无功补偿与滤波PPT课件
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做到无功功率分层、分区平衡，就是要做到哪里有无功负 荷就在那里安装无功补偿装置。
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无功补偿与滤波功能
无功补偿的计算:
一、补偿前与补偿后负载容量不变的情况下。 变压器容量为S，补偿前功率因素为cosψ1，补偿后为cosψ2，
ΔQ = Q1-Q2 =S1* tgψ1 – S2 *tgψ2，
发出瞬时功率的平均值(或负载电阻所消耗的功率)。以我 们最能理解的方式解释，有功功率就是保持用电设备正常 运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量 (机械能、光能、热能)的电功率。
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无功补偿与滤波功能
有功功率与无功功率
什么叫无功功率? 理论上讲，就是在具有电感或电容的电路中，在前半个周
无功补偿与滤波功能
有功功率与无功功率
I=U/R U与I相差 +90° ；电流滞后电压90°角
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无功补偿与滤波功能
有功功率与无功功率
I=U/R U与I相差 -90° ；电流超前电压90°角。
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无功补偿与滤波功能
视在功率：
S2 Q2 P2
P S cos Q S sin
cos =P/S
典型负荷功率因数表：
负荷 配电变压器 感应电动机
空载 0.15以下 0.2以下
25％ 0.67 0.5-0.55
50％ 0.73 0.7-0.75
75％ 0.75 0.8-0.85
满载 0.76 0.85-0.9
电焊设备 金属加工
提升、皮带
0.35-0.60 0.55-0.65
0.5-0.75
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无功补偿与滤波功能
有功功率与无功功率
无功功率的副作用： (1) 降低发电机有功功率的输出。 (2) 视在功率一定时，增加无功功率就要降低输、变电设备
的供电能力。 (3) 电网内无功功率的流动会造成线路电压损失增大和电能
损耗的增加。反作用：线路熔冰。 (4) 系统缺乏无功功率时就会造成低功率因数运行和电压下降， 使电气设备容量得不到充分发挥。
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无功补偿与滤波功能
国家相关政策
•节电措施 各级电压的电力网和电力用户都要提高自然功率因数，并按无功分层
分区和就地平衡以及便于调整电压的原则，安装无功补偿设备和必要的调压装 置。 •电能质量与节电监察
各级电力部门要对所管辖电网(包括输配电线路、变电站和用户)的电 压质量和无功电力、功率因数和补偿设备的运行进行监察、考核。各电力用户 都要向当地供电部门按期报送电压质量和无功补偿设备的安装容量和投入情况， 以及无功电力和功率因数等有关资料。电网和用户都要提高调压装置和无功补 偿设备的运行水平。
2、降低了变电、输电设施的供电能力。 3、使网络电力损耗增加（网络中的电能损失与功率值一平方成反
比），如电机、变压器、电力电缆等。 4、功率因数愈低线路的电压降愈大，使得用电设备的运行条件恶化。
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无功补偿与滤波功能
无功补偿的意义和作用
意义：由于发电机容量越来越大，发电机的额定功率因数也越来越高，这样，
到上述规定的新用户，供电局可拒绝接电或加收力率调整费。
(能源电［1988］18号 ，电力系统电压和无功电力管理条例)
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无功补偿与滤波功能
无功的补偿原则:
一、首先要考虑调压的要求，满足电网电压质量指标 二、避免无功功率在电网内的长距离传输，减少电网的电压
损耗和功率损耗。 三、无功功率补偿的原则是：
补偿前： 视在电流:
有功电流: 补偿后 视在电流:
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无功补偿与滤波功能
无功补偿的计算:
三、负载容量不变情况下的功效计算 负载容量为S，补偿前功率因素为cosψ1，补偿后为cosψ2，
视在电流的降低： 1、降低了线路的损耗 2、提高了受电侧的电压值 3、电压的提高，反过来降低了有
功电流（负载容量固定为S ）
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无功补偿与滤波功能
无功补偿的计算:
二、补偿前与补偿后满负载容量的情况下。 变压器容量为S，补偿前功率因素为cosψ1，补偿后为cosψ2，
ΔQ = Q1-Q2 = S*sinψ1 – S*sinψ2，
