功率因数的提高原理在电力系统中的应用

摘要

电力系统功率因数的高低直接影响了能源的利用效率，因此必须提高供电系统中各部分的功率因数，增加其电能的使用效率。文中简要说明了电网功率因数低带来的影响，介绍了提高功率因数的主要方法，并对并联电容无功补偿进行了详细的分析，得出了补偿电容容量的计算方法。最后，概述了提高功率因数所带来的经济效益和社会效益。

关键词：电力系统   功率因数   提高

The Improvement Theory of Power Factor and Its Application In Power Systems

Abstract

The power factor of Power system have a directly influence on the utilization efficiency of energy, so we must improve the the power factor of power supply systems, to increase the efficiency in the use of electricity. This paper briefly describes the power factor of low impact, and describes the main method to improve the power factor , and the parallel capacitor reactive power compensation is analyzed in detail, then find out the compensation capacitor capacity calculation method. Finally, this paper give an overview of improving power factor brings economic benefits and social benefits.

Key words：Power system   Power factor   Improve

引言

功率因数的大小，是负荷的性质和有功功率在视在功率中的比例决定的。在供电系统中，大多数用电设备都具有电感特性，这些设备不仅需要从电力系统吸收有功功率，还需吸收无功功率。根据有功功率=视在功率×功率因数。可知在一定的额定电压和额定电流下，功率因数越高，有功功率所占的比重越大。电路中的功率因数在0到1之间变化，根据《全国供用电规则》的规定一般工业用户的功率因数在0．85—0．9以上，凡功率因数不能达到指标的用户．供电企业可终止或限制供电。

1   功率因数低带来的影响

1．1电源设备得不到充分利用

一般交流电源设备都是根据额定电压和额定电流来进行设计、制造和使用的。根据它能提供给负载的有功功率P=UIcosα可知若功率因数低，则电源供给负载的有功功率也低，这样电源设备的潜力得不到充分利用。

1．2增大电力电网中输电线路损耗和线路压降

当输电线输送功率一定时。线路中电流与功率因数成反比．当功率因数降低时，电流增大，输电线上的功率损耗为：P=R，线路压降U=RI，。由此可知，设备的功率因数低，必然要在输电线路中流过更大的电流，使输电线路上有功功率损耗增大。而且引起用电设备两端的电压下降，这会严重影响用电设备的正常运行．尤其在用电高峰，功率因数过低，会出现大面积地区的电压偏低，势必对工业生产带来很大损失，严重影响居民正常生活。

2   提高功率因数的意义

提高功率因数可以使发电机尽量多出有功功率．最大程度利用发电机的容量，充分利用电力系统内各发电变电设备的容量，增加其输电能力。而且提高功率因数可以降低输电线路的功率损失和电压损失，提高企业用电设备的利用率和工作效率，为企业本身节约电能，降低生产成本，减少电费支出。

3   提高功率因数的主要方法

    供电系统功率因数低主要是由于负载叠用或使用不当，以及大量用电设备属于感性负载。提高功率因数的方法主要有两种:一是改善自然功率因数，减少用电设备对无用功的需要，二是采用无功补偿，在用电设备处设置能够提供无功电力的设备，使无功功率就地得到补偿。

4   并联电容法

无工补偿主要有并联电容、串联电容、串联电阻、静止补偿器等方法，以下仅对并联电容法进行探讨。

并联电容法是无功补偿中常用的的一类，并联电容后，原负载的电压和电流不变，吸收的有功功率和无功功率不变，即：负载的工作状态不变，但电路的功率因数提高了。  

图（1）                                 图（2）

由上图可知，在并联电容之前端口电流的有功分量为I，有功功率为

P=UI=Ucosφ

其中φ为并联电容之前的功率因数角，并联电容之后，电流的有功分量不变，而端口电流的无功分量却因并联电容而减小。由于并联电容之后无功功率减小，从而达到了提高功率因数的目的，从相量图也可以看出，由于并联电容的增加，电路中的总电流的绝对值也减小了。

并联电容的确定：

图（3）

=sin-Isin

将I= ,=

=ωCU=(tg-tg)

C=(tg-tg)

补偿的分类:

补偿分为欠补偿、全补偿、过补偿三类。一般情况下，电力系统中的功率因数补偿到0.95即可，即欠补偿。全补偿电力系统不要求，因为全补偿电容设备投资增加,经济效果不明显。在进行人工补偿时，应防止无功的过补偿。过补偿不仅增加国家投资，而且还降低补偿的经济效益和恶化电压质量，给电网和用户带来危害。因此，采用人工补偿的用户，必须做到随负荷变化进行调整，最好装设按负荷、电压或功率因数变化而自动投切的装置，以防止过补偿引起的的无功倒送，及因此带来的损失增加、电压升高等危险。

