1.发电机
即是系统中唯一的有功电源，又是系统中基 本的无功电源，发电机在额定状态下运行时，可 发出感性无功功率：
QGN SGN sin N PGN tg N
(1)发电机的等值电路：
E
jX d
VN
IN
(2)发电机电势方程、向量图及
P-Q极限图
P
E VN jX d IN
C点为额定运行点;
D
C
AC可代表发电机的额定视在功率SGN; E
第五章 电力系统的无功功率平衡 和电压调整
1. 本章的主要目的：
理解并掌握电力系统无功功率平衡、 电压调整的基本概念，掌握电压调整的基 本原理及其分析计算方法。
2. 本章的主要内容
(1) 电力系统无功功率平衡的基本概念； (2) 电压调整的基本概念； (3) 电压调整的措施； (4) 调压措施的应用；
35kV以下线路：由于电压等级低，ＱＢ很小，线路基 本要消耗感性无功功率。
110kV以上的线路： 当传输功率较大时，ＱX>QB，线路消耗感性无功； 当传输功率较小时，有可能ＱX<QB，这时线路向 系统提供感性无功。
5-1-2 无功功率电源
电力系统中的无功功率电源主要由发电机和无 功补偿装置两部分构成，其中无功补偿装置主要由 静止电容器、同步调相机和静止无功发生器等设备 组成。
QL QLT QL QB
Qres为无功功率备用， Qres >0表示系统中无功功率可以平 衡且有适量的备用， Qres<0 表示系统中无功功率不足，应 考虑加设无功补偿装置。
从改善电压质量和降低网络功率损耗考虑，应避免 通过电网元件大量传输无功功率。为此，我国电力工 业有关技术导则规定：以35kV以上电压等级直接供电 的负荷，功率因数要达到0.90以上，对其它负荷，功 率因数不低于0.85。因此，仅从全系统的角度进行无 功功率平衡是不够的，应该分地区分电压级进行无功 功率平衡，根据无功平衡的需求，增添必要的无功补 偿容量 ，并按无功功率就地平衡的原则进行补偿容量 的分配，小容量、分散的无功补偿可采用静止电容 器；大容量的补偿可在系统电压中枢点采用调相机或 静止补偿器。 （补充：无功平衡与电压调整的关系分析。）
2．同步调相机 同步调相机相当于空载运行的同步发电机，即可
以过励磁运行发出感性无功，又可以欠励磁运行吸 收感性无功，一般欠励吸收最大无功功率为过励发 出最大无功功率的50% ～ 65%。
特点：调节性能好，即可发又可吸；但由于是旋转机 械，运行维护比较复杂，有一定的有功损耗， 宜于大容量集中使用。
3．静止电容器 (1)无功功率特性：
(3)特点：调节性能好，快速、平滑，满足动态的无 功功率的需要，静止元件，运行维护简单 方便，有功损耗小，但运行过程中向系统 注入谐波电流，要有相应的滤波措施。
5-1-3 无功功率平衡
电力系统无功功率平衡的基本要求是：系统中的 无功电源可能发出的无功功率应该大于或至少等于负 荷所需的无功功率和网络中的无功损耗之和。为了保 证运行可靠性和适应无功负荷的增长，系统还必须配 置一定的无功备用容量。
电力系统无功功率平衡关系式：
QGC QLD QL Qres
其中：QGC为系统中无功电源总无功容量之和，包括发电机的
无功功率和各种无功补偿设备的无功功率。 QGC QG QC
QLD为系统无功负荷之和。 特别注意：它是额定电压下负荷所消耗的无功功率。
QL为系统网络无功损耗之和，包括变压器的无功损耗、 线路电抗的无功损耗和线路电纳的无功功率。
5-1 电力系统的无功功率平衡
重要概念：
电力系统的运行电压水平取决于系统的无 功功率的平衡，即系统中各种无功电源的无功 功率的输出应能满足系统中负荷对无功功率的 的消耗以及电力网络对无功功率的损耗，否则 电压就会偏离额定值。
5-1-1 无功功率负荷和无功功率损耗
1. 无功功率负荷 异步电动机在电力系统的无功负荷中占很大比重。
AD可代表发电机的PGN;
φN jXdIN
AB可代表发电机的QGN;
O
δ
VN
φN
A
B
Q
IN
可见：发电机正常运行时以滞后功率因数运行为 主，并且只有在额定电压、电流和功率因 数下运行时视在功率才能达到额定值，使 容量得到充分利用。发电机降低功率因数 运行时，可增发感性无功功率，但其无功 输出将受转子电流的限制。
2.变压器的无功损耗 变压器在电能传输过程中要消耗无功功率。
(1)变压器的等值电路：Г型
(2)变压器所消耗的无功功率：
QM
Qm
Q
V 2 BT
S V
2
X
T
(3)变压器的无功功率与端电压的关系曲线: 变压器的无功功率电压特性与电动机的特性相似。
可见：变压器的无功功率损耗在系统的无功需求 中占相当大的比重，一般额定满载运行的 变压器所消耗的无功功率达到其自身额定 容量的12%，如果从电源到用户需要经过 几级变压器时，变压器中无功损耗的数值 是相当可观的。
3. 输电线路的无功损耗 输电线路在电能传输过程中要消耗无功功率。
(1)输电线路的等值电路：π型
(2)输电线路所消耗的无功功率：
QL
QX
QB
P12 Q12 V12
X
B 2
V12

B 2
V22
(3)输电线路的无功功率电压特性：
可见：输电线路的无功损耗由两部分组成：QX(消耗 感性无功功率)和ＱＢ(补充感性无功功率)。
本章重点：电力系统中枢点的电压管理及调整措施； 本章难点：电压调整的分析计算；
电力工业的产品：电能 产品的质量指标：电压、频率、波形。 本章重点介绍如何保证电压这个重要指标。
电压变动对用户有什么影响？
一切用电设备都是按照在它的额定电压条件下 运行而设计、制造的。当其端电压偏离额定电压时， 用电设备的性能就要受到影响。 电压过高的影响：电动机、照明； 电压过低的影响：电动机、照明；
(1)异步电动机等值电路：
jXσ
V jXm
I R/s
(2)异步电动机所消耗的无功功率：
QM
Qm
Q
V2 Xm
I 2X
(3)异步电动机的无功功率与端电压的关系曲线：
(电动机的无功功率电压特性)
Q
β=0.8
β=0.6
：受载系数
β=0.3
0.7 0.8 0.9 1.0 V
可见：在额定电压附近，电动机对无功功率的消耗随电压的 升降而增减，其关系是非线性的，大致与电压的平方 成正比，当电动机得不到足够的无功供给时，电压 自然会明显下降。
V2 QC X C
(2)特点：当电压下降时，供出的感性无功反而减 少，调节性能差；但由于是静止元件，使 用灵活，维护简单方便。
4．静止无功补偿器(SVC) (1)结构：由静止电容器与可调电抗器并联组成。
V I
IC
C SR IL
0
I
(2)调节特性：电容器发出感性无功功率，电抗器根 据系统电压的变化调节其自身对感性 无功功率的吸收量，以保证系统电压 的稳定。