第一節(jié)功率三角形

一、概述

1.有功和無(wú)功的概念

電力系統(tǒng)無(wú)論是發(fā)電廠發(fā)出的電能還是消費(fèi)的電能，其電功率都可分為有功

功率和無(wú)功功率。有功功率就是指電能轉(zhuǎn)化為熱能或者機(jī)械能等形式被人們使用

或消耗的能量，有功電能是我們最直接能感受到的電功率；而無(wú)功功率比較抽象,

它是指用于建立電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能相互交換所必須的、并用來(lái)在電氣設(shè)備中建立和

維持磁場(chǎng)的那部分電功率。它不對(duì)外作功，而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?，凡是?/p>

電磁線(xiàn)圈的電氣設(shè)備要建立磁場(chǎng)，都要消耗無(wú)功功率。

無(wú)功功率決不是無(wú)用的功率，它的作用很大.電動(dòng)機(jī)需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁

場(chǎng)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)而帶動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)就是靠從電源取得無(wú)功功率建立的；

變壓器也同樣需要無(wú)功功率在變壓器的一次線(xiàn)圈建立磁場(chǎng),進(jìn)而才能在二次線(xiàn)圈

感應(yīng)出電壓。因此沒(méi)有無(wú)功功率，電動(dòng)機(jī)就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，變壓器也不能變壓,交流接

觸器也不會(huì)吸合.

無(wú)功功率的符號(hào)用Q表示，單位為乏(Var)或干乏(kVar)o

發(fā)電廠(站)擔(dān)負(fù)著向用戶(hù)提供安全優(yōu)質(zhì)電能的任務(wù)，由于電能不能儲(chǔ)存，因此發(fā)

電廠(站)必須按照用戶(hù)的需求向系統(tǒng)實(shí)時(shí)送出經(jīng)濟(jì)安全優(yōu)質(zhì)足量的有功和無(wú)功

電能，確?？偘l(fā)出電能與總需求電能的平衡。

2.電能質(zhì)量的兩個(gè)重要指標(biāo)

電壓和頻率是衡量電能質(zhì)量的兩個(gè)重要指標(biāo)，有功功率充足與否直接影響是

頻率的變動(dòng)，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)備只有在電壓和頻率為額定值時(shí)才能有安全運(yùn)行和最好

的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。但是在電力系統(tǒng)的止常運(yùn)行中，用電負(fù)荷和系統(tǒng)運(yùn)行方式都是經(jīng)常

變化的，也由此引起電壓和頻率發(fā)生變化,不可避免地出現(xiàn)電壓和頻率偏移。

電力系統(tǒng)運(yùn)行中,頻率的穩(wěn)定與否取決于有功功率的平衡，電壓水平高低取決F

無(wú)功功率的平衡。系統(tǒng)中的仃功電源和各種無(wú)功電源的功率輸出必須能滿(mǎn)足系統(tǒng)

負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)損耗在額定狀態(tài)下對(duì)行功功率和無(wú)功功率的需求，否則就會(huì)偏離額定

值，系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)就不可能實(shí)現(xiàn)。

二、功率三角形

1.有功功率

在交流電路中，凡是消耗在電阻元件上、功率不能可逆轉(zhuǎn)換的那部分功率

（如轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、光能或機(jī)械能）稱(chēng)為有功功率，簡(jiǎn)稱(chēng)有功用“P”表示，單位

是瓦（W）或千瓦（KW）o

它反映了交流電源在電阻元件上做功的能力大小，或單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌?/p>

量形式的電能數(shù)值.實(shí)際上它是交流電在一個(gè)周期內(nèi)瞬時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌芰啃问降?/p>

電能數(shù)值，故又稱(chēng)平均功率。它的大小等于瞬時(shí)功率最大值的1/2,就是等于

電阻元件兩端電壓有效值與通過(guò)電阻元件中電流有效值的乘積。

2.無(wú)功功率

無(wú)功功率比較抽象，它不對(duì)外作功。在交流電路中，凡是具有電感性或電容

性的元件，在通過(guò)后便會(huì)建立起電感線(xiàn)圈的磁場(chǎng)或電容器極板間的電場(chǎng)。因此,

在交流電每個(gè)周期內(nèi)的上半部分（瞬時(shí)功率為正值）時(shí)間內(nèi)，它們將會(huì)從電源吸收

能量用建立磁場(chǎng)或電場(chǎng)；而下半部分（瞬時(shí)功率為負(fù)值）的時(shí)間內(nèi)，其建立的磁

場(chǎng)或電場(chǎng)能量又返回電源。因此,在整個(gè)周期內(nèi)這種功率的平均值等于零。就是

說(shuō)，電源的能量與磁場(chǎng)能量或電場(chǎng)能量在進(jìn)行著可逆的能量轉(zhuǎn)換，而并不消耗

功率。為了反映以上事實(shí)并加以表示,將電感或電容元件與交流電源往復(fù)交換的

功率稱(chēng)之為無(wú)功功率，簡(jiǎn)稱(chēng)無(wú)功用“Q”表示。單位是乏（Var）或千乏（KVar）。

無(wú)功功率是交流電路中由于電抗性元件（指純電感或純電容）的存在而進(jìn)行

可逆性轉(zhuǎn)換的那部分電功率，它表達(dá)了交流電源能量與磁場(chǎng)或電場(chǎng)能量交換的

最大速率。

實(shí)際工作中，凡是有線(xiàn)圈和鐵芯的感性負(fù)載，它們?cè)诠ぷ鲿r(shí)建立磁場(chǎng)所消耗的

功率即為無(wú)功功率。無(wú)功功率決不是無(wú)用功率，它的用處很大。電動(dòng)機(jī)需要建立

和維持旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)就是靠從

電源取得無(wú)功功率建立的；變壓器也同樣需要無(wú)功功率，才能使變壓器的一次線(xiàn)

圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，在二次線(xiàn)圈感應(yīng)出電壓。因此，沒(méi)有無(wú)功功率，電動(dòng)機(jī)就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，

變壓器也不能變壓，交流接觸器不會(huì)吸合。

在正常情況下，用電設(shè)備不但要從電源取得有功功率，同時(shí)還需要從電

源取得無(wú)功功率。如果電網(wǎng)中的無(wú)功功率供不應(yīng)求,用電設(shè)備就沒(méi)有足夠的元功

功率來(lái)建立正常的電磁場(chǎng)，這些用電設(shè)備就不能鏤持在額定情況下工作，用電設(shè)

備的端電壓就要下降，用電設(shè)備就不能正常運(yùn)行。

無(wú)功功率不足對(duì)供電、用電產(chǎn)生的不良影響主要表現(xiàn)在：

⑴降低發(fā)電機(jī)有功功率的輸出。

⑵降低輸、變電設(shè)備的供電能力。

⑶造成線(xiàn)路電壓損失增大和電能損耗的增加。

⑷造成低功率因數(shù)運(yùn)行和電壓下降，使電氣設(shè)備容量得不到充分發(fā)揮.

從發(fā)電機(jī)通過(guò)高壓輸電線(xiàn)供給的無(wú)功功率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿(mǎn)足不了負(fù)荷的需要，所以在

電網(wǎng)中需要添置一些無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)補(bǔ)充無(wú)功功率,以保證用戶(hù)對(duì)無(wú)功功率的需

要，使用電設(shè)備在額定電壓下T作c

3.視在功率

交流電源所能提供的總功率，稱(chēng)之為視在功率，在數(shù)值上是交流電路中電

壓與電流的乘積。

視在功率用S表示.單位為伏安（VA）或千伏安（KVA）o它通常用來(lái)表示交

流電源設(shè)備（如變壓器）的容量大小.

視在功率既不等于有功功率，也不等于無(wú)功功率，但它既包括有功功率，又包

括無(wú)功功率。能否使視在功率100KVA的變壓器輸出100KW的有功功率，主要取

決于負(fù)載的功率因數(shù)。

4.功率三角形

視在功率（S）、有功功率（P）及無(wú)功功率（Q）之間的關(guān)系，可以用功率

二角形來(lái)表示，如下圖所示.它是一個(gè)直角二角形，兩直角邊分別為Q與P,斜邊

為S。S與P之間的夾角①為功率因數(shù)它反映了該交流電路中電壓與電流之間的

相位差（角）。

圖1功率三角形

各種功率有如下關(guān)系式:

第二節(jié)有功功率和頻率調(diào)整

一、頻率隨負(fù)荷的變化與影響

1.頻率不穩(wěn)的影響頻率是衡量電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，工業(yè)中普遍應(yīng)用

的是異步電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速和輸出有功均與頻率有關(guān)，頻率的變化直接影響到產(chǎn)

品的質(zhì)量,頻率的變化也影響電子設(shè)備的精確性。

頻率不光是影響工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品，對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行也是十分有害的。汽輪發(fā)

電機(jī)在額定頻率下運(yùn)行時(shí)效率最佳，頻率偏高或偏低對(duì)葉片都有影響；電廠的給

排水泵、風(fēng)機(jī)等在頻率降低時(shí)都要減小出力，直接威脅到電力生產(chǎn)的安全；頻率

降低時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)和變壓器的勵(lì)磁電流增大，無(wú)功功率損耗增加，這些會(huì)使

電力系統(tǒng)無(wú)功平衡和電壓調(diào)整增加困難。

2、頻率偏差范圍由于系統(tǒng)中的負(fù)荷隨時(shí)在變動(dòng)，發(fā)電機(jī)的電磁功率存在機(jī)械

慣性，頻率是不可能絕對(duì)平衡的，因此電力系統(tǒng)中的頻率隨時(shí)都在變化。為了

滿(mǎn)足用戶(hù)的需要，頻率的變化有個(gè)允許范圍，電力工業(yè)技術(shù)管理法規(guī)中規(guī)定的

頻率偏差范圍為：

±0.2~±0。5電一些二業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家系統(tǒng)頻率偏移大致控制在不超過(guò)土0.1Hz

3.系統(tǒng)負(fù)荷的分類(lèi)根據(jù)負(fù)荷的變化規(guī)律，系統(tǒng)負(fù)荷可以分為三種，第一

種是變化幅度小，變化周期較短；第二種是變化周期較長(zhǎng)，屬于此類(lèi)負(fù)荷的主要

有電爐，電氣機(jī)車(chē)等;第三種是變化緩慢的持續(xù)變動(dòng)負(fù)荷。引起負(fù)荷變化的原

因主要是工廠的作息制度、人民的生活規(guī)律等.

