浅述无功与电压的关系

浅述无功与电压的关系

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、线路损失、工农业安全生产、产品质量、用电损耗和人民生活用电都有直接影响。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,电压问题本质上就是一个无功问题。无功功率并不是无用的功率,在电力系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,还需要无功电源,两者缺一不可。

系统中的各种无功电源的无功功率输出应能满足系统负荷和网络损耗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。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机提供励磁电流。电力系统中的无功功率负荷有异步电动机,变压器的无功损耗,输电线路的无功损耗。无功功率电源有:发电机,同步调相机,静止电容器,静止无功补偿器。

电力系统中无功平衡是保证电压质量的重要条件;系统中无功电源出力应满足系统所有负荷和网络损耗的需求,否则电压就会偏离额定值。当电压偏低时,系统中的功率损耗和能量损耗加大,电压过低时,还可能危及系统运行的稳定性,甚至引起电压崩溃;而电压过高时,各种电气设备的绝缘可能受到损害,通过合理无功补偿设备就能使我们的电能质量得到保证,达到稳定运行的标准和满足用户的要求。

在电力系统运行中,电源的无功在任何时刻应同负荷的无功功率和网络的无功损耗之

和(及总的无功负载)相等,即:QGC=QLD+QL。无功功率电源在电力系统中的合理分布是充分利用无功电源、改善电压质量和减少网络有功损耗的重要条件。无功功率的产生基本上是不消耗能源的,但无功功率沿输电线路上传送却要引起无功功率的损耗和电压的损耗。无功功率电源的最优控制目的在于控制各无功电源之间的分配,合理的配置无功功率补偿设备和容量以改变电力网络中的无功功率分布,可以减少网络中的有功功率损耗和电压损耗,从而改善负荷用户的电压质量。

也就是说无论何时电网中的无功总是平衡的,问题在于无功的这种平衡是在什么样的电压水平下实现的。系统总的无功电源包括发电机的无功功率和各种无功补偿设备的无功功率,无功电源与电压的关系曲线如图所示,1,3是系统(无功电源)的无功电压曲线,2,4是负荷的无功电压曲线。

设曲线1与曲线2的交点a确定了负荷节点的电压值,系统在电压Ue下达到无功功率的平衡。当负荷增加时,其无功电压特性如曲线4所示。如果系统的无功电源没有相应增加(发电机励磁电流不变,电势也就不变),电源的无功特性仍是曲线2。这时曲线1和4的交点c就代表了新的平衡点,并由此决定了负荷点的电压为Ua。可知Ua总之,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。当系统中的无功功率大于(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。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上,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:

[1]何仰赞,温增银.电力系统分析(上、下册).