标题：无功补偿原理
简介
在大系统中，无功补偿还用于调整电网的电压，提高电网的稳定性。
在小系统中，通过恰当的无功补偿方法还可以调整三相不平衡电流。按照wangs定理：在相与相之间跨接的电感或者电容可以在相间转移有功电流。因此，对于三相电流不平衡的系统，只要恰当地在各相与相之间以及各相与零线之间接入不同容量的电容器，不但可以将各相的功率因数均补偿至1，而且可以使各相的有功电流达到平衡状态。
基本原理
无功补偿的基本原理电网输出的功率包括两部分;一是有功功率;二是无功功率.直接消耗电能,把电能转变为机械能,热能,化学能或声能,利用这些能作功,这部分功率称为有功功率;不消耗电能;只是把电能转换为另一种形式的能,这种能作为电气设备能够作功的必备条件,并且,这种能是在电网中与电能进行周期性转换,这部分功率称为无功功率,如电磁元件建立磁场占用的电能,电容器建立电场所占的电能.电流在电感元件中作功时,电流滞后于电压90°.而电流在电容元件中作功时,电流超前电压90°.在同一电路中,电感电流与电容电流方向相反,互差180°.如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小,具体实现方式把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，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。无功补偿的意义⑴补偿无功功率，可以增加电网中有功功率的比例常数。
⑵减少发、供电设备的设计容量，减少投资，例如当功率因数cosΦ=0.8增加到cosΦ=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。
⑶降低线损，由公式ΔΡ%=（1-cosΦ/cosΦ）×100%得出其中cosΦ为补偿后的功率因数，cosΦ为补偿前的功率因数则：
cosΦ>cosΦ，所以提高功率因数后，线损率也下降了，减少设计容量、减少投资，增加电网中有功功率的输送比例，以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益。所以，功率因数是考核经济效益的重要指标，规划、实施无功补偿势在必行。常用的无功补偿方式① 集中补偿：在高低压配电线路中安装并联电容器组；
② 分组补偿：在配电变压器低压侧和用户车间配电屏安装并联补偿电容器；
③ 单台电动机就地补偿：在单台电动机处安装并联电容器等。
加装无功补偿设备，不仅可使功率消耗小，功率因数提高，还可以充分挖掘设备输送功率的潜力。
确定无功补偿容量时，应注意以下两点：
① 在轻负荷时要避免过补偿，倒送无功造成功率损耗增加，也是不经济的。
② 功率因数越高，每千伏补偿容量减少损耗的作用将变小，通常情况下，将功率因数提高到0.95就是合理补偿
就三种补偿方式而言，无功就地补偿克服了集中补偿和分组补偿的缺点，是一种较为完善的补偿方式：
⑴因电容器与电动机直接并联，同时投入或停用，可使无功不倒流，保证用户功率因数始终处于滞后状态，既有利于用户，也有利于电网。
⑵有利于降低电动机起动电流，减少接触器的火花，提高控制电器工作的可靠性，延长电动机与控制设备的使用寿命。
无功就地补偿容量可以根据以下经验公式确定：Q≤UΙ0式中：Q---无功补偿容量（kvar）；U---电动机的额定电压（V）；Ι0---电动机空载电流（A）；但是无功就地补偿也有其缺点：⑴不能全面取代高压集中补偿和低压分组补偿；众所周之，无功补偿按其安装位置和接线方法可分为：高压集中补偿、低压分组补偿和低压就地补偿。其中就地补偿区域最大，效果也好。但它总的电容器安装容量比其它两种方式要大，电容器利用率也低。高压集中补偿和低压分组补偿的电容器容量相对较小，利用率也高，且能补偿变压器自身的无功损耗。为此，这三种补偿方式各有应用范围，应结合实际确定使用场合，各司其职。