當(dāng)然負(fù)荷的變化將引起頻率的相應(yīng)的變化.第一和變化負(fù)荷引起的頻率偏移將由

發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器進(jìn)行調(diào)整，這種調(diào)整通常稱(chēng)為頑率的一次調(diào)整;第二種負(fù)荷引

起的頻率變動(dòng)僅靠調(diào)速器的作用往往不能將頻率偏移限制在容許范圍之內(nèi)：這

時(shí)必須有調(diào)頻器參與頻率調(diào)整，這種調(diào)整通常稱(chēng)為頻率的二次調(diào)整.

二、有功功率與頻率的關(guān)系

1.負(fù)荷的有功功率與頻率的關(guān)系

當(dāng)頻率變化時(shí)，系統(tǒng)中的有功負(fù)荷也將發(fā)生變化，系統(tǒng)中有功負(fù)荷隨頻率

的變化特性稱(chēng)為負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性。

根據(jù)所需的有功功率與頻率的關(guān)系可將負(fù)荷分成以下幾種:

1）與頻率的變化無(wú)關(guān)的負(fù)荷，如照明、整流負(fù)荷。

2）與頻率的一次方成正比的負(fù)荷

3）與頻率的二次方成正比的負(fù)荷

4）與頻率的高次方成正比的負(fù)荷.

整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)荷有功與頻率的關(guān)系式：

當(dāng)頻率偏離額定值不大時(shí)，負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性常用一條直線(xiàn)近似表示。

斜率稱(chēng)為負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)，由全系統(tǒng)各類(lèi)負(fù)荷比重.決定，不同系統(tǒng)或

同一系統(tǒng)不同時(shí)刻值都不同，它是不能整定的。

2.發(fā)電機(jī)組的有功功率與頻率的關(guān)系

當(dāng)系統(tǒng)有功功率平衡遭到破壞，引起頻率變化,原動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)將自動(dòng)改

變?cè)瓌?dòng)機(jī)的進(jìn)水量,相應(yīng)增加或減少發(fā)電機(jī)出力，這種有功出力同頻率之間的關(guān)

系稱(chēng)為調(diào)速器的功-頻率靜態(tài)特性。

機(jī)組的靜態(tài)調(diào)差系數(shù)

上式與系統(tǒng)的負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)公式互為倒數(shù)，但區(qū)別在多了一個(gè)負(fù)號(hào)，

原因是系統(tǒng)中的有功功率是與頻率成正比變化：有功多了，頻率自然升高。發(fā)電

機(jī)的有功與頻率成反比變化，并且符號(hào)相反。

靜態(tài)調(diào)差系數(shù)的倒數(shù)就是機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率。由靜態(tài)調(diào)差系數(shù)公式可以看出,

調(diào)差系數(shù)愈小，頻率的偏移亦愈小，但是因受機(jī)組調(diào)速機(jī)構(gòu)的限制，調(diào)差系數(shù)

的調(diào)整范圍是有限的.通常水輪機(jī)組取0.02飛.04o

3.電力系統(tǒng)的有功功率與頻率調(diào)節(jié)關(guān)系

要確定電力系統(tǒng)的負(fù)荷變化引起的頻率波動(dòng)，需要同時(shí)考慮負(fù)荷及發(fā)電機(jī)組

兩者的調(diào)節(jié)效應(yīng)。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)只考慮一臺(tái)機(jī)組和一個(gè)負(fù)荷的情況.把負(fù)荷和發(fā)

電機(jī)的靜態(tài)特性畫(huà)在一張圖上。

圖2發(fā)電機(jī)組的p—f曲線(xiàn)

現(xiàn)假定系統(tǒng)負(fù)荷增加了△PD0,其特性曲線(xiàn)變?yōu)镻2（f）,發(fā)電機(jī)組仍是原來(lái)的特

性，那么新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)將由P2⑴和發(fā)電機(jī)組的靜態(tài)特性的交點(diǎn)B決定，與此相

應(yīng)的系統(tǒng)頻率為f2,由圖可見(jiàn)，由于頻率變化了△工且△仁f2—fl<0

此時(shí)發(fā)電機(jī)的功率輸出的增量

△PG=—KGAf

由于負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)所產(chǎn)生的負(fù)荷功率變化為“

△PD=KDAf

當(dāng)頻率下降時(shí)，4PD是負(fù)的。故負(fù)荷功率的實(shí)際增量為：

△PD+APDO=APDO+KDAf

它應(yīng)同發(fā)電機(jī)組的功率增量相平衡，即

△PD+APDO=APG△PDO=一(KG+KD)Af=-kAf

根據(jù)上式可知：系統(tǒng)負(fù)荷增加時(shí)，在發(fā)電機(jī)組功率頻率特性和負(fù)荷本身的調(diào)節(jié)

效應(yīng)共同作用下又達(dá)到了新的功率平衡，即：一方面，負(fù)荷增加，頻率下降，發(fā)電

機(jī)按有差調(diào)節(jié)特性增加輸出；另一方面負(fù)荷實(shí)際取用的功率也因頻率的下降而有

所減小.

