什么是功率因数校正？

功率因数是一种度量，它描述了交流电 (AC) 电力系统将电力转换为有用功输出的效率。功率因数校正是提高电力系统的功率因数以使其更高效的过程。

交流电路的功率因数是电气负载使用的瞬时实际功率与电路中运行的视在功率的比。它衡量连接到电网的负载传输和使用功率的效率，强调执行实际工作的实际功率与提供给电路的视在功率之间的关系。

\[Power \; Factor = cosθ = \frac{Real \; Power \; (kW)}{Apparent \; Power \; (kVA)}\]

功率因数用 \(cosθ\) 表示，其中 \(θ\) 是以下矢量功率三角形中实际功率与视在功率之间的夹角。

功率因数表示为 0 到 1 之间的数值（或百分比），其中值 1（或 100%）表示最大效率。功率因数小于 1 表示交流电路中的电流和电压不同相。

功率因数校正方法

功率因数校正方法是用于提高电力系统的功率因数以使其更接近 1 的策略和方法，旨在使其更高效。有几种方法可用于实现功率因数校正。

同步电容器

同步电容器本质上是无机械负载运行的同步电机，可以根据需要调节以提供超前或滞后的无功伏安 (VAR)。这种方法有助于在不同负载工况下动态平衡功率因数。

例如，大型风电场在其与电网的连接点附近使用同步电容器，以抵消由波动风速和感应变换器负载引起的可变功率因数。这种电容器可以动态调节，根据需要提供或吸收无功功率，稳定电网电压，确保高效的电力传输，并最大限度地减少损失，从而使风力变化无法影响到可靠高效的电力供应。

相位超前补偿器

相位超前补偿器主要与感应电机结合使用，它向转子提供必要的超前电流，从而减少从电源汲取的滞后 VAR。这种方法可提高电机本身和整个系统的功率因数。

有功功率因数校正

有功功率因数校正是一种用在电子电路和设备中的方法，它采用电力电子设备来改变负载所汲取的电流波形以提高功率因数。这种方法对于非线性负载特别有效，例如开关模式电源中的非线性负载。

计算机中使用的开关模式电源是非线性负载，如果不加校正，它会给电源系统带来大量谐波失真，并表现出较差的功率因数。为了解决此问题，许多计算机电源都集成了有源 PFC 电路。

无源功率因数校正

无源功率因数校正涉及使用电容和电感等无源元件改进功率因数。这种方法比有功功率因数校正更简单、更便宜，但通常在校正非线性负载的功率因数时效率较低。

例如，商业建筑物中的荧光灯是感性负载，会导致滞后的功率因数，进而导致公用事业公司收取更高费用和电力系统效率降低。为了解决这一问题，需要在安装光照电路时并联电容器。这些电容器提供超前的无功功率，能够抵消照明灯消耗的滞后无功功率，从而提高功率因数。

总的来说，通过这些方法提高功率因数可以带来显著的好处，包括降低能源成本、增大系统容量和改进电压调节，从而提高电力系统的效率和可靠性。

您可以使用 MATLAB^®、Simulink^® 和 Simscape Electrical™ 及其包含各种组件和系统模型的内置库来设计、仿真和分析电力变换器、交流电机、电力系统稳定性、负载流以及系统中的谐波。通过这种方法，您能够对这些系统在各种工况下的表现以及如何对它们进行优化执行详细分析。通过使用 Embedded Coder^®，您可以为控制器生成产品级代码并执行硬件在环 (HIL) 测试，以评估控制器在各种工况下的性能。此过程有助于降低风险并优化用于改进电能质量的电力电子系统的性能。