電網中很多電力負荷都屬於電感性負載，如電機、變壓器、日光燈負荷。這些感性設備的典型特徵為，在其運行中同時需要從電力系統吸收有功功率和無功功率，所以通過在電網中安裝並聯電容器無功補償設備可提供補償感性負荷所消耗掉的無功功率，從而降低電網電源所提供的，以及在傳輸線路過程中的無功功率。電網中無功功率的減少可降低輸配電線路中變壓器以及母線因輸送無功功率而造成的電能損耗，所採取的措施便稱之為功率因數補償。
基本介紹
- 中文名：功率因數補償技術
- 外文名：Power factor compensation technique
- 定義：為降低電能損耗所採取的措施
- 套用學科：力學術語
- 範疇：理工科
- 涉及：風力發電及傳輸技術
概念,功率因素補償方法,固定補償,自動補償,原理分析,
概念
電網中無功功率的減少可降低輸配電線路中變壓器以及母線因輸送無功功率而造成的電能損耗，所採取的措施便稱之為功率因數補償。
交流電路中的有功功率與視在功率比值則為功率因素。因為在交流電路中存在大量電感、電容元件，其電感磁場與電容電場的建立都需要電源提供，從而使部分電流不參與機械做功，它們被稱為無功電流。一般來說，無功電流的大小和有功負荷（機械負荷）之間不存在任何關係，其相位和有功電流相差90°。
功率因素補償方法
固定補償
（1）串聯補償。串聯補償主要用於輸電、配電線路，將電容器與線路串聯，已改變線路參數、減少線路的電壓損失、提高線路末端的電壓水平、減少網路的功率損耗和提高輸送能力。
（2）並聯補償。電力系統中的感性負載總電流滯後電壓一個角度，若將電容器與負載並聯，就能抵消一部分電感電流，從而降低了總電流，這就是並聯補償的原理。降低用電設備所需無功功率，提高功率因數，稱為提高自然功率因數，其主要方法有：合理選擇電機容量，控制電動機和電焊機的空載運行等。
（2）並聯補償。電力系統中的感性負載總電流滯後電壓一個角度，若將電容器與負載並聯，就能抵消一部分電感電流，從而降低了總電流，這就是並聯補償的原理。降低用電設備所需無功功率，提高功率因數，稱為提高自然功率因數，其主要方法有：合理選擇電機容量，控制電動機和電焊機的空載運行等。
自動補償
自動補償是將並聯電容器的固定補償方式採用自動控制，以調整和適應無功需求的實時變化。自動補償能克服固定補償的缺點，最佳化無功補償的效果，提高無功補償的能力，實現無功補償的平滑調節，但自動補償裝置的結構相對較為複雜，設備造價也相對較高。
無功功率補償的方法包括了並聯電容器補償、同步電機補償、動態無功功率補償等。由於並聯電容器具有功率損耗小、安裝、運行、維護方便等優點，目前得到了普遍的套用。但固定並聯補償存在補償功率不能平滑調節的缺點，同時由於電容器輸出無功功率與電壓平方成正比，當系統電壓偏低時，需要更多的無功功率進行補償以提高系統電壓，電容器卻因電壓低而降低了出力。反之，系統不需無功補償時，由於電容器的接入，將使負載端電壓過分升高，影響補償效果，這也是電容器補償的一個缺點。
此外，有些電力電子設備如整流器、變頻器、開關電源等；可飽和設備如變壓器、電動機、發電機等；電弧設備及電光源設備如電弧爐、日光燈等，這些設備均是主要的諧波源，運行時將產生大量的諧波。諧波對發動機、變壓器、電動機、電容器等所有連線於電網的電器設備都有大小不等的危害，主要表現為產生諧波附加損耗，使得設備過載過熱以及諧波過電壓加速設備的絕緣老化等。
並聯到線路上進行無功補償的電容器對諧波會有放大作用，使得系統電壓及電流的畸變更加嚴重。另外，諧波電流疊加在電容器的基波電流上，會使電容器的電流有效值增加，造成溫度升高，減少電容器的使用壽命。
諧波電流使變壓器的銅損耗增加，引起局部過熱、振動、噪音增大、繞組附加發熱等。
諧波污染也會增加電纜等輸電線路的損耗。而且諧波污染對通訊質量有影響。當電流諧波分量較高時，可能會引起繼電保護的過電壓保護、過電流保護的誤動作。
因此，如果系統量測出諧波含量過高時，除了電容器端需要串聯適宜的調諧（detuned）電抗外，並需針對負載特性專案研討加裝諧波改善裝置。