根據(jù)圖可知：發(fā)電機(jī)組已經(jīng)滿(mǎn)載運(yùn)行，即運(yùn)行到D點(diǎn)，在D點(diǎn)以后，發(fā)電機(jī)組的靜

態(tài)特性將是一條與縱軸平行的直線(xiàn)，在這段KG=O。當(dāng)系統(tǒng)的負(fù)荷再增加時(shí)，由于

發(fā)電機(jī)已沒(méi)有可調(diào)節(jié)的容量，不能再增加輸出了，只有靠頻率下降后負(fù)荷本身

的調(diào)節(jié)效應(yīng)的作用來(lái)取得新的平衡，但由于負(fù)荷的調(diào)節(jié)效應(yīng)數(shù)值比較小，所以

負(fù)荷增加所引起的頻率下降就相當(dāng)嚴(yán)重了。

三、電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整

L自動(dòng)發(fā)電控制AGC系統(tǒng)

利用調(diào)度監(jiān)控計(jì)算機(jī)、通道、遠(yuǎn)方終端、執(zhí)行裝置、發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化裝置等

組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)、調(diào)整電力系統(tǒng)的頻率來(lái)控制發(fā)電機(jī)出力。它是電力

系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化的主要內(nèi)容之一。

(1)簡(jiǎn)介AGC是發(fā)電機(jī)組在規(guī)定的出力調(diào)整范圍內(nèi)，跟蹤電力調(diào)

度下發(fā)的指令，按照一定調(diào)節(jié)速率實(shí)時(shí)調(diào)整發(fā)電出力滿(mǎn)足電力系統(tǒng)頻率和

聯(lián)絡(luò)線(xiàn)功率控制要求的操作，或者說(shuō)自動(dòng)發(fā)電控制是對(duì)電網(wǎng)部分機(jī)組出力

進(jìn)行調(diào)整，以滿(mǎn)足控制目標(biāo)要求。

基本功能是：負(fù)荷頻率控制(LFC)、經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制(EDC)、備用容量監(jiān)視

(RM)、AGC性能監(jiān)視(AGCPM)、聯(lián)絡(luò)線(xiàn)偏差控制(TBC)等.

基本目標(biāo)是：保證發(fā)電出力與負(fù)荷平衡，保證系統(tǒng)頻率為額定值。電力系統(tǒng)

的供電頻率是系統(tǒng)正常運(yùn)行的主要參數(shù)之一，若總輸出功率與總功率消耗

之間失去平衡時(shí)頻率就發(fā)生波動(dòng)，嚴(yán)重.時(shí)會(huì)出現(xiàn)頻率崩潰，要保證電能的質(zhì)

量，就必須對(duì)電力系統(tǒng)頻率進(jìn)行監(jiān)視和調(diào)整.當(dāng)頻率偏離額定值后，就調(diào)節(jié)

發(fā)電機(jī)的I"力以使電力系統(tǒng)的有功功率達(dá)到新的平衡。所以，自動(dòng)發(fā)電控制

是通過(guò)對(duì)供電頻率的監(jiān)測(cè)、調(diào)整實(shí)現(xiàn)的。

一個(gè)大的電力系統(tǒng)是由兒個(gè)區(qū)域電力系統(tǒng)通過(guò)聯(lián)絡(luò)線(xiàn)互聯(lián)構(gòu)成。各區(qū)

域電力系統(tǒng)按預(yù)定計(jì)劃進(jìn)行功率交換。每一個(gè)區(qū)域電力系統(tǒng)的負(fù)荷、線(xiàn)路

損耗與聯(lián)絡(luò)線(xiàn)凈交換功率之和必須與該地區(qū)的發(fā)電出力相等。

（2）控制指標(biāo)

自動(dòng)發(fā)電控制的功能指標(biāo)為

1）電力系統(tǒng)頻密偏差（△￡）小于±0.1Hz,

2）與鄰區(qū)電力系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線(xiàn)凈交換功率保持在計(jì)劃值。

（3）調(diào)頻廠與非調(diào)頻廠

參加調(diào)頻的發(fā)電廠稱(chēng)為調(diào)頻廠，對(duì)調(diào)頻廠的要求為：

1）所有調(diào)頻廠的調(diào)速系統(tǒng)均應(yīng)符合自動(dòng)控制的要求，調(diào)整靈敏，死區(qū)小

等；

2）水電廠的機(jī)組自動(dòng)裝置和火電廠的常規(guī)熱工自動(dòng)裝置應(yīng)完好地投用；

3）水電站的機(jī)組可調(diào)容量應(yīng)滿(mǎn)足0?100%的要求；

4）火電廠的可調(diào)容量要求滿(mǎn)足50~100%額定范圍內(nèi)調(diào)整。負(fù)荷變動(dòng)速度

要求最大為每分鐘3%額定值。

2.頻率調(diào)整和電壓的關(guān)系

電力系統(tǒng)中的有功功率和無(wú)功功率需求既同電壓有關(guān)，也同頻率有關(guān)：頻

率或電壓的變化都將通過(guò)系統(tǒng)的負(fù)荷特性同時(shí)影響到有功功率和無(wú)功功率的平

衡。

當(dāng)系統(tǒng)中的頻率下降時(shí)，無(wú)功需求略有增加,頻率高時(shí)，無(wú)功需求略有減少.

