功率因数

第1篇：功率因数

有源功率因数校正技术研究

【摘 要】电力电子变流装置的广泛使用给供电系统造成功率因数降低，对电网造成了谐波污染。解决谐波污染和低功率因数问题的根本方法是从装置本身着手，通过采用新的变流电路形式和控制方法来改善装置本身的功率因数和减少交流侧电流谐波。本文主要对有源功率因数校正电路的主电路拓扑结构、工作原理和控制技术进行了综述。

【关键词】PWM;高频整流器;控制技术

1、引言

电力电子变流装置的广泛使用，一方面为工业生产带来了方便，促进了电气技术领域的发展，另一方面，也给供电系统造成功率因数降低，对电网造成“谐波污染”等不利后果。因此，如何抑制电力电子装置的谐波污染和提高其功率因数已成为电力电子技术、电气自动化技术及电力系统领域所面临的一个重大课题，并受到越来越多的关注。

解决谐波污染和低功率因数问题的基本思路有两条：一条是从装置的外部着手，对电网进行无功补偿和谐波抑制。这对各种谐波源都是适用的;另一条是从装置本身着手，通过采用新的变流电路形式和控制方法来改善装置本身的功率因数和减少交流侧电流谐波，即开发新型的、高功率因数、不产生谐波的电力电子装置。这种变流器称为单位功率因数变流器(Unity Power Factor Converter)，也称为有源功率因数校正器APFC(Active Power Factor Converter)。

80年代中期以来，国际电力电子学界对有源功率因数校正的主电路拓扑、数学模型、控制策略进行了广泛的研究，本文主要分析和介绍有源功率因数校正技术发展过程中出现的各种主电路拓扑及控制策略。

2、有源功率因数校正电路的主电路拓扑结构[1]

APFC电路指在传统的不控整流桥和滤波电容之间加一级用于功率因数校正的功率变换电路，使得AC侧电流波形为正弦或接近正弦，从而提高功率因数的PWM整流电路。按直流侧储能方式可划分为电流型和电压型两大类;按电源相数可划分为单相PFC和三相PFC;按电感电流是否连续，可分为不连续导通模式(DCM)和连续导通模式(CCM)。

2.1 单相有源功率因数校正电路

理论上，电力电子电路的四种基本拓扑(Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk、Sepic、Flyback)都可以构成APFC电路，但由于Boost APFC电路具有(1)输入电流连续，电磁干扰(EMI)小;(2)有输入电感，可减少对输入滤波器的要求，并可防止电网对主电路高频瞬态冲击;(3)开关器件的电压不超过输出电压(4)可在国际标准规定的输入电压和频率变化范围内保持正常工作等优点。因此，实际使用最多的是Boost有源功率因数校正主电路，其主电路拓扑如图1所示。通过控制开关V的通断，可以使交流电源在任何相位都有正弦电流流过，且与电源电压同相位，从而使输入端功率因数接近1。

单相功率因数校正电路的主要缺点是：单位周期中输入功率不稳定，含有很大的二次谐波成分，对直流稳压电路要求较高，限制了单相变换电路在中大功率范围的应用。

2.2 三相有源功率因数校正电路

三相有源功率因数校正电路拓扑结构众多。图2是三相有源功率因数校正电路中最简单的三相Boost功率因数校正电路图。在开关V导通时，根据流过电感的电流正比于输入电压，实现功率因数校正。其特点是：只设一个开关器件，电路简单，但三相电流整体校正效果并不太理想;工作于DCM模式，三相电流不连续;能量只可单相流动。

2.3 PWM整流器主电路拓扑结构

PWM整流器主电路拓扑结构根据输出特性可划分为电压型与电流型两种;根据电源相数可划分为单相半桥、单相全桥和三相全桥三种。其电路结构如图3-7所示。此外，还有三电平三相PWM高频整流电路和电压型双PWM变频电路等。这类电路的特点之一是可以实现能量的双向流动。

3、PWM整流器的控制方式综述[2-3]

3.1 滞环电流控制

滞环电流控制是一种瞬时值反馈控制模式，用于电压型PWM整流器的控制。在此方式中，把给定电流信号与交流电流实际信号进行比较，两者的偏差作为滞环比较器的输入，通过滞环比较器产生控制主电路中开关通断的PWM信号，该PWM信号经驱动电路控制开关的通断，从而控制交流电流信号的变化。

采用滞环电流比较的直接电流控制系统优点是：结构简单，电流响应速度快，控制运算中未使用电路参数，系统鲁棒性好，应用较广。但其开关频率不固定，谐波电流频谱随机分布，这给滤波器的设计带来了困难。

3.2 平均电流控制

平均电流控制以输出电压误差放大信号和输入整流电压信号的乘积作为电流基准，将输入电流信号与基准电流进行比较，其中高频分量的变化经过电流误差放大器，被平均化处理。放大后的平均电流误差信号与锯齿波比较后，控制开关元件的通断，使输入电流波形接近正弦波，且与输入整流电压同相位。

平均电流控制的特点是谐波总畸变率和电磁干扰小，对噪声不敏感，开关频率固定，原则上可以检测任意拓扑、任意支路的电流。

3.3 预测电流直接控制

预测电流控制以开关的在线优化为出发点，加到开关控制器的输入量是由磁场定向控制系统提供的定子电流矢量分量，这些输入量用来控制复平面里的电流矢量轨迹，使它相对于参考电流矢量保持最小的空间误差。

预测电流控制具有良好的控制效果，但在采样频率不高或受微处理器运算速度限制的情况下，它的电流误差比滞环电流控制要大，另外，其控制精度依赖于系统的参数。

3.4 移相SPWM控制

移相SPWM的基本原理是将正弦波与三角波进行比较，以两者的交点决定开关点的位置。当采样频率趋于无穷大时，称为自然采样，当采样频率与三角载波频率相等时称为规则采样。但无论是自然采样还是规则采样，交流线电压基波最大值仅为直流电压的86.6%，直流侧电压利用率太低。

