摘要：无功负荷是指在电力负载中不作功的部分，只在感性负载中才消耗无功功率，即定子线圈为产生磁场所需要消耗的无功功率。在发电机输出有功功率的同时，还需要提供无功功率，而当无功功率不能满足用电时，柴油发电机的电压将会下降。因此大多数用户在用电时会安装无功补偿装置来保持无功功率的平衡，这样才能维持电压水平。本文围绕无功功率的作用和危害、设备负荷的计算公式和曲线图及电容器补偿的方式三个方面，系统阐述有功功率与无功功率的作用、无功功率的危害与无功功率负荷及损耗，详细介绍有功计算负荷、无功计算负荷、视在计算负荷与计算电流的计算公式及负荷曲线的绘制方法，并说明集中补偿、分散补偿与就地补偿三种电容器补偿方式的特点与适用场合，为柴油发电机无功功率管理与无功补偿设计提供技术参考。
一、无功功率的作用和危害
1. 有功功率和无功功率的作用
在交流电路中由电源供给负载的电功率有两种，一种是有功功率，一种是无功功率。
（1）有功功率是保持用电设备正常运行所需要的电功率，也就是将电能转换为其它形式能量（机械能、光能、热能）的电功率。比如白炽灯，能把电能直接转换成光能。
（2）无功功率比较抽象，它是用于电路中电场与磁场间的交换，并用来在电器设备中建立和维持磁场的电功率，它不对外直接做功，而是转换为其它形式的能量。比如日光灯，它是通过镇流器使灯管发光，除灯管需要消耗的电量，镇流器也需要一定的消耗，镇流器做的就是无功功率。
有功功率和无功功率都是有用的，有功功率是真实消耗的电能，简单的说就是我们消耗了一度电，这一度电都用来了发光或发热。通过一定的形式转换对外做功，这个过程通俗的说就是无用功，同样是一度电，中间消耗了0.2度电，而我们实际得到的只有0.8度电的功，而这0.2度电就认为是无用功，我们没有直接受益，但不代表没有用。
2. 无功功率的危害
（1）无功功率过大，会导致电流增大和视在功率增加，从而使电气设备容量和导线容量增加。
（2）使线路及变压器的电压降增大，导致电网电压波动，供电质量降低，严重影响区域电网的整体稳定运行。
（3）无功功率增加使总电流增大，设备及线路的损耗也随之增大。
3. 无功功率的作用
它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在柴油发电机组中建立和维持磁场的电功率。比如一台三相交流发电机，电能转换为机械能输出的是有功功率，但要想发电机转动，还需要消耗一部分能量来建立旋转磁场，这部分能量就是无功功率。
所以说无功功率并不是无用功率，用电设备要想正常工作，不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率，缺一不可。
4. 无功功率负荷和无功功率损耗
（1）一般发电机负荷的功率因数约为0.8，当系统频率一定时，负荷功率【包括有功和无功功率】随电压而变化的关系称为负荷的静态电压特性。
（2）电力线路的无功功率损耗也可以分为两部分，即并联电纳中的无功功率损耗和串联电抗中的无功功率损耗。
（3）电力系统的无功功率电源，除了发电机外，还有同步调相机、静止电容器和静止补偿器。这三种装置又称为无功补偿装置。
（4）无功功率备用容量一般为无功功率负荷的7%~8%。
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图1 发电机无功功率的危害 |
图2 发电机无功功率波形图 |
二、设备负荷的计算公式和曲线图
1. 负荷计算
（1）有功计算负荷(单位为kW)
式中，Kd为需要系数。
需要系数Kd的取值应根据用电设备组的性质、台数及同时使用率确定，一般可通过查阅设计手册或按同类工程经验数据选取。
（2）无功计算负荷(单位为kvar)
式中，tanθ表示角θ的正切函数。tanθ的取值与用电设备的功率因数有关，功率因数越低，tanθ越大，无功计算负荷也越大。
（3）视在计算负荷(单位为kVA)
式中，cosφ为功率因素。视在计算负荷同时包含有功与无功成分，是选择变压器容量与发电机容量的重要依据。
（4）计算电流
UN为用电设备的额定电压。计算电流用于校验导线截面、开关设备额定电流及保护装置整定值。