當(dāng)電網(wǎng)中的電壓提高時(shí)，負(fù)荷所需的有功功率將要增加，電網(wǎng)中的損耗略

有減少，系統(tǒng)總的有功功率需求有所增加。如果有功電源不充裕，將引起頻率的

下降；當(dāng)電壓降低時(shí)，系統(tǒng)總的有功需求將要減少，從而導(dǎo)致頻率的升高。

當(dāng)系統(tǒng)由于有功和無(wú)功不足引起頻率和電壓都偏低時(shí)，應(yīng)該首先

解決有功功率平衡的問(wèn)題，因?yàn)轭l率的提高能減少無(wú)功功率的缺額，這對(duì)于調(diào)

整電壓是有利的；但如果首先去提高電壓，就會(huì)擴(kuò)大有功的缺額，導(dǎo)致頻率更加

下降，因而無(wú)助于改善系統(tǒng)的運(yùn)行條件。

調(diào)頻和調(diào)壓的區(qū)別，全系統(tǒng)的頻率是統(tǒng)一的，調(diào)頻涉及整個(gè)系統(tǒng),

而無(wú)功功率平衡和電壓調(diào)整則有可能按地區(qū)解決。

第三節(jié)無(wú)功功率與電壓調(diào)整

一、電壓的變化與影響

1.電壓不穩(wěn)的影響

電壓是衡量電能質(zhì)量的又一個(gè)重要指標(biāo)，電壓過(guò)高或過(guò)低都會(huì)對(duì)用戶(hù)造成不良

的影響：

(1)、低電壓的危害：

在電力系統(tǒng)中最常見(jiàn)的用電設(shè)備是異步電動(dòng)機(jī)、各種電熱設(shè)備、照明用具以

及家用電器。這些設(shè)備與電壓的關(guān)系十分密切。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是與電壓的平方成

正比，當(dāng)電壓下降時(shí)轉(zhuǎn)矩也下降，如果電動(dòng)機(jī)所知的機(jī)械負(fù)荷不變，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)

差增大，定子電流也隨之增大，發(fā)熱加劇繞組溫度增高，加速絕緣老化，當(dāng)電壓再

低時(shí)，電動(dòng)機(jī)將停轉(zhuǎn);電壓降低,照明燈不亮，電爐冶煉時(shí)間長(zhǎng)，降低效率;電壓降

低，會(huì)使網(wǎng)絡(luò)中的功率損耗和能量損耗將加大，電壓過(guò)低還可能危及電力系統(tǒng)運(yùn)

行穩(wěn)定。

(2)、電壓高的危害：

電壓偏高，用電設(shè)備的使用壽命將縮短，加在設(shè)備上的電場(chǎng)變強(qiáng)，使介質(zhì)中

的局部產(chǎn)生放電就是電老化，在超高壓網(wǎng)絡(luò)中還將增加電暈損耗等。

2.電壓偏差允許范圍

電力系統(tǒng)根據(jù)電壓等級(jí)的不同，制定了各類(lèi)用戶(hù)的電壓偏差允許范

圍：

l)35kV及以上用戶(hù)供電電壓正負(fù)偏差絕對(duì)值之和不超過(guò)額定電壓的19%0

2)10kV用戶(hù)的電壓允許偏差值，為系統(tǒng)額定電壓的土7%.

3)380V用戶(hù)的電壓允許偏差值，為系統(tǒng)額定電壓的±7%。

二、4)220V用戶(hù)的電壓允許偏差值，為系統(tǒng)額定電壓的+5%?TO%。

三、事故后考慮時(shí)間較短，事故又不經(jīng)常發(fā)生，電壓偏移容許比正常值再

多5%。

四、無(wú)功功率與電壓的關(guān)系

L負(fù)荷的無(wú)功與電壓的關(guān)系

電力系統(tǒng)負(fù)荷中,大部分是感性負(fù)荷，需要消耗無(wú)功功率，現(xiàn)在以幾個(gè)典型

的無(wú)功負(fù)荷研究無(wú)功功率與電壓的關(guān)系。

1）異步電動(dòng)機(jī)

異步電動(dòng)機(jī)是電力系統(tǒng)中的主要無(wú)功負(fù)荷，占了比較大的比重。根據(jù)異步

電動(dòng)機(jī)的等值電路，列出它所消耗的無(wú)功功率為：

為勵(lì)磁功率同電壓平方成正比，實(shí)際上當(dāng)電壓較

高時(shí)，由于飽和影響，勵(lì)磁電抗還將下降,所需的無(wú)功會(huì)更多；為漏抗所需的無(wú)

功損耗，如果負(fù)載功率不變，當(dāng)電壓降低時(shí)，轉(zhuǎn)差將增大，定子電流隨之增大，相

應(yīng)地在漏抗中的無(wú)功損耗也要增大。

綜合這兩部分無(wú)功功率的變化特點(diǎn)，可得異步電

機(jī)的無(wú)功功率與端電壓的關(guān)系曲線(xiàn)如圖。

圖3電動(dòng)機(jī)的Q—v曲線(xiàn)

