無(wú)功功率與電壓的關(guān)系

1、無(wú)功功率與電壓的關(guān)系 摘要：電壓和頻率是衡量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，而影響電壓質(zhì)量的直接因素就是無(wú)功功率。電力系統(tǒng)中各種用電設(shè)備只有在電壓為額定值時(shí)才能有最好的安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。但是在電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行中，用電負(fù)荷和系統(tǒng)運(yùn)行方式是經(jīng)常變化的，由此引起電壓發(fā)生變化，不可避免地出現(xiàn)電壓偏移。而電力系統(tǒng)的運(yùn)行電壓水平取決于無(wú)功功率的平衡，系統(tǒng)中各種無(wú)功電源的無(wú)功功率輸出應(yīng)能滿足系統(tǒng)負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)損耗在額定電壓下對(duì)無(wú)功功率的需求，否則就會(huì)偏離額定值。在電力系統(tǒng)中,不可忽視無(wú)功功率的平衡對(duì)電壓的影響,無(wú)功功率的增加或減少,均對(duì)系統(tǒng)電壓產(chǎn)生較大的波動(dòng)及增加電能損耗,必須調(diào)整無(wú)功功率的輸出,安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置等均可

2、保持無(wú)功功率的平衡,以保持電壓在正常范圍內(nèi),同時(shí)減少功率損耗。關(guān)鍵詞:電力系統(tǒng); 無(wú)功功率; 系統(tǒng)電壓；電壓控制；引言：電力系統(tǒng)能夠有效和可靠的運(yùn)行，就要求無(wú)功功率的控制滿足以下三方面條件： 一、系統(tǒng)中無(wú)功功率能夠滿足所有電力設(shè)備需求；二、為保證最大限度利用輸電系統(tǒng)，應(yīng)加強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性；三、應(yīng)使無(wú)功功率傳輸最小。正文：1 無(wú)功功率的產(chǎn)生和吸收電力系統(tǒng)的無(wú)功功率的產(chǎn)生除了同步電機(jī)外，還有靜電電容器、靜止無(wú)功補(bǔ)償器以及靜止無(wú)功發(fā)生器，這四種裝置又稱為無(wú)功補(bǔ)償裝置。除電容器外，其余幾種既能吸收容性無(wú)功又能吸收感性無(wú)功。2系統(tǒng)的無(wú)功功率對(duì)電壓的影響2.1電力系統(tǒng)中的無(wú)功功率電源與無(wú)功負(fù)荷 在電力系統(tǒng)中,

3、無(wú)功功率為電力網(wǎng)絡(luò)及各種電力設(shè)備提供勵(lì)磁。系統(tǒng)內(nèi)主要需要感性無(wú)功功率，它為變壓器和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)提供了勵(lì)磁電流。無(wú)功功率的電源有發(fā)電機(jī)、高壓輸電線路、大型同步電動(dòng)機(jī)和補(bǔ)償裝置。其中發(fā)電機(jī)是最基本的無(wú)功功率電源,發(fā)電機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí),可發(fā)出的無(wú)功功為:QGN = S GN sinN = PGN tanN (1)式中: S GN , PGN ,N 分別為發(fā)電機(jī)的額定視在功率、額定有功功率和額定功率因數(shù)角。電力系統(tǒng)中無(wú)功負(fù)荷主要為異步電動(dòng)機(jī),系統(tǒng)無(wú)功負(fù)荷的電壓特性主要由異步電動(dòng)機(jī)決定, 它所消耗的無(wú)功功率為: QM = Qm + Q = U2 / Xm + I2 X (2)式中:Qm 為勵(lì)磁功率,

4、Xm 為勵(lì)磁電抗, Q 為漏抗無(wú)功損耗, X 為漏電抗,U 為電動(dòng)機(jī)端電壓, I 為定電流。 電力系統(tǒng)無(wú)功功率的損耗主要有變壓器的無(wú)功損耗和輸電線路的無(wú)功損耗。2.2無(wú)功功率對(duì)電壓的影響 在電力系統(tǒng)運(yùn)行中,要求電源的無(wú)功出力在任何時(shí)刻都同負(fù)荷的無(wú)功功率和網(wǎng)絡(luò)無(wú)功損耗之和相等,即: QGC = QLD QL 下面以一發(fā)電機(jī)經(jīng)過(guò)一段線路向負(fù)荷供電來(lái)說(shuō)明無(wú)功電源對(duì)電壓的影響。略去各元件電阻, 用X表示發(fā)電機(jī)電抗與線路電抗之和, 等值電路如圖1所示,并根據(jù)等值電路圖作出發(fā)電機(jī)端電壓與負(fù)荷側(cè)電壓關(guān)系的相量圖2 : 圖1 發(fā)電機(jī)與負(fù)荷關(guān)系的等值電路圖圖2 發(fā)電機(jī)端電壓與負(fù)荷電壓關(guān)系的相量圖 根據(jù)圖2 可以

