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电力系统的无功功率和电压调整前言在今天的社会中，电力系统已经成为了我们日常生活中不可或缺的一部分，而电力系统中的无功功率和电压调整则是其最重要的组成部分之一。
无功功率和电压调整可以保证电力系统的正常运行和稳定性，从而保障了人们生活的安全和稳定。
本文将会针对电力系统的无功功率和电压调整进行介绍和分析。
无功功率定义无功功率是指在交流电中由于电容、电感电流的相位与电压不同而引起的电流，它不能转化为机械功或电能的功率。
虽然无功功率不能直接输出，但是在电力系统中同样是非常重要的，因为它能够影响到电力系统的正常稳定运行。
无功功率的作用在电力系统中，无功功率具有很重要的作用。
第一，无功功率能够平衡电力系统中的有功功率，从而保证电力系统的电压和频率的稳定性。
当有功功率的需求增加时，无功功率就会自动地增加以保持电力系统的稳态；而当有功功率的需求减少时，无功功率也会自动地减少。
第二，无功功率还可以改善电力系统的功率因数。
正常情况下，电力系统的功率因数应该在0.8至1之间，但有些设备如电容器和电感器等会使功率因数发生变化。
而通过对无功功率的调整，我们就可以将功率因数调整到正常范围内，从而保证电力系统的正常运行。
无功功率的调整方法一般来说，无功功率的调整主要有以下几种方法：•静态无功发生器。
静态无功发生器是通过静态电子管将直流电分解成交流电来产生无功功率的。
它具有无机械运动、静音、响应快等优点，因此得到了广泛应用。
•动态无功补偿设备。
动态无功补偿设备可以根据负载状况自动调整无功功率，从而保持电网的稳定性。
这种设备具有响应时间快、可控性强等优点，在大型电力系统中尤为重要。
•磁流控制器。
磁流控制器是利用变压器的饱和磁路特性，通过控制原边电流和二次电流的相位差，调节负载电流，从而达到调整无功功率的目的。
电压调整定义电压调整是指对电力系统电压的控制和调节。
在电力系统中，电压的稳定性对于保证电网正常运行是非常重要的。
如果电压过高或者过低，都会对电力系统的正常运行产生不利的影响。
第五章电力系统无功功率与电压调整①电力系统电压调整概述②电力系统无功功率平衡③电力系统中枢节点电压管理④电力系统电压调整措施⑤电压调整与频率调整的关系一、电力系统电压调整概述1、电压调整的必要性电力系统运行中各种电气设备和用电设备都是按照其额定电压设置制造的只有在额定电压下运行才能取得最佳的运行效果，并保证其使用寿命。
因此，电压是电力系统正常运行的重要性能指标之一，通过电压调整，使得电力系统各节点电压保持在允许的范围是电力系统运行的基本任务。
电压偏移过大给电力系统本身以及用电设备带来不良的影响：（1）工作效率下降，寿命降低；（2）电压过低引起工业产品出现次品；（3）电压过低引起电机发热；（4）电压过低引起电压和功率损耗增加；（5）电压过高引起设备绝缘受损、缩短设备使用寿命（6）可能引起系统电压崩溃。
一、电力系统电压调整概述虽然我们期望电力系统中各节点的电压保持在额定值，但是在实际电力系统运行中是无法做到的。
2、电力系统允许的电压偏移为什么呢？（1）设备及线路压降（2）负荷随机波动（3）系统运行方式改变由此可见，严格保证所有电气设备和用电设备在任何时刻的电压都为额定值几乎是不可能的。
因此，大多数设备都允许有一定的电压偏移。
电力系统一般规定一个电压偏移的最大允许范围，例如:35kV 及以上供电电压正负偏移±5%;10kV及以下在±7%以内。
（不同的电压等级，不同的用户类型，允许的电压偏移范围也不一样）二、电力系统无功功率平衡1、无功功率负载和无功损耗电压是衡量电能质量的重要指标。
电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡。
系统中各种无功电源的无功出力应能满足系统负荷和网络损耗在额定电压下对无功功率的需求，否则电压就会偏离额定值。
•异步电动机电压下降,转差增大,定子电流增大。
在额定电压附近，电动机的无功功率随电压升降而增减；而当电压明显低于额定值时，无功功率主要由漏抗无功损耗决定，随着电压下降反而上升。
浅谈电网的无功补偿与电压调整电网是指由输电线路、变电设备和配电设备等组成的供电系统，其主要功能是将发电厂产生的电能传输到用户所在地。
电网的稳定运行对于保障电力系统的安全、可靠、经济运行具有重要意义。
而无功补偿和电压调整则是电网中一个重要的问题，它们对于电网的稳定运行起着至关重要的作用。
一、电网无功补偿的作用在电网中，无功功率是指交流电路中发生的能量的来回转移，并不执行有用功。