可見(jiàn)，在額定電壓附近，電動(dòng)機(jī)的無(wú)功功率隨電壓的升降而增減，當(dāng)電壓明

顯地低于額定值時(shí),無(wú)功功率主要由漏抗中的無(wú)功損耗決定，隨電壓下降具有上

升的性質(zhì)。

2）變壓器的無(wú)功損耗

變壓器無(wú)功損耗包括勵(lì)磁損耗和漏抗損耗。

勵(lì)磁功率大致與電壓平方成在正比，當(dāng)通過(guò)變壓器的視在功率不變時(shí)，漏抗

中損耗的無(wú)功功率與電壓平方正反比，變壓器的無(wú)功損耗電壓特性也與異步電

動(dòng)機(jī)的相似。由于變壓器的、數(shù)值比較大，變壓器在額定情況下，消耗的無(wú)功功

率的數(shù)值相當(dāng)可觀，因此變壓器空載運(yùn)行也要消耗電能。

3）輸電線(xiàn)路的無(wú)功損耗輸電線(xiàn)路用口形等值電路表示

線(xiàn)路串聯(lián)電抗中的無(wú)功功率損耗與所通過(guò)電流的平方成正比：

即

線(xiàn)路電容的充電功率

線(xiàn)路的無(wú)功功率總損耗為+=

從線(xiàn)路的無(wú)功功率總損耗可以看出，線(xiàn)路輕載時(shí)，線(xiàn)路的無(wú)功總損耗為負(fù),

電路變?yōu)榱藷o(wú)功電源，因此晚高峰過(guò)后，有的電廠機(jī)組需深度進(jìn)相運(yùn)行。

從以上幾個(gè)典型的無(wú)功損耗元件的無(wú)功損耗特性可以看出，電壓與無(wú)功成在

緊密的關(guān)系.

2.無(wú)功電源與電壓的關(guān)系

電壓是電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的乂一個(gè)重要指標(biāo)，系統(tǒng)中的無(wú)功電源出力應(yīng)滿(mǎn)足

系統(tǒng)所有無(wú)功負(fù)荷加網(wǎng)絡(luò)損耗的需求，否則電壓就會(huì)偏離額定值。

電壓偏低時(shí)，系統(tǒng)中的功率損耗和能量損耗就會(huì)加

大,電壓過(guò)低時(shí)還可能危及系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，甚至引起電壓崩潰；電壓過(guò)高時(shí),

各種電氣設(shè)備的絕緣可能受到損害，只仃通過(guò)合理的無(wú)功補(bǔ)償才能使電壓水平達(dá)

到額定運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)和滿(mǎn)足用戶(hù)的要求。

在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，無(wú)功電源在任何時(shí)刻都應(yīng)司負(fù)

荷的無(wú)功功率加電網(wǎng)的無(wú)功損耗之和（及總的無(wú)功負(fù)載）相等，也就是說(shuō)無(wú)論何

時(shí)電網(wǎng)中的無(wú)功總是平衡的，問(wèn)題在于無(wú)功的這種平衡是在什么樣的電壓水平

下實(shí)現(xiàn)的。

圖4無(wú)功電源與電壓的關(guān)系曲線(xiàn)

系統(tǒng)總的無(wú)功電源包括發(fā)電機(jī)輸出的無(wú)功功率和各種無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的無(wú)功

功率.上圖所示的無(wú)功電源與電壓的關(guān)系曲線(xiàn)中，1.3是系統(tǒng)（無(wú)功電源）的無(wú)

功電壓曲線(xiàn),2.4是負(fù)荷的無(wú)功電壓曲線(xiàn)。

五、如果此時(shí)系統(tǒng)的無(wú)功功率是平衡的，那么曲線(xiàn)1與曲線(xiàn)2的交點(diǎn)a,即為

額定電壓下的無(wú)功平衡點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的電壓就是額定電壓Ue；當(dāng)負(fù)荷無(wú)功增

加時(shí)，負(fù)荷的無(wú)功一電壓特性如曲線(xiàn)4,如果此時(shí)系統(tǒng)的無(wú)功沒(méi)有相應(yīng)

的增加，電源的電壓一無(wú)功特性曲線(xiàn)仍為曲線(xiàn)1,這時(shí)曲線(xiàn)1與曲線(xiàn)4的

交點(diǎn)c就代表了新的無(wú)功平衡點(diǎn)，并由此決定了負(fù)荷電壓為Ua,顯然Ua

<Le,這說(shuō)明負(fù)荷無(wú)功增加后，系統(tǒng)的無(wú)功總電源已不能滿(mǎn)足在額定電壓

Ue下無(wú)功平衡的需要，因此，只好降低電壓運(yùn)行，以取得在較低電壓Ua

下的無(wú)功功率平衡.如果此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)發(fā)電機(jī)又無(wú)充足的無(wú)功備用，我們只

有通過(guò)投入無(wú)功補(bǔ)償電容器，使系統(tǒng)的無(wú)功一電壓特性曲線(xiàn)上移到曲線(xiàn)

