1无功补偿原理
无功功率是电力系统中不可缺少的功率。它对电力系统的电压稳定和感应设备的正常运行起着重要的作用。无功功率分为感性无功功率和容性无功功率。感性负载消耗无功功率，为无功负载；电容性负载产生无功功率，即无功电源。
在低压电网中，异步电动机是最常见的感性负载。其正常运行需要无功功率来提供磁场能量。此外，对电网供电安全可靠运行起着至关重要作用的变压器、电抗器等设备的正常运行也离不开无功功率。如果没有无功补偿技术，负载所需的无功功率只能通过输电线路输送到负载，这将增加输电线路的功率因数，降低供电端电压，增加功率损耗。
如果电容性负载和电感性负载并联在一条母线上，在相同的电压矢量下，电感性负载和电容性负载的电流方向相反，这相当于电容性负载为电感性负载提供无功功率。因此，通过在负荷侧并联安装电容器等装置或整套无功补偿装置，可以降低电网电源向负荷设备提供的无功功率，从而大大降低无功功率传输造成的功率损耗，提高供电效率。
无功功率补偿通过将电源功率因数φ增加到目标功率因数φ’来提高电流功率因数，从而降低供电线路的功率损耗。
2无功补偿方案
根据无功补偿原理，无功补偿的根本目的是缩短电网中的无功潮流距离。无功功率流经的供电线路距离越短，功率损耗越低。显然，无功补偿装置离负荷越近，补偿效果越好，功率损耗越低。根据无功补偿装置与负荷的距离，分为以下方案。
2.1集中补偿
补偿设备集中安装在变电站变压器出口母线上，为母线上的负载提供无功功率。集中补偿方案具有安装方便、补偿容量易于控制、安全经济等特点。适用于负载接近母线且集中的场合。一般来说，工业企业的负荷具有这一特点，因此补偿方案在实际工程中应用最为广泛。
2.2分散补偿
分散补偿是将补偿设备安装在变电站不同电压等级的母线上，实现对各电压等级负荷所需无功功率的单独补偿。显然，分散补偿能使各电压等级的负荷在最短路径上获得无功功率，且功率损耗低于集中补偿方案。根据其特点，分散补偿方案主要适用于规模大、电压等级高的配电系统。
2.3当地补偿
无功补偿装置直接安装在功率因数低的负荷上。负载所需的无功功率以最短路径直接从补偿装置获得。无功潮流引起的功率损耗几乎为零，补偿效果最好。然而，当地补偿方案对安装现场有要求，这在许多情况下无法满足。另外，每台负荷单独配备无功补偿设备，使无功不能全面协调使用，工程造价大幅增加。因此，它一般用于单台大容量负荷需求的场合，实际应用较少。
在实际工程中，根据负荷的分布特点，经常采用多种形式的补偿方案。常用的方案有高压补偿与低压补偿相结合，集中补偿与分散补偿相结合，以满足不同场合的负荷无功需求。
3无功补偿装置选取
不同的负荷具有不同的无功需求特性，因此有必要选择具有不同特性的无功补偿装置。例如，对于汽车行业的电焊机来说，急剧变化的负载要求无功功率的输入和输出能够快速跟上，这就要求无功补偿装置必须具有极快的供电和切除能力，而高炉鼓风机等大功率电机的负荷要求不高，对无功功率的需求基本处于固定值。在实际工程中，确定无功补偿方案后，根据负荷对无功功率的供电要求和补偿装置的特点，选择以下常用的无功补偿装置。
3.1同步电容器
同步电容器又称同步补偿器，是一种只产生无功功率而不产生有功功率的专用发电机。由于设备运行时转子旋转，会产生噪音，且结构复杂，维修维护难度大。在无功功率需求动态变化较大的情况下，其响应速度慢不能满足要求。主要用于大型电网的集中补偿方案。
3.2并联电容器
并联电容器广泛应用于无功补偿装置中。具有技术成熟、结构简单、生产规模大、价格低廉、维修更换方便等优点。采用并联电容器进行无功补偿可以大大降低无功补偿成本，具有明显的经济优势。为了满足负荷对无功功率实时变化的需求，可通过不同组容量组合对并联电容器进行分组切换，实现更精确的无功补偿。补偿装置采用带触点的开关控制开关容量，无功供电速度慢。适用于负载稳定、变化速度慢的场合。
3.3并联电抗器
当输电线路空载时，线路对地的无功功率将导致输电线路末端的电压升高。为了保证线路末端的正常电压水平，有必要设置并联电抗器来消耗这部分无功功率，以确保电力系统的安全稳定运行。在低压系统中，这部分无功功率较低，通常对终端电压影响不大。在高压输电线路中，这部分无功功率具有很大的价值。当夜间电力负荷很低时，会引起终端电压升高，危及电力系统的安全运行。因此，超高压电网通常采用无功补偿装置，不适用于一般工业场合。
3.4动态无功补偿装置
动态无功补偿装置不同于接触开关控制的并联电容补偿装置。该装置采用现代电力电子技术，利用电力电子器件（IGBT）控制高频电流波形输出，实现快速跟踪精确无功补偿。输出电流可根据负载需求输出电感电流或电容电流。本实用新型能够实现动态快速补偿，具有响应速度快、调节方式灵活、占用空间小、模块化设计、维护方便等特点。该动态补偿装置成本高，主要用于负载变化快的场合，如汽车生产线焊接负载。可满足毫秒级快速无功输入和切除的要求。
4无功补偿容量确定与分组
无功补偿方案和补偿装置形式确定后，需要根据目标功率因数对负荷所需无功补偿量进行计算，以确定无功补偿装置的容量。无功补偿容量按照公式（1）计算。
式中：Qc为补偿量，P30为有功计算负荷，φ为补偿前功率因数，φ'为目标功率因数。
从公式（1）中可以看出，随着有功负荷的变化，所需无功负荷同时变化。若选用动态无功补偿装置，则可以快速跟随有功负荷变化实时输出所需无功功率；若采用并联电容器形式的装置，需要对电容器进行分组，以满足变化的无功需求。电容器分组可根据实际工程需求，选择以下分组方案。
(1）等容量分组。该分组方案把Qc等分，例如，等分4组，每组容量为Qc/4。
(2）不等容量分组。以分4组为例，按照Qc/10、2Qc/10、3Qc/10、4Qc/10分组。
在同一补偿容量下，等容量分组方案能够投切4种补偿容量，分别为Qc/4、2Qc/4、3Qc/4、Qc。不等容量分组可以投切10种补偿容量，分别为Qc/10、2Qc/10、3Qc/10、4Qc/10、5Qc/10、6Qc/10、7Qc/10、8Qc/10。
显然，在分组数相同的情况下，不等容量分组方案通过各个分组容量的排列组合投切，能得到更多等级的补偿量，更加适应负荷的变化对无功补偿的要求，无功补偿精度更高。
结论
社会用电量的快速增长导致供电网损耗的增加和供电效率的降低。无功补偿装置可以在现有供电网络不变的情况下，提高功率因数，降低供电网络的电流，提高供电效率。本文提供了不同的无功补偿方案和装置，并给出了各种无功补偿方案和装置的适用范围和优缺点。供电工程应根据本工程负荷特点，选择适合本工程负荷的无功补偿方案和装置。在最常用的变压器母线集中补偿方案中，如果使用电容器装置，可根据本文提供的方法计算补偿容量，并可根据不等容量分组方法对电容器进行分组。
参考文献：
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