发电机无功有功调节

1、以前曾经有同事和我讨论过这个问题， 我查阅了大量资料， 在我的笔记本上写下了一篇文章，下边就是文章中的相关内容，愿对您有用！一.问题的提出电机学一书中详细阐述了调节发电机有功功率和无功功率时两者之间的相互影响，最终得出一个众所周知的结论，即调节无功时，有功不变，调节有功时，无功反方向变化。但是在实际生产过程中，绝大多数机组，在没有人为干预的情况下，调节有功时，无功功率基本不会出现 电机学 理论中所描述的那种规律发生反方向变化的，当然不排除轻微反方向变化以及无功不变的现象出现，但是大多数情况下两者是同方向变化的，即增加有功， 无功也增加， 减少有功，无功也减少。这种现象引起了不少疑问，在此便详细

2、分析一下实际生产过程中， 机组的无功功率到底是如何随着有功功率变化的，为什么会出现与理论书中结论相反的情况。二.无功变化的理论分析（一）纯电机角度的分析：第一种方法利用电枢反应的原理进行分析，如果忽略励磁调节器的话，在电机学的同步电机电枢反应章节中有提到，增加无功，有功不变，增加有功，无功变小。这是因为，励磁如果是恒定不变的，那么在增加有功的时候，励磁用于交轴电枢反应的部分就多了，因为有功功率是靠电机的交轴电枢反应来实现的，那么用于直轴电枢反应的部分就少了，而无功功率正是由直轴电枢反应来实现的，这样加有功的时候无功就会降低，当然电压也就会适当降低。 等于是固定不变就那么多的励磁电流，要么用作交

3、轴反应来实现有功，要么就用作直轴反应来实现无功，在加有功时， 交轴电枢反应用的励磁多了，那么励磁分给直轴电枢反应来实现无功的部分就少了。 所以由于电枢反应， 增加有功功率会产生去磁作用，最终导致发电机欠磁，无功功率降低，电压降低。第二种方法利用发电机功角变化来进行分析，前提同样是励磁保持恒定，发电机能否送出无功以及送出无功的多少与电压差U有关， 这个电压差 U是指发电机的电动势 E0 和端电压 UN 的同相部分的电压差，注意是同相部分的电压差，具体可参照电机学中的同步发电机迟相运行时的相量图，相量图是以发电机端电压UN 为一个参考相量， 即 NU 为一个垂直向上的箭头，其保持固定不动。电动势

4、E0 在 UN 箭头的逆时针侧，且为一个长度大于 UN 的箭头， 两者之间形成一个夹角即发电机功角。 所谓同相部分的电压差，就是指把E0 箭头向参考量 UN 或者说是垂直轴上的一个投影，这个投影的长度比UN 箭头要长， E0箭头在垂直轴上的投影长度减去UN 箭头的长度即为两者同相部分的电压差 U，只有这个电压差才会产生无功电流，并且是电压差U越大，发电机输出的无功功率就越大，如果电压差 U变小，则发电机输出的无功功率就减小。又根据发电机功角特性可知，当发电机送出有功功率时，电动势E0 就与端电压UN 错开一个 角即发电机功角，当有功越大时，角越大， 此时可以想象E0 又往逆时针的方向转了一个更

5、大的角度，那么它在垂直轴上的投影高度就更短了， 所以用它减去UN 所得到的无功电压差U就变小了，因而无功自动减小，当然电压也就会适当降低。 反之，当有功减小时，功角也随之减小，无功会自动增加，电压也会适当升高。总之，无论从纯电机的任何一个方面去推论，前提只要励磁电流是恒定不变的，也就是忽略励磁调节器的作用，有功增加时， 发电机无功出力就会自动减小，在外界无功用户不变精选文库的情况下， 则会出现无功缺额， 发电机电压会出现下降现象， 直到外界用户在电压下降时所耗无功自动减小重新与发电机无功出力达到平衡，电压则会下降到一个新的平衡点稳定运行。反之有功减少时，无功出力会自动增加， 在外界无功用户不变

6、的情况下，则会出现无功过剩，发电机电压会出现升高现象， 直到外界用户在电压升高时所耗无功自动增加重新与发电机无功出力达到平衡，电压则会升高到一个新的平衡点稳定运行。（二）考虑励磁调节器的影响：1.从机组本身的因素分析调节器的影响：从纯电机的角度分析完，可以得出一个结论，当发电机励磁恒定时，增加发电机有功，则会使无功功率自动减少，最终发电机电压会适当降低，或者从另外一个新的角度来分析，当发电机有功增大时，发电机定子电流也增大，那么发电机定子绕组的阻抗压降就会增大，最终还是引起了发电机机端电压降低。自动励磁调节器（在此只考虑调节器在自动通道恒电压方式下）是以发电机端电压作为被调量的， 也就是说励磁

7、调节器的作用就是要维持机端电压不变，所以由上面分析可知， 在机组稳定运行， 励磁不变的时候， 如果增加有功功率则会使发电机的端电压适当降低，那么此时考虑到励磁调节器的存在，当发电机端电压降低，则会使励磁调节器自动增加励磁来维持机端电压。 所以正是由于该调节作用， 使得发电机在有功增加时，无功会基本维持不增不减。当然由于纯电机角度的分析因素的作用一般也会呈现略微减少的趋势，但是有时也会略微升高。 总之调节器的特性参数不同及外部变工况，所以不是一个固定的规律。 但基本上是可以维持有功增加时无功不变的，至少不可能会出现纯电机角度分析结论那种明显规律的反向变化。 注，本段分析可参考启停机过程中机组未带