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无功补偿与滤波功能
无功补偿的计算:
三、负载容量不变情况下的功效计算 负载容量为S，补偿前功率因素为cosψ1，补偿后为cosψ2，
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无功补偿与滤波功能
无功补偿的三种形式:
二、分散补偿： 分散补偿是将电容器组分组安装在车间配电室或变电所每
个分路的出线上，形成低压电网内部的多组分散补偿方式，它 能与工厂部分负荷的变动同时投切，适合负荷比较分散的补偿 场合，这种补偿方式效果较好，且补偿方式灵活，易于控制。
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有功功率与无功功率
无功功率的作用： 无功功率决不是无用功率，它的用处很大。 没有无功功率，
电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。
在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同 时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应 求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那 么这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端 电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。
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无功补偿与滤波功能
功率因数：有功功率出力在设备容量中所占的比重。
0 cos 1.0
S2 Q2 P2
Q
S
P
功率三角形
P S cos Q S sin
节电：
P S 或 cos 1.0
Q0
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无功补偿与滤波功能
有功功率与无功功率
什么叫有功功率? 从理论上说，就是在交流电路中，电源在一个周期内
无功补偿与滤波功能
无功补偿的三种形式:
三、个别补偿： 个别补偿是对单台用电设备所需无功就近补偿的方法，把
电容器直接接到单台用电设备的同一电气回路，用同一台开关 控制，同时投运或断开，俗称随机补偿。这种补偿方法的效果 最好，它能实现就地平衡无功电流，又能避免无负荷时的过补 偿，是农网中对异步电动机进行补偿的常用方法。
期内，把电源能量变成磁场(或电场)能量贮存起来，然后，在另 半个周期释放，又把贮存的磁场（或电场）能量再返回给电源， 只是进行这种能量的交换，并没有真正消耗能量，我们把这个 交换过程中瞬时功率的最大值称为无功功率。
也有将无功功率定义为在电气设备中建立和维持交变磁场 及感应磁通而需要的电功率。
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无功补偿与滤波功能
无功补偿的设备:
一、设备形式分为：无源与有源二种 二、无源设备分电容器与电抗器二种 1、电容器
并联电容器可以补偿负荷侧的无功功率，提高系统的功率因数， 降低能耗，改善电网电压质量。串联电容器可用于长线路补偿等 2、电抗器
并联电抗器用于输电线路分布电容的补偿以防空载长线路末端电压 升高。通过吸收电网多余的线路充电功率，改善电网低谷负荷时的运行 电压，减少发电机的进相运行深度，提高电网运行性能。
电压相位差δU = （PX - QR ）/ U 简化为ΔU ≌ PX / U 4、输送无功功率，要求送电端与受电端有幅值差。范围比较窄
电压幅值差ΔU = （PR + QX ）/ U 简化为ΔU ≌ QX / U
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无功补偿与滤波功能
负荷自然功率因数：无功补偿前负荷的功率因数
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无功补偿与滤波功能
无功补偿的三种形式:
一、集中补偿： 集中补偿就是把电容器组集中安装在变电所的二次侧的母
线上或配电变压器低压母线上，这种补偿方式，安装简便，运 行可靠，利用率高，但当电气设备不连续运转或轻负荷时，又 无自动控制装置时，会造成过补偿，使运行电压升高，电压质 量变坏。季节性用电较强，空载运行较长又无人值守的配电变 压器不宜采用。
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无功补偿与滤波功能
无功补偿的计算:
三、负载容量不变情况下的功效计算 负载容量为S，补偿前功率因素为cosψ1，补偿后为cosψ2，
经济效率： 1、 电压的提高，提高了生产效率 2、线损降低（5%）= 3、变压器损耗降低（5%）=
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无功补偿与滤波功能
