电力系统中无功功率平衡对电压的影响
电力系统无功功率平衡与电压调整
电力系统无功功率平衡与电压调整由于电力系统中节点很多，网络结构复杂，负荷分布不均匀，各节点的负荷变动时，会引起各节点电压的波动。
要使各节点电压维持在额定值是不可能的。
所以，电力系统调压的任务，就是在满足各负荷正常需求的条件下，使各节点的电压偏移在允许范围之内。
由综合负荷的无功功率一电压静态特性分析可知，负荷的无功功率是随电压的降低而减少的，要想保持负荷端电压水平，就得向负荷供应所需要的无功功率。
所以，电力系统的无功功率必须保持平衡，即无功功率电源发出的无功功率要与无功功率负荷和无功功率损耗平衡。
这是维持电力系统电压水平的必要条件。
一、无功功率负荷和无功功率损耗1．无功功率负荷无功功率负荷是以滞后功率因数运行的用电设备(主要是异步电动机)所吸收的无功功率。
一般综合负荷的功率因数为0.6～O.9，其中，较大的数值对应于采用大容量同步电动机的场合。
2．电力系统中的无功损耗(1)变压器的无功损耗。
变压器的无功损耗包括两部分。
一部分为励磁损耗，这种无功损耗占额定容量的百分数，基本上等于空载电流百分数0I ％，约为1％～2％。
因此励磁损耗为0/100Ty TN Q I S V (Mvar)(5-1-1)另一部分为绕组中的无功损耗。
在变压器满载时，基本上等于短路电压k U 的百分值，约为10％这损耗可用式(6-2)求得2(%)()100k TN TL Tz TNU S S Q S V (Mvar)(5-1-2) 式中，TN S 为变压器的额定容量(MVA)；TL S 为变压器的负荷功率(MVA)。
由发电厂到用户，中间要经过多级变压，虽然每台变压器的无功损耗只占每台变压器容量的百分之十几，但多级变压器无功损耗的总和可达用户无功负荷的75%～100％左右。
(2)电力线路的无功损耗。
电力线路上的无功功率损耗也分为两部分，即并联电纳和串联电抗中的无功功率损耗。
并联电纳中的无功损耗又称充电功率，与电力线路电压的平方成正比，呈容性。
电力系统中无功功率平衡对电压的影响
电力系统中无功功率平衡对电压的影响唐建明(河北省秦皇岛市半岛电力工业有限责任公司，河北 秦皇岛 066000)摘 要：在电力系统中，不可忽视无功功率的平衡、对电压的影响，无功功率的增加或减少，均对系统电压产生较大的波动及增加电能损耗；必须调整无功功率的输出、安装无功补偿装置等均可保持无功功率的平衡，以保持电压在正常范围内，同时减少功率损耗。
关键词：电力系统；无功功率；系统电压；影响中图分类号：TM71 文献标识码：A 文章编号：1811-8755(2004)010800 概述电力系统中既有有功功率电源，又有无功功率电源，为保证电能的质量，系统内的功率必须保持平衡。
电压是衡量电能质量的一个重要指标，电力系统运行调整的基本任务之一是保证用户处的电压接近额定值运行，而电力系统的运行电压水平则取决于系统中无功功率的平衡，系统中各种无功电源的无功功率输出能否满足系统负荷和网络损耗中的无功功率需求，将影响着电压的偏移。
当无功电源输出的无功功率大于无功负荷及网络中损耗时，负荷侧的电压就偏高；当无功电源发出的无功功率小于无功负荷及网络中的损耗时，负荷侧的电压就偏低。
当电压过高时，将可能造成各种电气设备绝缘受到损害，用电设备受命大大缩短；当电压过低时，将使网络中的功率损耗和能量损耗加大，加速电气设备的绝缘老化，严重时甚至可能烧毁电气设备，电压过低还可能危及电力系统运行的稳定性。
由于电力系统内的无功电源容量不足时，负荷的端电压就将被迫降低；系统内的无功电源容量过多时，负荷的端电压就将被迫升高。
因此电力系统中无功电源发出的无功功率不能保持平衡时，将对电压产生不利的影响。
1 电力系统的无功功率平衡对电压的影响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。
无功补偿对电网电压的影响分析
无功补偿对电网电压的影响分析随着能源的需求不断增加和电力系统的规模不断扩大，电网电压稳定问题日益突出。
在电力系统中，无功补偿是一项重要的调节措施，可有效提高电网的稳定性和运行效果。
本文将对无功补偿对电网电压的影响进行分析。