8、厂用电情况下增减有功时无功变化趋势图。由于发电机励磁调节器的存在，当发电机有功增加时，无功不会出现纯电机角度所分析的那样明显减少。 当然励磁调节器特性是不完全一样的，但即使励磁调节器调节作用不足以抵消增加有功所带来的去磁作用，也绝对能够抵消绝大部分去磁作用了，所以最多会有一个轻微的无功减少趋势。 当然如果励磁调节器调节作用大于增加有功所带来的去磁作用，那么不仅此时可以完全弥补有功增加所带来的去磁影响，甚至无功还会有增加的趋势。 可见， 由于调节器本身特性的差异，可能会出现不同的结果。不过无论结果怎样，从根本上讲，由于调节器本身是用来维持机端电压的，所以调节器在发电机增加有功时会自动增加励磁，那

9、还是因为发电机端电压在受到有功增加的去磁影响后而降低了，这时调节器增加励磁只是为了恢复正常的电压， 也就是说仅仅是为了弥补增加有功出现的励磁缺额，所以发电机此时增加的励磁基本上全部都用在了有功功率的增加上，最终使发电机在有功功率增加后也不出现欠磁，从而维持端电压不变。发电机在有功增加时会使端电压降低，由于励磁调节器会自动增磁维持发电机端电压，正是因为此时调节器自动增磁，则不会出现有功增加，无功明显减少的现象。当然，这时也会有一个新的问题， 就是众所周知增加励磁时发电机无功功率会自动增加，那么在增加有功时，励磁也是在自动并且大量增加的，那么无功此时会大量增加吗？这里可以解释一下，电机学的发电机无

10、功功率调节章节中分析调节励磁改变无功的前提是发电机输出有功不变，也就是说增加励磁无功增加的前提是发电机其它条件基本不变的，至少发电机有功是不变的，那么增加的励磁便全部用在了升高电压增大无功上，所以才会有了增加励磁， 无功增加的结论。 但是在增加有功的情况下大量增加励磁，发电机仍然只是为了维持着机端电压不降低，发电机的端电压只要不变，则说明无功功率的供需是基本平衡的，那么此时认为外界无功用户是基本不变的， 发电机此时的无功出力也不会有什么大的变化。最终这种情况下增加的励磁主要还是用在了增加的有功上，对无功影响不大， 所以这里在增加励磁时， 无功是不-2精选文库会明显增加的。 注，本段分析可参考有

11、功不变时手动调励磁的无功变化趋势图和有功增加励磁自动增加时的无功变化趋势图。总之，在忽略了调节器特性差别后，我们假设外界条件不变的情况下，可以得出的结论为，调节有功功率时， 励磁调节器只能够基本维持无功不变。 也不排除轻微增加或者轻微减少的情况，但可以肯定不会明显增加或者明显减少。 当然实际情况中要考虑到大量外部因素，无功可能会因外界其它因素而明显变化，下面便具体分析。2.从机组以外的因素分析调节器的影响：（ 1）外界系统运行方式的变化： 比如投切线路的电容效应和投切电抗器等元件都会使整个系统的无功电源及无功用户情况发生变化，最终机组无功功率也会发生不确定的变化。（ 2）外界机组出力的变化：同

12、一电网的其它机组加减出力的同时也会影响其无功出力，以及机组的启停， 均会导致电网无功的不平衡， 系统电压变动， 最终也会使机组无功功率发生不确定的变化。（ 3）考虑系统功率传输机理：传输有功功率需要无功功率的支撑，所以调节有功时，比如增大有功， 此时要在恒定电压下输走更多的有功，那么需要支撑的无功也就更多，如果无功支撑不足， 则会引起电压下降， 最终也会导致励磁调节器自动增加励磁，具体我们可以对输电系统中的两大元件即输电线路和变压器进行展开分析。根据输电线路自然功率的概念可知，输电线路既因为其电容效应能够发出无功，也因为其存在串联阻抗在输电过程中电流流过线路的串联阻抗又要消耗无功，所以有功越大

13、，线路的电流越大，消耗的无功就越大，特别是输电功率高于自然功率时，线路自身的电容效应所产生的无功已不足以供线路自身所耗无功了， 线路则要从系统吸收无功了。根据变压器自身无功损耗公式可知，变压器传输有功的过程中， 会消耗大量无功，传输的有功越大，消耗的无功就越大，当变压器传输有功功率达到满载时，其自身消耗的无功可达变压器额定容量的10%15% 。由上述分析可见，当系统中无功出力与无功用户平衡，电压不变的时候， 此时若机组增加有功，则会直接导致输电系统传输的有功功率增大，电流增大，那么系统自身在传输有功时消耗的无功也自然增大，所以无功出力与无功用户不再平衡，无功出力已经不能满足无功用户的需要，也就

14、是说出现了无功缺额从而引起电压下降，最终励磁调节器会自动增加励磁来提高机组无功出力使其重新与无功用户达到平衡，维持机端电压。此外在电力系统分析中，考虑了系统静态稳定性，也要在有功增加时适当提高无功，但这主要是从电网稳定方面分析的，对于机组本身， 影响甚小， 不展开分析。 总之， 这个因素导致的无功变化基本是可以确定方向的，即机组无功功率基本随着有功功率的增加而增加，反之同理。 注，本段分析可参考有功增加时主变压器输出无功变化趋势图。（ 4）厂用电负荷的变化： 由于大多厂用负荷为感应电动机， 自身所消耗的无功是很大的，所以当厂用电负荷变化时， 所耗无功会发生很大变化。 厂用负荷无功的变化几乎不会影响到系统电压， 也就是说系统电压是维持恒定的， 由于主变阻抗的存在， 发电机机端的电压是会直接受到影响的，比如增加有功，厂用负荷就要增大，厂用电所耗无功功率增