5   功率因数提高原理在电力系统中应用产生的的社会意义和经济意义

用户功率因数的高低，对于电力系统发、供、用电设备的充分利用，有着显著的影响。提高功率因数不仅能提高线路或设备输送有功功率的能力，减小发供电设备的装机容量和投资，降低产品成本，而且能提高线路电压，减少电压损失，降低电压波动，有效改善电能质量，从而达到节能降损的目的。

5.1改善功率因数，对于用户来说相当于减少了应缴电费

根据国家物价局颁布的《功率因数调整电费办法》规定3种功率因数标准值，相应减少电费：

（1）    高压供电的用电单位，功率因数在0．9以上；

（2）    低压供电的用电单位，功率因数在0．85以上；

（3）    低压供电的农业用户，功率因数在O．8以上。

对用户来说，由于供电单位对用户实行按功率因数调整电费的办法，当功因数高于其规定标准的，供电部门给予奖励，减收电费；低于规定标准的予以罚款，加收电费。一般来说，补偿后的功率因数以分别不超出0．95、0．94、0．92为宜，因为超过此值，电费并没有减少，相反初次设备增加，是不经济的。

5.2提高电能的利用率

下面以图（1）电路为例来分析：

已知电路中f=50Hz, U=220V, P=10kW, cosj₁=0.6，使功率因数提高到0.9。则当未并联电容，功率因数为0.6时，电路中的总电流为：

I====75.8A

并联电容后，功率因数为0.9，电路中的总电流为：

I===50.5A

由视在功率P=UI知：当电路有功功率功率不变时，提高功率因数，可以减小视在功率，从而提高电能的利用率。以上式的计算结果还可以得出，设备功率因数降低，在线路输送同样有功功率时，线路中就会流过更多的电流，使线路中的有功功率损耗增加，功率因素提高后，可以减少输送电流，减少设备的成本，提高设备资源的利用率，减少资源的浪费。

5.3降低了线路压降

由于线路传送电流小了，系统的线路电压损失相应减小，有利于系统电压的稳定，有利于大电机起动。

5.4降低了系统能耗

功率因数的提高，能减少线路损耗及变压器的铜耗。

6   结论

提高电力系统功率因数对社会有着重大的意义。功率因数提高，在有功功率不变的情况下，视在减小，无功功率也减小，这样增加了电能的利用率。如今，功率因数的提高原理在电力系统中有着广泛的应用，它的应用，不仅给用户带来了显著地经济效益，还降低了电网企业的网损，具有节能的作用。

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第二篇：功率因数的提高原理在电力系统中的应用

功率因数的提高原理在电力系统中的应用

功率因数的提高原理在电力系统中的应用

摘要：在电力系统中，功率因数是一个非常重要的技术指标，提高功率因数对于降低电力系统损耗、节约电能、提高供电质量等方面具有非常重要的意义。本文简要分析提高功率因数的必要性、功率因数的提高原理，并对并联电容无功补偿进行了详细分析，得出了补偿电容容量的计算方法，推导了提高功率因数和降低网损之间的关系，最后概述了提高功率因数所带来的经济效益和社会效益。

关键词：功率因数 补偿方法 经济效益

The Applications of The Principle of Improving Power Factor

In The Electrical System

Abstract：In the power grid, the power factor is a very important technical indexes, and improve the power factor for reducing the loss of power system, managing electric energy, improve the quality of power supply etc, it has a very important significance. This paper briefly analyzes the necessity of improving power factor, power factor improve principle, and to the shunt capacitance reactive compensation on detailed analysis, it is concluded that the compensation capacitor capacity calculation method, and deduced the improving power factor and decrease network loss, the relationship between the finally summarizes the improving power factor brought about by the economic benefit and social benefit.

Keywords：Power Factor , compensation method, economic efficiency

1、提高功率因数的必要性

在电力系统中，功率因数是一个非常重要的技术指标。功率因数的定义为有功功率P和视在功率S的比值。用电功率因数是指用电负荷的有功功率与视在功率的比值。

许多供电、配电系统和电力用户用电设备，如变压器、感应电动机、电力线路等，除从电力系统吸取有功功率外，还要吸取无功功率。无功功率仅完成电磁能量的相互转换，并不作功。无功和有功同样重要，没有无功，变压器不能变压，电动机不能转动，电力系统不能正常运行。无功功率的消耗导致用电功率因数降低，因而占用了电力系统发供电设备提供有功功率的能力，或增加了发送无功功率的设施，同时也增加了电力系统输电过程中的有功功率损耗。所以，提高电力系统的功率因数，已成为电力工业中一个重要课题。