它是一种虚拟功率，对电网的稳定性和效率产生重要影响。
为了保证电网的稳定运行，需要对无功功率进行补偿，以提高电网的功率因数。
无功功率的产生主要有两种情况：一是由于电感负载产生的感性无功功率，二是由于电容补偿设备的损耗产生的容性无功功率。
感性负载导致电压的下降和线路的过热，降低了电网的输电效率；而容性负载会使电网电压升高，在负载端压降过大，影响电网的电压稳定性。
通过增加或减少无功功率的产生，可以有效地提高电网的稳定性和效率，减小输电损耗。
为了进行无功功率的补偿，通常采用无功功率补偿装置，如静态无功补偿装置（如无功电容器、无功电感器）、静止无功发生器（STATCOM）等。
这些装置能够快速调整电网的无功功率，提高电网的功率因数，减小电网运行中的不稳定因素。
从而保证电网的正常运行，提高电网的运行效率和经济性。
二、电网电压调整的重要性在电网运行中，电压的稳定性是保障电网正常运行的重要指标之一。
电网的电压稳定性受多种因素影响，如负荷变化、发电量变化、故障短路等。
为了保持电网的电压稳定，需要对电网进行电压调整。
电压调整主要是通过调节电压的大小和波形来保持电网的电压稳定。
电网中，通常采用自动电压调整装置和无功功率控制装置来进行电压调整。
自动电压调整装置通过控制变压器的绕组变化，使其变比按需调整，来调节电压的大小；而无功功率控制装置则通过控制无功功率的产生，来调节电网的电压。
这些装置可以根据电网的负载变化和故障情况，快速地进行电压调节，以保证电网的电压稳定性。
图9-7 综合负荷的电压静态特性图9-8 发电机有功与无功功率的出力图第二节 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。
一、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。
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 Q GN =S GN sin φN =P GN tg φN （9-6）式中，S GN ——发电机的额定视在功率；P GN ——发电机的额定有功功率；Q GN ——发电机的额定无功功率；φN ——发电机的额定功率因数角。
现在以图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GN U ，GN I 为发电机额定定子电流，它滞后于GN U 一个额定功率因数角φN 。
AC 代表GNI 在发电机电抗X d 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S GN 。
这样，C 点表示了发电机的额定运行点。
第二节无功功率与电压调整一、电压的作用电压是衡量电能质量的一个重要标准，电压过高或过低都会对用户造成不良的影响。
比如：电压低的危害：在电力系统中常见的用电设备为异步电动机，各种电热设备、照明以及家用电器。
这些设备与电压都保持着一定的关系，电动机的转矩是与其端电压的平方成正比，当电压下降时，转矩也下降，如果电动机所拖的机械负荷的阻力矩(负荷)不变，随着电压的降低，电动机的转差增大，定子电流也随之增大，发热增加，绕组温度增高，加速绝缘老化。
当电压再低时，电动机将停转。
电压低了，照明灯发光不足，电炉冶炼时间长，降低效率。
电压降低，会使网络中的功率损耗和能量损耗将加大，电压过低还可能危及电力系统运行稳定。
电压高的危害：电压偏高，用电设备的使用寿命将缩短，电压高，加在设备上的电场变的强，使介质中的局部产生放电，这是电老化。
绝缘的老化分为电老化、热老化、环境老化。
在超高压网络中还将增加电晕损耗等。
因此电力系统根据电压等级的不同，制定了各类用户的允许电压偏移。
1.35kV及以上用户供电电压正负偏差绝对值之和不超过额定电压的10%2.10kV用户的电压允许偏差值，为系统额定电压的土7%3.380V用户的电压允许偏差值，为系统额定电压的土7%4.220V用户的电压允许偏差值，为系统额定电压的+5%- -10%。
事故后，考虑时间较短，事故又不经常发生，电压偏移容许比正常值再多5%。
二、系统中的无功功率的平衡电力系统中，各种无功电源发出的无功功率应能满足系统负荷和电网损耗的需求。
电力系统对无功功率的要求是：系统中的无功电源可能发出的无功功率应该大于或至少等于所需要的无功功率和网络的无功损耗，为了保证安全，应有一定的储备。
Q GC-Q LD-Q L=Q res Q G C为系统的无功电源之和；Q L D为系统无功负荷之和；Q L为网络无功损耗之和，这个损耗包含线路电抗的无功损耗，为正，线路的充电功率，为负。
