无功功率平衡对电压的影响..docx

无功功率平衡对电压的影响概述交流电力系统需要电源供给两部分能量，一部分将用于作功而被消耗掉，这部分电能将转换为机械能、光能、热能或化学能，我们称为“有功功率”，在电力系统的负载中，只有电阻才消耗有功功率。另一部分能量是用来建立磁场，用于交换能量使用的，对于外部电路它并没有作功，由电能转换为磁能，再由磁能转换为电能，周而复始，并没有消耗，主要是建立磁场用，这部分能量我们称为“无功功率”，无功是相对于有功而言，不能说无功是无用之功，没有这部分功率，就不能建立感应磁场，电动机、变压器等设备就不能运转。1系统的无功功率对电压的影响1.1电力系统中的无功功率电源与无功负荷 在电力系统中,无功功率为电力网络及各种电力设备提供励磁。系统内主要需要感性无功功率，它为变压器和感应电动机提供了励磁电流。无功功率的电源有发电机、高压输电线路、大型同步电动机和补偿装置。其中发电机是最基本的无功功率电源,发电机在额定状态下运行时,可发出的无功功为:电力系统中无功负荷主要为异步电动机,系统无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定, 它所消耗的无功功率为：-------负荷特性式中:为励磁功率，为励磁电抗，为漏抗无功损耗，为漏电抗，为电动机端电压，为定子电流。电力系统无功功率的损耗主要有变压器的无功损耗和输电线路的无功损耗。1．2 无功功率对电压的影响。 图1 图2下面以一发电机经过一段线路向负荷供电来说明无功电源对电压的影响。略去各元件电阻，用X表示发电机电抗与线路电抗之和，等值电路如图l所示，并根据等值电路图作出发电机端电压与负荷侧电压关系的相量图2：根据图2可以确定发电机送到负荷节点的功率为： (1) (2)当P为一定时，得： (3)当电势E为一定值时，根据(3)式可做出无功功率Q与电压U的关系图，如图3中的曲线1：图3由图可知，Q—U关系是一条向下的抛物线，而负荷的主要成分是异步电动机，其无功负荷特性如图中曲线2所示。曲线1与曲线2的交点a确定了负荷节点的电压值Ua，即系统在电压Ua下达到了无功功率的平衡。当负荷增加时, 其无功电压特性如曲线2′所示,如果系统的无功电源没有相应增加(即发电机励磁电流不变,电势也就不变) ,电源的无功特性仍然是曲线1 ,这时曲线1 和曲线2′的交点a′就代表了新的无功平衡点, 并由此决定了负荷点的电压为Ua′,显然Ua′ Ua ,这说明负荷增加后,系统的电源已不能满足在电压Ua 下无功平衡的需要, 因而只好降低电压运行, 以取得在较低电压下的无功平衡。如果发电机具有充足的无功备用, 通过调节励磁电流增大发电机电势E,则发电机的无功特性曲线将上移到曲线的位置,从而使曲线1′与曲线2′的交点c 所确定的负荷节点电压达到或接近原来的数值Ua 。同样,如果发电机的电势E 增大而负荷没有增加,则由发电机的无功特性曲线与负荷无功特性曲线2 的交点为a″,决定了负荷点的电压为Ua″,此时, Ua Ua ″负荷点的电压偏高。由此可见,系统中的无功电源对系统中的电压的影响为当无功电源比较充足时, 能满足较高电压水平下的无功平衡需要, 系统就有较高的运行电压水平;反之,无功不足就反映为运行电压水平偏低。因此,应该力求实现在额定电压下的系统无功功率平衡,并根据这个要求装设必要的无功补偿装置。1．3 电力系统中的无功功率的平衡电力系统无功功率平衡的基本要求：系统中的无功电源可以发出的无功功率应该大于或至少等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗。同时为了保证运行可靠性和适应无功负荷的增长，系统必须配置一定的无功备用容量。系统中无功功率的平衡关系式为：：电源提供的无功功率之和：无功负荷之和：网络无功损耗之和：无功备用表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用；表示系统中无功功率不足，应考虑加设无功补偿装置。系统无功电源的总输出功率包括发电机发出的无功功率和各种无功补偿设备的无功功率总无功功率损耗包括变压器无功损耗、线路电抗无功损耗和线路电纳的无功损耗2. 系统中无功功率与电压的调整2.1系统中无功功率与电压的损耗 如图受端复功率为：所以有类似地，送端有功功率和无功功率为电流除了感性电抗X，考虑网络的串联电阻R，则对于所有情况，吸收的无功功率都是。这就引入了无功功率损耗的概念，与有功损耗相对应。我们可以得到下列结论：有功功率传递取决于送端电压超前于受端电压的相位角；无功功率传递取决于电压幅值，它从较高电压幅值的一侧传递到电压幅值较低的一侧；由和公式看出，传输的无功功率增加，引起有功功率和无功功率损耗的增加。2.2送端和受端电压之间的关系为：电压降落为（考虑线路电阻）：即电压降落的纵分量,考虑线路的电阻R：电压降落的横分量：又由于在传输路径上的各元件阻抗（发电机，变压器，输电线路，异步电动机等）均是感抗远大于电阻，通常在简化分析与计算中，可将电阻