功率因数降低会引起许多不良情况。例如，使输电线路中的传输电流变大,增加线损；使系统中输送的总电流的增加,使电力系统中的电气元件投资费用的增大；致使负荷端的电压下降,影响某些用电设备的正常运行；使系统内的电气设备容量不能得以充分利用等等。据统计，目前在我国的工业生产所消耗的电能当中，有20%-30%的电能消耗在了电气设备和电力线路 - 1 -

功率因数的提高原理在电力系统中的应用

上，造成了极大的能源浪费。因此，提高功率因数对于节约电能以及改善供电质量具有十分重要的意义。

2、提高功率因数的原理

下面简要介绍提高功率因数的原理。

目前提高功率因数的基本思想是使用电容器无功补偿设备进行无功补偿。通过在电路中串联或并联的方式接入电容器无功补偿设备后，将可以补偿感性负荷所消耗的无功功率，使功率因数得到提高。

通过电路理论的学习我们知道，在电感元件中，电流滞后于电压90°，而在电容元件中，电流则超前电压90°。在同一电路当中，电感电流与电容电流相位差恰好为180°。如果在电路中有比例地安装电容元件，可以使得两者的电流在一定程度上相互抵消，使总电流的矢量与总电压矢量之间的夹角缩小，从而使电容元件的无功功率与电感元件的无功功率相互补偿。这就是无功补偿提高功率因数的原理。

3、影响功率因数的因素分析

影响电力系统功率因数的因素有很多，包括供电系统和用户两个方面的因素，所以，改善电力系统的功率因数，必须双管齐下，从供电系统和用户两个方面同时进行。

下文将重点探讨功率因数的提高原理在电力系统的应用。

3.1供电电压。

当供电电压高于额定值的10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110%时，一般工厂的无功将增加35%左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。

3.2影响电力系统功率因数的主要因素

功率因数(COS =P／5)的产生主要是因为交流用电设备在其工作过程中，除消耗有功功率外，还需要无功功率，且S =p2+Q ，当有功功率P一定时，如减少无功功率Q，则功率因数便能够提高。在极端情况下，当Q=0时，则功率为1。

3.3用电设备自身的功率因数。

3.4电力系统频率的波动。

4、提高功率因数的方法

提高功率因数最常用的方法就是在需要无功的用电或供电设备上并联无功补偿电容器，这样，上述设备所需要的无功功率，便可由并联电容器供给。

4.1补偿电容的容量的确定

根据电路原理的有关知识可知，在功率三角形中：

Q1?Ptan?1，Q2?Ptan?2

- 2 -

功率因数的提高原理在电力系统中的应用

式中，Q1为补偿前的无功功率，Q2为补偿后的无功功率，那么可以计算出接入补偿电容器后系统增加的无功功率：

?Q?Q1?Q2?P(tan?1?tan?2)??CU2

那么就可以计算出应接入的补偿电容C的值：

C?P

?U2(tan?1?tan?2)

4.2 提高自然功率因数

除了用无功补偿的方法提高功率因数外，目前电力系统中常用的方法还有提高自然功率因数。提高自然功率因数是指通过某些技术或合理的设备维护等手段来减少用电设备的无功损耗，从而提高系统的功率因数。提高自然功率因数是不需要任何补偿设备的。

提高自然功率因数的方法主要包括合理选择负载、提高异步电动机的检修质量、合理选择变压器的容量来提高运行效益等等。

5、提高功率因数所带来的经济效益和社会效益

用户功率因数的高低，对于电力系统发、供、用电设备的充分利用，有着显著的影响。提高功率因数不仅能提高线路或设备输送有功功率的能力，减小发供

电设备的装机容量和投资，降低产品成本，而且能提高线路电压，减少电压损失，降低电压波动，有效改善电能质量，从而达到节能降损的目的。

（1）改善功率因数，相当于减少了应缴电费

（2）降低了系统能耗

（3）降低了线路压降

（4）增加供电功率。减少用电成本

6.结束语

本文介绍了影响电力系统无功功率的主要因素，给出了提高负荷无功功率的基本方法，功率因数是电力系统的一项重要经济指标，功率因数的提高是电力工业研究的一项重要课题，提高功率因数对于提高供电的经济效益、减少输电线路上的电能的损耗、提高供电的质量、提高发电设备的利用率以及节约能源均有十分重要的意义。同时，本文还阐述了提高电力系统功率因数的经济意义与社会效益，提高功率因数不仅可以减少用户缴纳的电费，还降低了电力系统的网损率，具有节能降耗的作用，对节约能源具有十分重要的意义。

参考文献：

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[2]邱关源.电路（第5版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

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