一般在110KV 电压等级及以上才计算这部分功率。
三、无功功率的产生和电压的关系电力系统负荷中，都属于电感性负荷，这不可避免的要消耗无功功率，现在以几个典型的无功负荷研究无功功率与电压的关系。
1•异步电动机异步电动机是电力系统中的主要无功负荷，占了比较大的比重。
根据异步电动机的等值电路，列出它所消耗的无功功率为：U 2 2Q M二Q m I 2X -X m从以上公式看出，Q m为励磁功率，根据公式看，它同电压平方成正比，但实际上，当电压较高时，由于饱和影响，励磁电抗X m还将下降。
所需的无功更多。
Q二为漏抗所需的无功损耗，如果负载功2R(^S)S二常数，当电压降低时，转差将增大，定子电流随之增大，相应地在漏抗中率不变，则P m = I的无功损耗也要增大。
综合这两部分无功功率的变化特点，可得异步电机的无功功率与端电压的关系。
从曲线图中看出,B =0.6在额定电压附近，电动机的无功功率随电压的升降而增减， 当电压明显地低于额定值时，无功功率主要由漏抗中的无功损耗决定，随电压下降具有上升的性质。
2•变压器的无功损耗 变压器无功损耗包括励磁损耗和漏抗损耗。
Q LT *QQ T =V 2B T （S）2X T-V S %S（V N）2V100100S N V励磁功率大致与电压平方成在正比， 当通过变压器的视在功率不变时，漏抗中损耗的无功功率与电压平方正反比，变压器的无功损耗电压特性也与异步电动机的相似。
由于变压器的I 。
％、V S %数值比较大，变压器在额定情况下，消耗的无功功率的数值相当可观，因此变压器空载运行也要消耗电能。
3•输电线路的无功损耗输电线路用n 形等值电路表示，线路串联电抗中的无功功率损耗 .Q L 与所通过电流的平方成正比即：，咋V 12 V 22线路电容的充电功率 AQ B 二-旦（y 2・V 22）2从线路的无功功率总损耗可以看出， 线路轻载时，线路的无功总损耗为负，电路变为了无功电源，这就是晚高峰过后，二滩电厂机组需深度进相运行的原因。
从以上几个典型的无功损耗元件的无功损耗特性可以看出，电压与无功成在一定的关系。
四、系统中的无功电源1. 发电机B =0.8jXmR/S线路的无功功率总损耗为L Q L + L Q B =R 2+Q ； V 1X-”V 22)jX s发电机即是唯一的有功电源，又是最基本的无功功率电源，二滩电厂发电机在额定状态下可以发出无功功率为：Q GN =S GN Si门和=P GN tg®n =266M VAR发电机不仅能发出无功,也能吸收系统过剩的无功。
现用于系统无功的调节。
2. 同步调相机相当于空载运行的同步电动机，过励磁时，向系统提供感性无功，欠励磁时，从系统吸收感性无功。
3. 静电电容器和静止补偿器平方成正比，所以，在系统发生故障，电压比较低，系统需要无功功率时，电容器反而不能提供，调节性能差。
静止补偿器是由电容和电抗并联组成，调节性能比电容器好。
五、电压调节电压的调整，一般采用就地调整，因为无功在线路上的传输会既增加电压损耗，又增加有功损耗。
电压的调压方式：逆调压、顺调压、常调压。
大负荷时升高电压、小负荷时降低电压，这种调压方式称为“逆调压”。
大负荷时允许电压低运行，但不能低于额定值的 2.5%;小负荷时允许电压高一些，但不超过额定电压的7.5%，这种方式成为顺调压。
介于逆调压和顺调压之间的调压叫常调压，即在任何负荷下，中枢点电压保持为恒定的数值。
逆调压方式用于远距离，负荷波动大的中枢点，二滩属于此种。
顺调压方式用于离负荷中心近、或负荷波动小的中枢点。
实现电压调整的方法：1. 发电机调压改变发电机励磁电流的大小进行调压。
2. 改变变压的分接头进行调压我们厂的主变压器和厂高变的高压侧都有分接头，能调整分接头进行调压。
变压器调压是有级调压，变化幅度比较大。
分接头在高压侧。
变压器调压分为：有载调压和无载调压。
有载调压一种是本身就具有调压绕组，另一种在串并在主变压上，这相当于在路上串联了一个附加电势。
3. 改变网络的无功功率分配各电网点采用无功设备进行补偿。
4. 改变线路参数在线路上串接入静电电容器，利用电容器的容抗补偿线路的感抗，使电压损耗中QX、，分量减小，从而提高线路末端电压。
