电力系统电压和无功功率控制要点
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的无功损耗与负荷无功功率之和。
③系统无功平衡原则：就地平衡。
④无功远距离传输导致：有功损耗、电压损耗。
2、维持电网运行的经济性：
通过合理的电源配置以及运行方式等方面减少无功流动，降低网损。
3、维持电力系统稳定性
通过快速励磁、强磁等措施维持机端电压，缩短电气距离，对静态稳定和暂态稳定都有积极的作用。电力系统稳定器（PSS）抑制电网低频振荡。
其中：
曲线1：负荷的电压无功特性；
曲线1’：无功负荷增大时的电压无功特性;曲线2：电网的电压无功特性；
曲线2’：增大后的电网电压无功特性
q E
A点为平衡点。当无功负荷增加→曲线1变为曲线1’。如果q E；如增大则曲线2变为曲线2’q E
结论：
①电网电压水平，靠无功功率平衡维持。
②无功功率平衡：系统无功出力应等于额定电压下
上面第三式中的U ∆其大小取决于无功功率以及网络参数（分母U可近似认为是额定电压不变）。
Q X当无功负荷增加，则电压损耗Q U ∆增大，电压U下降，如此时增大发电机励磁，使增大，则可抵消的增加，使U保持不变；反之亦然。
q E U ∆上面第二式可近似认为cos 1δ≈，与U为近似的Q。
电力系统的无功功率负荷：异步电动机。其无功电压特性也可用二次特性表示。如下图：
②电压过高：直接影响到高压输电设备的绝缘寿命；增大变压器的铁芯损耗，温度增高，寿命减短。
三、电力系统无功功率控制的重要性
1、维持电网电压水平
对于上图简单电力系统，可得出其向量图：
由向量图得：
sin cos cos sin cos sin sin (cos cos q q q q q E UE IX P UI U U X X X E U IX U Q UI U U E U X X X QX U E U U δϕϕδδϕϕδδ⎫==⋅=⋅=⎪⎪−⎪==⋅=⋅=−⎬⎪⎪∆=−=⎪⎭
4电网损耗不同：电网设备主要消耗无功功率，其有功损耗远小于电网无功损耗。
5调节方式不同：全系统频率相等，调整手段仅调整原动机功率一种；电压在电网各点不同，调压手段多种，可分散调节。
二、电压对电力用户的影响
对电力用户的影响
①电压过低：（起重机、碎石机、磨煤机等）异步机转矩下降，影响拖动能力；异步机转速下降，影响产品质量；电炉功率下降，增加冶炼的时间和产量；照明设备的发光率和亮度下降。
调节励磁电流（即改变）的作用：改变无功电流（无功功率出力）大小，同时也改变发电机端电
压的大小。
q E q I G U综合结论：
1实际运行的发电机组，既不是单机运行，也不是直接接入无穷大系统母线，母线电压随（无功）负荷变化而波动。改变发电机励磁电流的大小，既可以控制母线电压大小，也可控制发电机无功出力的多少。
②电压过高：影响电气设备的绝缘寿命；增大电机变压器的铁芯损耗，温度增高，寿命减短；照明设备的寿命急剧下降。
③电压闪变：冲击负荷产生的电压突然下降和恢复，对附近电能用户产生不利影响。
对电力系统的影响
①电压过低：厂用电机械（异步机）转矩下降及转速下降，影响电厂的正常发电；增大电网功率损耗和能量损耗；在无功功率严重不足的系统可能引起“电压崩溃”现象。
2从物理过程看，改变发电机的励磁电流大小将直接改变发电机空载电势大小，再影响到系统潮流的变化。至于改变的多少由系统结构和运行方式来决定，要满足全系统的电压方程和电流方程。
2并联运行的发电机组间的无功功率分配
当电网需要的无功负荷增加时，电压由1M U降到2M U，两台发电机各增加无功出力1Q I ∆和2Q I ∆，由于外特性斜率不等，1Q 2Q I I ∆≠∆，不符合并联运行机组标幺
第五章电力系统电压和无功功率控制
第一节电网电压和无功功率控制的必要性
一、电压无功控制与频率有功控制的不同点
1类型不同：有功电源：发电机；无功电源：发电机、调相机、电容器、电抗器。
2位置不同：有功电源：集中在电厂；无功电源：分散在电厂、变电站。
3能源消耗：有功电源：消耗能源；无功电源：不消耗能源，仅产生小损耗。
