2.典型工业负载无功补偿容量的确定
改善变频器功率因数的基本途径是削弱输 入电路的高次谐波电流，因此，不能用补偿电 容的方法，目前较多使用的是电抗器法。 (1).交流电抗器法 在变频器交流输入侧串入 三相交流电抗器AL，高次谐波电流的含有率可 降低为38%，功率因数PF可提高至0.8∽0.85。 (2).直流电抗器法 加直流电抗器后，高次谐 波电流的含有率可降低为33%，功率因数PF可 以提高到0.90以上，由于其体积较小，不少变 频器已将直流电抗器直接配置在变频器内。
3.案例介绍
设备运行测试数据： (1).无滤波补偿时
3.案例介绍
3.案例介绍
(2).滤波器投入后
3.案例介绍
3.案例介绍
3.3 汽车焊接工业 用户工况： Se=2000KVA，cosφ1=0.5，α=0.7 车间内焊机数量多,三相分配平衡。 设计目标：抑制3次谐波，补偿功率因数，共分补结合。 设计容量：TFC-400A/1800(D+Y) 开关选择：TPPU单元（≤20mS）。
3.案例介绍
实测负荷的电力参数:
测试中考虑三相 负荷不平衡问 题，所以采用三 相四线接线方式
3.案例介绍
3.案例介绍
计算机仿真: 方案设计时采用MATLAB/Simulink仿真及计算 机对系统参数进行计算，选基准频率低于50Hz， 高次谐波严重时使基/谐比小于1，适当提高电容 器电压，得出最合理的系统参数。
无功补偿及功率因数
Reactive Power and Power Factor 时代集团公司
Time Group Inc
邵宗岐
SHAO Zong-qi
提
纲
1.无功功率的产生及影响。 2.典型工业负载无功补偿容量的确定。 3.案例介绍。 4.如何选择无功补偿装置。 5.并联电容器产生谐振及如何避免。
2.典型工业负载无功补偿容量的确定
(3).矿热炉负载 交流矿热炉： 基波补偿Qc=P（tgθ1 –tgθ2） 一般矿热炉滤波3,5,7次，功率因数0.85 计。
2.典型工业负载无功补偿容量的确定
(4).电弧炉负载 电弧炉单独运行时 cos ϕ = 0.84 ,2，3，4， 5，6，7谐波电流偏大；精炼炉单独运行时 cos ϕ = 0.96,2，3，5次谐波电流偏大。 (5).中频炉 功率因数计算式：
3.案例介绍
滤波前测量数据（10KV母线）
3.案例介绍
3.案例介绍
3.案例介绍
滤波补偿后测量数据
3.案例介绍
3.案例介绍
3.案例介绍
3.2变频器负载 用户数据：整变容量2000KVA，联接方式：Dyn11,阻抗 电压6%，变比：10/0.725kV。 负载：西门子变频调速器6SL3310-1GH37-4AA0 560kW 6SL3310-1GH38-1AA0 710kW 运行状况：新建项目，无运行数据。 设计目标：5，7次无源滤波，略过补偿(≥-0.98)。 设计容量：TFC-725A/1134Y
Qc = (0.5 ~ 0.6 )Pe
2.典型工业负载无功补偿容量的确定
电动机的空载电流可以按照瑞典通用电 气公司推荐的估算方法求得，估算公式为 ：
I 0 = 2 I e (1 − cos ϕ e )( A)
Qc = 0.9 ⋅ 3U e I 0 (k var )
2.典型工业负载无功补偿容量的确定
λ = νλ1 =
I1 3 cos ϕ1 = cos α ≈ 0.955 cos α I π
2.典型工业负载无功补偿容量的确定
中频电炉的功率因数值归纳总结概分为3种情况: (1).0.7左右;(2).0.9∽0.93;(3).0.98左右。 其中第1，3种状态工作的中频炉相对较少，大多 工作为第二种状态，也就是说，中频电炉多为较高功 率因数工作状态。中频电炉生产运行时产生的特征谐 波电流为5，7，11次较大，虽然整流装置有6脉波， 12脉波或24脉波整流，但由于整流变压器每个绕组负 载的不平衡工作特性，5，7次谐波电流不能完全抵消 ，所以补偿滤波大多以5，7，11次为主，有的需要设 计13次高通滤波器。基波补偿容量约占变压器容量的 30∽35%,安装容量约60∽90%;变压器负载率最大至 120%。
1.无功的产生及影响
1.4 无功功率在电力系统中的重要作用 无功功率主要用于电气设备内电场与磁场的能 量交换，因此在电力系统中必不可少，作用重要。 无功功率对电力系统负面影响： （1）.无功功率对有功功率的影响; （2）.无功功率对电压的影响; （3）.无功功率对电力系统功角稳定性的影响。 1.5 功率因数的意义 在电力系统的运行过程中，通常用功率因数来 衡量电网运行的效率，功率因数的大小，反映了电 网系统中电源输出的视在功率中有功功率的有效利 用的程度。
3.案例介绍
补偿滤波设备投运前
—C相电流谐波数值列表 其中： 基波电流=1409.7A 3次谐波电流=142.2A 5次谐波电流=33.8A 7次谐波电流=22.8A