一、无功补偿的概念和作用无功补偿是指通过调节电路的电流和电压相位，提供或吸收无功功率，以实现电力系统无功功率的平衡。
在电网中，无功功率是由感性负载和电容负载产生的，而无功补偿的作用就是通过引入电抗器或电容器，将无功功率进行平衡，从而提高电网电压的稳定性和品质。
无功补偿可以分为静态无功补偿和动态无功补偿两种方式。
静态无功补偿是指通过电抗器和电容器等静态设备来实现对无功功率的调节，动态无功补偿则是利用功率电子器件实现对无功功率的快速调节。
二、无功补偿对电压的影响1. 提高电网电压稳定性无功补偿通过引入电抗器或电容器来调节感性负载和电容负载的无功功率，使得系统的总无功功率接近零。
当电网负载不平衡或电容负载无功功率不足时，静态无功补偿可以通过调整电容器或电抗器的容值，提供或吸收无功功率，从而维持电网电压的稳定。
动态无功补偿则更加灵活，可以根据电网瞬时的无功功率需求进行快速调整，确保电压的稳定性。
2. 改善电压品质无功补偿能够降低电网的无功功率损耗，减少电压波动和谐波的产生，提高电网的电压品质。
通过引入电抗器或电容器，可以减小电网的电抖动和电压偏差，提高电力系统的调节能力和电能传输效率。
3. 减少输电损耗在输电过程中，电网会因为电阻和电抗的影响而产生一定的无功功率损耗。
通过无功补偿，可以有效减少电网的无功功率损耗，提高电能的输送效率，降低系统的线损。
4. 增加电网可靠性无功补偿可以提高电力系统的稳定性和可靠性。
当电压出现波动或瞬时的负载变化时，无功补偿可以快速响应并进行调整，从而保持电网电压的稳定，减少系统的故障和异常情况。
三、无功补偿技术的发展趋势随着电力系统的不断发展和智能化水平的提高，无功补偿技术也在不断演进和创新。
电力系统无功功率的平衡和电压的调整
（1）调节发电机励磁电流以改变发电机机端电压UG；
（2）适当选择变压器的变比K；
（3）改变网络参数R和X（主要是X），改变电压损耗 △U （4）改变功率分布P+jQ（主要是Q），使电压损耗△U 变化
22
第三节
电力系统的几种主要调压措施
一．改变发电机端电压调压
• 根据运行情况调节励磁电流来改变机端电压。
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二、电压调整的基本原理
Ub
略去电力线路的电容功率，变压器的励磁功率和 网络的功率损耗
PR QX U b (U G k1 U ) / k2 U k k G 1 2 U G k1
21
电压调整的措施：
PR QX U b U k k2 G 1 U G k1
A
ห้องสมุดไป่ตู้DF
发电机的P-Q极限
10
2. 同期调相机
•同步调相机相当于只能发出无功功率的发电机。
•在过励磁运行时，它向系统供给感性无功功率而起无功
电源的作用，能提高系统电压； •在欠励磁运行时（欠励磁最大容量只有过励磁容量的
（50% ～65%）)，它从系统吸取感性无功功率而起无功
负荷作用，可降低系统电压。 •它能根据装设地点电压的数值平滑改变输出（或吸取） 的无功功率，进行电压调节。因而调节性能较好。
以滞后功率因素运行的用电设备所吸收的无功功率。 • 照明、电热，消耗感性无功QL小。
• 同步电动机，有励磁绕组，通过励磁电流的调节， 可以调节其输出无功的大小。过激运行，发QL ； 欠激运行，吸收QL 。在综合负荷中比例小。 • 异步电动机，消耗QL ，在综合负荷中比例很大。 • 综合负荷功率因素，0.6～0.9，滞后（感性无功）
无功功率对电力系统的影响
无功功率对电力系统的影响无功功率是电力系统中非耗能性功率的一种表现形式，其对电力系统的影响主要包括电压稳定性、电力需求和运行成本等。
下面将从这三个方面对无功功率的影响进一步阐述。
首先，无功功率对电压稳定性有着重要的影响。
在电力系统中，无功功率通过无功补偿设备进行调节，保持电压在合理的范围内。
当无功功率不平衡时，电网中会产生电压偏差，使得电压稳定性下降。
过低的电压会导致电力设备的性能恶化，甚至发生运行故障，而过高的电压则会使设备过载、寿命缩短。
因此，通过调节无功功率的流动，可以有效地控制电压的稳定性。
其次，无功功率对电力需求有一定的影响。
