出所需要的無功補償量為40var以上，則應該直接投入一台40var的電容器。同樣的道理，當測量出多餘的無功補償量為30var以上，則應該直接切除一台40var的電容器。
6、輸出電路的設計
通常控制器的輸出都是用於控制交流接觸器或復合開關，最常見的就是220V交流輸出。輸出的路數視要求而定，通常10路就可以了。
最常見的輸出元件是電磁繼電器，選用電磁繼電器的最重要的原則是繼電器銜鐵本身不能與接點有電連接，不少繼電器的銜鐵本身就是動接點的一部分，於是繼電器鐵芯帶電，當線圈絕緣出現問題時，強電就會竄入控制部分造成嚴重損壞。而對於銜鐵與接點沒有電連接的繼電器，則不會出現強電竄入控制部分的現象。
當電磁繼電器接點斷開時，由於接觸器線圈是大電感電流不能瞬變，會產生很高的電弧電壓，因此必須連接阻容吸收元件，否則會產生嚴重的干擾。
輸出元件也可以使用電子繼電器，電子繼電器的內部是晶閘管，由於晶閘管可以電流過零關斷，因此不需要使用阻容吸收元件，並且驅動電壓電流都很小,比較容易實現控制。質量好的電子繼電器價格較高。質量不好的電子繼電器容易產生誤觸發，造成上電時接觸器抖動。
輸出電路也可以使用雙向晶閘管，這時晶閘管的驅動電路稍微復雜一些，但是成本很低,可靠性也可以做得很好。

⑦ 無功補償裝置由哪幾部分組成

1、有控制部分；如控制器及繼電器、二次線等；2、顯示部分；如電流表，指示燈版等權；3、投切部分；如接觸器，可控硅等。4、保護部分；如熔斷器，斷路器等；電抗器、控制器、避雷器等；5、輸送無功電流部分；如電容器。

⑧ 什麼是無功補償裝置

無功補償裝置是改善電能質量措施涉及面很廣，主要包括無功補償、抑制諧波、降低電壓波動和閃變以及解決三相不平衡等方面。
目前用於無功補償和諧波治理的裝置如：無源電力濾波器，該設備兼有無功補償和調壓功能，一般要根據諧波源的參數和安裝點的電氣特性以及用戶要求專門設計；靜止無功補償裝置（SVC）裝置是一種綜合治理電壓波動和閃變、諧波以及電壓不平衡的重要設備。有源電力濾波器（APF），APF是一種新型的動態抑制諧波和補償無功的電力電子裝置，它能對頻率和幅值都發生變化的諧波和無功電流進行補償，主要應用於低壓配電系統。
其中無功補償技術的發展經歷了從同步調相機→開關投切固定電容→靜止無功補償器（SVC）→直到今天引人注目的靜止無功發生器SVG（STATCOM）的幾個不同階段。
根據結構原理的不同，SVC技術又分為：自飽和電抗器型（SSR）、晶閘管相控電抗器型（TCR）、晶閘管投切電容器型（TSC）、高阻抗變壓器型（TCT）和勵磁控制的電抗器型（AR）。
隨著電力電子技術，特別是大功率可關斷器件技術的發展和日益完善，國內外還在研製、開發一種更為先進的靜止無功補償裝置靜止無功功率發生裝置（SVG），雖然它們尚處在開發及試運行階段，目前尚未形成商品化，但SVG憑借著其優越的性能特點，在電力系統中的應用將越來越廣泛。
各種無功設備各自特點如下：
1）同步調相機：響應速度慢，噪音大，損耗大，技術陳舊，屬淘汰技術；
2）開關投切固定電容：慢響應補償方式，連續可控能力差；
3）靜止無功補償器（SVC）：目前相對先進實用技術，在輸配電電力系統中得到了廣泛應用；
4）靜止無功發生器SVG（STATCOM）：目前雖然有技術上局限性，屬少數示範工程階段，但SVG是一種更為先進的新型靜止型無功補償裝置，是靈活柔性交流輸電系統（FACTS）技術和定製電力（CP）技術的重要組成部分，現代無功功率補償裝置的發展方向。

⑨ SVG無功補償裝置的原理是什麼

SVG靜止無功發生器採用可關斷電力電子器件（IGBT）組成自換相橋式電路，經過電抗回器並聯在電網上，適當地答調節橋式電路交流側輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側電流。

迅速吸收或者發出所需的無功功率，實現快速動態調節無功的目的。作為有源形補償裝置，不僅可以跟蹤沖擊型負載的沖擊電流，而且可以對諧波電流也進行跟蹤補償。

(9)設計無功補償裝置擴展閱讀

補償方式：國內的無功補償裝置基本上是採用電容器進行無功補償，補償後的功率因數一般在0.8-0.9左右。SVG採用的是電源模塊進行無功補償，補償後的功率因數一般在0.98以上，這是目前國際上最先進的電力技術。

補償時間： 國內的無功補償裝置完成一次補償最快也要200毫秒的時間，SVG在5-20毫秒的時間就可以完成一次補償。無功補償需要在瞬時完成，如果補償的時間過長會造成該要無功的時候沒有，不該要無功的時候反而來了的不良狀況;

有級無級： 國內的無功補償裝置基本上採用的是3—10級的有級補償，每增減一級就是幾十千法，不能實現精確的補償。SVG可以從0.1千法開始進行無級補償，完全實現了精確補償。