5、確定發(fā)電機(jī)送到負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的功率為:P = UIco s =EU* sin/XQ = UI sin = EU*cos/X-U2/X當(dāng)P 為一定時(shí),得： (3)當(dāng)電勢(shì)E 為一定值時(shí), 根據(jù)(3) 式可做出無(wú)功功率Q 與電壓U 的關(guān)系圖, 如圖3 中的曲線1 :由圖可知, Q - U 關(guān)系是一條向下的拋物線,而負(fù)荷的主要成分是異步電動(dòng)機(jī), 其無(wú)功電壓特性如圖中曲線2 所示。曲線1 與曲線2 的交點(diǎn)a 確定了負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓值Ua ,即系統(tǒng)在電壓Ua 下達(dá)到了無(wú)功功率的平衡。圖3 無(wú)功功率平衡確定電壓當(dāng)負(fù)荷增加時(shí), 其無(wú)功電壓特性如曲線2所示,如果系統(tǒng)的無(wú)功電源沒(méi)有相應(yīng)增加(即發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流不變,電勢(shì)也就

6、不變) ,電源的無(wú)功特性仍然是曲線1 ,這時(shí)曲線1 和曲線2的交點(diǎn)a就代表了新的無(wú)功平衡點(diǎn), 并由此決定了負(fù)荷點(diǎn)的電壓為Ua,顯然Ua Ua ,這說(shuō)明負(fù)荷增加后,系統(tǒng)的電源已不能滿足在電壓Ua 下無(wú)功平衡的需要, 因而只好降低電壓運(yùn)行, 以取得在較低電壓下的無(wú)功平衡。如果發(fā)電機(jī)具有充足的無(wú)功備用, 通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流增大發(fā)電機(jī)電勢(shì)E,則發(fā)電機(jī)的無(wú)功特性曲線將上移到曲線的位置,從而使曲線1與曲線2的交點(diǎn)c 所確定的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓達(dá)到或接近原來(lái)的數(shù)值Ua 。同樣,如果發(fā)電機(jī)的電勢(shì)E 增大而負(fù)荷沒(méi)有增加,則由發(fā)電機(jī)的無(wú)功特性曲線與負(fù)荷無(wú)功特性曲線2 的交點(diǎn)為a,決定了負(fù)荷點(diǎn)的電壓為Ua,此時(shí), Ua 0

7、 , 表示系統(tǒng)中無(wú)功功率可以平衡且有適量的備用;當(dāng)QRES 0 ,表示系統(tǒng)中無(wú)功功率不足,應(yīng)考慮加設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置;當(dāng)QRES = 0 ,表示系統(tǒng)中無(wú)功功率剛好平衡,但當(dāng)系統(tǒng)有小的干擾時(shí)將破壞這一平衡。 電力系統(tǒng)中一般要求發(fā)電機(jī)接近于額定功率因數(shù)運(yùn)行,可按額定功率因數(shù)計(jì)算發(fā)電機(jī)所發(fā)出的無(wú)功功率。此時(shí)如系統(tǒng)的無(wú)功功率能夠平衡, 則發(fā)電機(jī)就保持有一定的無(wú)功備用, 其它的無(wú)功補(bǔ)償裝置按額定容量來(lái)計(jì)算其無(wú)功功率。結(jié)論：電力系統(tǒng)中無(wú)功功率是否平衡,直接影響電壓的質(zhì)量。為保證電壓質(zhì)量,滿足用戶的用電要求,系統(tǒng)中必須有充足的無(wú)功電源備用。當(dāng)系統(tǒng)的無(wú)功功率大于(或不能滿足) 無(wú)功負(fù)荷的需要時(shí),就得調(diào)整無(wú)功功率的輸出,采用調(diào)壓措施,調(diào)整負(fù)荷側(cè)電壓,以改善電壓的偏移。在電壓調(diào)整的過(guò)程中,不可忽視無(wú)功功率的平衡。實(shí)際上電力系統(tǒng)的無(wú)功電源發(fā)出的無(wú)功功率大于(或不能滿足) 無(wú)功負(fù)荷及網(wǎng)絡(luò)中損耗時(shí),負(fù)荷的電壓就不可能維持在正常的運(yùn)行水平,這主要是因?yàn)闊o(wú)功電源發(fā)出的無(wú)功功率與系統(tǒng)中所需的無(wú)功功率不平衡所至。不論怎樣改變變壓器的變比,負(fù)荷的電壓還是偏高或偏低,無(wú)法達(dá)到電壓在正常范圍內(nèi)運(yùn)行,此時(shí)在負(fù)荷側(cè)可考慮加裝靜止無(wú)功補(bǔ)償器等。這樣既可發(fā)出無(wú)功功率,又可吸收無(wú)功功率的設(shè)備,同時(shí)應(yīng)盡量使無(wú)功功率就地平衡。參考文獻(xiàn) 1 姚小寅, 孫元章, 王志芳.電力系統(tǒng)無(wú)功源最佳配置地點(diǎn)的研究J.電力系統(tǒng)自動(dòng)化,