电力系统中的无功补偿装置及其原理分析

异步电机产生的磁通是由输出端的无功功率确定的，正弦电压、电流的功率因数为

式中Q₁是基波无功功率；S₁是视在功率。通过使用无功补偿措施可以提高输入电网中的电能功率因数cosφ，如果电机脱离电网孤立运行，必须提供足够的无功补偿设备。

如果电机定子直接连入交流电网，直接给定子绕组并联电容就是一个有效的补偿手段（可以将功率因数提高至90%～95%）。对于三相电机来说，假设定子绕组星形联结，如果每相绕组并联的电容都为C，那么无功补偿功率可以计算如下：

Q=3U²₁ω₁C（3-15）

如果需要调节电容的大小，可以采用电容组来实现阶梯状调节，如果要做连续调节，就必须采用可变电容器了。图3-10给出了基本无功补偿装置。

1.相控交流感性负载加电容补偿

如图3-10a所示，通过相控技术可以调节电感的分压，进而调节感性无功功率。由于电路中并联的电容器本身就有一定的定值无功功率产生，因此这种定值加可控值的无功补偿组合甚至可以补偿正负两个方向的无功功率波动。

2.带有电容和电感储能器的相控整流补偿(www.xing528.com)

如图3-10b所示，这种系统的思路是在整流器的直流端串联一个电感器作为储能元件。由于仍然使用了相控技术，因此电感消耗的无功功率也可以在一定范围内任意调节。再加上它也并联有电容器，因此这种结构的电路也能够有效地补偿无功功率。

图3-10 补偿装置

a）基本电路 b）导纳特性

3.电容储能自适应逆变器补偿

如图3-10c所示，这种补偿电路由前端逆变器构成，在逆变器的直流端并联电容，交流端串联电感。该装置既可以消耗无功功率，又可以提供无功功率，因此也是一种良好的无功补偿系统。

图3-10d给出的是导纳随着无功功率变化的四象限图，其中导纳的正方向表示感性导纳，负方向表示容性导纳。导纳定义如下：