无功补偿的计算:
无功补偿与滤波功能
有功功率与无功功率
产生无功的电源包括： 1、同步发电机；2、同步调相器；3、大型同步电动机；4、并联 电容器；5、静止补偿器SVG；6、输电线路等。
消耗无功的负荷包括： 1、异步电动机；2、电抗器等负荷；3、变压器及输电线路的感 性无功功率损耗
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无功补偿与滤ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ功能
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无功补偿与滤波功能
规定用户标准功率因数
用户在当地供电局规定的电网高峰负荷时的功率因数，应达到下列规定： 高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调整电压装置的电力用户功率
因数为0.90及以上，其他100kVA(kW)及以上电力用户和大、中型电力排灌站 功率因数为0.85及以上，农业用电功率因数为0.80及以上。凡功率因数未达
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无功补偿与滤波功能
无功补偿的技术升级:
按照投切方式与设备特点： 一、第一代产品：电容的机械投切、(无源) 特点：投、切电容
二、第二代产品：电容的可控硅投切、(无源) 特点：投、切电容 不同点在于投切的方式不同
三、第三代产品：DSVG 电力电子、(有源) 特点：没有电容的投、切
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电网实际接受的无功功率就越来越少，单靠发电机发出的无功功率远不能满足 电网对无功功率的需要。所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功 率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。 ， 就近提供负载所需的无功功率，避免负载与电源进行无功功率交换。
作用： 减少由于无功功率在电路内往返传输过程中引起的电能损失； 减少由于无功功率在电路内往返传输过程中引起的电压损失； 增加设备输电能力；提高系统的稳定性。
补偿前后有功损耗相差219kW。由结果可知补偿无功功率25.472Mvar后每小时可降低线损 219kWh。
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无功补偿与滤波功能
无功补偿:
无功补偿的传统原理： 在交流电路中，纯电阻元件中负载电流与电压同相位，
纯电感负载中电流之后电压九十度，纯电容负载中电流超前 电压九十度，也就是说纯电容中电流和纯电感中的电流相位 差为180度，可以互相抵消，即当电源向外供电时，感性负 荷向外释放的能量由容性负荷储存起来；当感性负载需要能 量时，再由容性负荷向外释放的能量来提供。能量在两种负 荷间相互交换，感性负荷所需要的无功功率就可由容性负荷 输出的无功功率中得到补偿，实现了无功功率就地解决，达 到补偿的目的。
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无功补偿与滤波功能
有功功率与无功功率
1、不是说无功功率不能大规模远距离传输，而是在大规模远距离传 输无功功率时。电流将在导线的电阻上消耗大量的有功功率. 这是很 不经济的一种做法。 2、同时,还会在导线上产生大量的压降等问题。总之就地补偿无功是 比较好的一种方式 。 3、输送有功功率，要求送电端与受电端有相位差。范围比较宽
50MVA/(110kV×3) = 263A，功率损耗P = I²·R = 263²×0.095×20×3 = 394kW。
2、在cosΦ = 0.9时，有功功率P = 30MW，视在功率S = 33.333MVA，无功功率Q =
14.528Mvar，I = S/U = 33.333MVA/(110kV×3) = 175A，功率损耗 P = I²·R = 175²×0.095×20×3 = 175kW。应补偿无功容量 = 40 - 14.528 = 25.472Mvar。
设有一条110kV线路选用LG-300型导线(导线电阻0.095W/km)线路 全长20km，输送有功功率30MW，无功功率40Mvar，下面分别计算 在功率因数cosf = 0.6和0.9时线路的功率损耗和应补偿的无功功率。 本题只计算导线电阻的功率损耗，不考虑其它因素。
1、cosΦ = 0.6 ：有功P = 30MW，无功Q = 40Mvar，视在功率S = 50MVA，电流I = S/U =
锻压设备 0.55-0.65
铸钢铸铁(中 0.88-0.97 频炉)
水泵风机 0.70-0.80
工业电热
家用电器 照明电器 冷轧设备
0.5-0.85
0.5-0.8 0.3-0.7 0.3-0.7
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无功补偿与滤波功能