未串前：— PR QX 串后：％」R Q（X—X C）V V 电容器向系统提供的无功功率串联接入的电容器安装地点与负荷和电源的分布有关 ，地点选择的原则是：使沿线电压尽可能均匀，各负荷点电压都在允许范围内，电容的串接要根据网络来定，对单电源线路，要求到线路末端安装，这样可以使避免始端电压过高和通过电容器的短路电流过大 ，二滩属于此种，对沿线有若干个负荷，安装在补偿前产生二分之一线路电压损耗之处 •补偿效果：线路上加上串补后线路末端电压可以提升QX CV，串补一般用于 35KV 10KV 、 负荷波动大而频繁、功率因数又很低的配电线路上，补偿所需要的容抗值 XC 和被补偿线路串补，其作用在于提高输送容量和提高系统运行的稳定性。
还有补偿度也不一致。
第三节有功功率和频率调整 一、 频率的作用频率是衡量电能质量的另外一个重要指标，工业中普遍应用的是异步电动机，其、转速和输出有功均与频率有关，频率的变化，影响到产品的质量，频率的变化也影响电子设备的精确 性。
频率不光是影响工农业，对电力系统的正常运行也是十分有害汽轮发电机在额定频率下运行时效率最佳，频率偏高或偏低对叶片都由影响。
电厂用的许多如给排水、风机等在频率降低时都要减小出力，降低效率。
频率降低时，异步电动机和变压器的励磁电流增大，无 功功率损耗增加，这些会使电力系统无功平衡和电压调整增加困难。
二、 频率的允许范围 由于系统中的负荷随时在变，但电力是不能储存的， 发电机的电磁功率由于机械惯性，频率是不可能绝对平衡， 因此，电力系统中的频率是随时在变化， 为了满足用户的需要，频率的变化有个允许范围，电力工业技术管理法规中规定的频率偏差范围为土 0.2~ ± 0.5H z , —些工业发达国家系统频率偏移大致控制在不超过土 0.1 H z三、 系统负荷的分类电力系统的负荷时刻都在变化， 根据负荷的变化规律，系统负荷可以分为三种，第一种是变 化幅度小，变化周期较短。
第二种是变化周期较长，属于此类负荷的主要有电炉，电气机车等。
第三种是变化缓慢的持续变动负荷， 引起负荷变化的原因主要是工厂的作息制度、 人民 的生活规律等。
当然负荷的变化将引起频率的相应的变化。
第一种变化负荷引起的频率偏移将由发电机组的调速器进行调整，这种调整通常称为频率的一次调整。
第二种负荷引起的频率变动仅靠调速 器的作用往往不能将频率偏移限制在容许范围之内， 这时必须有调频器参与频率调整，这种调整通常称为频率的二次调整。
四、 系统负荷的有功功率与频率的关系当频率变化时，系统中的有功功率负荷也将发生变化， 系统中有功随频率的变化特性称为负荷的静态频率特性。
根据所需的有功功率与频率的关系可将负荷分成以下几种：1•与频率的变化无关的负荷，如照明、整流负荷。
2. 与频率的一次方成正比的负荷 3•与频率的二次方成正比的负荷 4. 与频率的更高次成正比的负荷。
整个系统的负荷功率与频率的关系可以用下式表示：以上两式电压损耗之差为线路末端电压提高的数值QX c1~4之间。
对超高压输电线路加上原来的感抗值XL 之比k c当频率偏离额定值不大时，负荷的静态频率特性常用一条直线近似表示。
-■■■P D斜率K D 一称为负荷的频率调节效应，由全系统各类负荷比重决定，不同系统或同-f一系统不同时刻 K D 值都不同，它是不能整定的。
五、发电机组的有功功率与频率的关系 当系统有功功率平衡遭到破坏，引起频率变化，原动机的调速系统将自动改变原动机的进水量，相应增加或减少发电机出力，这种有功出力同频率之间的关系称为调速器的功率 -频率静态特性。
机组的静态调差系数P 2 - P l P上式与系统的负荷的频率调节效应公式互为倒数， 但区别在多了一个负号，原因是系统中的有功功率是与频率成正比变化， 有功多了，频率自然升高。
发电机的有功与频率正反比变化，并且符号相反。
静态调差系数的倒数就是机组的单位调节功率。
由静态调差系数公式可以看出，调差系数愈小，频率的偏移亦愈小，但是因受机组调速机构的限制，调差系数的调整范围是有限的。
通常水轮机组取 0.02~0.04。
六、电力系统的有功功率与频率调节关系要确定电力系统的负荷变化引起的频率波动， 需要同时考虑负荷及发电机组两者的饿调节效 应。
为简单起见只考虑一台机组和一个负荷的情况 •把负荷和发电机的静态特性画在一张图上。
△ PD△ PG△ PD0ria 2P DNf f.f N ,f NP D - a 0 P DN ' a i P DNfl f2Pi(f)P2(f)A ————CDP2PI现假定系统负荷增加了厶PD0其特性曲线变为P2 (f),发电机组仍是原来的特性，那么新的稳态运行点将由P2(f) 和发电机组的静态特性的交点 B 决定，与此相应的系统频率为f2 ，由图可见，由于频率变化了△ f,且厶f=f2-f1<0此时发电机的功率输出的增量△PG=-g f由于负荷的频率调节效应所产生的负荷功率变化为“△PD=KD\ f当频率下降时，△ PD是负的。
