第二节电力系统无功功率与电压的调整

1、第二节电力系统无功功率与电压的调整电压是衡量电能质量的重要指标，各种电气设备都是设计在额定电压下运行的，这样既安全又有最高的效率。电力系统在正常运行时，由于网络中电压损耗的存在，当用电负荷变化或系统运行方式 变化时，网络中的电压损耗也将发生变化，从而网络中的电压分布将不可避免地随之而发生变化。随着电力工业的发展， 供电范围不断扩大， 网络的电压损耗也增大， 要使系统中各处的 电压都在允许的偏移范围内， 需要采取多种调压措施。电力系统的负荷由各种类型的用电设备组成，一般以异步电动机为主体。 综合负荷的电压静态特性，即电压与负荷取用的有功功率和无功功率的关系如图 9-7所示。分析负荷的电压静态特性

2、可见，在额定电压附近，电压与无功功率的关系比电压与有功功率的关系密切得多，表现为无功功率对电压具有较大的变化率，所以分析系统运行的电压水平应从系统的无功功率分析入手。、电力系统的无功功率平衡1 无功电源电力系统的无功电源有发电机、同步调相机、静电电容器及静止补偿器等。图9-7 综合负荷的电压静态特性同步发电机不仅是电力系统唯一的有功电源，也是电力系统的主要无功电源。当发电 机处于额定状态下运行时，发出的无功功率为(9-6 )QGN=Ssrsin 0 N=PGrtg 0 n式中，3 发电机的额定视在功率;住 发电机的额定有功功率;QGn发电机的额定无功功率;0 N发电机的额定功率因数角。现在以图

3、9-8所示的汽轮发电机有功与无功功率出力图为例来分析发电机在非额定功率因数下运行时，可能发出的无功功率。图中OA代表发电机额定电压 U GN，IGN为发电机额定定子电流，它滞后于 Ugn 一个额定功率因数角0 No AC代表Ign在发电机电抗 Xd上引起的电压降，正比于定子额定电流，所以AC 亦正比于发电机的额定视在功率Sgn。这样，C点表示了发电机的额定运行点。而AC在纵坐标和横坐标上的投影分别正比于发电机 的额定有功功率 Pgn和额定无功功率 Qn。oc为发电机电势 Eq ,它正比于发电机的额定激 磁电流。当改变功率因数运行时，受转子电流不 能超过额定值的限制，发电机运行不能越出图9-8

4、发电机有功与无功功率的出力图 以0为圆心，以0C为半径的圆弧 BC ;受 定子电流不能超过额定值（正比于额定视在功率）的限制，发电机运行不能越出以A为圆心，以AC为半径的圆弧eCD ；此外，发电机有功出力还要受汽轮机出力的限制，发电机运行不能越出水平线 HC。从对图9-8的分析可知，当发电机运行于 HC段时，发电机发 出的无功功率低于额定运行情况下的无功输出；而当发电机运行于 BC段时，发电机可以在降低功率因数、减少有功输出的情况下多发无功功率； 只有在额定电压、额定电流和额定功 率因数（即C点）下运行时，发电机的视在功率才能达到额定值，其容量也利用得最充分。当系统中有功功率备用容量较充裕时，

5、可使靠近负荷中心的发电机在降低有功功率出力的条件下运行，从而可多发无功功率，改善系统的电压质量。分析图9-8中由OAC组成的发电机电势相量图，可以得出发电机的无功输出与电压的 关系。由EsinXI cos可得pUIEU .cossinX又由E cosU IX sinEUU2可得Q UIsincosXX(9-7)(9-8 )由式（9-36 ）解出sin 3,考虑到cos .1 Sin2 ，当p为一定值时，得1 EU 22 U 2Q .P2（9-9 ） XX由上式可见，当电势E为一定值时，Q同U的关系，是一条向下开口的抛物线，如图9-9曲线1所示。同步调相机是专门设计的无功功率发电机，其工作原理又

6、相当于空载运行的冋步电动机。在过励磁运行时，图9-9 无功与电压静态特性曲线1-发电机无功与电压的静特性；2-异步电动机无功与电压的静特性冋步调相机向系统输送无功功率，欠励磁运行时，它从 系统吸收无功功率。所以，通过调节调相机的激磁可以平滑地改变其输出的无功功率的大小和方向。由于同步调相机主要用于发出无功功率，它在欠励磁运行时的容量仅设计为过励磁运行时容量的50%60%调相机一般装在接近负荷中心处，直接供给负荷无功功率，以减少传输无功功率所引起的电能损耗和电压损耗。调相机的无功功率与电压静特性与发电机相似。电力电容器并接于电网，它供给的无功功率与其端电压的平方成正比。2Qc U / Xc（9-

7、10）式中，U电容器所接母线的电压；X C电容器的容抗，Xc=1/（3 C）。和电容器相比，调相机的优点在于能平滑调节它所供应或吸收的有功功率，而电容器只能成组地投入、切除；调相机具有正的调节效应， 即它所供应的无功功率随端电压的下降而 增加，这对电力系统的电压调整是有利的，而电容器则与之相反， 即它供应的无功功率随端电压的下降而减少。但电容器是静止元件，具有有功损耗小、适合于分散安装等优点。这两种无功电源均广泛地用于电力系统的无功补偿。近年来，在国内外电力系统中已开始推广使用静止无功补偿器。静止无功补偿器是由晶闸管控制的可调电抗器与电容器并联组成，既可发出无功功率， 又可吸收无功功率， 且调节平滑，安全，经济，维护方便。可以预料，这种补偿装置将得到越来越广泛的应用。2.无功负荷和无功损耗故电力系统的无功负荷与电压的静态特性异步电动机在电力系统负荷中占很大的比重， 主要由异步电动机决定。异步电动机的无功消耗为QmQm Qu2XmI