同步发电机电压及无功功率调节讲解学习
发电机怎么进行功率调节
发电机怎么进行功率调节内容摘要：本文从同步发电机与无穷大电网并联运行，发电机与相近容量电网并联运行及两台同参数发电机组并联运行的三种情况下，如何调节有功功率及无功功率。
关键词：同步发电机、电网、有功功率、无功功率目录前言一、与无穷大电网并联时同步发电机的功率调节1、有功功率的调节2、无功功率的调节二、同步发电机与相近容量电网并联的功率调节1、有功功率的调节2、无功功率的调节3、两台相同参数的发电机之间的功率调节三、实例的判断与处理四、结语前言发电机的功率调节，是发电厂中经常发生的重要操作之一，为此，必须给予应有的重视。
在现代的发电厂里，通常装着许多台发电机组，这些发电机都是并联运行的。
在大型的电力系统中，又把许多发电厂并联起来，这样便可以根据不同的用电负荷调整发电厂内并联机组的台数，合理安排机组维修。
或者根据不同的季节如在枯水期多安排火力发电厂运行，在丰水期水力发电厂多发电，充分利用自然资源，大力降低发电成本。
由于许多发电厂并联运行，电网容量大，提高了供电的可靠性，减少了电压和频率的扰动，提高了电能的质量，为此，并联运行意义重大。
由于上述理由，加之目前独立运行的发电机组不多，所以本文将重点讨论发电机组与无穷大电网并联时有功功率与无功功率的调节问题。
由于目前我国风电事业发展迅速，边远地区的小水电资源亦相当的丰富，在远离大型电力网的情况下，认真探讨发电机与相近容量电网并联的功率调节十分必要。
独立运行发电机组的调节比较简单，只需注意保持发电机组的频率及发电机端电压即可完成其有功功率和无功功率的调节过程。
为此，不再涉及。
根据本人多年来发电运行的实践，就电网对并联运行发电机性能的影响，发电机并联运行静态稳定问题，有功功率和无功功率的调节方法，注意事项及运用调节理论分析判断发电机运行中的异常情况，及时处理方法等。
谈谈个人肤浅看法和体会，请有关专家和同行们批评指正。
张广学一、与无穷大电网并联时同步发电机的功率调节“无穷大电网”是指电网的容量极大，即电网的频率和电压不受负荷变化或其他扰动的影响，而保持为常值。
同步发电机无功功率的调节方法
同步发电机无功功率的调节方法无功功率是指交流电路中由于电压和电流之间的相位差而产生的功率，它不直接参与功率传输，但对于电网的稳定运行至关重要。
同步发电机作为电力系统的稳定供应装置，其无功功率的调节对于维持电网的电压稳定以及稳定供电至关重要。
一、励磁调节励磁调节通过调节同步发电机的励磁电流来调节无功功率。
励磁调节是一种简单而有效的调节方法，其基本原理是增加或减小励磁电流，从而调整同步发电机的无功功率输出。
励磁调节可以通过手动方式进行，也可以采用自动控制系统进行。
手动调节需要操作员根据系统需求和运行状况来调节励磁电流，以实现无功功率的调节。
而自动控制系统则是通过测量电网的电压和频率等参数，并根据设定的无功功率输出需求来自动调节励磁电流。
励磁调节的关键是根据系统需求和运行状况来确定励磁电流的大小。
在发电机负荷增加时，应适当增加励磁电流，以提供足够的无功功率支持电网的电压稳定性；而在发电机负荷减少时，则应适当降低励磁电流，避免过量的无功功率对电网造成负担。
二、自动电压调节(AVR)自动电压调节是一种使用自动调压器来调节发电机的励磁电压，从而调节无功功率的方法。
自动调压器通过测量发电机的端电压并与设定值进行比较，来自动调节励磁电压，以实现无功功率的调节。
自动电压调节主要通过控制自动调压器的输出电压来调节发电机的励磁电流。
当电压低于设定值时，自动调压器会增加励磁电压，从而增加无功功率输出；而当电压高于设定值时，自动调压器会减小励磁电压，以减小无功功率输出。
自动电压调节可以根据电网的需求和发电机的运行状况来自动调节励磁电流，从而实现无功功率的调节。
同时，自动电压调节还可以结合其他控制系统，如电压和无功功率控制系统，以实现更精确的调节。
总结起来，同步发电机无功功率的调节方法主要包括励磁调节和自动电压调节。
励磁调节通过调节励磁电流来调节无功功率输出，可以手动或自动进行；而自动电压调节则通过自动调压器来调节励磁电压，实现无功功率的自动调节。
第六章电力系统的无功功率和电压调整