3.5 谐波注入式PWM

为提高直流电压利用率，可采用在给定电压信号中注入三次谐波或3N次谐波的方法，其实质是通过在正弦波信号上迭加3或3N次谐波使得调制波产生一个“平顶”，从而使调制波中的基波成分相对于三角载波“超调”。

在这种控制模式下，当调制比M=1时，交流侧基波线电压最大值等于直流电压，直流电压利用率比普通采样方式提高15%左右。但此方式只适宜三相无中线系统。

3.6 电压空间矢量PWM调制方式

电压空间矢量PWM调制方式是在一个开关周期中用两个有效电压开关矢量的平均值等效给定电压矢量在此开关周期的采样值。

电压空间矢量控制PWM调制方式的优点在于：容易实现交流侧电流正弦化，功率因数为1;直流侧输出纹波小，直流电压利用率高;在同样的交流线电流THD的要求下，比其他控制模式的开关频率大大降低。但这种方法计算量庞大，先要做复杂的坐标变换，进行矢量选择，然后需要分别计算各矢量的持续时间，再将分区段的时间相加变成三相脉宽调制时间，使得三相PWM的实时控制需要双CPU、DSP等高速控制器。这种方法的另外一个缺点是过多的运算环节容易产生控制误差甚至错误。

3.7 无差拍控制

无差拍(deadbeat)，指的是在每一个采样点上系统的输出都与其指令完全一致，没有任何相位滞后和幅值偏差。无差拍是数字控制特有的一种控制效果，它是在控制对象的离散数学模型的基础上，通过施加精确计算的控制量来使得被调量的偏差在一个采样周期内得到纠正。

无差拍控制最显著的优势是系统的动态响應非常迅速，缺点是：它要求建立精确的数学模型，当理想模型与实际对象有差异时，剧烈的控制动作会引起输出电压的震荡，不利于整流器的稳定运行。

4、结论

可以预见，随着新型半导体器件的发展和控制技术的日趋完善，PWM高频整流器将得到普遍的工程应用，电网的谐波污染和低功率因数问题也将得到较大的改善。

参考文献

[1] 王兆安,杨君,刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社,2005.10 .

[2] 王兆安,刘进军.电力电子装置谐波抑制及无功补偿技术的进展[J].电力电子技术,1997(1):100-104.

[3] 屈莉莉，张波.PWM整流器控制技术的发展[J].电气应用,2007,26(2)：6-11.

作者：陈善坚

第2篇：浅析提高功率因数的无功补偿方法

【摘　要】减小供电线路对电流的消耗，节能减排等，作为企业提高经济效益的有效措施。推行无功补偿也能使企业的用电效率有所改善。基于此，本文主要对提高功率因数的无功补偿方法进行了探讨。

【关键词】功率因数;无功补偿方法;提高

推行无功补偿，节约能源必须考虑无功传输过程需要消耗有功的方面。尽管无功补偿会给企业带来更大的经济效益，但在推行无功补偿的过程中需要多方面考虑，例如怎样进行无功补偿才能给企业带来更大的经济效益，节约更多的能源，这就需要在推行无功补偿的过程中，遵循科学的、合理的补偿方法和原则。

1.对功率因数有影响的主要因素

(1)影响功率因数的感性设备。电力变压器和异步电动机为无功功率消耗产生的主要设备。变压器变压过程的完成需要电磁感应，也需要用无功功率建立并维持磁场能量的转换，而变压器额定容量的10%～15%约为变压器变压过程消耗的无功功率。而异步电动机大部分无功功率消耗的主要因素则是由于异步电动机的转子与定子之间存在气体缝隙。(2)当供电的电压超过相关规定规定的供电电压范围时，也会对无功功率的因数有非常大的影响。当额定值小于供电电压时，由于磁路的饱和 ，无功功率的增长速度会迅速加快。当额定值大于供电电压时，电气设备的工作状态将会受到影响。(3)影响功率因数的变频器。高次谐波会在工作状态下的变频器上大量产生，高次谐波的产生不仅威胁到用电设备的耐压能力，同时无功功率也会大量消耗，从而使无功功率因数降低，影响其他用电设备的工作状态。(4)当电流通过输送线路时，产生的电抗作用也是影响无功功率因数的主要因素之一。

2.补偿功率因数的方法

2.1如何选择无功补偿装置的装设位置

单独就地补偿、低压集中补偿、高压集中补偿这三种无功补偿方式，是工厂供电系统无功补偿装置装设的常用的位置。在每个厂房车间或某些用电设备的附近，分散的装设无功补偿装置，这种装设方式叫做单独就地补偿，也被称为个别补偿。这种方式能够在一定程度上弥补变电所的主变压器和安装部位前面的全部高压、低压线路的无功功率。由于这种补偿方式的补偿范围是最大的，效果相对来说较好，也因此单独就地补偿方式的补偿装置需要的投资成本很高，同时当单独就地补偿方式的补偿装置在用电设备的工作状态从工作到停止时，此装置也会被切除。所以它的利用效率较低，这种装置不常用于一些不经常运转而容量较小的用电设备。而经常应用在中频高频电炉等经常运转且容量较大的设备或者应用于荧光灯等容量小、数量较多且需长期稳定工作的设备。

在工作车间内的低压母线上安装无功补偿装置是低压集中补偿。视在功率会因这种补偿方式而减小是由于这种补偿装置能够弥补低压母线前的高压配电线以及前面的电力系统和变压器形成的无功功率，且其补偿区域比较大。因此就可以选择一些量较小的变压器。由于其运行方便，经济实用，这种补偿方式在工厂中得到普遍的应用。