2. 负荷曲线
（1）基本定义。负荷曲线（load curve）是指用于表达电力负荷随时间变化情况的函数曲线，如图3所示。
（2）坐标设置。在直角坐标系中，纵坐标表示负荷（有功功率和无功功率）值，横坐标表示对应的时间（一般以小时为单位）。
（3）绘制方法。下图中的绘制负荷曲线采用的时间间隔△t为30min，求确定计算负荷的有关系数，一般是依据用电设备组最大负荷工作班的负荷曲线。
（4）负荷曲线的用途。负荷曲线可用于分析用电负荷的变化规律，确定最大负荷与平均负荷，为发电机容量选择与无功补偿设计提供依据。
一班制日有功负荷曲线图
三、电容器补偿的方式
无功功率有益处也有害处，我们在设计时会设法消除它的害处，这就涉及到无功功率补偿的问题。电容器补偿一般来说分为三种：集中补偿、分散补偿、就地补偿。
1. 集中补偿
（1）安装位置。一般在主要的变、配电站。
（2）补偿对象。但其补偿的主要是线路及变配电站的无功需求；稳定电压的需要；还有就是补充分散补偿、就地补偿后的余下的无功。这个量一般不会做得特别大。
（3）补偿容量的确定。集中补偿容量应根据变配电站的无功需求、电压稳定要求及补充分散补偿与就地补偿后的剩余无功综合确定，一般不宜过大。
（4）优点与局限。集中补偿便于集中管理与维护，设备利用率较高，但对用电设备端的无功需求补偿效果有限。
（5）适用场合。适用于负荷相对集中、供电范围较大的场合。
2. 分散补偿
（1）安装位置。一般在配电站、室进行。
（2）补偿对象。一般是对用电网络面积不太大的用电网络进行补偿；补偿容量根据用电负荷情况而定。
（3）补偿容量的确定。分散补偿容量应根据用电网络的负荷特性、功率因数及无功需求变化规律确定，可按用电设备组的自然功率因数与目标功率因数之差计算。
（4）优点与局限。分散补偿可减轻变配电站的无功负担，改善用电网络的电压质量，但设备分散、管理不便。
（5）适用场合。适用于中等规模用电网络或负荷分布相对分散的场合。
3. 就地补偿
（1）安装位置。是对大容量的负载进行的，在负载附近配置。
（2）补偿效果。可以最大的节省电力能源的损耗。
（3）补偿容量的确定。就地补偿容量应根据大容量负载的无功需求、运行工况及投切方式确定，避免过补偿导致电压升高。
（4）优点与局限。就地补偿效果最好，可最大限度减少线路无功电流与损耗，但投入大，补偿设备使用率不高，有浪费嫌疑。
（5）适用场合。适用于大容量负载、对节能要求较高的场合。
4. 三种补偿方式的配合使用
这三种补偿方式，以就地补偿效果最好，但是其投入大，补偿设备使用率不高，有浪费嫌疑。一般情况下，三种方式配合使用，也可以将变、送、用电网络的无功补偿到一个非常合理的程度。
（1）配合原则。集中补偿承担系统级无功平衡与电压支撑，分散补偿承担用电网络级无功平衡，就地补偿承担大容量负载的无功需求。
（2）容量分配。三种补偿方式的容量分配应根据各级无功需求、补偿效果与投资经济性综合确定。
（3）投切控制。电容器组应采用自动投切控制，根据功率因数或无功功率变化自动投入或切除，避免过补偿或欠补偿。
（4）运行维护。应定期检查电容器组外观、绝缘与放电装置状态，发现渗漏、鼓胀或放电装置失效时应及时更换。
总结
无功功率是柴油发电机输出功率的重要组成部分，用于在电气设备中建立和维持磁场，与有功功率共同保障用电设备正常工作。无功功率过大将导致电流增大、视在功率增加、线路电压降增大与设备损耗增加，因此需要通过无功补偿装置保持无功功率平衡。无功补偿装置包括同步调相机、静止电容器与静止补偿器，其中电容器补偿按安装位置与补偿范围可分为集中补偿、分散补偿与就地补偿三种方式，就地补偿效果最好但投入较大，实际工程中通常三种方式配合使用。在负荷计算方面，应分别计算有功计算负荷、无功计算负荷、视在计算负荷与计算电流，并根据负荷曲线确定计算负荷的相关系数。唯有合理配置无功补偿装置、准确计算负荷参数，方能维持柴油发电机电压水平，保障供电系统稳定经济运行。
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