统电压为UN，但电源提供
的无功功率下降为ΣQGC
时 . 无功也能平衡，但电 压要下降。 ■ 调节变压器分接头可以改 善局部电压，但电源提供 的无功不足时，电压不能 全面改善，而且有可能发 生电压崩溃的危险。
第二节电力系统中无功功率的 最优分布
一、负荷功率因数的提高
■ 异步电动机的无功功率：
二、无功功率的平衡
■ 负荷无功功率的静态电压特性
jXΣ
Q
无
功
负
1’
荷
1
U
二、无功功率的平衡
■ 发电机的静态电压特性
■ 近似二次曲线，E ↑ , 曲 线 ↑
Ф
δ
Ф
U
Q 2’
2 E
U
二、无功功率的平衡
Q
2’ 2
1’ 1
U
二、无功功率的平衡
■ 图中所示的无功电源静态 电压特性和无功负荷静态 电压特性，当电源提供的
■ 静止补偿器和静止调相机是分别与电容器和调相 机相对应而又同属“灵活交流输电系统”范 畴 的两种无功功率电源。前者出现在70年代初，是 这一“家族”的最早成员，日前已为人们所 熟 知；后者则尚待扩大试运行的规模。静止补 偿 器的全称为静止无功功率补偿器(svc)。
■ 并联电抗器
■ 就感性无功功率而言，并联电抗器显然不是电 源而是负荷，但在某些电力系统中的确装有这 种设施，用以吸取轻载或空载线路过剩的感性 无功功率。而对高压远距离输电线路而言，它 还有提高输送能力，降低过电压等作用。
■ 最优网损微增率准则
■ 无疑，系统的无功资源越丰富，就可能节约越多 的网损，但也可能会使电网的建设投资增大。
■ 在进行电网规划时，希望以较小的投资，节约 较多的网损，所以无功规划的目标函数不能只 考虑网损，也不能只考虑投资，需要考虑将来 一个时间段内电网的综合效益最好。
注册电气工程师专业基础讲义-电力系统无功功率和电压调整
第33章电力系统无功功率平衡和电压调整33.1 电力系统的无功功率平衡33.1.1 无功电源和无功负荷33.1.1.1无功电源1、发电机 generator发电机作为无功源即可发出感性无功,又可发出容性无功.在进行无功调整时,首先应充分利用发电机的无功输出能力.2、调相机 synchronous condenser（1）是只发无功功率的同步发电机.过励磁运行时，向系统发出感性无功功率;欠励磁运行时，从系统吸收感性无功。
（2）欠励磁运行时的容量约为过励磁运行时容量的50％。
（3）带励磁调节装置的调相机，可根据其所在点的电压自动平滑的改变出力;有强行励磁装置时，系统故障情况下也可维持该机的出口电压。
（4）特点：a)运行维护复杂。
b)有功损耗大，满载时达额定容量的1.5％∽3％，容量越小，损耗占的比重越大。
故容量小于5Mvar时，不宜用调相机。
c)可平滑调整无功出力，系统故障时也可按要求输出无功。
3、静电电容器 static capacitor（1）按三角形或星形接法并联在线路上。
（2）只能向系统提供感性无功，当端口电压下降时，出力会显著下降。
（3）特点：1)无功输出调节能力差，输出无功受端口电压限制。
2)单位容量成本低，且与总容量大小无关，安装维护方便。
3)有功损耗小，满载时仅为额定容量的0.3％∽0.5%。
4)可集中使用，也可分散就地供应无功，从而减少网络电能损耗。
4、静止补偿器SVC static VAR compensator可控硅控制的电抗器与电容器并联组成的。
（1）吸收或发出感性无功。
（2）快速跟踪负荷，响应速度快。
（3）运行时有功损耗小，满载时不超过额定容量的1%。
（4）可靠性高，维护工作量小。
（5）不增加短路电流。
（6）可控硅控制电抗器时，电网中产生高次谐波。
33.1.1.2 无功负荷和无功损耗无功负荷: 除白炽灯和纯电阻性加热设备外的其它用电设备均需要无功，其中异步电动机占很大比重。
电力系统无功功率和电压调整-PPT课件
V VV
imax max
min
电力系统分析
35
例
简单电力网电压损耗
电力系统分析
36
电力系统分析
37
只满足i节点负荷时，中枢点电压VO应维持的电压为
0~ 8h
VO Vi VOi
(0.95~1.0)5VN0.0V 4N (0.99~1.0)9VN
8 ~ 24h
VO Vi VOi
电力系统分析
25
5.静止无功发生器（SVG）