高压集中补偿顾名思义其只适用于高压线路上，因此它只能弥补10 KV母线前的高压线路上的无功功率而对10 KV母线后的无功功率不能进行补偿，所以这种补偿装置只能被安装在10 KV母线上，补偿的经济效果较前两者比较相对差一些。这种补偿方式常用于大中型的工厂，由于此方式前期投资成本较少、便于集中的维护且能够有效地补偿高压侧无功功率等有点。

2.2确定无功补偿的容量

根据功率因数上的标准进行补偿,需要按下式计算:

Qc=P30(tan arccos?准-tan arccos?准)。

该式中:Qc是无功补偿的容量(kvar);P30是计算的负荷(kW);cos?准补偿前的功率因数,cos?准为补偿后的功率因数。

单台式电动机补偿,需按下式计算:

Qc=0.9×3UNIO.该式中:UN是电动机额定电压(kV),IO是空载电流(A)。

2.3装置类型

2.3.1并联的移相电容装置

由于其结构简单、技术相当成熟、运作时可靠性非常高且是适用于无功补偿的传统方法等诸多优点, 此装置被国内外的工厂广泛应用。依照负荷性质在投入和切除时可以选择自动或手动这两种工作方式，且在其工作时应尽量避免过补偿情况的出现。这种补偿的缺点和不足是不能形成连续的、线性的补偿且只能分级补偿。此外，某些电容器及一些器件输送电流的线路严重过载而烧毁的原因是电力系统产生的谐波,可能会与系统中所固有的电抗形成并联谐振,导致谐波电流放大引起的。

2.3.2 SVC (静止型无功补偿装置)

再近几年已获得很大发展的SVC已被广泛用于电力系统无功补偿。FC+TCR(固定电容器+晶闸管控制电路控制电抗器)是这种补偿装置的典型代表。TSC(晶闸管投切电容器)也被广泛应用与电力系统，但它不能连续的调节无功功率，只有与TCR配合使用才能连续的调节无功功率。而这种FC+TCR不仅能连续的调节无功功率而且其响应速度还非常快，从而对无功功率达到快速且动态补偿的目的，使功率因数得到提高。

2.3.3 SVG(静止无功发生器)

SVG是一种可以产生超前或滞后电流90°的转换器，也是一种电力电子的无功补偿装置。SVG是借助无功功率的发出来达到无功补偿的目的，不需要大容量的储能元件是SVG与SVC的不同之处。呈现容性时，是SVG向电网供给无功;呈现感性时，则是SVG从电网获取无功。SVG完成电网无功动态的快速补偿可依据电网无功功率的情况，在SVG向电网供应或吸取无功时所成的容性和感性间连续的、快速的调节。但是由于SVG不足以應对不对称的系统，因此使得这种发生器不能充分的发挥形成额定的无功电流的优点，因此致使SVG的应用受到限制。

3.应用的实例分析

某企业的电力无功补偿装置中，两路10kV的高压进线线路被采用，且补偿电容器被安装在配电所内的两段10kV母线上;因为在此电力无功补偿装置中用到了100立方米的空压机，所以需要考虑采用何种设备来作为此补偿装置的动力，并且调整励磁能够使其呈容性，同时也可以作高压无功的补偿装置，采用同步电动机可以实现上述目的;而在采用低压集中补偿的装置则安装厂房车间的变电所内而在铸造车间选择使用能够完成无功功率动态且能够快速补偿的SVC，由于其过于剧烈的负载变化;而为了使工厂中大型的感应电动机有更高的利用率则选择单独就地补偿方式。合理、科学的配合使用这种装置，可以使工厂的功率因数滞后，提高工厂内部车间的功率因数，不仅减小了投资的成本、设备得到更充分地利用也实现了节约能源降低消耗的目的。

4.结语

无功补偿作为提高企业供电网络功率因数和改善电压的有效措施，不仅对电网经济效益的提高，电费支出的降低和能源利用率的提高有显著的效果，而且也响应了国家号召的节能减排，降低能源消耗的政策，同时也在一定程度上提高了企业的经济效益。

【参考文献】

[1]陈小虎.工厂供电技术[M].北京：北京高等教育出版杜，2001

[2]王乙伊.低压配电网无功补偿方式的研究[J].广东电力，2007，(2).

[3]蔡颖新.工厂供电系统无功补偿的分析及应用[J].电气节能与新能源，2007,(8).

[4]周志敏,周纪海,纪爱华.无功补偿电容器配置、运行、维护[M].电子工业出版社出版,2009.

作者：傅裕

第3篇：工厂供电中功率因数补偿的应用研究

【摘 要】在工厂供电过程中，功率因数补偿具有重要的作用，功率因数的大小对设备输出有功功率的能力具有直接的影响作用，因此，对工厂供电系统的高效、稳定及安全运行的要求越来越高，为了满足工厂的用电和稳压节能的需求，最有效的途径就是引用功率因数补偿的方法。本文主要对工厂供电中功率因数补偿的应用给予分析，从工厂的实际出发，对几种比较适合的功率因数补偿的方法给予研究，包括人工补偿的采用及自然功率因数的提高，其中分组补偿法的采用，能够使功率因数得到有效改善，有利于工厂的安全、有序生产，使负载电压不断趋于稳定，有利于工厂稳压节能目的的实现。

【关键词】工厂供电;功率因数补偿;功率因数;有功功率;稳压节能

在工厂运行过程中，供电系统的安全、稳定运行具有重要的作用，直接关系到工厂的生产效益。因此，使工厂供电系统的运行效率得到有效的提升，是当前急需解决的问题，最有效的途径就是选择一个合适的功率因数补偿的方法，在供电系统的运行当中，功率因数是一个比较关键的技术参数，在电气设备效率的衡量过程中，功率因数也是一个重要的系数，功率因数越低，说明电气设备输出有功功率的能力越弱，设备的利用率越低，供电线路损失越严重。对于功率因数，供电部门有一定的标准要求，现阶段，在国内规定功率因数的标准范围为0.9-1。