无功功率的流动会导致电力系统的有功功率的增加，使得供电电力的需求增加。
如若不加以调节，无功功率的过度流动会导致电力系统的容量不足，从而影响供电可靠性。
因此，合理地控制无功功率的流动可以降低电力系统的负荷水平，提高供电的可靠性。
最后，无功功率对电力系统的运行成本也有一定的影响。
无功功率的流动会导致电力系统的输电损耗增加，从而增加电网的运行成本。
另外，无功功率的流动也会导致变压器的损耗增加，增加了设备的维护成本。
因此，减少无功功率的流动可以降低系统的运行成本。
为了减少无功功率对电力系统的不良影响，可以采取的措施包括无功补偿、无功发电和无功功率控制等。
其中，无功补偿是通过电容器、电抗器等装置对无功功率进行调节，使得系统的功率因数接近于1、无功发电是通过发电机组投入无功功率到电网，以补偿系统的无功功率需求。
而无功功率控制则是通过控制变压器的耦合等级，调整系统的无功功率流动。
总结起来，无功功率对电力系统的影响主要体现在电压稳定性、电力需求和运行成本等方面。
通过合理地控制无功功率的流动，可以降低电力系统的负荷水平，提高供电的可靠性，并减少系统的运行成本。
因此，对无功功率的调控具有重要的意义。
浅述无功与电压的关系
质上就是一个无功问题 。 功功率并不是无用 的功率 ， 电力系 无 在 统中许多用 电设备均是根据 电磁感应原理工作 的，如配电变压 器、 电动机等 ， 它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量 的转换 和传递。为了建立交变磁场和感应磁通 而需要 的电功率称为无 功功率 ， 只不过它的功率并不转化 为机械能 、 热能而 已； 因此在 电力 系统 中除 了需 要 有 功 电源 外 ， 需 要 无 功 电 源 ， 者 缺 一 不 还 两
技 经 济市 场
浅 述 无功 与 电压 的关 系
彭江 庭
（ 东电 网汕尾 海丰供 电局 ， 东 汕尾 ５ ６ ０ ） 广 广 １ ４０
电压 是 电力 系 统 电能 质 量 的重 要指 标 之 一 ， 电压 质 量 对 电 网稳 定 及 电力 设 备 安 全 运 行 、 路 损 失 、 农 业 安 全 生 产 、 品 线 工 产 质量 、 电损耗和人 民生活用电都有直接影响。 用 保证用户 的电压 接 近 额定 值 是 电力 系统 运 行 调 整 的 基本 任 务 之 一 ，电 力 系 统 的 运行电压水平取决于无功功率 的平衡。无功 电力是影响电压质 量的一个重要 因素 ， 电压质量与无功是密不可分的 ， 电压问题本 压 特 性 如 曲线 ４所 示 。 果 系 统 的无 功 电 源 没有 相 应 增 ／ 发 电 如 ｍ（
只好降低电压运行 ， 以取得在较低电压下 的无功平衡 。 如果系统
具 有 充 足 的无 功 备 用 ， 过 调 节 励 磁 电流 ， 在 发 电机 的电 势 ， 通 增 将无功 曲线上移到曲线 ３的位置 ，从而使 曲线 ３和 ４的交点 ｂ 所 确 定 的负 荷 节 点 电 压 达 到 或 接 近 原 来 的 数 值 ［。 由此 可 见 ， ， Ｐ 系统 的 无 功 电 源 比较 充 足 ，能 满 足 较 高 电 压水 平 下 的无 功 平 衡 的需 要 ， 统 就 有 较 高 的运 行 电压 水 平 ； 之 ， 功 不 足 就 反 映 系 反 无 为运 行 电压 水 平偏 低 。 因此 ， 该 力 求 实 现 在额 定 电 压下 的系 统 应
电力系统中的无功功率
电力系统中的无功功率集控值班员2016-07-021.1.1 无功功率对有功功率的影响输电线路的主要任务足输送有功功率,而为了实现有功功率的传输和电网无功功率的平衡也需要输送一定量的无功功率。
输送无功功率时需要消耗有功功率。
当有功功率一定时，无功功率越大，则网络中的有功功率损耗就越大。
当电力线路的传输能力一定时，传输无功功率越小，则传输有功功率的能力越大。
1.1.2无功功率对电压的影响(1)无功功率平衡水平对电压水平的影响。
电力系统中无功功率平衡水平对电压水平有较大的影响。
如果发电机有足够的无功功率备用，系统的无功电源比较充足，就能满足较高电压质量下大功功率平衡的需要，系统就有较高质量的运行电压水平。
