1. 无功补偿的原理
电能质量的优劣，主要表现在其波功率因数的高低、系统电压的稳定性、谐波无功含量的大小等。

1.1视在功率、无功功率、有功功率之间的关系。

有功功率和无功功率都是视在功率一部分，它们之间的关系为： 22Q P S +=
之所以产生这种关系，与之后提及的功率因数有关。

1.2功率因数
图1
图1 α
图2
图1为感性负载的等效电路，图2为感性负载的矢量图。

当电源输出电压U 变化时，根据视在功率、有功功率、无功功率的关系，我们知道：
S
P IU U I I I COS R R ===
α 式中可以看到：在一定条件下，COS α与有功功率成正比；由于COS α直接反应出交流电源或变压器的输出功率（S ）的利用效率，所以我们把COS α称为功率因数，功率因数就是有功功率P 和视在功率S 的比值。

1.3谐波及其对供配电系统的危害
谐波是指电网中非基波（中国电网为50Hz ）的其它（＞1的整数倍）频率的电流或电压。

谐波次数为谐波频率和基波频率的整数比，谐波亦属于无功类别。

谐波是供电系统中的公害，由于谐波电流的趋肤效应，可造成供配电线路，用电设备发热，使电气设备、电动机产生机械振荡。

干扰自动化控制设备误动作而不能正常运行。

电网中谐波量过大，可引起电网振荡，造成电网颠覆的严重事故。

2. 提高功率因数的意义
在供用电系统的负载中,就其性质来说,理想的负载为纯阻性，其功率因数为
1，但实际的用电负载，多属感性负载，其功率因数通常小于1。

简单地说，在用电企业，功率因数的提高，能有效地降低供电系统的无功损耗，使供电系统的容量得到充分利用，减少线路电流和功率损失。

3.提高功率因数的办法
提高功率因数的方法常用的是无功补偿法，亦即采用可以向系统提供无功功率的装置来补偿用电设备所需的无功功率，减少从供电系统中无功的吸取量，提高用电系统的功率因数。

一般都采用电力电容器来补偿用电设备需要的无功功率，这就称为电容无功补偿法（在此不对其原理一一叙述）。

4.矿热炉的无功补偿方法
矿热炉无功功率补偿，宜采取高压、低压混合补偿，其补偿效果较为显著。

高压补偿方面，一通常在电网设计与施工时，按规定均配置完备。

而低压短网系统，往往是矿热炉无功损耗极大、谐波产生严重、用电质量极不理想的重要环节，所以，在矿热炉低压侧（短网末端）增加低压无功补偿系统，可以调节系统从电网中吸取无功容量的比例，提高了高压侧补偿的功率因数；补偿变压器至电极之间的短网无功损耗，提高了变压器有功功率的输出，达到增产节能的效果。

我司就矿热炉低压无功补偿系统进行了细致的研究，研发DC系列低压动态无功补偿装置，以其动态响应及时、投切精度高、L-C配置合理等优势，可以满足矿热炉负荷变化大且周期短、谐波含量大、三相电流不平衡等负载特性。

4. 1 用于低压电网，靠近负载采用TSC（晶闸管开关电容器）动态无功功率补
偿技术，晶闸管以10ms速度直接将电容器投入电网，实现了低成本，高效益。

4.2采用计算机数字化控制技术，对三相对称或非对称供配电线路中的无功功
率进行实时、动态跟踪补偿，使功率因数始终保持在0.95左右。

在电网电压高低不同时采用不同的补偿算法以确保不发生欠补偿和过补偿。

过补偿会引起电网电压升高。

4.3本技术可以抵销三相非对称负载引起的零序电流和负序电流、补偿后，三
相非对称负载和本装置对电网等效于三相对称负载。

4.4本装置的微机故障自诊断系统可以对多种故障进行处理，如过电流、过电
压、电源缺相和相序错等。

容错运行技术的应用，提高了补偿装置在无人值守下的运行可靠性。

本装置的投切时间为10ms ，动态响应时间为40ms 。

电容投入电网和退出电网均在电流过零点，入网电流为正弦，确保8421码投切方式对电网不产生冲击电流，保证晶闸管安全工作，延长补偿电容器运行寿命。

5. 矿热炉的无功补偿初步方案 5.1 矿热炉基本数据：（用户提供）
电石炉功率因数0.75。

高压补偿到0.90，再实施低压补偿0.95。

5.2 矿热炉低压无功功率补偿系统，如图3所示，采用分相补偿方式，每相分别
由一个控制系统控制。

电炉
电抗器
电容器（组）功率模块无功补偿控制系统
电压采样电流采样
无功补偿控制系统
电压采样电流采样
电抗器
电容器（组）功率模块无功补偿控制系统
电抗器
电容器（组）功率模块电流采样
电压采样
图3 矿热炉低压无功功率补偿系统框图
5.3 矿热炉低压无功功率补偿系统单相支路如图4所示
过载保护
短路保护回路
可控硅模块
短网
图4 矿热炉低压无功功率补偿系统单相支路柜图
5.4 补偿容量计算 视在电流： A U S I N
84006189
.0327500311=⨯=
⋅=
有功功率：KW COS S P 2062575.027500111=⨯=⋅=ϕ 无功功率： KVAR P S Q 1819020625275002221211=-=-= 补偿12000 KVAR 后：
无功功率： KVAR Q Q Q B 6190120001819012=-=-=
视在功率： KVA Q P S 21534619020625222
2
212=+=+= 电流降低： A U S I I N
18225189
.0321534321=⨯=
⋅-
=∆
容量降低： KVA S S S 5966215342750021=-=-=∆ 功率因数： 96.021534
20625212===
S P COS ϕ 谐波补偿容量：KVAR S Q h 8250%)10%20(275001=+⨯=⋅=γ 补偿装置基本情况
5.5 动态补偿效果评估
5.5.1视在功率对比：补偿后的视在功率为21534 kVA，比补偿前下降了5966 kVA，
为21.69%，可以消除补偿前系统过载20%所带来的不良影响，变压器出力得到有效提高。

5.5.2 通过动态补偿，系统平均功率因数将得到明显改善，特别是L-C支路的合
理配置，系统的谐波电流得到有效抑制。

5.5.3 低压系统的三相电流、电压的不平衡现象得到明显改善。

5.5.4 冶炼企业的生产效率得以显著提高，而且产品单位能耗明显下降，增产节
能效益得以体现。

6 项目实施步骤
为确保项目的质量和效果，项目进程采取循序渐进的方式向前推进。

计划如下表：
7 其他事宜
7.1 项目时间安排，由所涉各方协商安排。

7.2 项目资金安排，按项目进程分期付款的方式，由所涉各方协商安排。

7.3 动态无功补偿装置关键元器件。