一、工厂供电系统中功率因数的影响作用

在交流电路中，功率因数是指电压与电流之间的相位差的余弦，而功率因数在数值上等于有功功率与视在功率的比值，公式表示为：

其中，P表示有功功率，S表示视在功率，Φ表示电流与电压之间的相位差。在工厂供电系统中，电感性是多数电气设备的特性，比如电焊机、电力变压器、感应电动机，在正常工作中，这些电气设备会产生交变磁场，主要靠吸收有功功率和无功功率来实现。在有功功率输送过程中，一定情况下，无功功率一旦增加，将会使有功功率因数降低，进而严重影响供电系统。工厂供电系统功率因数的提高，不仅有助于供电系统供电质量的改善，还会大大降低无功损耗，促进节能目的的实现。目前，多数工厂为了达到节能的目的，一个有效的方法就是改善功率因数。

二、提升功率因数对供电系统的好处

(1)在工厂供电系统中，功率因数得到有效的改善，不仅大大减少了电气元件的使用，还降低了电力投资费用，使电能本身的损耗得以降低;(2)在电气设备运行过程中，确保良好的功率因数值，可以减少电压损失，使负载电压更加具有稳定性，促进电能质量的改善;(3)在现有设备的运行过程中，如果设备容量不变，在电容器安装之后，可以使功率因数得以提高，增加负载容量，比如一台变压器(800kVA)，功率因数从0.8提高为0.98，补偿前的电功率：800×0.8=640kW;补偿后电功率为：800×0.98=784kW。经过计算，可以看出对于同一台变压器，功率因数提高后，可以大大增加电气设备的负载。

三、功率因数补偿的方法

1、自然因数的提高

为了提高自然因数法，常用的方法主要有：(1)在选择电动机时，电动机的容量一定要恰当，进而降低电动机的无功损耗，避免“大马拉小车”现象的发生;(2)对于轻载电动机，平均负荷一般较小，一般低于额定容量的40%，此时可以改变线圈接法，比如三角接法，有利于自动转换;(3)在机组或电气设备运行过程中，要加强巡视工作，避免空载运行现象的出现;(4)对变压器进行合理配置，选择比较恰当的设备容量;(5)对工厂生产班次进行有效的调整，尽量使用电负荷均衡化，使用电负荷率得到有效的提升;(6)对工厂供电系统的配电电路布局进行改善，尽量防止曲折迂回现象的出现。

2、人工补偿法

实际运行中，进行无功补偿的设备主要有電路电容器、调相机。一般情况下，电力电容器应用的比较多，就是将电容器并联在电感性负载上。通过此方法可以利用电容器的无功功率对感性负载的无功功率进行补偿，在电源和感性负载之间存在一定的能量交换，此方法有利于这种能量交换的减少或消除。在交流电路中，负载中的电压和电流的相位与纯电阻电路相同，在纯电感负载中，电流低于电压，在纯电容中，电流高于电压，两者之间的差值相同，从而电感和电容中的电流可以相互抵消。在供电系统中，多数为感性负载，因此，总电流滞后电压一定角度，是比较常见的，将负载与并联电容器并联在一起，电容器产生的电流将会对电感产生的部分电流抵消，从而降低总电流，有利于功率因数的提高。

使用并联电容器进行补偿的方法分为：

(1)个别补偿：根据电气设备对无功功率的需要量，在电气设备周围安装相应的电容器组，在实际运行过程中，电气设备和电容器组能够同时投入和断开，即，在实际工作中，直接在电气设备附近接上电容器就可以了;

(2)分组补偿法：在变电所和车间配电室的各个分路出线上，对电容器进行分组安装，这样部分电容器可以与电气设备在工作中同时投入或断开，即在各个车间的配电盘母线上分别安装电容器;

(3)集中补偿：变电所在运行过程中，都具有一次侧母线和二次侧母线，将电容器组集中安装在这些母线上，在实际工作中，根据变电所无功功率的需求量，电容器组进行适当的补偿。

在选择无功补偿设备时，必须考虑到适用性及合理性，另外对于设备的性能特点也要多加注意，对于经济条件比较好的供电单位，在选择投切装置时，要以自动化的为主。如果工厂受到经济水平的限制，在对无功补偿设备进行选择时，必须考虑到环境因素，对电压的承受能力要进行提前的勘察，尽量提高设备的耐用性，另一方面，在安装电容器时，也要考虑到环境的温度差距和抵抗电流的能力。

使用电容器对功率因数进行补偿，具有一定的优势，同样也存在一定问题，比如开关电源、变频器及整流器等电力电子设备，发电机、电动机及变压器等可饱和设备，日光灯、电弧炉等光电源设备和电弧设备等，这些电气设备都属于谐波源，在运行过程中，会有大量谐波产生，而谐波的存在将会直接影响电网连接的电气设备，比如电容器、电动机、变压器及发电机等，并产生一定的危害。主要原因为大量谐波的存在将会额外增加负载损耗，使电气设备出现过载过热现象，从而加速了绝缘设备的老化现象，降低电气设备的使用寿命。将电容器并联在线路上，对谐波的产生具有放大作用，使供电系统的电流和电压的畸变现象更加严重。同时，在电容器的基波电流上会出现谐波电流叠加现象，会增加电容器上电流的有效值，造成温度升高现象，电容器长期处于高温环境下作业，将会大大降低使用寿命。谐波电流的存在，会增加电容器的铜损耗现象，增加局部的噪音、振动及过热现象，甚至引起输电线路损耗的增加。随着谐波电流分量的增加，不仅会引起继电保护器的误动作，还会给通信质量造成严重的影响。

结束语

综上所述，通过对功率因数的提高，对工厂供电系统的稳定高效运行具有重要的作用，不仅减少了电气元件的使用，也有利于电压损失减少和负载容量的增加。对于整个供电系统而言，功率因数是非常关键的技术参数，在供电系统的实际运行过程中，功率因数补偿的方法主要有人工补偿法和自然因数的提高，有利于工厂用电质量的改善。

参考文献：

[1]卢贤成.工厂供电系统功率因数就地补偿的理论与实践[J].有色冶金节能，2013(2).