其他相关
控制电容器投切的器件控制电容器投切的器件主要有投切电容器专用接触器、复合开关、同步开关和晶闸管。
投切电容器专用接触器有一组辅助接点串联电阻后与主接点并联。在投入过程中辅助接点先闭合，
与辅助接点串联的电阻使电容器预充电，然后主接点再闭合，于是就限制了电容器投入时的涌流。
复合开关就是将晶闸管与继电器接点并联使用，由晶闸管实现电压过零投入与电流过零切除，由继
电器接点来通过连续电流，这样就避免了晶闸管的导通损耗问题，也避免了电容器投入时的涌流。但是
复合开关既使用晶闸管又使用继电器，于是结构就变得比较复杂，成本也比较高，并且由于晶闸管对过
流、过压及对dv/dt的敏感性也比较容易损坏。在实际应用中，复合开关故障多半是由晶闸管损坏所引起
的
同步开关是近年来最新发展的技术，顾名思义，就是使机械开关的接点准确地在需要的时刻闭合或
断开。对于控制电容器的同步开关，就是要在接点两端电压为零的时刻闭合，从而实现电容器的无涌流
投入，在电流为零的时刻断开，从而实现开关接点的无电弧分断。由于同步开关省略了晶闸管，因此不
仅成本降低，而且可靠性提高。同步开关是传统机械开关与现代电子技术完美结合的产物，使机械开关
在具有独特技术性能的同时，其高可靠性以及低损耗的特点得以充分显示出来。
晶闸管是动态无功补偿装置唯一可选的器件，晶闸管的动作速度快，可以在一个交流周期内完成电
容器的投入与切除，并且对投切次数没有限制。但是晶闸管的导通损耗大，价格高，可靠性差，除非用
于动态补偿，否则并没有优势可言。美国斯威尔美国智能电容器能灵活的应用于高压集中补偿、低压分组补偿和低压就地补偿.
就地（分散）补偿应用
不需要设置专用的无功补偿箱或者无功补偿柜，实现对各种场合的小容量就地补偿。
■在用电设备旁放置智能电容器
■在壁挂式配电箱内放置智能电容器
■在工程车间配电设备内（旁）放置智能电容器
■在用户配变小于100kvar的计量柜、配电柜内放置智能电容器
优点：无功补偿距离短，节能降损效果显著，设备接线简单、维护方便。
配置参考：对于小容量负载，按照负载总功率的25%~40%配置智能电容器容量。
例：一台电动机就地补偿方案
电动机额定功率：50kW
无功补偿容量： 15kvar（10kvar+5kvar）
智能电容器数量：1台 SWL-8MZS/450-10.5
无功补偿级数： 0、5、10、15kvar
低压分组补偿的应用
对户外配电变进行就地无功补偿，直接将设备安装于柱挂式户外设备箱内。
优点：体积小、接线简、维护方便；投资小、节能降损效果显著。
配置参考：配变无功补偿容量一般为配变容量的25%~40%。
例：户外配电变压器应用方案
配变容量：200kVA 
无功补偿容量：60kvar 2×30kvar（20kvar+10kvar）
智能电容器数量：2台 SWL-8MZS/450-20.10
无功补偿级数：0、10、20、30、40、50、60
安装在箱变低压室，根据配电变压器容量进行补偿，选用若干台智能电容器联机使用。
优点：接线简单、维护方便、成本低、节约空间的显著特点。
配置参考：箱变无功补偿容量一般为配变容量的25%~40%。
例：箱式变集中补偿应用方案
箱变容量：500kVA 
无功补偿容量：190kvar 4×40kvar(20kvar+20kvar)+ 1×30kvar(20kvar+10kvar) 
智能电容器数量：4台 SWL-8MZS/450-20.20 1台 SWL-8MZS/450-20.10
高压集中补偿的应用
低压无功补偿智能电容器实现在柜体内组装，构成无功自动补偿装置，接线简单、维护方便、节约成本。
优点：补偿效果好，容量可调整性好，接线简单、故障少、运行维护方便。
配置参考：根据成套柜补偿容量的要求进行配置。
低压成套柜配置容量参考：
GGD柜型
柜体尺寸：1000mm(宽) ×600mm(深) ×2230(高)mm
