电力系统无功功率和电压的关系

                                   孙兵  指导老师石砦

论文摘要：探讨电力系统无功功率与电压稳定性的关系，无功功率的产生和吸收，无功功率的补偿，电压和频率是衡量电能质量的重要指标，无功功率是直接影响电压质量的因素。

关键词：电力系统；无功功率；电压控制

0  引言

电力系统能够有效和可靠的运行，就要求电压和无功功率的控制满足以下面条件：

0.1系统中有所有装置的在端电压应在可接受的内。

0.2为保证最大限度利用输电系统，应加强系统稳定性。

0.3应使无功功率传输最小。

1  无功功率的产生和吸收

　　电力系统的无功功率的产生除了同步电机外，还有静电电容器、静止无功补偿器以及静止无功发生器，这四种装置又称为无功补偿装置。除电容器外，其余几种既能吸收容性无功又能吸收感性无功。 

　　同步发电机可以产生或吸收无功功率，这取决于其励磁情况。当过励时产生无功功率，当欠励时吸收无功功率。  

　　架空线路产生或吸收无功功率取决于负荷电流。当负荷低于自然负荷，线路产生纯无功功率；当高于自然负荷时，线路吸收无功功率。  

　　 地下电缆，由于它们对地电容较大，因此具有较高的自然负荷。它们通常工作在低于自然负荷情形下，因此在所有运行条件下总发生无功功率。  

　　变压器不管其负载如何，总是吸收无功功率。空载时，起主要作用的是并联激励电抗；满载时，起主要作用的是串联漏抗。  

　　负荷通常吸收无功功率。由电力系统的供电的典型负荷节点由许多装置所组成。这种组成随日期、随季节和气候的变化而不同。通常负荷节点的负荷特性是吸收无功功率的，复合负荷的有功功率和无功功率都是电压幅值的函数。具有低的滞后功率因数的负荷使传输网络有大的电压降落，因而供电也不经济，对于工业用户，无功功率通常和有功功率一样要计费，这就鼓励企业通过使用并联电容器来提高负荷功率因数。

2  无功功率的补偿

2.1  无功功率不足的危害：

交流电力系统需要两部分能量：一部分将用于做功而被消耗掉，这部分称为“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做功，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，就不能建立磁场，电动机，变压器等设备就不能运转。其物理意义是：电路中电感元件与电容元件正常工作所需要的功率交换。无功功率不足，无功电源和无功负荷将处于低电压的平衡状态，将给电力系统带来诸如出力不足，电力系统损耗增加，设备损坏等一系列的损害，甚至可能引起电压崩溃事故，造成电网大面积停电。 

2.2  无功补偿原理：

在交流电路中，纯电阻元件中负载电流与电压同相位，纯电感负载中电流之后电压九十度，纯电容负载中电流超前电压九十度，也就是说纯电容中电流和纯电感中的电流相位差为180度，可以互相抵消，即当电源向外供电时，感性负荷向外释放的能量由容性负荷储存起来；当感性负载需要能量时，再由容性负荷向外释放的能量来提供。能量在两种负荷间相互交换，感性负荷所需要的无功功率就可由容性负荷输出的无功功率中得到补偿，实现了无功功率就地解决，达到补偿的目的。 

3  无功补偿设备

根据补偿的效果而言，电容器可以补偿负荷侧的无功功率，提高系统的功率因数，降低能耗，改善电网电压质量。电抗器可以吸收电网多余的线路充电功率，改善电网低谷负荷时的运行电压，减少发电机的进相运行深度，提高电网运行性能。

3.1  无源补偿装置 ：

并联电抗器，并联电容器和串联电容器。这些装置可以是固定连接或开闭连接，无源补偿设备仅用于特性阻抗补偿和线路的阻抗补偿，如并联电抗器用于输电线路分布电容的补偿以防空载长线路末端电压升高，并联电容器用来产生无功以减小线路无功输送，减小电压损失；串联电容器可用于长线路补偿等。

3.2  有源补偿装置  

　　通常为并联连接方式，用于维持末端电压恒定，能对连接处的微小电压偏移做出反应，准确地发出或吸收无功功率的修正量。如用饱和电抗器作为内在固有控制，用同步补偿器和可控硅控制的补偿器作为外部控制的方式。

4  结束语

适当利用好调压控制手段，不仅能对维持电力系统及负荷地区的电压水平有利，达到相应的无功功率平衡外，还能避免无功功率在电网中的大量传输，减少损耗。认识无功功率的产生及作用，有助于理解无功功率平衡和改善电压质量，为无功的管理和规划奠定理论基础。只要依靠科技进步，加大资金投入，优化无功补偿配置，实现无功的动态平衡是完全可能的。 

参考文献：

（1）蒋建民，冯志勇 ，刘美仪电力网电压无功功率自动控制系统. (M).辽宁科学技术出版社

〔2〕 金广厚，郝建国，宋建勇.几种无功功率的定义方法〔J〕.东北电力技术，2004，（2），34-38.

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〔4〕 贾伟.电网运行与管理〔M〕. 北京：中国电力出版社，2008,1-4.