无功功率的物理意义：
无功功率代表负荷与电源之间能量来回交换的一种量度，是电路中储能元件 与电源间交换功率的最大值。无功功率表示有能量交换，但不消耗功率。
电路的视在功率：S UI 功率因数： P S cos P，Q，S满足如下关系：
S 2 P2 Q2
S

P
Q
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2
0
(UI sin sin 2t )d t
UI cos
电路的无功功率： Q UI sin
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无功功率的基本概念
Q UI sin 电路的无功功率：
当电流的相位滞后电压时，Q为正，Q是消耗在感性负荷的无功功率； 当电流的相位超前电压时，Q为负，Q是消耗在容性负荷的无功功率；
电流有效值
2I cos sin t 2I sin sin(t 2)
与电压相位相同 i p 瞬时有功电流分量 比电压滞后90°iq 瞬时无功电流分量
电路的有功功率：
1 T 1 T P uid t (ui p uiq )d t T 0 T 0 1 2 1 (UI cos UI cos cos 2t )d t 0 2 2
电压合格率= 实际运行电压在允许电压偏差范围内累计运行时间 对应的总运行统计时间 ×100%
电压标准
1、电压偏差=[（实测电压-额定电压）/额定电压]×100%
2、电压波动：某一段时限内电压急剧变化而偏离额定值的状况， 急剧变化是指每秒电压波动大于1%。
3、电压闪变：周期性的电压急剧变化引起电光源光通量的波动， 而造成人眼视觉不舒服的光闪变现象。
缺点：占地面积大，产生较大的谐波

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风电场无功补偿装置
3、静止同步补偿器（STATCOM）
静止同步补偿器（STATCOM）又称静止无功发生器（SVG），1980年 日本三菱公司研制，此后，迅速发展。一般采用全控器件（GTO、IGBT 、IGCT）
静止无功补偿技术
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无功功率的基本概念
*正弦电路中的有功功率和无功功率
设正弦电路的电压和电流为：
电流与电压 相位差
u t 2U sin t
电压有效值
i t 2I sin t 2I cos sin t 2I sin cos t
QC
S

S
'
Q
Q'
2
P'
2、改善电能质量
补偿前：
R P X SQ U S U
补偿后：
U RS P X S (Q QC ) U
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无功补偿的作用
3、减小无功电流
补偿前：
RL
I p
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杆上补偿（方式3）
位置：架空线路的杆塔上
10kV 380V 380V 负荷n 专变房 方式1 方式2 方式3 方式4 配电房
变电站
负荷
负荷1
作用：补偿公用变压器的无功 1 、远离变电站、出现保护不易配置、控制成本高、维护 工作量大 特点 2、长期固定补偿、应变能力差，能满足基本负荷的补偿
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功率因数
功率因数、或力率:
cos P / S
反映设备合理使用状况； 作用 反映电能利用程度； 反映用电管理水平； 自然功率因数:用电设备没有安装无功补偿设备时的功率因数。 瞬时功率因数：某一瞬间由功率因数表读出的功率因数。 分类 加权功率因数：在一定时间段内功率因数的平均值。
大用户
配电变 （1）
电动机
（2） （3）
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配网无功补偿
*配电网无功补偿的主要方式 ☆变电站集中补偿； ☆低压集中补偿； ☆杆上集中补偿；
☆用户终端分散集中补偿；
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jX L
I L
U
U
I 1
RS
jX S
E
I 1
I q
I I I 1 p q
补偿后：
I (I I ) I 2 p q C
RL
jX L
I L
U
I 2

RS
jX S
E
I p
U
I C
I 1
I 2 I C
率低；
适应情况：容量较大、负荷平稳且经常使用的用户设备
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风电无功需求的特点
1、风电机组需要从电网吸收无功功率，建立磁场。
如：笼型风电机组，采用鼠笼式发电机
2、随着风机输出有功的变化，无功需求也在变化。
如：风的随机性、塔影效应、风剪切，湍流等
变电站集中补偿（方式1）
位置：在变电站的10kV母线
10kV 380V 380V 负荷n 专变房 方式1 方式2 方式3 方式4 配电房
变电站
负荷
负荷1
作用：改善输电网的功率因数，提高终端变电站的电压和补 偿主变压器的无功损耗 特点： 管理容易、维护方便； 对配网的降损不起作用；
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经济功率因数：用户的节能效益和电能质量最佳，支付电费
最少的用电功率因数。
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无功功率对电力系统的影响
1、设备及线路损耗增加
设线路总电流为I，线路电阻为R，则线路损耗为：
无功功 RP 2 RQ 2 S 2 P I R R 2 2 率引起 U U U 2、使线路及变压器的电压降增大，如果是冲击性无功功率负载，还会 使电压产生剧烈波动，使供电质量严重降低。
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电压质量的影响
电压偏差对不同性质负荷的影响 *阻性负荷
影响加热设备额定功率、光通亮、发光效率和 使用寿命
*感性负荷 影响到电感的励磁电流、输出功率、cosψ等
*容性负荷 *输出的Q,影响使用寿命，电压太高甚至爆炸
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低压集中补偿（方式2）
位置：配电变压器0.4kV侧
10kV 380V 380V 负荷n 专变房 方式1 方式2 方式3 方式4 配电房
变电站
负荷
负荷1
提高专业变压器用户的功率因数 实现无功就地平衡，对配网及配电变压器的降损起到一 作用 定作用 有助于保证该用户的电压水平 特点 随负荷波动投入相应数量的电容器； 以电压或功率因数投切，可能出现过补货欠补的现象 ；
I q
4、降低了因无功流动而引起的有功损耗
P I 2 R
I1 I 2

5、提高供/配电设备的供电能力
供电设备,S相同的情况下，功率因数↑，则P=S×cosφ↑
S
Q
P 中国电力科学研究院
P
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无功补偿方式
1、零补偿 ☆容性电流=感性电流， 零补偿只可能暂时出现 2、欠补偿 ☆容性电流＜感性电流 3、过补偿 ☆容性电流＞感性电流，起到反作用
3、需要足够的无功支持，保证风电机组的低电压穿越能力
如：笼型风电机组，双馈风力发电机组
4、风电场与电网之间有功与无功的流动也会影响到出口电 压的大小。
PR QX U U0 U

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风电场无功补偿装置
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电源电压降低的影响
电源电压降低原因：无功电源不足或缺乏带负荷调压设备
的场合
☆影响和危害：
1、照明设备不能正常发光 2、运行的电动机容易损坏
V降低，造成启动困难，温升增高甚至烧毁
3、电网中电能损耗增加
P（或S）=const，V↓使I↑，网损↑
4、设备容量不能充分利用
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电源电压升高的影响
*发生于电源端部，在400V及昼夜负荷变化大的线路 影响与危害：
1、电动机等电磁设备的绝缘老化
2、白炽灯等寿命缩短 3、家用电器温升增加
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4、全补偿 ☆三相同时补偿； ☆适用于三相较为对称的运行负荷；
5、相补偿 ☆分相单独补偿； ☆适用于三相不对称负荷；
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