功率因数低的不良影响
1、降低发电机的输出功率，当发电机需提高功率无功输出，低于额 定功率因数运行时，将使发电机有功输出降低。
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无功补偿与滤波功能
无功补偿的计算:
一、补偿前与补偿后负载容量不变的情况下。 变压器容量为S，补偿前功率因素为cosψ1，补偿后为cosψ2，
ΔQ = Q1-Q2 =S1* tgψ1 – S2 *tgψ2，
发出瞬时功率的平均值(或负载电阻所消耗的功率)。以我 们最能理解的方式解释，有功功率就是保持用电设备正常 运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量 (机械能、光能、热能)的电功率。
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无功补偿与滤波功能
有功功率与无功功率
什么叫无功功率? 理论上讲，就是在具有电感或电容的电路中，在前半个周
无功补偿与滤波功能
有功功率与无功功率
I=U/R U与I相差 +90° ；电流滞后电压90°角
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无功补偿与滤波功能
有功功率与无功功率
I=U/R U与I相差 -90° ；电流超前电压90°角。
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无功补偿与滤波功能
视在功率：
S2 Q2 P2
P S cos Q S sin
cos =P/S
典型负荷功率因数表：
负荷 配电变压器 感应电动机
空载 0.15以下 0.2以下
25％ 0.67 0.5-0.55
50％ 0.73 0.7-0.75
75％ 0.75 0.8-0.85
满载 0.76 0.85-0.9
电焊设备 金属加工
提升、皮带
0.35-0.60 0.55-0.65
0.5-0.75
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无功补偿与滤波功能
有功功率与无功功率
无功功率的副作用： (1) 降低发电机有功功率的输出。 (2) 视在功率一定时，增加无功功率就要降低输、变电设备
的供电能力。 (3) 电网内无功功率的流动会造成线路电压损失增大和电能
损耗的增加。反作用：线路熔冰。 (4) 系统缺乏无功功率时就会造成低功率因数运行和电压下降， 使电气设备容量得不到充分发挥。
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无功补偿与滤波功能
国家相关政策
•节电措施 各级电压的电力网和电力用户都要提高自然功率因数，并按无功分层
分区和就地平衡以及便于调整电压的原则，安装无功补偿设备和必要的调压装 置。 •电能质量与节电监察
各级电力部门要对所管辖电网(包括输配电线路、变电站和用户)的电 压质量和无功电力、功率因数和补偿设备的运行进行监察、考核。各电力用户 都要向当地供电部门按期报送电压质量和无功补偿设备的安装容量和投入情况， 以及无功电力和功率因数等有关资料。电网和用户都要提高调压装置和无功补 偿设备的运行水平。
2、降低了变电、输电设施的供电能力。 3、使网络电力损耗增加（网络中的电能损失与功率值一平方成反
比），如电机、变压器、电力电缆等。 4、功率因数愈低线路的电压降愈大，使得用电设备的运行条件恶化。
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无功补偿与滤波功能
无功补偿的意义和作用
意义：由于发电机容量越来越大，发电机的额定功率因数也越来越高，这样，
到上述规定的新用户，供电局可拒绝接电或加收力率调整费。
(能源电［1988］18号 ，电力系统电压和无功电力管理条例)
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无功补偿与滤波功能
无功的补偿原则:
一、首先要考虑调压的要求，满足电网电压质量指标 二、避免无功功率在电网内的长距离传输，减少电网的电压
损耗和功率损耗。 三、无功功率补偿的原则是：
补偿前： 视在电流:
有功电流: 补偿后 视在电流:
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无功补偿与滤波功能
无功补偿的计算:
三、负载容量不变情况下的功效计算 负载容量为S，补偿前功率因素为cosψ1，补偿后为cosψ2，
视在电流的降低： 1、降低了线路的损耗 2、提高了受电侧的电压值 3、电压的提高，反过来降低了有
功电流（负载容量固定为S ）
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无功补偿与滤波功能
无功补偿的计算:
二、补偿前与补偿后满负载容量的情况下。 变压器容量为S，补偿前功率因素为cosψ1，补偿后为cosψ2，
ΔQ = Q1-Q2 = S*sinψ1 – S*sinψ2，
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无功补偿与滤波功能