[2]黄捷.工厂供电中无功补偿的应用[J].黑龙江科技信息，2014(7).

[3]荆有艳.工厂供电系统节能方法研究[J].机电信息，2013(5).

作者：余杰

第4篇：对工厂供配电系统功率因数的探究

【摘要】经济的发展以及科技的进步使得工厂配电领域在原有的基础上得到了很大的发展和进步。然而，在工厂配电领域发展的同时，也面临着一定的困难，供配电系统功率因数就是目前面临的最为严重的问题之一。因此，对于工厂供配电系统功率因数的研究是十分有必要的。本文主要阐述了提高功率因数的意义，并对提高功率因数的方法进行了一定的研究，希望能够为工厂供配电系统的提高而提供一些有价值的参考意见。

【关键词】功率因数;自然功率因数;人工补偿;电容器补偿

工厂供配电系统功率因数降低是当下许多工厂面临的一个严重问题，其因数的高低直接关系到工厂电量的消耗以及工厂的经济效益。我国供配电领域虽然对工厂供配电系统功率因数方面进行了一定的研究，并且其研究应用在实际的供配电系统中也取得了很大的成就。然而，随着我国供配电领域的不断发展，现有的对工厂供配电系统功率因数的研究已经不能很好的满足工厂发展的需要。因此，在今后的发展中，要加强对工厂供配电系统功率因数的重视和研究，并且在研究的过程中逐渐将对工厂供配电系统功率因数纳入到供配电领域研究的一个重点课题，从而促进我国工厂供配电系统的进一步提高。

一、提高功率因数的意义

在工厂的供配电系统中，提高功率因数对于工厂供配电领域有着多个方面的重要意义。首先，提高供配电系统的功率因数能够有效的提高电力系统的供电能力。也就是说，在供配电系统其它条件不变时，如发电、输电等等，如果能够大幅度的提高功率的因数，那么则会在很大程度上提高电力系统的供电能力。其次，提高供配电系统功率因数，能够有效的降低供电网络中电压的损失，以此来使得供电的质量提高。这是由于功率因数提高后，其电流在网络中就会相应的减少，从而导致的电压损失就会变小。而电压损失变小的直接作用就是能够提高供电的质量。再次，提高功率因数能够供电网络中的功率耗损降低。而以上种种这些作用和意义都会在很大程度上降低企业产品的成本。总而言之，提高供配电系统的中的功率因数，其意义重大，其作用更是不可忽视的。

二、提高功率因数的方法

由上述可知，提高供配电系统中的功率因数对于工厂用电量的减少、工厂成本的降低等多个方面都有着十分重要的作用。然而，我国当下在工厂供配电系统功率因数方面普遍存在着因数较低的现象。而这种现象的存在严重的影响了工厂的发展。所以，对于这一问题不容忽视。笔者在此对提高功率因数的方法进行了一定的探索，希望能够为供配电系统的提高而做出一些贡献。

1、提高负荷的自然功率因数

在工厂供配电系统中，要想提高功率因数，其方法是有很多的。但是，就笔者看来最为重要的一点就是要提高负荷的自然功率因数。所谓的提高自然功率数指的就是在不使用任何补偿设备的条件下，利用科学的、合理的方法和措施来降低供配电设备中无功功率的需求量，进而提高供配电系统的总功率因数。由于这种方法不许要添加额外的设备，所以是最为经济的一种方式，同时也是工厂在运行中经常采用的一种方法。而其具体的做法如下：

(1)提高负荷的自然功率因数首先就应该选择合理的电动机。所谓的合理的、正确的电动机指的就是能够不在轻载或者是空载的状态下也能够理想的运行。如果工厂的条件良好，最好是可以使用笼型异步电动机。这种电动机对应于提高负荷的自然功率因数是十分有效的。

(2)其次，提高负荷的自然功率还应该要有效的保证电动机的检修质量。而这里的检修主要是针对于电动机的结构参数以及电动机的性能参数。这主要是因为，在电动机运转的过程中，其中的一些定子线圈等会或大或小的减少励磁电流增大，进而使得功率因数提高。而检修电动机的结构参数以及性能参数则能够很多好的限制其因数的降低。

(3)合理选择变压器的容量，适当调整其运行方式，尽量避免变压器空载运行。变压器轻载时功率因数会降低，但满载时有功损耗会增加，因此，选择变压器的容量时要从经济运行和改善功率因数两个方面考虑。

2、人工补偿法提高功率因数

如果负荷的自然功率因数不能满足要求，应采取人工补偿的方法提高负荷的功率因数。目前，工厂企业广泛采用并联电容器补偿、同步电动机补偿和动态无功补偿方式进行无功功率的人工补偿。同步电动机补偿是通过调节同步电动机励磁电流起到补偿无功功率的作用。并联电容器，又称移相电容器，是一种专门用来改善功率因数的电力电容器。并联电容器与同步电动机相比，具有安装简单、运行维护方便有功损耗小、组装灵活、扩建方便等优点。

(1) 并联电容器的结线

并联补偿的电力电容器大多采用△形结线，对于低压并联电容器，因为大多是做成三相的，故其内部已接成△形。假设有电容为C的三个单相电容器，如果其额定电压与三相网络的额定电压相同时，应将电容器接成三角形;如果电容器的额定电压低于三相网络额定电压时，应将电容器接成星形。

(2) 并联电容器的装设地点

并联电力电容器在工厂供配电系统中的装设位置有三种，即高压集中补偿、低压集中补偿和单独就地补偿。高压集中补偿高压集中补偿是指将高压电容器組集中装设在工厂变电所的6～10kV母线上。该补偿方式只能补偿总降压变电所的6～10kV母线之前的供配电系统中由无功功率产生的影响，而对无功功率在企业内部的供配电系统中引起的损耗无法补偿，因此补偿范围最小，经济效果较后两种补偿方式差。