可安装智能电容器数量：20台 40kvar（20kvar+20kvar）
无功补偿总容量：800kvar（40kvar×20）
MNS柜型
柜体尺寸：600mm(宽) ×800mm(深) ×2200(高)mm
可安装智能电容器数量：12台 40kvar（20kvar+20kvar）
无功补偿总容量：480kvar（40kvar×12）
⑵大容量电力电子装置，普通电容器就地补偿不恰当：随着大型电力电子装置的广泛应用，尤其是采用大容量晶闸管电源供电后，致使电网波形畸变，谐波分量增大，功率因数降低。更由于此类负载经常是快速变化，谐波次数增高，危及供电质量，对通讯设备影响也很大，所以此类负载采用就地补偿是不安全，不恰当的。因为①电力电子装置会产生高次谐波，在负载电感上有部分被抑制。但当负载并联电容器后，高次谐波可顺利通过电容器，这就等效地增加了供电网络中的谐波成分。②由于谐波电流的存在，会增加电容器的负担，容易造成电容器的过流、过热，甚至损坏。③电力电子装置供电的负载如电弧炉、轧钢机等具有冲击性无功负载，这要求无功补偿的响应速度要快，但并联电容器的补偿方法是难以奏效。
美国斯威尔智能电容器成套设备能满足恶劣环境下的电容补偿要求.美国斯威尔专业开发的功率因数控制器结合智能电容器组,能快速响应电网功率因数突变的问题,毫秒级的捕捉谐波突变.防止过度补偿引起的设备损坏.同时美国斯威尔智能电容器成套设备具有谐波抑制能力,破坏电容与系统的并联谐振，部分吸收系统中的3、5、7次及以上谐波.
⑶电动机起动频繁或经常正反转的场合，不宜采用普通电容器就地补偿：异步电动机直接起动时，起动电流约为额定电流的4-7倍，即使采用降压起动措施，其起动电流也是额定电流的2-3倍。因此在电动机起动瞬间，与电动机并联的电容器势必流过浪涌冲击电流，这对频繁起动的场合，不仅增加线损，而且引起电容器过热，降低使用寿命。 此外，对具有正反转起动的场合，应把补偿电容器接到接触器头电源进线侧，这虽能使电容随电动机的运行而投入。但当接触器刚断开时，电容器会向电动机绕组放电，，引起电动机自激产生高电压，这也有不妥之处。若将补偿电容器接于电源侧，当电动机停运时，电网仍向电容器供给电流，造成电容器负担加重，产生不必要的损耗。为此，对无功补偿功率较大的电容器，如需接在电源进线侧，则应对电容器另外加控制开关，在电动机停运时予以切除。
⑷就地补偿的电容器不宜采用普通电力电容器：推广就地补偿技术时，不宜直接使用普通油浸纸质电力电容器，因为其自愈功能很差，使用中可能产生永久性击穿，甚至引起爆炸，危及人身安全。 应用选型需要考虑的因素
1、谐波含量及分布
配电系统可能产生的电流谐波次数与幅值及电压谐波总畸变率，根据谐波含量确认补偿方案。
2、负荷类型
配电系统现行负荷和非线性负荷占总负荷比例，根据比例确定补偿方案。
3、无功需求
配电系统中如果感性负荷比例大则无功需求大，补偿容量应增大。
4、符合变化情况
配电系统中若静态符合多，则采用静态补偿，若频繁变化负荷多则采用动态跟踪补偿较合适。
5、三相平衡性
配电系统中若三相负荷平衡则采用三相共补，若三相负荷不平衡则采用分相补偿或混合补偿。
无功补偿设计方案参考
基于斯威尔电气提供的智能无功补偿控制器设计的无功补偿方案，可参考下述原则。
非线性负荷比率
无功补偿设计方案
​​​三相平衡静态负荷
三相不平衡静态负荷
三相平衡频繁变化负荷
三相不平衡频繁变化负荷
​负荷中非线性设备≤15%变压器容量（主要为线性负荷）
三相共补，复合开关过零投切，
智能电容器：SWL-8MZS
分相补偿或混合补偿，
复合开关过零投切；
电容器：SWL-8MZF
或SWL-8ZMS
三相共补，可控硅开关动态切换
电容器：SWL-DMZS
分相补偿或混合补偿，
可控硅开关动态切换；
电容器：SWL-DMZF
或SWL-DZMS