3,從而使曲線(xiàn)3與曲線(xiàn)4的交點(diǎn)b所確定的電壓接近額定電壓Ueo

六、所以，投切無(wú)功補(bǔ)償裝置可以補(bǔ)償系統(tǒng)無(wú)功、穩(wěn)定和提高系統(tǒng)電壓水平，

確保在額定電壓Ue下的無(wú)功平衡。

七、電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整

1.電壓的調(diào)整概述

電壓的調(diào)整，一般采用就地調(diào)整，因?yàn)樵诰€(xiàn)路上傳輸無(wú)功既增加電壓損耗,

又增加有功損耗。

調(diào)壓方式：逆調(diào)壓、順調(diào)壓、常調(diào)壓。

大負(fù)荷時(shí)升高電壓、小負(fù)荷時(shí)降低電壓，這種調(diào)壓方式稱(chēng)為“逆調(diào)壓〃。

大負(fù)荷時(shí)允許偏低電壓運(yùn)行，但不能低于額定值的205%；小負(fù)荷時(shí)允許

偏高一些運(yùn)行，但不超過(guò)額定電壓的7。5%,這種方式成為順調(diào)壓.

介于逆調(diào)壓和順調(diào)壓之間的調(diào)壓叫常調(diào)壓，即在任何負(fù)荷下，中樞點(diǎn)電壓

保持為恒定的數(shù)值。

逆調(diào)壓方式用于遠(yuǎn)距離、負(fù)荷波動(dòng)大的中樞點(diǎn)；順調(diào)壓方式用于離負(fù)荷中

心近、或負(fù)荷波動(dòng)小的中樞點(diǎn)。

實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)整的方法：

1）發(fā)電機(jī)調(diào)壓

改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的大小進(jìn)行調(diào)壓。

2）改變變壓的分接頭進(jìn)行調(diào)壓

一般廠站的主變壓器高壓側(cè)都有分接頭，能改變分接頭進(jìn)行調(diào)壓。變壓器調(diào)

壓是有級(jí)調(diào)壓，變化幅度比較大。

變壓器調(diào)壓分為：有栽調(diào)壓和無(wú)載調(diào)壓。

3）改變網(wǎng)絡(luò)的無(wú)功功率分配

各電力網(wǎng)的網(wǎng)點(diǎn)采用無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償。

4）改變線(xiàn)路參數(shù)

在線(xiàn)路上串接電容器。利用電容器的容抗補(bǔ)償線(xiàn)路的感抗，使電壓損耗中分

量減小，從而提高線(xiàn)路末端電壓.

木串前：串后：

以上兩式電壓損耗之差，使線(xiàn)路末端電壓提高的數(shù)值

串聯(lián)接入的電容器安裝地點(diǎn)與負(fù)荷和電源的分布有關(guān)，地點(diǎn)選擇的原則是:使沿

線(xiàn)電壓盡可能均勻，各負(fù)荷點(diǎn)電壓都在允許范圍內(nèi)。電容的串接要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)來(lái)定,

對(duì)單電源線(xiàn)路,要求到線(xiàn)路末端安裝，這樣可以避免始端電壓過(guò)高和通過(guò)電容器

的短路電流過(guò)大；對(duì)沿線(xiàn)有若干個(gè)負(fù)荷，安裝在補(bǔ)償前產(chǎn)生二分之一線(xiàn)路電壓損

耗之處。

串補(bǔ)一般用于35KV、10KV、負(fù)荷波動(dòng)大而頻繁、功率因數(shù)又很低的配電線(xiàn)路上，

補(bǔ)償所需要的容抗值XC和被補(bǔ)償線(xiàn)路原來(lái)的感抗值XL之比稱(chēng)為補(bǔ)償度一般選在

廣4之間。對(duì)超高壓輸電線(xiàn)路加上串補(bǔ)，其作用在于提高輸送容量和提高系統(tǒng)運(yùn)

行的穩(wěn)定性，其補(bǔ)償度也不一致。

2.自動(dòng)電壓控制AVC系統(tǒng)介紹

電網(wǎng)自動(dòng)無(wú)功電壓閉環(huán)控制系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)AVC系統(tǒng))是通過(guò)監(jiān)視關(guān)口的無(wú)功和變

電站母線(xiàn)電壓，保證關(guān)口無(wú)功和母線(xiàn)電壓合格的條件下進(jìn)行無(wú)功電壓優(yōu)化計(jì)算,

通過(guò)改變電網(wǎng)中可控?zé)o功電源的出力，無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的投處變壓器分接頭的調(diào)

整來(lái)滿(mǎn)足安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行條件?，提高電壓質(zhì)量，降低網(wǎng)損。系統(tǒng)優(yōu)化的口標(biāo)為關(guān)U

無(wú)功合格，母線(xiàn)電壓合格，網(wǎng)損最優(yōu).