工厂供配电系统功率因数的研究涉及的方面是很多的，而以上仅仅只是笔者对于供配电系统因数的几个主要方面的研究，并且由于笔者在功率因数方面的研究有限，因此，仅仅凭借上述功率因数的研究来提高供配电系统是远远不够的。所以，对于供配电系统功率因数的研究还需要供配电领域的专业人士共同致力于研究和探索。

结语

综上所述，工厂供配电系统功率因数的研究对于工厂的发展以及供配电系统的提高等多个方面都有着不可忽视的重要作用。然而，工厂供配电系统功率因数的研究是一项比较复杂的研究，再加之我国供配电领域对于工厂供配电系统功率因数的研究还没有达到一定的深入程度，因此不利于供配电系统的提高。所以，在今后的发展中，要加强对工厂供配电系统功率因数的重视和研究，并且要从工厂的多个角度，从供配电系统因数的多个方面进行研究，从而研究出更好、更有效的提高系统因数的方法和措施，促进我国供配电领域的进一步发展。

参考文献

[1]马翔，黄剑峰，宋昕.电力系统功率因数研究[J].今日科苑，2010(22).

[2]李玉成，慈兢.某冶炼厂配电系统功率因数提高的节能分析[J].科技资讯，2011(05).

[3]王玲，康健，邹宏亮，崔大伟，李晨光.实时电能质量监测系统的构建及应用[J].电力系统保护与控制，2011(02).

作者：王罡

第5篇：开关电源功率因数校正技术的研究

摘要：随着电力电子技术的持续发展，也相应提高了对开关电源的功率要求，在此背景下，电力电子技术领域研究人员都开始致力于功率因数校正(PFC)技术研究，由于研究角度存在一定差异，也直接影响了PFC技术的分类。基于电网供电视角进行分类，可以将其分成单相和三相PFC电路两种类型，基于校正机制视角进行分类，可以将其分成无源和有源功率因数校正电路，下文将着眼于如上视角，展开对于开关电源PFC技术的深入探索。

关键词：开关电源;功率因素;校正技术

引言：

何谓功率因数?也即交流电路中的有功及视在功率的比值，对于普遍存在的正弦交流电流而言，功率因数通常代指与电压及电流相位角差相对应的余弦值，然而，对于开关电源而言，则往往难以借助类似方法进行功率因数表征，而造成这一问题的主要原因在于设备电流产生于输入电压峰值点，且其中的输入电流形式为脉冲波形。

1、开关功率因数校正技术原理

應用开关功率因数校正技术进行处理，其中所采用的开关电源效率普遍相对较高，可以借助二极管材料滤波及全波整流电路实现电源输入，为此，一旦整流滤波中并未采取滤波电路，而是仅仅应用了阻性负载，则其中的输入电路正弦波可以与电源电压相近。针对此类技术原理本质进行分析，通过功率因数校正技术手段可以实现对整流及滤波电路的充分分离，进而促进整流电路的转变，使其得以转化为电阻性负载。随着此项技术手段的持续优化，该项技术已经在小功率开关电源中实现了规模化应用，然而，若想将其应用于大功率领域中，则要求展开积极的深入探索[1]。

2、功率因素校正技术

2.1 基于校正机理的PFC技术

通常可以将PFC电路分成无源、有源与高频有源PFC几种形式，应用无源PFC技术进行处理，可以利用电容器和电感器设备构建滤波器，针对输入电流实施整形处理，直至将其调整到功率因数为1。此类电路最初是在低功率器件基础上所衍生的，如果其中的器件体积相对较大，则往往无法实现高功率因数的目标。在有源PFC电路建设过程中主要包含有源开关、控制电路及电感开关，其主要工作原理如下：在输入交流零点位置处开通有源开关，可以让其中的储能电流充分流经电感装置，并在此基础上关闭有源开关。在完成电流转移后，电感器中的电流已经转移到了整流器设备中，可以让零交叉和锯齿波等多种信号维持良好的同步运行状态。利用PWM进行信号比对，可以实现对有源开关的充分驱动，而其中的误差信号则往往可以与交流及输出电压的有效值呈现出正比变化关系。针对有源开关的接通时间进行充分调节，可以维持良好的输入电流及电压关系，并据此实现充分的输入电流波形状态优化。此类调节方法的应用效率相对较高，但是其电感体积相对较大，且工作频率较低，因此无法深入推广。

针对高频有源PFC电路中的交流电压信号实施取样处理，并将其与误差放大器中的输出结果相结合，将二者结果相乘，可以实现对PWM的驱动，以达到良好的开关管通断控制效果。对于交流电压而言，与电感装置相对应的高频振荡电流频率可以实现反复变化，如果电感平均电流相对较小，则可以提升开关周期与正弦波形的相似度。至于高频有源PFC电路，其中的电路构成则往往更为复杂，也因此提高了设备的使用要求。近年来，各类PFC集成电路层出不穷，让PFC电路实现了充分简化，同时，也在一定程度上缩小的集成电路的体积[2]。

2.2 基于电网供电的PFC技术

2.2.1 单相PFC技术

现阶段市面上应用最为广泛的一种开关电源为单相高频式电源，可以结合电源的拓扑结构进行APFC分类，将其概括为单机及两级两种功率因数校正模式。何谓单级PFC技术?利用此项技术可以让PFC和DC/DC转换器实现充分整合，以相应降低电路体积，削弱技术应用成本，进而提升系统整体运行效率。此类电路的主要优势如下：首先，利用PFC和DC/DC级可以实现对电路及开关管的充分管控，其中的电路设计模式一般较为简单，可以利用此类技术可以直接降低硬件成本;其次，电路变换阶段的电流及电压比参数存在一定差异，可以借此促进功率转换，以提升系统运行的可靠性。两级PFC电路往往以两级转换器为主要结构，可以借此进行电路优化，以实现对输入电流谐波信息的高效管控，以促进DC/DC转换器的转化，使其得以与电路负载量相适应[3]。