15%<负荷中非线性设备比率≤50%变压器容量（存在一定量的谐波）
三相共补
复合开关过零投切
电容回路中串联6%或12%；滤波电抗
电容器：SWL-LBMZS
分相补偿或混合补偿
复合开关过零投切
电容回路中串联6%或12%非调谐滤波电抗
电容器：SWL-LBMZF或SWL-LBMZS
三相共补
可控硅开关动态切换
电容回路中串联6%或12%非调谐滤波电抗
电容器：SWL-LBDMZS
分相补偿或混合补偿
可控硅开关动态切换
电容回路中串联6%或12%非调谐滤波电抗
电容器：SWL-LBDMZF或SWL-LBDMZS
谐波治理目标
破坏电容与系统的并联谐振，部分吸收系统中的3、5、7次及以上谐波
破坏电容与系统的并联谐振，部分吸收系统中的3、5、7次及以上谐波
破坏电容与系统的并联谐振，部分吸收系统中的3、5、7次及以上谐波
破坏电容与系统的并联谐振，部分吸收系统中的3、5、7次及以上谐波
负荷中非线性设备比率>50%变压器容量（存在大量谐波）
三相共补
复合开关过零投切
由电容或电抗组成的调谐滤波回路
电容器：SWL-LBMZS
分相补偿或混合补偿
复合开关过零投切
由电容或电抗组成的调谐滤波回路
电容器：SWL-LBMZF或SWL-LBMZS
三相共补
可控硅开关动态切换
由电容或电抗组成的调谐滤波回路
电容器：SWL-LBDMZS
分相补偿或混合补偿
可控硅开关动态切换
由电容或电抗组成的调谐滤波回路
电容器：SWL-LBDMZF或SWL-LBDMZS
谐波治理目标
完全吸收3、5、7次及以上电流谐波
完全吸收3、5、7次及以上电流谐波
完全吸收3、5、7次及以上电流谐波
完全吸收3、5、7次及以上电流谐波

装置特点
高压动态无功补偿装置主要由输人开关柜、变压器框、功率柜、控制框等组成。
(1)输入变压器 
将电网电压变为适合功率单元工作的电压。
实现高压与低压的电气隔离，各功率单元之间相对独立，所以可以较容易地引入软开关控制，直流侧的均压比较容易实现，增加系统可靠性。
(2)功率单元
SVG的核心主电路，用以实现功率变换。
模块化设计，功率单元的结构和电气性能完全一致，单元可以互换。
(3)输出电抗器
用于将SVG与电网连接起来，实现能量的缓冲。
减少SVG输出电流中的开关纹波，降低共模干扰。
(4)控制柜
柜式结构，用于对SVG及其辅助设备的实时控制。
实现SVG与上位机及控制中心的通讯。 -
(5)全数字化控制系统
实时计算电网所需的无功功率，实现动态跟踪b~l"偿。
控制系统采用模块化设计。
产品特点
SVG以高可靠性、易操作、高性能为设计目标，满足用户对提高配电电网的功率因数的迫切需要。SVG
采用新型IGBT功率器件，全数字化微机控制，具有以下特点：
1．安装、设定、调试简便；
2．实时跟踪负荷变化。动态补偿无功功率，提高系统功率因数；
3．采用光纤触发技术，实现一次系统与二次系统的电气隔离，解决干扰问题，做到了高可靠性和控制性；
4．主电路采用IGBT组成的H桥功率单元级联作逆变主电路的结构形式，输出由阶梯正弦PWM波形叠加而成。波形正弦度好；
5．功率电路模块化设计，维护简单，互换性好；
6．动态响应时间快；
7．实时跟踪电网电流的变化，对电网无功功率实现动态无级补偿；
8．投切时无暂态冲击，无合闸涌流，无电弧重燃，无需放电即可再投；
9．保护功能齐全，具有过压、欠压、过流、过热等保护，运行可靠性高；
10．维护量小，运行成本低；
1 1．控制器实现全数字化，人机界面友好显示，并且具有联网通讯功能；
12．控制器具有高可靠性，而且操作简单，与系统连接时，不需要考虑交流系统相序，补偿装置保护措施齐全；
13．装置电路参数精心设计，发热量小，设备结构紧凑，占地面积小；
14．控制电源采用AC220V经过UPS后单独给装置供电方式，控制电源掉电，可保持正常运行；
15．改善电压质量，稳定系统电压，抑制电压闪变；
16．可并联安装，极易扩展容量。[1]