值增量相等的原则。
励磁调节器作用：使得并联运行的发电机外特性一致，可过励磁调节器的调差环节来实现
3.提高发电机并网运行的稳定性
1励磁对静态稳定的影响静态稳定：电力系统在正常运行状态下，经受微小扰动后恢复到原来运行状态的能力。发电机输出功率为：sin q G E U
P X δ∑=（功角特性曲线）∑=X U E P q m
②为了维持发电机端电压恒定，励磁电流应随负荷无功电流的变化而变化。
（调节励磁电流可调整端电压高低，以适应负荷无功的变化，故励磁调节器可称为调压器；或者说发电机端电压的变化是因为无功负荷的变化引起）
2.无功控制与分配
1发电机直接并入系统
( q X q d l E U I x x ≈++
并入系统时，系统电压保持不变，即X N U U =
第二节同步发电机励磁控制系统基本原理
一、励磁系统的原理构成
励磁系统组成：励磁功率单元＋励磁调节器反馈控制系统：三部分构成：①发电机：由转子的励磁电流（直流）L I产生旋转磁场在定子绕组中感应出空载电势，该电势将影响系统电压水平和无功功率。
q E ②励磁调节器：根据输入信号（机端电压、电流）和给定调节准则，控制励磁功率单元的输出。③励磁功率单元：向发电机转子提供直流励磁电流，控制发电机空载电势。
励磁控制系统定义：根据机端电压、电流等信号按照一定的调节准则向发电机转子提供励磁电流的具有反馈功能的自动装置。
二、同步发电机励磁控制系统的主要任务
1.电压控制
基本方程式：
G q G d U j I x E ••+=•
d I x由矢量图可得：cos q G G q E U δ=+
一般cos 1G δ≈，故：
q G q d E U I x ≈+
该式反映：空载电势（励磁电流）、端电压、无功电流（负荷无功电流或功率）之间的关系。
q E G U q I
发电机的外特性：当励磁电流一定时候，发电机端电压和无功电流之间关系的曲线。
实际外特性曲线：（可简化为直线）
结论：
①负荷无功电流（功率）增大将导致发电机端电压的下降。
二个方面体现（简单理解，详细内容见电力系统稳定书籍）：
①缩短电气距离X ∑恒定，'
q E G U或者电抗'
③系统无功平衡原则：就地平衡。
④无功远距离传输导致：有功损耗、电压损耗。
2、维持电网运行的经济性：
通过合理的电源配置以及运行方式等方面减少无功流动，降低网损。
3、维持电力系统稳定性
通过快速励磁、强磁等措施维持机端电压，缩短电气距离，对静态稳定和暂态稳定都有积极的作用。电力系统稳定器（PSS）抑制电网低频振荡。
其中：
曲线1：负荷的电压无功特性；
曲线1’：无功负荷增大时的电压无功特性;曲线2：电网的电压无功特性；
曲线2’：增大后的电网电压无功特性
q E
A点为平衡点。当无功负荷增加→曲线1变为曲线1’。如果q E；如增大则曲线2变为曲线2’q E
结论：
①电网电压水平，靠无功功率平衡维持。
②无功功率平衡：系统无功出力应等于额定电压下
上面第三式中的U ∆其大小取决于无功功率以及网络参数（分母U可近似认为是额定电压不变）。
Q X当无功负荷增加，则电压损耗Q U ∆增大，电压U下降，如此时增大发电机励磁，使增大，则可抵消的增加，使U保持不变；反之亦然。
q E U ∆上面第二式可近似认为cos 1δ≈，与U为近似的Q。
电力系统的无功功率负荷：异步电动机。其无功电压特性也可用二次特性表示。如下图：
②电压过高：直接影响到高压输电设备的绝缘寿命；增大变压器的铁芯损耗，温度增高，寿命减短。
三、电力系统无功功率控制的重要性
1、维持电网电压水平
对于上图简单电力系统，可得出其向量图：
由向量图得：
sin cos cos sin cos sin sin (cos cos q q q q q E UE IX P UI U U X X X E U IX U Q UI U U E U X X X QX U E U U δϕϕδδϕϕδδ⎫==⋅=⋅=⎪⎪−⎪==⋅=⋅=−⎬⎪⎪∆=−=⎪⎭
4电网损耗不同：电网设备主要消耗无功功率，其有功损耗远小于电网无功损耗。