2.2.2 三相PFC技术

利用三相PFC技术进行电路管控，系统管控的安全系数普遍相对较高，可以有效降低由于中性线端电压过于突出所引起的电路烧毁风险。在中性线传输阶段往往无需实现整体电路电流传输，可以充分规避谐波电流电路干扰风险。在恒定的功率环境下，不会产生过多的电流振荡功率损耗，因此可以发挥更为良好的功率因数优势，以保障电能整体利用率。此类电路的主要构成结构为谐波注入、主功率、驱动及采样结构，可以利用DSP电路进行充分管控，而单周期控制算法中所采用的主要变量分别为输出电压、谐波注入信号等。需要充分利用三相电感电流进行处理，以明确电路的实际运行状态，进而确定最佳的Vref，并在此基础上获取输出电平。如果电路序列中的电感并未保持连续的导通状态，则可以便利后续任务控制工作，因此往往无需结合三相电感值进行处理。此外，可以利用自动化检测设备进行Vref值检测，以获取精准全面的数据信息，提升工作数据的完整度和准确性，高效解决各类数据异常问题。要求充分利用计算机处理技术，并以此为前提，实现充分的信息收集整理和全面系统的配电系统检测。

首先，在经过前期数据调取、资源存储等操作后，可以让数据库信息得到充分优化，以提供充足的设备检修参考，为后续维护工作的高效开展提供充足的依据;其次，可以进行充分的信息上传，将所收集的信息向运监系统中传输，让相关检修人员可以结合自身需求确定设备故障问题，进而保障维修工作的开展质量;再次，在大数据技术的支持下，检测系统数据功能可以得到充分优化，可以切实提升信息采集处理及分析的精确度，让平台自动缴费功能得以实现，同时，有效规避偷电漏电等不良用电行为，实现对于整体电力系统的全面管控;最后，可以获取即时的设备运行工作状态，有助于明确设备自身性能及零部件运行情况，以便做出及时预警，将其上传到维护系统中，让检修人员可以及时发现异常的数据信息并予以更换[4]。

3、低压配电系统自动化控制水平优化策略

3.1 材料设备优化

为充分确保整体电压配电系统安全运行的稳定性，要求积极关注系统运行基础，以确定最佳的原材料类型，选择最为合理的现场应用设施。此类电压配电系统性能能否充分适应系统使用需求，能否维持良好的质量，将直接影响系统的后续运行状态。除此之外，配电系统的原材料标准和要求也一般相对较高，需要以可持续发展战略为指引，积极响應国家节能环保号召，挑选更为优质、能源损耗及污染均相对较小的原材料。需要充分关注配电系统的实际布施需求，并在此基础上展开深入的产品探索，融入更高质量的节能产品，以充分展现能源价值。

3.2 低压配电系统优化

配电系统结构搭设的合理性，以及系统能否维持安全稳定运行，均是决定电网输出质量的重要因素。需要以满足社会生产及生活需求为前提，积极开展前期规划设计工作，以实现对操作工艺手段和流程的充分简化，同时，减小施工难度。在正式应用低压配电系统前，要求充分吸取各类工程建设经验，以确保系统故障处理效果，同时，优化系统服务。

3.3 合理规划电网

配电系统前期规划的合理性是决定系统后期运行效率的关键，要求积极开展高效的系统管理，以实现良好的分支线路管控。要求针对网络运行过程中所产生的能源损耗进行高效管控，同时，需要结合系统用电需求及电网能源输出水平进行判定，做出清晰的判断，并落实前期规划方案。此外，要求以降低能源输出问题为前提，不断降低系统能源损耗，进而实现更为优质的能源服务，使其得以更好地服务于经济建设[5]。

结语：将自动化控制技术手段应用于低压配电系统中，可以实现对于系统运行效率和能源输出质量的全面优化，然而，仍需针对其应用细节展开深入优化。要求相关工作人员充分关注经济实际发展需求，展开对已有结构体系的充分优化，以发挥能源优势，进而推动社会经济的发展。然而，在技术实际应用过程中仍然存在诸多问题，而其中尤以现代化控制技术的应用最为关键，要求在确保配电系统运行稳定性的前提下开展深入研究，以实现充分的社会能源需求供给，同时，相应降低系统能源损耗，进而推动社会经济的发展。

参考文献

[1]金志强.开关电源功率因数校正技术的研究[J].大众用电，2021，36(10)：46-47+69.

[2]于广，刘龙，申华，鞠尔男.带功率因数校正的开关电源磁性元件设计[J].电气传动，2021，51(15)：20-24.

[3]郑彦文. 用于多组分薄膜材料制备的大功率数字开关电源的研制[D].北京工业大学，2020.

[4]万其明，蔡教武.一种LED灯驱动电源功率因数校正变换器的设计[J].照明工程学报，2019，30(05)：119-125.

[5]林长瑀，许富旺，陈玉玲.开关电源的发展与组成原理[J].计算机产品与流通，2019(03)：58.