无功补偿的计算:
三、负载容量不变情况下的功效计算 负载容量为S，补偿前功率因素为cosψ1，补偿后为cosψ2，
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无功补偿与滤波功能
无功补偿的三种形式:
二、分散补偿： 分散补偿是将电容器组分组安装在车间配电室或变电所每
个分路的出线上，形成低压电网内部的多组分散补偿方式，它 能与工厂部分负荷的变动同时投切，适合负荷比较分散的补偿 场合，这种补偿方式效果较好，且补偿方式灵活，易于控制。
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有功功率与无功功率
无功功率的作用： 无功功率决不是无用功率，它的用处很大。 没有无功功率，
电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。
在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同 时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应 求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那 么这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端 电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。
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无功补偿与滤波功能
功率因数：有功功率出力在设备容量中所占的比重。
0 cos 1.0
S2 Q2 P2
Q
S
P
功率三角形
P S cos Q S sin
节电：
P S 或 cos 1.0
Q0
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无功补偿与滤波功能
有功功率与无功功率
什么叫有功功率? 从理论上说，就是在交流电路中，电源在一个周期内
无功补偿与滤波功能
无功补偿的三种形式:
三、个别补偿： 个别补偿是对单台用电设备所需无功就近补偿的方法，把
电容器直接接到单台用电设备的同一电气回路，用同一台开关 控制，同时投运或断开，俗称随机补偿。这种补偿方法的效果 最好，它能实现就地平衡无功电流，又能避免无负荷时的过补 偿，是农网中对异步电动机进行补偿的常用方法。
期内，把电源能量变成磁场(或电场)能量贮存起来，然后，在另 半个周期释放，又把贮存的磁场（或电场）能量再返回给电源， 只是进行这种能量的交换，并没有真正消耗能量，我们把这个 交换过程中瞬时功率的最大值称为无功功率。
也有将无功功率定义为在电气设备中建立和维持交变磁场 及感应磁通而需要的电功率。
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无功补偿与滤波功能
无功补偿的设备:
一、设备形式分为：无源与有源二种 二、无源设备分电容器与电抗器二种 1、电容器
并联电容器可以补偿负荷侧的无功功率，提高系统的功率因数， 降低能耗，改善电网电压质量。串联电容器可用于长线路补偿等 2、电抗器
并联电抗器用于输电线路分布电容的补偿以防空载长线路末端电压 升高。通过吸收电网多余的线路充电功率，改善电网低谷负荷时的运行 电压，减少发电机的进相运行深度，提高电网运行性能。
电压相位差δU = （PX - QR ）/ U 简化为ΔU ≌ PX / U 4、输送无功功率，要求送电端与受电端有幅值差。范围比较窄
电压幅值差ΔU = （PR + QX ）/ U 简化为ΔU ≌ QX / U
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无功补偿与滤波功能
负荷自然功率因数：无功补偿前负荷的功率因数
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无功补偿与滤波功能
无功补偿的三种形式:
一、集中补偿： 集中补偿就是把电容器组集中安装在变电所的二次侧的母
线上或配电变压器低压母线上，这种补偿方式，安装简便，运 行可靠，利用率高，但当电气设备不连续运转或轻负荷时，又 无自动控制装置时，会造成过补偿，使运行电压升高，电压质 量变坏。季节性用电较强，空载运行较长又无人值守的配电变 压器不宜采用。
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无功补偿与滤波功能
无功补偿的计算:
三、负载容量不变情况下的功效计算 负载容量为S，补偿前功率因素为cosψ1，补偿后为cosψ2，
经济效率： 1、 电压的提高，提高了生产效率 2、线损降低（5%）= 3、变压器损耗降低（5%）=
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无功补偿的计算:
无功补偿与滤波功能
有功功率与无功功率