SVG的优点：响应速度快，运行范围宽，谐波电 流含量少，尤其重要的是，电压较低时仍可向系 统注入较大的无功。
电力系统分析
26
5.2.3 无功功率平衡
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。
（1）大型发电厂的高压母线； （2）枢纽变电所的二次母线； （3）有大量地方性负荷的发电厂母线。
电力系统分析
32
5.3 电力系统中枢点的电压管理
例：
中枢点
中枢点
图5-16 电力系统的电压中枢点
电力系统分析
33
5.3.2 中枢点电压允许变化范围
中枢点i的电压满足Vimin≤Vi ≤ Vimax 图5-17 负荷电压与中枢点电压
电力系统分析
4
5.1 电压调整的一般概念
（5）系统电压降低，发电机定子电流将因其功率角的增大
而增大。增大到额定值后，使发电机过热，不得不降低出力。
（6）系统电压过低会使电网的电压损耗和功率损耗增加，
影响系统的经济运行；过低的电压甚至严重影响电力系统的
稳定性。
系统无功功率不足，电压 水平低下时，某些枢纽变 电所母线电压在微小扰动 下会迅速大幅度下降，产 生电压崩溃，从而导致电 厂之间失步，系统瓦解， 大面积停电的灾难性事故。
同步发电机无功功率的调节方法
同步发电机无功功率的调节方法同步发电机无功功率的调节方法同步发电机是电力系统中非常重要的组成部分，它的稳定运行对于电力系统的正常运行至关重要。
无功功率的调节是同步发电机运行中的一个重要问题，它直接影响到电力系统的稳定性和功率因数的控制。
本文将对同步发电机无功功率的调节方法进行全面评估，并探讨该主题的深度和广度，以帮助读者更好地理解这一概念。
一、同步发电机无功功率的定义和重要性1. 同步发电机无功功率是指同步发电机在运行过程中所提供或吸收的无功功率。
2. 无功功率的调节对于电力系统的稳定运行和功率因数的控制非常重要。
恰当地调节无功功率可以维持电力系统的电压稳定，防止电压闪烁和电压暂降，提高电力系统的抗干扰能力。
二、同步发电机无功功率调节方法的分类和原理1. 自动调节装置（AVR）- AVR是一种常用的调节同步发电机无功功率的装置。
- 它通过监测发电机端电压来调节发电机的励磁电流，从而控制无功功率的输出。
- AVR通过自动调节发电机的励磁电流来使得发电机的终端电压保持在设定的水平。
2. 功率因数调整装置（PFC）- PFC装置通过调节同步发电机的功率因数来控制无功功率的输出。
- PFC装置可以根据电压和电流的相位差来判断功率因数，然后调整励磁电流以达到所需的功率因数。
- 这种调节方法适用于大功率、高电压的同步发电机。
3. 动能储存装置（SMES）- SMES是一种新型的同步发电机无功功率调节装置。
- 它利用锂电池等储能技术将过剩的无功功率转化为电能进行储存，当系统需要时再将其释放。
- SMES装置能够快速响应和调节电力系统的无功功率需求，使得电力系统的运行更加稳定和高效。
三、同步发电机无功功率调节方法的优缺点1. AVR的优点是简单可靠，可以快速响应无功功率的需求变化。
但是它对系统的负荷变化和故障响应能力较差。
2. PFC的优点是可以精确地调节功率因数，适用于大功率的同步发电机。
然而，它对变动较快的系统负荷变化响应较慢。
同步发电机的有功无功调节
16-2 同步发电机的功率和转矩方程式
发电机功率流程图
P1
Pem
P2
pmec
p fe
pad
pcu1 mI 2Ra
Tem
Pem
2 n（弧度/ 秒）
Pem P1 ( pmec p fe pad )
60
P1 p0
Tem T1 (Tmec Tfe Tad )
s in
E0
jIxt
U
I
Pem Pemm ax
0
90
180
Tem
Pem
mUE 0 xt
s in
θ的双重物理意义
16-3 同步发电机与大电网并联运行时
的有功功率调节和静态稳定性
一、有功功率的调节
Pem
m
E0U xt
s in
Pem Pem mUI cos
若励磁电流不变
则E0不变 若增大P1
E0
xt
xt
a
a’
0 a
90 b 180
V行曲
线
• 有功输出一定，调节励磁电流时，定子电流与 无功功率的变化情况。
P2 mUI cos C1
Pem
m