反之，如果无功功率不足，系统只能在较低质量的电压水平下运行。
另外，电能在电力网中传输时，要损失掉部分有功功率和无功功率。
当无功功率损耗较大时。
将引起系统电压大幅度下降，影响系统运行的稳定性、经济性。
(2)无功功率对电压质量的影响。
电力系统是向用户提供电能的网络，因而电能质量是供电部门生产；经营活动中的一个重要经济技术指标。
电压是电能质量的主要指标之一，电压质量对电力系统稳定运行，降低线路损耗和保证工农业的安全生产有着重要意义。
在保证工农业生产和人民生活个使用的各种用电设备都是按照额定电压米设计制造的。
这些设备在额定电压厂运行时，才能取得最佳的运行状态。
电压超出所规定的范围时，对用电设备将产生不良的后果。
目前大多数国家规定的电压允许变化范围一般为l 5％——10％UN (额定电压)。
电力部门为了确保电力系统正常运行时能够提供优质的电压，确保优质的供电服务，必须确保各输配电线路的母线电压稳定在允许的偏差范围之内。
电力系统正常运行时，应有充足的无功电源。
无功电源的总容量要能满足系统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。
当电力网有能力向负荷供给足够的无功功率时，负荷的电压才能维持在正常的水平上。
无功补偿对电力系统电压的影响与调节
无功补偿对电力系统电压的影响与调节无功补偿在电力系统中扮演着重要的角色。
它对电力系统的电压稳定性和功率因数的调节起着关键作用。
本文将探讨无功补偿对电力系统电压的影响以及相应的调节方法。
一、无功补偿对电力系统电压的影响无功补偿是用于对抗电力系统中无功负荷而引起的电压波动现象的一种方法。
随着无功负荷的增加，电网中的无功功率需求也会增加。
由于无功功率的存在，电力系统的电压会出现波动和不稳定的现象。
1.1 电压降低与电流上升无功功率引起的电压降低现象会导致电力系统中的电流上升。
当无功功率过多时，电网电压会下降，从而影响到系统中各个设备的正常运行。
如果不及时采取措施进行补偿，电力系统可能会发生电压崩溃等严重故障。
1.2 电压波动与电气设备损坏无功功率的不稳定会导致电网电压的波动。
电压的快速升降会对电气设备产生冲击，从而损坏设备，缩短其使用寿命。
特别是对于对电压要求较高的设备，如半导体器件等，电压波动可能会造成不可逆转的损坏。
1.3 电压不平衡与谐波扩散无功功率引起的电压不平衡会导致电力系统中各相电流的不平衡。
这种不平衡会产生谐波电流，扩散到电网中的其他设备，增加了电力系统的谐波污染问题。
谐波电流会引起额外的能量损耗，导致电网效率降低。
二、无功补偿的调节方法为了消除或减轻无功功率对电网电压的影响，需要采取相应的无功补偿措施。
以下是几种常见的无功补偿调节方法：2.1 静态无功补偿装置静态无功补偿装置是一种通过改变电容和电抗的连接方式来实现无功功率的补偿调节。
其中，串联电容可以用来补偿无功功率，提高电网电压；并联电抗则用于吸收无功功率，降低电网电压。
2.2 动态无功补偿装置动态无功补偿装置是通过控制电容和电抗的导纳值来实现无功功率的补偿调节。
该装置可以实时监测电力系统的电压和电流，通过对电容和电抗进行调节，及时平衡电力系统的无功功率，以保持电压的稳定。
2.3 SVC（静止无功补偿器）SVC是一种在高压电力系统中广泛应用的无功补偿装置。
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电力系统中无功功率平衡对电压的影响
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摘要：在电力系统中,不可忽视无功功率的平衡对电压的影响,无功功率的增加或减少,均对系统电压产生较大的波动及增加电能损耗,必须调整无功功率的输出,安装无功补偿装置等均可保持无功功率的平衡,以保持电压在正常范围内,同时减少功率损耗。
关键词:电力系统; 无功功率; 系统电压
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: Q GN = S GN sinφN = P GN tanφN (1)
