ＥＬＥＣＴＲＯＮｌＣＳ Ｗ０ＲＬＤ・ ｊ 谤 对发电机无功功率与电力系统稳定运行的研究 河海大学马天兆 【摘要】电力系统中重要的组成部分中就包含发电机，电力系统中的无功电源之一就是发电机，发电机的励磁电流可以调节，励磁电流的转 变大小可以调节无功功率的输出，如此运行的费用较低。对发电机的无功功率进行合理的安排对电力系统的运行有所帮助，本文通过研究可 以发现发电机无功功率的影响和作用。 【关键词】发电机；无功功率；电力系统 引言 发电机会发出无功功率，而无功功率可以维系电力系统进行稳定的 运行，无功功率更能影响发电机的效率，将发电机的功率因数维持在额定 值，通过减少无功消耗来保证系统的稳定运行，亦或是增加无功补偿也可 以维持系统的稳定运行，同时能够提高发电机的工作效率。 一．发电机无功功率概述 （一）无功功率的产生 电动机中的定子产生一定的磁场，进而电动机可以进入旋转，通过产 生磁场而消耗的功率就可以称之为无功功率。发电机是一种动态的发电机， 再进行发电的过程中就要消耗无功功率，无功功率通常是不对外做功的，它 只是在电能和磁能之间进行来回的转换，无功功率不能够消耗染料，也不能 够消耗其他的能源，所以为无功功率。无功功率和有功功率的联系是紧密 的，一般情况下，只有产生无功功率，有功功率才能够随之产生。 （二）无功功率的补偿 １．意义 无功功率的补偿通常具有减少无功功率对电力系统产生影响的能 力，对相应的供电系统也可以提高功率因数，对系统的端电压具有稳定 作用，能够有效地提升电力系统的供电稳定性及质量 对于输电线路具 有降负荷的作用，也可以有效降低用电设备的负荷，对有功功率具有较 少消耗的作用，能够使电力系统的工作状态处于最佳，对减少用电成本 具有重大的作用［“。 ２．原理 在电力系统中没有纯粹的电阻电路，通常情况下，电路的元件中包含 感性负载和容性负载，容性电流在电路中和感性电流相差的相位一般是１８０ 度，感性负载会吸收容性负载释放的能量，容性负载也可以吸收感性负载释 放的能量，二者之间的负荷承载着能量进行相互的交换，容性负荷的无功功 率可以由感性负荷的无功功率得到相应的补偿。 （三）无功功率的补偿形式 １．集中的补偿形式 将补偿应用到的电容器全部装在供电所需的母线之上，也可以将全部 的电容器装在配电变压器的低压一侧，电气设备不能够产生连续的运转就 会使补偿过量，电气设备的轻负荷也会造成相对的过补偿，设备运行中就 会产生过高的电压，电压的质量得不到保证就会变坏。采用集中补偿形式 可以使电力系统的运行处于稳定的状态，这种补偿方式的利用率也较高。 ２．分散性补偿形式 在分散性补偿中，可以将电容器分散安装，主要是安装在各个用 电支路的所有母线之上，使各个支路多组的分散，在分散之中获得补 偿，在使用的过程中能够自动投入使用或者是断开使用，分散补偿的形 式具有比较灵活的特点，而且易于控制 ３．个别的补偿形式 这种形式主要是将电容器并联到电气回路之中，设备的开关就可以对 补偿的运行进行控制，可以实现无功电流的平衡，还可以对无负荷状态下 的补偿进行控制，这种补偿方法只适合大型的电气设备。 ＝ 无功功率对电力系统运行的影响 （一）对发电机的影响 以一台２２０ＭＷ的发电机组为例，励磁的实现方式是恒机端的电压进 行自动调节，发电机的额定功率为２２０ＭＷ，发电机的端电压是１７．９ＫＶ， 母线的电压是ｌ１２ＫＶ，功率的因数为０．２１２，系统的频率为５０Ｈｚ，通过以 上的运行参数可以得知励磁电流会超过额定的励磁电流，长时间的过电流 就会造成发电机的转子线圈产生过度的热量，转子的绝缘性能就会随之下 降，发电机的使用时长就会受到影响。 在增加励磁时，交轴电枢的励磁就会产生过多，直轴电枢的无功 部分就会相应的减少，在电枢反应的作用下，有功功率的增加就会使磁 的产生减少，发电机可能就会出现欠磁现象，无功功率和电压也会随 之降低。