E0U xt
sin
C2
I cos C3 E0 sin C4
E0 jIxt U
I
I
cos 0.8 超前
900
cos 0
cos 0.8滞后
扰动消失
T1 Tem 转子减速
减小
Tem 减小
b’ b
b’’
到达a点 由于动能的积累,越过a点
T1 Tem 转子减加速
Y
到达a’’点
同步发电机并网运行时无功功率的调节
同步发电机并网运行时无功功率的调节一、无功功率的调节负载类型,多数负载除了消耗有功功率外,还要消耗电感性无功功率,如异步电机/变压器/电抗器等。
电网除了供给有功功率外，还要供给大量滞后性的无功功率。
电网所供应的全部无功功率一般由并网的所有发电机分担。
本节将讨论发电机所担负的无功功率的调节方法。
分析过程中，认为发电机的电压和频率将维持常数。
如果保持原动机的拖动转矩不变(即不调节原动机的汽门、油门或水门)，那么发电机输出的有功功率亦将保持不变。
P2=mUIacosj = mUE0sind /Xs= 常数Iacosj = 常数E0sind = 常数在有功功率不变时，调节发电机的励磁电流，则空载电势也随之变化。
隐极发电机的电势相量图中，Ia和E0的矢端必须落在直线AB和CD上。
①如果在某一励磁电流If0时，Ia正好与平行，此时无功功率为0,发电机输出的全部是有功功率，我们说发电机处于正常励磁状态。
②如果增加励磁电流到If1，则E0的矢端沿直线AB右移到E01，Ia的矢端将沿直线CD下移至Ia1，Ia1滞后于U，我们说发电机处于过励状态，输出功率中除了有功功率外，还有滞后性的无功功率；③如将励磁电流减少到If2，则E0的矢端沿BA左移到E02，Ia的矢端将沿DC上移到Ia2，Ia2超前于U，我们说发电机处于欠励状态，发电机输出功率中除了有功功率外，还有超前性的无功功率。
二、V形曲线通过调节励磁电流可以调节同步发电机无功功率。
励磁电流变化时，发电机的电枢电流也会发生相应的变化。
在有功功率不变时，将励磁电流If从欠励调节到过励,Ia=f(If)的曲线是一个V形。
V形曲线是一簇曲线，每条曲线对应一定的有功功率。
V形曲线上都有一个最低点，对应cosj=0的情况。
将所有的最低点连接起来，将得到与cosj =0 对应的曲线，该线左边为欠励状态，功率因数超前，右边为过励状态，功率因数滞后。
V形曲线可以利用电势相量图及发电机参数大小来计算求得，亦可直接通过负载试验求得。
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2) 谐振电容CQ ，使非理想励磁特性曲线下移，起压顺 利。
2 电流叠加相复励调压器
主要元件及作用： 1）电流互感器LH ：原副边皆有抽头可调，以改变电流分量 的大小，整定发电机负载电压。 2）移相电抗器DK ：线圈有抽头可调，且气隙也可调，以改 变电压分量的大小，整定发电机空载电压。 3）整流器ZL：整流作用 4）阻容保护R0C0：过压保护
3) 具有一定的强行励磁能力；（当大负荷投入电网 或电力系统发生短路时，电压将大幅度下降，要求 调压器在急短的时间内，使励磁电流上升到超过额 定值的最大值，使电压恢复的能力称强行励磁能力， 一般用强励倍数Kq表示,Kq=强行励磁电压/额定励磁 电压，一般情况下, Kq =2--3）
4 自动调节器的分类
2 自动调压器的作用 (1)维持同步发电机端电压为一定水平。 (2)提高电力系统同步发电机并联运行的稳定性。 (3)合理分配无功功率，保证并联运行系统的正常
工作。
对动态特性的要求，《钢质入级与建造规范》规定： “交流发电机在负载为空载，转速为额定转速，电 压接近额定值的状态下，突加和突卸60%额定电流 及功率因数不超过0.4（滞后）的对称负载时，当电 压跌落时，其瞬态电压值应不低与额定电压的85%， 当电压上升时，其瞬态电流应不超过额定电压的 120%，而电压恢复到最后稳定值相差3%以内所需的 时间，则不应超过1.5秒。”
使励磁电流IL随功率因数Cosφ 和负载电流If 大小的变化而变化，补偿电枢反应的影响， 从而达到调节端电压Uf，保持Uf的恒定。