式中: S GN , P GN ,φN 分别为发电机的额定视在功率、额定有功功率和额定功率因数角。
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:
Q M = Q m + Qσ= U2 / X m + I2 Xσ(2)
式中:Q m 为励磁功率, X m 为励磁电抗, Qσ为漏抗无功损耗, Xσ为漏电抗,U 为电动机端电压, I 为定电流。
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
在电力系统运行中,要求电源的无功出力在任何时刻都同负荷的无功功率和网络无功损耗之和相等,即: Q GC = Q LD – Q L
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1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
:
图1 发电机与负荷关系的等值电路图
图2 发电机端电压与负荷电压关系的相量图根据图2 可以确定发电机送到负荷节点的功率为:
P = UI co sφ=EU* sinδ/X
Q = UI sinφ= EU*cosδ/X-U2/X
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 :
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, 其无功电压特性如图中曲线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。
图3 无功功率平衡确定电压
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条件是:系统无功功率电源可能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:
Q GC - Q LD - Q L = Q RES (4) 其中; Q GC为电源发出的无功功率之和, 包括发电机的无功功率Q GΣ和各种无功功率Q CΣ,即
Q GC = Q G Σ+ Q C Σ
Q LD 为无功负荷之和; Q L 为网络无功功率损耗之和; Q RES 为无功功率备用。
当Q RES > 0 , 表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用;
当Q RES < 0 ,表示系统中无功功率不足,应考虑加设无功补偿装置;
当Q RES = 0 ,表示系统中无功功率刚好平衡,但当系统有小的干扰时将破坏这一平衡。
电力系统中一般要求发电机接近于额定功率因数运行,可按额定功率因数计算发电机所发出的无功功率。
此时如系统的无功功率能够平衡, 则发电机就保持有一定的无功备用, 其它的无功补偿装置按额定容量来计算其无功功率。
结论
电力系统中无功功率是否平衡,直接影响电压的质量。
为保证电压质量,满足用户的用电要求,系统中必须有充足的无功电源备用。
当系统的无功功率大于(或不能满足) 无功负荷的需要时,就得调整无功功率的输出,采用调压措施,调整负荷侧电压,以改善电压的偏移。
在电压调整的过程中,不可忽视无功功率的平衡。
实际上电力系统的无功电源发出的无功功率大于(或不能满足) 无功负荷及网络中损耗时,负荷的电压就不可能维持在正常的运行水平,这主要是因为无功电源发出的无功功率与系统中所需的无功功率不平衡所至。
不论怎样改变变压器的变比,负荷的电压还是偏高或偏低,无法达到电压在正常范围内运行,此时在负荷侧可考虑加装静止无功补偿器等。
这样既可发出无功功率,又可吸收无功功率的设备,同时应尽量使无功功率就地平衡。
参考文献
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收稿日期：2010/6/2 14:12
作者简介：
333（1991-）,男，33，学生，专业为电气工程及其自动化。
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