在恒机端电压的运行状态之下，电压下降可以增加励磁，无功 功率也会随之增加，在功率一定的情况下，发电机的运行就不可能出 现满负荷。在功率因数不变的情况下，发电机的有功功率只能维持在 ・１７４・吨｝子ｔＩｔ界 ２ＩＯＭＷ，无功功率增高就会带动有功功率增加，从而就会发电机 的传输有功功率的能力，励磁电流也会相对增加，又会使转子的绕组产 生过热现象Ⅲ 无功负荷的降低会提高功率因数，但是会造成机端电压降低，也会无法 对负荷进行弥补，进而造成电枢去磁现象，发电机也不能够处于暂态稳定，相 应的电力系统可能就会出现崩溃现象口１。无功功率过高就会降低功率因数，转 子就会发热，发电机产生有功功率的能力就会受到。 （二）对线损的影响 在电力系统中，电压的水平取决于无功功率的平衡水平，无功的损 耗加大就会造成系统电压的不稳定，很可能会使电压造成大幅度的降低， 在额定电压之下，电气设备就不能够正常运行，对电气设备不能够妥善 处理就会造成严重的后果，发电机在多发无功状态下才能够维持无功功率 的平衡，没有无功补偿的投入也可以维持电压的稳定，只是在输送无功功 率时，线路需要消耗有功功率。在有功功率达到一定时，无功功率就会越 大，有功功率的损耗也会随之加大。 在传输稳定的状态下，无功功率越小，有功功率的传输能力就越 强，经过投入无功补偿装置就能够维持无功功率的平衡，还可以保持电 压的稳定性，还能够减少对线路的损耗，加大了发电机的带负荷能力， 对线路的带负荷能力也有促进作用，在电压过低时，能够减少对电力系 统的影响【４］。 （三）保持发电机正常运行的方式 发电机的无功投入的过多就会造成发电机的转子发热，应该适当 的投入无功补偿装置，这样就可以维持电压的稳定性，对无功功率的平 衡也有帮助。对负荷进行无功计算可以弥补相应的费用。实施限电控制 运行也可以帮助发电机和系统进入正常的运行。 三．无功功率与系统电压 （一）系统静态电压 在发电机进入运相状态时，在运行的过程中，相应的感应电动势 就会减小，静态的攻角会随之加大，这种变化会引起相应的结果，静态 的稳定裕度就会随之降低，在发电机深入运行时，静态攻角的稳定裕度 就会减小，静态电压就不能够保持稳定。 在实际运行工作中，发电机的功率因数越高，电力系统的运行效率就越 好，相应的经济效果就越好，对于电力力系统而言，安全性才是最重要的，根 据电流的约束条件，可以发现在电压稳定时静态电压的稳定指标越来越大，在 发电机处于全相运行状态下，原本的发电帆主动控制电压就会变成被动控制， 电压系统也会越来越不稳定。所以，发电机不能够处于全相的运行状态，对励 磁电流进行约束，可以将发电机的有功功率和无功功率进行结合，得到稳定的 电压指标就可以对电力系统进行控制 （二）系统动态电压 对电力系统的动态电压进行研究一直是学术界的重点难点，一般 是利用微分、差分和代数进行描述的。一般情况下，对机器采取无功调 控，发出的无功功率和负荷在动态电压之间进行紧密的联系，无功功率 的降低会使电压的稳定性遭到破坏，当发电机在进相的状态下运行时， 对电力系统中的动态电压的稳定性造成影响【５］。 四 结论 总结而言，发电机的无功功率对电力系统能否维持稳定运行具有 重大的作用，经过对无功功率带来的影响进行探讨，可以发现在电力系 统的实际运行状态下，就要对发电机的无功功率进行相应的控制，发 电机的无功功率的影响是多方面的，必须严肃认真的对待相关出现的问 题，合理的安排工作可以维持电力系统的稳定运行。 参考文献 …刘鑫．电力系统无功功率浅谈ｆ１］．硅谷，２０１３，０２：１＋６０． ｆ２１黄长春．发电初。无功功率与电力系统稳定运行佃＿电孑皑界刎 １ —缈 『３１王竞．基于网络分析的电力系统无功优化『【）１．浙江大学，２０１４． 【４】雷明洋，董朝辉．无功功率过高对发电机及系统的影响分析田．山东 工业技术，２０１７，０５：１５２． 【５］周学伟，彭淑花，吕枫．定距桨船舶轴中带发电机无功功率补充技术 的研究Ⅱ】．舰船科学技术，２０１６，２４：４６－－４８．