作者：郑世杰

第6篇：无功补偿对低压电网功率因数的影响

摘要：依据用电设备的功率因数，可测算输电线路的电能损失。通过现场技术改造，可使低于标准要求的功率因数达标，实现节电目的。本文分析了无功补偿的作用和补偿容量的选择方法，着重论述了低压电网和异步电动机无功补偿容量的配置。结合应用实例说明采用无功补偿技术，提高低压电网和用　电设备的功率因数，已成为节电工作的一项重要措施。

关键词：节电技术　功率因数　无功补偿

“注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文”。

作者：杨春波

第7篇：功率因数调整电费

一、功率因数考核范围及考核标准

客户的无功电力应就地平衡。为提高电能使用效率，减少电能损耗，客户应在提高用电自然功率因数的基础上，按有关标准设计和安装无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除。除电网有特殊要求的客户外，客户的功率因数应达到下列规定：

(1)功率因数标准0.90，适用于160kVA(kW)以上的高压供电工业用户(包括社队工业用户)、装有带负荷调整电压装置的高压供电电力用户和3200kVA(kW)及以上的高压供电电力排灌站。

(2)功率因数标准0.85，适用于100kVA(kW)及以上的其他工业用户(包括社队工业用户)、100kVA(kW)及以上的非工业用户和100kVA(kW)及以上的电力排灌站。

(3)功率因数标准0.80，适用于100kVA(kW)及以上的农业用户和趸售用户，但大工业用户未划由电业部门直接管理的趸售用户，功率因数标准应为0.85。

(4)居民生活用电户和100 kVA(kW)以下的客户不执行功率因数调整电费。

各供电企业应按上述标准，严格执行功率因数调整电费。

二、功率因数的电量计算依据

(1)各类功率因数标准值是指供电企业(电网)与客户资产产权分界处的功率因数。各供电企业应在用户每一个受电点内按不同电价类别，分别安装用电计量装置。每个受电点作为用户一个计费单位。客户装设的内部考核电能计量装置不得作为计费依据。在客户受电点内难以按电价类别分别装设用电计量装置时，可装设总的用电计量装置。然后按其不同电价类别的用电设备容量的比例或实际可能的用电量，确定不同电价类别用电量的比例或定量进行分算，分别计价。各供电企业每年必须至少对上述比例或定量核定一次，并经本单位审批后作为计费依据。

(2)凡执行功率因数调整办法且有可能向电网倒送无功的客户(除纯居民用电外的其他所有用户)均应加装具有防倒装置的反向无功电能表，倒送电网的无功与用电网无功的绝对值相加作为计算功率因数调整无功电量的依据。

(3)用电计量装置原则上应装在供电设施的产权分界处。当用电计量装置不安装在产权处时，线路与变压器损耗的有功与无功电量均须由产权所有者负担，在计算客户基本电费(按最大需量计收时)，电度电费及功率因数调整电费时，应将上述损耗电量计算在内。

基于云南省发改委的要求，如产权分界处不适宜装表的，各单位要与客户协商，尽量采取高供高计或低供低计的计量方式，避免出现损耗电量。

(4)凡多个供电点向一个客户供电时，计费用月平均功率因数应分别计算。

(5)凡一个供电点向用户多台变压器(受电装置)供电，以总的电能计量装置(以下简称总表)计量点的有功电量与无功电量(包括倒送的无功电量)计算实际综合功率因数。同一受电点没有装设总表计量的，而采取分线分表、装设不同类别的计费电能计量装置的，可将这一受电点的有功电量、无功电量分别总加，计算这个受电点的实际综合功率因数。同一供电点下的各类用电按规定的考核标准值和实际综合功率因数计收功率因数调整电费。

(6)客户同一受电点的计量装置中有定比或定量电量的，定比或定量电量参与功率因数值计算，即以总表计量点的有功电量与无功电量(包括倒送的无功电量)计算实际功率因数。除居民用电电费外的其他定比或定量电费参与功率因数调整电费。

(7)对发电厂进行功率因数管理时，发电厂少送的无功电量不得用有功电量抵扣。

三、功率因数调整电费的结算

(1)计算功率因数调整电费时，只以客户当月的基本电费与电度电费之合为电费调整基数，其他电价附加均不参与功率因数调整电费，居民用电电费也不参与功率因数调整电费。

(2)根据计算的功率因数，高于或低于规定标准时，以客户当月的基本电费与电度电费之合为电费调整基数，按照功率因数调整电费表所规定的百分数增加或减少电费。

(3)实行分时电价客户，应以基本电费和实行峰谷分时电价的目录电费为基数，计算功率因数调整电费。

(4)对于多电源供电的客户，以每一个受电点作为一个计费单位，计算功率因数调整电费。

(5)未用电或季节性用电的，有功表计、无功表计的抄见电量为零时，除合同另有约定外，不再计算客户的功率因数调整电费。

第8篇：电机效率与功率因数

什么是电动机的功率因数?

异步电动机的功率因数是衡量在异步电动机输入的视在功率(即容量等于三倍相电流与相电压的乘积)中，真正消耗的有功功率所占比重的大小，其值为输入的有功功率P1与视在功率S之比，用cosψ来表示。

电动机在运行中，功率因数是变化的，其变化大小与负载大小有关，电动机空载运行时，定子绕组的电流基本上是产生旋转磁场的无功电流分量，有功电流分量很小。此时，功率因数很低，约为0.2左右，当电动机带上负载运行时，要输出机械功率，定子绕组电流中的有功电流分量增加，功率因数也随之提高。当电动机在额定负载下运行时，功率因数达到最大值，一般约为0.7-0.9。因此，电动机应避免空载运行，防止“大马拉小车”现象。 什么是电动机的输入功率和输出功率

电动机从电源吸取的有功功率，称为电动机的输入功率，一般用P1表示。而电动机转轴上输出的机械功率，称为输出功率，一般用P2表示。在额定负载下，P2就是额定功率Pn。

电动机运行时，内部总有一定的功率损耗，这些损耗包括：绕组上的铜(或铝)损耗，铁芯上的铁损耗以及各种机械损耗等。因此输入功率等于损耗功率与输出功率之和，也就是说，输出功率小于输入功率。 什么是电动机的效率

电动机内部功率损耗的大小是用效率来衡量的，输出功率与输入功率的比值称为电动机的效率，其代表符号为 ，常用百分数表示，即：

效率高，说明损耗小，节约电能。但过高的效率要求，将使电动机的成本增加。一般异步电动机在额定负载下其效率为75～92%。异步电动机的效率也随着负载的大小而变化。空载时效率为零，负载增加，效率随之增大，当负载为额定负载的0.7～1倍时，效率最高，运行最经济。