5调节方式不同：全系统频率相等，调整手段仅调整原动机功率一种；电压在电网各点不同，调压手段多种，可分散调节。
二、电压对电力用户的影响
对电力用户的影响
①电压过低：（起重机、碎石机、磨煤机等）异步机转矩下降，影响拖动能力；异步机转速下降，影响产品质量；电炉功率下降，增加冶炼的时间和产量；照明设备的发光率和亮度下降。
调节励磁电流（即改变）的作用：改变无功电流（无功功率出力）大小，同时也改变发电机端电
压的大小。
q E q I G U综合结论：
1实际运行的发电机组，既不是单机运行，也不是直接接入无穷大系统母线，母线电压随（无功）负荷变化而波动。改变发电机励磁电流的大小，既可以控制母线电压大小，也可控制发电机无功出力的多少。
②电压过高：影响电气设备的绝缘寿命；增大电机变压器的铁芯损耗，温度增高，寿命减短；照明设备的寿命急剧下降。
③电压闪变：冲击负荷产生的电压突然下降和恢复，对附近电能用户产生不利影响。
对电力系统的影响
①电压过低：厂用电机械（异步机）转矩下降及转速下降，影响电厂的正常发电；增大电网功率损耗和能量损耗；在无功功率严重不足的系统可能引起“电压崩溃”现象。
2从物理过程看，改变发电机的励磁电流大小将直接改变发电机空载电势大小，再影响到系统潮流的变化。至于改变的多少由系统结构和运行方式来决定，要满足全系统的电压方程和电流方程。
2并联运行的发电机组间的无功功率分配
当电网需要的无功负荷增加时，电压由1M U降到2M U，两台发电机各增加无功出力1Q I ∆和2Q I ∆，由于外特性斜率不等，1Q 2Q I I ∆≠∆，不符合并联运行机组标幺
第五章电力系统电压和无功功率控制
第一节电网电压和无功功率控制的必要性
一、电压无功控制与频率有功控制的不同点
1类型不同：有功电源：发电机；无功电源：发电机、调相机、电容器、电抗器。
2位置不同：有功电源：集中在电厂；无功电源：分散在电厂、变电站。
3能源消耗：有功电源：消耗能源；无功电源：不消耗能源，仅产生小损耗。
值增量相等的原则。
励磁调节器作用：使得并联运行的发电机外特性一致，可过励磁调节器的调差环节来实现
3.提高发电机并网运行的稳定性
1励磁对静态稳定的影响静态稳定：电力系统在正常运行状态下，经受微小扰动后恢复到原来运行状态的能力。发电机输出功率为：sin q G E U
P X δ∑=（功角特性曲线）∑=X U E P q m
②为了维持发电机端电压恒定，励磁电流应随负荷无功电流的变化而变化。
（调节励磁电流可调整端电压高低，以适应负荷无功的变化，故励磁调节器可称为调压器；或者说发电机端电压的变化是因为无功负荷的变化引起）
2.无功控制与分配
1发电机直接并入系统
( q X q d l E U I x x ≈++
并入系统时，系统电压保持不变，即X N U U =
第二节同步发电机励磁控制系统基本原理
一、励磁系统的原理构成
励磁系统组成：励磁功率单元＋励磁调节器反馈控制系统：三部分构成：①发电机：由转子的励磁电流（直流）L I产生旋转磁场在定子绕组中感应出空载电势，该电势将影响系统电压水平和无功功率。
q E ②励磁调节器：根据输入信号（机端电压、电流）和给定调节准则，控制励磁功率单元的输出。③励磁功率单元：向发电机转子提供直流励磁电流，控制发电机空载电势。
励磁控制系统定义：根据机端电压、电流等信号按照一定的调节准则向发电机转子提供励磁电流的具有反馈功能的自动装置。
二、同步发电机励磁控制系统的主要任务
1.电压控制
基本方程式：
G q G d U j I x E ••+=•
d I x由矢量图可得：cos q G G q E U δ=+
一般cos 1G δ≈，故：
q G q d E U I x ≈+
该式反映：空载电势（励磁电流）、端电压、无功电流（负荷无功电流或功率）之间的关系。
q E G U q I
发电机的外特性：当励磁电流一定时候，发电机端电压和无功电流之间关系的曲线。
实际外特性曲线：（可简化为直线）
结论：
①负荷无功电流（功率）增大将导致发电机端电压的下降。
二个方面体现（简单理解，详细内容见电力系统稳定书籍）：
①缩短电气距离X ∑恒定，'
q E G U或者电抗'