发电机无功功率与电力系统稳定运行

发电机无功功率与电力系统稳定运行

【摘要】本文通过对发电机无功功率进行阐述说明，然后分析了发电机无功功率对电力系统静态电压、动态电压等方面稳定运行的影响，并论证了发电机少发无功功率对电力系统稳定运行的影响。

【关键词】发电机；无功功率；电力系统稳定；影响

同步发电机是电力系统的中一个重要的组成部分，是电力系统中的一个无功电源，它是通过调节发电机励磁电流的大小来调节无功出力，具有较低的运行费用。因此，做好同步发电机无功出力的合理安排可以有效降低电力系统运行的成本，从而提高其经济可行性。下面，我们对发电机无功功率对电力系统静态电压、动态电压、低频振荡等方面的稳定性进行了分析。

1.发电机的无功功率

1.1 发电机有功功率和无功功率

同步发电机包括了正常以及非正常两种运行状态，用表达式表示其发出的视在功率为：

；

其中P为发电机有功功率，Q为发电机无功功率。其中，，而从这P和Q的表达式我们可以看出：当发电机处于过激励磁状态，也就是滞相运行的时候，比U要大，此时发电机输出的是无功功率；而当发电机处于欠励磁状态状态，也就是进相运行的时候，比U要小，此时发电机就会吸收系统中的无功功率。

1.2 同步发电机的无功出力调节

同步发电机主要是通过调节励磁电流来实现进行无功功率的调节。同步发电机在保持有功出力一定的情况下对励磁电流进行调节，这个时候的发电机向量图如图1；图2则为同步发电机以全相运行时的向量图。

根据电机无功功率的公式可知，由于同步发电机的励磁电流降低时，其电磁转矩也会下降，而因为原动机的转矩是保持恒定的，因此发电机会加速运作，而攻角也会增大，所以发电机此时的功率也不会出现降低。而从图1可以看出，由于发电机励磁电流降低，其位于定子绕组的感应电动势也会随之下降变小。再参照电机无功功率的公式，当电动势变小以及攻角变大时，都会减小发电机的无功出力，因此可以将公式电机无功功率的表达公式进一步改写成。而从这个式子中我们可以看出，当的时候，发电机会以全相运行，此时的就是同步发电机临界进相运行的感应电动势。如图2所示；而当时，同步发电机则处于欠励磁运行状态。

2.无功功率与系统静态电压

静态攻角稳定裕度较高是电力系统可以正常运行的条件，而判断静态攻角是否满足要求的依据是：。而根据上面的分析我们知道，发电机处于进相运行状态时，感应电动势会变小，而静态攻角会变大，这两个变化所引起的结果就是会明显降低静态稳定裕度。如果发电机进行很深的话，静态攻角稳定裕度的值就会很小，这样就会导致静态电压不够稳定。

在发电机的实际运行过程中，人们一般认为，发电机功率因素越高，整个电力系统的运行效率就越高，就更经济。但是如果从电力系统的安全运行角度来看的话，人们就会发现，实际并不是这样。就根据电流约束，我们可以用公式来表示发电机的无功功率，其中表示电枢电流。

根据电压稳定指标之一的灵敏度因子法，我们可以求出静态电压的稳定指标为。根据这个公式，当发电机以全相状态运行的时候，也就是Q=0，的时候，这时静态电压稳定指标趋向于无穷大，这表示发电机将主动控制不稳定电压转为被动相应，这会增加系统电压的不稳定性。因此，发电机不适宜以全相状态运行。从约束励磁电流的角度来看，将电机有功功率与电机无功功率的表达式合并，可以得到发电机的无功功率Q，再利用林密度因子法来对发电机的无功功率进行求导，从而得到稳点电压指标，让临界稳定电压，而当，的时候，发电机将主动控制系统电压转变为被动响应，从而增加系统电压的不稳定性。而这个时候的发电机无功出力为；当，时，有利于增加系统的稳定性；当，时，会增加系统的不稳定性；而当时，电力系统的电压状态为最不稳定。

3.无功功率与系统动态电压

电力系统中的动态电压是当前人们研究的一个热点，而描述动态电压稳定的是一组：微分——差分——代数，方程。如下：

其中，Z表示长期动态变量，表示连续变量，表示断续变量，X表示动态状态变量，Y表示代数变量。通过以下的图3，图4，图5，图6，我们就可以很好的发现无功功率与电力系统动态电压稳定的关系：

图3表示对1号机采用武功调控，而由图4和图5可以看出1号机发出的无功出力和负荷节点1和2母线的动态电压之间具有紧密的联系，其电压稳定性随着无功出力的降低而降低。而在图6中我们发现无功出力对于符合节点3的影响不大，这是因为节点3是由2号机供电的。因此，根据这些信息可以判断，发电机以进相状态运行时不利于电力系统的动态电压稳定。

4.结语

通过对发电机无功出力与电力系统静态电压和动态电压稳定的论证分析，我们得出结论：发电机无功功率对于电力系统的稳定运行具有重要的影响。因此，在电力系统的实际运行过程中，应该根据情况做好发电机无功出力的合理安排工

作，从而保证电力系统的安全稳定运行。

参考文献

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[2]斐文龙，张婷婷，何骏池.浅谈无功功率不补偿[J].科技致富向导，2011（20）.