圖5為AVC系統(tǒng)的原理框圖.現(xiàn)根據(jù)圖5對(duì)系統(tǒng)簡(jiǎn)單介紹如下：

(1)AVC系統(tǒng)接口與SCADA系統(tǒng)的的連接

它是通過(guò)地區(qū)變電站內(nèi)的RTU與系統(tǒng)服務(wù)器及SCADA工作站通信的，所以每

個(gè)變電站內(nèi)都要有遠(yuǎn)方終端，它是電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分，它的主

要任務(wù)是將變電站的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息送給調(diào)度控制中心，把調(diào)度的控制、調(diào)節(jié)等命

令送給廠站執(zhí)行。

(2)AVC系統(tǒng)接口與省網(wǎng)主站AVC系統(tǒng)的連接

通過(guò)與省網(wǎng)主站AVC系統(tǒng)的連接通信，地區(qū)電網(wǎng)可根據(jù)省局下發(fā)的無(wú)功指令

對(duì)電容器和變壓器分接頭進(jìn)行調(diào)節(jié),對(duì)各變電站進(jìn)行電壓無(wú)功的調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)

對(duì)地區(qū)電網(wǎng)的無(wú)功優(yōu)化控制。

(3)系統(tǒng)的基本功能

①全網(wǎng)電壓優(yōu)化功能：當(dāng)無(wú)功功率流向合理，某

變電站10kV側(cè)母線(xiàn)電壓越上限或越下限運(yùn)行，處在不合理范圍時(shí),分析同電源、

同電壓等級(jí)變電站和上級(jí)變電站電壓情況，決定是調(diào)節(jié)本變電站有載主變分接

頭開(kāi)關(guān)還是調(diào)節(jié)上級(jí)電源變電

站有載主變分接頭開(kāi)關(guān)檔位，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)調(diào)節(jié)電壓,

可以達(dá)到以盡可能少的有載調(diào)壓變壓器分接開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)次數(shù)，達(dá)到最大范圍地提

高電壓水平，同時(shí)避免了多變電站多主變同時(shí)調(diào)節(jié)主變分接開(kāi)關(guān)可能引起的調(diào)

節(jié)振蕩。

圖5自動(dòng)電壓無(wú)功控制系統(tǒng)原理框圖

全網(wǎng)調(diào)節(jié)電壓，可以達(dá)到以盡可能少的有載調(diào)壓變壓器分接開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)次數(shù)，

達(dá)到最大范圍地提高電壓水平，同時(shí)避免了多變電站多主變同時(shí)調(diào)節(jié)主變分接

開(kāi)關(guān)可能引起的調(diào)節(jié)振蕩。

實(shí)施有載調(diào)壓變壓器分接開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)次數(shù)優(yōu)化分配，保證了電網(wǎng)有載調(diào)壓變壓

器分接開(kāi)關(guān)動(dòng)作安全和減少日常維護(hù)工作量。

實(shí)現(xiàn)熱備用有載調(diào)壓變壓器分接開(kāi)關(guān)檔位聯(lián)調(diào)，使熱備用有載調(diào)壓變壓器

分接開(kāi)關(guān)檔位與運(yùn)行有載調(diào)壓變壓器分接開(kāi)關(guān)檔位一致調(diào)節(jié)，可迅速完成熱備

用變壓器的并聯(lián)運(yùn)行。

②全網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化功能：當(dāng)電網(wǎng)內(nèi)各級(jí)變電站電壓處在合格范圍內(nèi)時(shí)，可控

制本級(jí)電網(wǎng)內(nèi)無(wú)功功率流向，使其更為合理，達(dá)到無(wú)功功率分層就地平衡，提

高受電功率因數(shù)。

依據(jù)電網(wǎng)對(duì)電壓、無(wú)功變化的需要，計(jì)算并決策同電壓等級(jí)不同變電站電容

器組、同變電站不同容量電容器組誰(shuí)優(yōu)先投入。省網(wǎng)關(guān)口功率因數(shù)不合格時(shí)，優(yōu)

化220kV及其下級(jí)變電所的電容器組的投切.

③無(wú)功電壓綜合優(yōu)化功能：當(dāng)變電站10kV母線(xiàn)電壓越上限時(shí)，先降低主變

分接開(kāi)關(guān)檔位,如達(dá)不到要求,再切除電容器。當(dāng)變電站10kV母線(xiàn)電壓超下限時(shí)，

先投入電容器，達(dá)不到要求時(shí),再提高主變分接開(kāi)關(guān)檔位,盡可能做到電容器投

入量達(dá)到最合理。預(yù)測(cè)10kV母線(xiàn)電壓和負(fù)荷變化，防止無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備投切振蕩.

第四節(jié)④網(wǎng)損的優(yōu)化：在電壓和功率都合格的情況下，通

過(guò)設(shè)備的電壓、網(wǎng)損靈敏度分析和綜合的調(diào)整費(fèi)用

來(lái)進(jìn)行排隊(duì)選擇控制的設(shè)備。對(duì)設(shè)備的控制保證電

壓合格，同時(shí)不引起電壓的太大變化。通過(guò)定義設(shè)

備的調(diào)整費(fèi)用來(lái)控制調(diào)整頻度和調(diào)整優(yōu)先級(jí)。

第五節(jié)⑤實(shí)現(xiàn)逆調(diào)壓：軟件系統(tǒng)可以根據(jù)當(dāng)前的負(fù)荷水平,

自動(dòng)實(shí)現(xiàn)高峰負(fù)荷電壓偏上限運(yùn)行，低谷負(fù)荷電

壓偏下限運(yùn)行的逆調(diào)壓功能。電壓校正、功率因數(shù)

校正、網(wǎng)損優(yōu)化這三個(gè)功能的優(yōu)先級(jí)根據(jù)用戶(hù)考核

和管理的規(guī)定設(shè)定。

第六節(jié)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定簡(jiǎn)介

一、概述

1.何謂電力系統(tǒng)穩(wěn)定問(wèn)題

把電力系