产生无功的电源包括： 1、同步发电机；2、同步调相器；3、大型同步电动机；4、并联 电容器；5、静止补偿器SVG；6、输电线路等。
消耗无功的负荷包括： 1、异步电动机；2、电抗器等负荷；3、变压器及输电线路的感 性无功功率损耗
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无功补偿与滤ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ功能
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无功补偿与滤波功能
规定用户标准功率因数
用户在当地供电局规定的电网高峰负荷时的功率因数，应达到下列规定： 高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调整电压装置的电力用户功率
因数为0.90及以上，其他100kVA(kW)及以上电力用户和大、中型电力排灌站 功率因数为0.85及以上，农业用电功率因数为0.80及以上。凡功率因数未达
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无功补偿与滤波功能
无功补偿的技术升级:
按照投切方式与设备特点： 一、第一代产品：电容的机械投切、(无源) 特点：投、切电容
二、第二代产品：电容的可控硅投切、(无源) 特点：投、切电容 不同点在于投切的方式不同
三、第三代产品：DSVG 电力电子、(有源) 特点：没有电容的投、切
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电网实际接受的无功功率就越来越少，单靠发电机发出的无功功率远不能满足 电网对无功功率的需要。所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功 率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。 ， 就近提供负载所需的无功功率，避免负载与电源进行无功功率交换。
作用： 减少由于无功功率在电路内往返传输过程中引起的电能损失； 减少由于无功功率在电路内往返传输过程中引起的电压损失； 增加设备输电能力；提高系统的稳定性。
补偿前后有功损耗相差219kW。由结果可知补偿无功功率25.472Mvar后每小时可降低线损 219kWh。
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无功补偿与滤波功能
无功补偿:
无功补偿的传统原理： 在交流电路中，纯电阻元件中负载电流与电压同相位，
纯电感负载中电流之后电压九十度，纯电容负载中电流超前 电压九十度，也就是说纯电容中电流和纯电感中的电流相位 差为180度，可以互相抵消，即当电源向外供电时，感性负 荷向外释放的能量由容性负荷储存起来；当感性负载需要能 量时，再由容性负荷向外释放的能量来提供。能量在两种负 荷间相互交换，感性负荷所需要的无功功率就可由容性负荷 输出的无功功率中得到补偿，实现了无功功率就地解决，达 到补偿的目的。
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无功补偿与滤波功能
有功功率与无功功率
1、不是说无功功率不能大规模远距离传输，而是在大规模远距离传 输无功功率时。电流将在导线的电阻上消耗大量的有功功率. 这是很 不经济的一种做法。 2、同时,还会在导线上产生大量的压降等问题。总之就地补偿无功是 比较好的一种方式 。 3、输送有功功率，要求送电端与受电端有相位差。范围比较宽
50MVA/(110kV×3) = 263A，功率损耗P = I²·R = 263²×0.095×20×3 = 394kW。
2、在cosΦ = 0.9时，有功功率P = 30MW，视在功率S = 33.333MVA，无功功率Q =
14.528Mvar，I = S/U = 33.333MVA/(110kV×3) = 175A，功率损耗 P = I²·R = 175²×0.095×20×3 = 175kW。应补偿无功容量 = 40 - 14.528 = 25.472Mvar。
设有一条110kV线路选用LG-300型导线(导线电阻0.095W/km)线路 全长20km，输送有功功率30MW，无功功率40Mvar，下面分别计算 在功率因数cosf = 0.6和0.9时线路的功率损耗和应补偿的无功功率。 本题只计算导线电阻的功率损耗，不考虑其它因素。
1、cosΦ = 0.6 ：有功P = 30MW，无功Q = 40Mvar，视在功率S = 50MVA，电流I = S/U =
锻压设备 0.55-0.65
铸钢铸铁(中 0.88-0.97 频炉)
水泵风机 0.70-0.80
工业电热
家用电器 照明电器 冷轧设备
0.5-0.85
0.5-0.8 0.3-0.7 0.3-0.7
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无功补偿与滤波功能
功率因数低的不良影响
1、降低发电机的输出功率，当发电机需提高功率无功输出，低于额 定功率因数运行时，将使发电机有功输出降低。