在经器自常实动变际调动运节。行I要中L的维,I大f或持小CU。of恒sφ定是，经必常须变要动由的电，压必自引动起调Uf也节 所谓自动调压，实质就是自动调节励磁电流， 自动电压调节器又称自动调节励磁装置。
一般设计时XK很大（ XK >> Rd ） 励磁总电流的表达式简化为：
IL= Ilu + Ili
=Uf / jXK +KiwIf
Kiw----电流互感器原副边匝数比
安装调试：
（1） 同名端对应相不应接错
（2） 调空载电压：调匝数WDK、气隙
（3） 调负载后的电压：调电流互感器原副边 匝数比Kiw
自激回路：UF--DK--W1/W2 --ZL--Ilu(自激分量） 复激回路：IF--W3/W2 --ZL--Ili(复激分量）
第三章 同步发电机电压及无功
功率调节
一 概述
1 同步发电机电压变化的原因和调压措施。
当负载变化时，由于发电机电枢反应的作用，将引 起发电机端电压的变化。这个关系可由隐极发电机 的电势简化矢量图或平衡方程式表示：
Uf =E0 - jIfXt
(1-1)
式中:Uf---发电机端电压
E---发电机空载电势
If---发电机定子电流 Xt---发电机同步电抗
= Uf / Rd 没有复励作用 可见，DK不可缺，又称复励阻抗
若DK为纯电阻，ZK=RK 由图可见：If大小变化，如If 增加，IL也增加，可实 现电流复励
If 相位变化，如功率因数增加，IL也增加，不能实现 相位补偿
DK为电感元件，ZK=jXK
由图可见：即可实现电流复励，又可实现相位补偿， （DK使电流分量滞后电压分量90，又称移相电抗 器。
1） 同步发电机空载特性曲线 2） 自励回路理想励磁特性曲线
同步发电机自励起压原理：
转子存在剩磁，发电机被转动后，其定子绕组将感 生剩磁电压，剩磁电压经整流器加在励磁绕组，产 生励磁电流，感生更高的电压，更高的励磁电流， 形成正反馈，直到电压达到额定值。
正常起压，必满足两个条件：
1）必须有较大的剩磁电压 2）必须适当整定自励回路阻抗，使励磁特性曲线与空
由叠加原理： IL= Ilu + Ili =1/Rd+ZK（Uf +ZKKiwIf）
讨论：
（1）励磁电流IL主要取决于负载电流If 的大小和相 位，这种电流叠加相复励调压器特点就是：利用负 载电流If 的大小和相位作为输入信号，来调整发电 机的端电压，因此它是一种开环系统。
（2）DK的 作用： 若没有DK：ZK=0 则： IL= Ilu + Ili
按控制方式分： 1）开环补偿系统（相复励）：电流叠加型、磁势 叠加
型、带电压曲折绕组的相复励 2）按负反馈原理工作的闭环调压系统（可控硅自 励恒
压系统 波兰TUR型） 3）复合控制系统（相复励+校正器）及可控相复励
（日本CRB型）
二 开环调压系统（相复励） 1 同步发电机自励起压原理：
先了解同步发电机自励起压的特性曲线
调压基本原理： 1）负载大小变化，若 If 增大（端电压下降），则 IL 增大，使 端 电压上升，达到调压的目的； 2）若cos下降（端电压下降），同时 IL 增大，使端电压上升，
同样达到调压的目的
电路分析及计算
它是一个三相对称电路，可取一相进行分析、计算 （参见等值电路图）
1） 电压源单独工作：Ilu=Uf / Rd+K 2） 电流源单独工作：Ili=Ii ZK/ZK+Rd
（4） 需停机调整
3 磁势叠加复励调压器(谐振式）
1） 主要元件及作用： 相复励变压器BF：由三套绕组组成 W1绕组------电压绕组 W2绕组------输出绕组 W3绕组------电流绕组 移相电抗器DK ：线圈有抽头可调，且气隙也可调， 以改变电压分量的大小，整定发电机空载电压。 整流器ZL：整流作用 阻容保护R0C0：过压保护
由 或性上质式的,E0变不化变，，必发引电起机U的f的负变载化电。流If的大小
由一措式施（为1-1相）应可的知改，变当EI0f的变大化小时。，要保证Uf不变的唯 已知：
Eo=4.44WfФm 式中：4.44---比例常数
W---发电机绕组匝数 f---发电机频率 Фm ---发电机磁通 由就样调结上可，整论式 使 要 ：IL来可使E完0发知E成0生改，。相变W与，应，式f的从为（变而常1化保-数2）。证时相ФU,Ef由恒联0与励定系Ф磁的成，电任正可流务比得I，L，出产可改下生通变面。过Ф的这，