功率因數補償

電網中的電力負荷如電動機、變壓器、日光燈及電弧爐等，大多屬于電感性負荷，這些電感性的設備在運行過程中不僅需要向電力系統吸收有功功率，還同時吸收無功功率。因此在電網中安裝并聯電容器無功補償設備后，將可以提供補償感性負荷所消耗的無功功率，減少了電網電源側向感性負荷提供及由線路輸送的無功功率。

1概述

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，用符號cosΦ表示，在數值上，功率因數是有功功率和視在功率的比值，即cosΦ=P/S。[1]

電網中的電力負荷如電動機、變壓器、日光燈及電弧爐等，大多屬于電感性負荷，這些電感性的設備在運行過程中不僅需要向電力系統吸收有功功率，還同時吸收無功功率。因此在電網中安裝并聯電容器無功補償設備后，將可以提供補償感性負荷所消耗的無功功率，減少了電網電源側向感性負荷提供及由線路輸送的無功功率。減少了無功功率在電網中的流動，可以降低輸配電線路中變壓器及母線因輸送無功功率造成的電能損耗，這種措施稱作功率因數補償。

由于功率因數提高的根本原因在于無功功率的減少，因此功率因數補償通常稱之為無功補償。

在大系統中，無功補償還用于調整電網的電壓，提高電網的穩定性。

2理論分析

功率因數的大小與電路的負荷性質有關，如白熾燈泡、電阻爐等電阻負荷的功率因數為1，一般具有電感或電容性負載的電路功率因數都小于1。功率因數是電力系統的一個重要的技術數據。功率因數是衡量電氣設備效率高低的一個系數。功率因數低，說明電路用于交變磁場轉換的無功功率大，從而降低了設備的利用率，增加了線路供電損失。所以，供電部門對用電單位的功率因數有一定的標準要求。

(1)最基本分析：拿設備作舉例。例如：設備功率為100個單位，也就是說，有100個單位的功率輸送到設備中。然而，因大部分電器系統存在固有的無功損耗，只能使用70個單位的功率。很不幸，雖然僅僅使用70個單位，卻要付100個單位的費用。在這個例子中，功率因數是0.7(如果大部分設備的功率因數小于0.9時，將被罰款)，這種無功損耗主要存在于電機設備中(如鼓風機、抽水機、壓縮機等)，又叫感性負載。功率因數是馬達效能的計量標準。

(2)基本分析：每種電機系統均消耗兩大功率，分別是真正的有用功(叫千瓦)及電抗性的無用功。功率因數是有用功與總功率間的比率。功率因數越高，有用功與總功率間的比率便越高，系統運行則更有效率。

(3)高級分析：在感性負載電路中，電流波形峰值在電壓波形峰值之后發生。兩種波形峰值的分隔可用功率因數表示。功率因數越低，兩個波形峰值則分隔越大。保爾金能使兩個峰值重新接近在一起，從而提高系統運行效率。

3方法

無功補償的主要目的就是提升補償系統的功率因數。因為供電局發出來的電是以KVA或者MVA來計算的，但是收費卻是以KW，也就是實際所做的有用功來收費，兩者之間有一個無效功率的差值，一般而言就是以KVAR為單位的無功功率。大部分的無效功都是電感性，也就是一般所謂的電動機、變壓器、日光燈……，幾乎所有的無效功都是電感性，電容性的非常少見。也就是因為這個電感性的存在，造成了系統里的一個KVAR值，三者之間是一個三角函數的關系

KVA的平方=KW的平方+KVAR的平方

簡單來講，在上面的公式中，如果今天的KVAR的值為零的話，KVA就會與KW相等，那么供電局發出來的1KVA的電就等于用戶1KW的消耗，此時成本效益最高，所以功率因數是供電局非常在意的一個系數。用戶如果沒有達到理想的功率因數，相對地就是在消耗供電局的資源，所以這也是為什么功率因數是一個法規的限制。目前就國內而言功率因數規定是必須介于電感性的0.9～1之間，低于0.9需要接受處罰。這就是為什么我們必須要把功率因數控制在一個非常精密的范圍。

供電局為了提高他們的成本效益要求用戶提高功率因數，那提高功率因數對我們用戶端有什么好處呢?

①通過改善功率因數，減少了線路中總電流和供電系統中的電氣元件，如變壓器、電器設備、導線等的容量，因此不但減少了投資費用，而且降低了本身電能的損耗。

②藉由良好功因值的確保，從而減少供電系統中的電壓損失，可以使負載電壓更穩定，改善電能的質量。

③可以增加系統的裕度，挖掘出了發供電設備的潛力。如果系統的功率因數低，那么在既有設備容量不變的情況下，裝設電容器后，可以提高功率因數，增加負載的容量。

舉例而言，將1000KVA變壓器之功率因數從0.8提高到0.98時：

補償前：1000×0.8=800KW補償后：1000×0.98=980KW

同樣一臺1000KVA的變壓器，功率因數改變后，它就可以多承擔180KW的負載。