無功功率補償的方法包括了並聯電容器補償、同步電機補償、動態無功功率補償等。由於並聯電容器具有功率損耗小、安裝、運行、維護方便等優點，目前得到了普遍的套用。但固定並聯補償存在補償功率不能平滑調節的缺點，同時由於電容器輸出無功功率與電壓平方成正比，當系統電壓偏低時，需要更多的無功功率進行補償以提高系統電壓，電容器卻因電壓低而降低了出力。反之，系統不需無功補償時，由於電容器的接入，將使負載端電壓過分升高，影響補償效果，這也是電容器補償的一個缺點。
此外，有些電力電子設備如整流器、變頻器、開關電源等；可飽和設備如變壓器、電動機、發電機等；電弧設備及電光源設備如電弧爐、日光燈等，這些設備均是主要的諧波源，運行時將產生大量的諧波。諧波對發動機、變壓器、電動機、電容器等所有連線於電網的電器設備都有大小不等的危害，主要表現為產生諧波附加損耗，使得設備過載過熱以及諧波過電壓加速設備的絕緣老化等。
並聯到線路上進行無功補償的電容器對諧波會有放大作用，使得系統電壓及電流的畸變更加嚴重。另外，諧波電流疊加在電容器的基波電流上，會使電容器的電流有效值增加，造成溫度升高，減少電容器的使用壽命。
諧波電流使變壓器的銅損耗增加，引起局部過熱、振動、噪音增大、繞組附加發熱等。
諧波污染也會增加電纜等輸電線路的損耗。而且諧波污染對通訊質量有影響。當電流諧波分量較高時，可能會引起繼電保護的過電壓保護、過電流保護的誤動作。
因此，如果系統量測出諧波含量過高時，除了電容器端需要串聯適宜的調諧（detuned）電抗外，並需針對負載特性專案研討加裝諧波改善裝置。
原理分析
功率因數的大小與電路的負荷性質有關，如白熾燈泡、電阻爐等電阻負荷的功率因數為1，一般具有電感或電容性負載的電路功率因數都小於1。功率因數是電力系統的一個重要的技術數據。功率因數是衡量電氣設備效率高低的一個係數。功率因數低，說明電路用於交變磁場轉換的無功功率大，從而降低了設備的利用率，增加了線路供電損失。所以，供電部門對用電單位的功率因數有一定的標準要求。
（1）最基本分析：拿設備作舉例。例如：設備功率為100個單位，也就是說，有100個單位的功率輸送到設備中。然而，因大部分電器系統存在固有的無功損耗，只能使用70個單位的功率。很不幸，雖然僅僅使用70個單位，卻要付100個單位的費用。在這個例子中，功率因數是0.7（如果大部分設備的功率因數小於0.9時，將被罰款），這種無功損耗主要存在於電機設備中（如鼓風機、抽水機、壓縮機等），又叫感性負載。功率因數是馬達效能的計量標準。
（2）基本分析：每種電機系統均消耗兩大功率，分別是真正的有用功（叫千瓦）及電抗性的無用功。功率因數是有用功與總功率間的比率。功率因數越高，有用功與總功率間的比率便越高，系統運行則更有效率。
（3）高級分析：在感性負載電路中，電流波形峰值在電壓波形峰值之後發生。兩種波形峰值的分隔可用功率因數表示。功率因數越低，兩個波形峰值則分隔越大。保爾金能使兩個峰值重新接近在一起，從而提高系統運行效率。
（1）最基本分析：拿設備作舉例。例如：設備功率為100個單位，也就是說，有100個單位的功率輸送到設備中。然而，因大部分電器系統存在固有的無功損耗，只能使用70個單位的功率。很不幸，雖然僅僅使用70個單位，卻要付100個單位的費用。在這個例子中，功率因數是0.7（如果大部分設備的功率因數小於0.9時，將被罰款），這種無功損耗主要存在於電機設備中（如鼓風機、抽水機、壓縮機等），又叫感性負載。功率因數是馬達效能的計量標準。
（2）基本分析：每種電機系統均消耗兩大功率，分別是真正的有用功（叫千瓦）及電抗性的無用功。功率因數是有用功與總功率間的比率。功率因數越高，有用功與總功率間的比率便越高，系統運行則更有效率。
（3）高級分析：在感性負載電路中，電流波形峰值在電壓波形峰值之後發生。兩種波形峰值的分隔可用功率因數表示。功率因數越低，兩個波形峰值則分隔越大。保爾金能使兩個峰值重新接近在一起，從而提高系統運行效率。