3.案例介绍
补偿滤波设备投运后
—C相电流谐波数值列表 其中： 基波电流=1154.6A 3次谐波电流=8.1A 5次谐波电流=12.1A 7次谐波电流=2.9A
5.并联电容器装置 产生谐振及如何避免
2.典型工业负载无功补偿容量的确定
(6).变频器负载 变频器的输入侧是三相全波整流和滤波电 路，进线电流是非正弦的，具有很大的高次谐 波成分。在输入电流中，高次谐波的含有率高 达88%左右。因为高次谐波电流的功率都是无 功功率，因此，变频器输入侧功率因数很低， 甚至低于0.7以下。但变频器输入电流的基波 分量总是与电源电压同相位的，所以，基波功 率因数等于1。
1.无功的产生及影响
1.2 无功功率的理论基础 1.2.1 正弦电路的无功功率 电路的无功功率定义为: Q = UI sin ϕ 1.2.2 非正弦电路的无功功率 2 电路的无功功率定义为: Q 2 = Q f + D 2 1.3 三相电路的无功功率与功率因数 实际工程中测试为按照单相功率因数进行计算。
5.并联电容器装置 产生谐振及如何避免
5.1谐波引起的谐振和谐波电流放大 安装并联电容器装置补偿负载的无功功率，提 高功率因数，同时提高电压水平；此外，为了滤除谐 波，装设由电容器和电抗器组成的滤波器。在工频下 ，并联电容器装置的容抗比系统的感抗大的多，不会 产生谐振。但对谐波频率而言，系统感抗增加而容抗 减小，就可能产生并联谐振或串联谐振。这种谐振会 使谐波电流放大几倍甚至数十倍，对系统，特别对电 容器和与之串联的电抗器形成很大的威胁，常常使电 容器和电抗器烧毁。在由谐波引起的事故中，这类事 故占有很高的比例。根据统计，由于谐波而损坏的电 气设备中，电容器约占40%，其串联电抗器约占30%。
2.典型工业负载无功补偿容量的确定
图1 交流电抗器
图2
直流电抗器
2.典型工业负载无功补偿容量的确定
2.4汽车工业的点焊机负载 负载特点：单相负载，工作持续时间数百 mS，电流大，功率因数低，自然功率因数0.5 左右，要求补偿响应速度快。产生谐波电流以 3次为主，三相负载人为设置平衡。 补偿方式：相相间单相补偿；相与中线间 分相补偿。
1.无功的产生及影响
1.1 概论—无功功率的产生 在电网输电的过程中，提供给负载的电功率有 两种：有功功率和无功功率。有功功率（P)是指保 持设备运转所需要的电功率，也就是将电能转化为 其它形式的能量（机械能，光能，热能等）的电功 率；而无功功率（Q）是指电气设备中电感、电容 等元件工作时建立磁场所需的电功率。 产生无功功率主要是因负载非阻性（主要呈现 电感性）。所谓电感性负载，就是负载中流过的交 流电流与负载两端的电压相位不一致，电压与电流 相位不一致的分量不产生有功功率，即无功功率。
对于排灌电动机等所带机械负载轴惯性较大的电 动机,补偿容量可适当加大,大于电动机的空载无功负 荷,但要小于额定无功负荷。由于排灌电动机总是在 带有水泵机械负载的情况下断电，电动机转速将急剧 下降，即使补偿容量略大于电动机空载无功负荷，也 不会产生自励过电压。对于排灌用普通电动机，也可 按下式确定补偿容量：
3.案例介绍
3.案例介绍
3.案例介绍
补偿效果:
补偿滤波设备投运前
—A相电流谐波数值列表 其中： 基波电流=1618A 3次谐波电流=203.7A 5次谐波电流=54.2A 7次谐波电流=18.9A
3.案例介绍
补偿滤波设备投运后
—A相电流谐波数值列表 其中： 基波电流=2323.2A (此时负荷最大） 3次谐波电流=59.1A 5次谐波电流=72.7A 7次谐波电流=11.0A
2.2交流电动机负载 (1).补偿电机的空载无功,取空载无功的90%,以 防止电动机产生过高的自励磁电压；
如：空载电流大的电动机，即气隙大的起重冶金 型电动机，如MJ，JZ，JZR系列电动机。
(2).若电机效率及负载率变化频率较高,适宜设 置合理的分组自动补偿; (3).查功率因数表。
2.典型工业负载无功补偿容量的确定
2.1供电系统变电站及企业配变 北京市通州区供电公司━35kV站
2.典型工业负载无功补偿容量的确定
(1).变电所补偿安装容量的确定: 变电所安装电容器，其主要作用是补偿变 压器的无功损耗及配电线路前段的无功负荷及 无功损耗，同时可以进行调压。变电所电容器 的补偿容量按主变压器额定容量的10%～15%来 配置，对于变电站集中补偿时, 补偿容量可增 加至变压器容量的30%左右,根据变电所的负荷 性质和运行方式和调压要求，确定合理的无功 补偿容量。
2.典型工业负载无功补偿容量的确定
2.1 负载类型
(1).根据变压器容量估算； (2).交流异步电机； (3).中频炉、电弧炉、矿热炉、直流轧机等晶闸管6 脉整流桥负载；变频器等二极管三相整流负载； (4).点焊机负载； (5).商用建筑电器； (6).根据具体数据计算。