1、以前曾經(jīng)有同事和我討論過這個問題，我查閱了大量資料，在我的筆記本上寫下了一篇文章，下邊就是文章中的相關(guān)內(nèi)容，愿對您有用！一.問題的提出 電機學(xué)一書中詳細闡述了調(diào)節(jié)發(fā)電機有功功率和無功功率時兩者之間的相互影響，最終得出一個眾所周知的結(jié)論，即調(diào)節(jié)無功時，有功不變，調(diào)節(jié)有功時，無功反方向變化。但是在實際生產(chǎn)過程中，絕大多數(shù)機組，在沒有人為干預(yù)的情況下，調(diào)節(jié)有功時，無功功率基本不會出現(xiàn)電機學(xué)理論中所描述的那種規(guī)律發(fā)生反方向變化的，當(dāng)然不排除輕微反方向變化以及無功不變的現(xiàn)象出現(xiàn)，但是大多數(shù)情況下兩者是同方向變化的，即增加有功，無功也增加，減少有功，無功也減少。這種現(xiàn)象引起了不少疑問，在此便詳細分析一下實

2、際生產(chǎn)過程中，機組的無功功率到底是如何隨著有功功率變化的，為什么會出現(xiàn)與理論書中結(jié)論相反的情況。二.無功變化的理論分析 （一）純電機角度的分析： 第一種方法利用電樞反應(yīng)的原理進行分析，如果忽略勵磁調(diào)節(jié)器的話，在電機學(xué)的同步電機電樞反應(yīng)章節(jié)中有提到，增加無功，有功不變，增加有功，無功變小。這是因為，勵磁如果是恒定不變的，那么在增加有功的時候，勵磁用于交軸電樞反應(yīng)的部分就多了，因為有功功率是靠電機的交軸電樞反應(yīng)來實現(xiàn)的，那么用于直軸電樞反應(yīng)的部分就少了，而無功功率正是由直軸電樞反應(yīng)來實現(xiàn)的，這樣加有功的時候無功就會降低，當(dāng)然電壓也就會適當(dāng)降低。等于是固定不變就那么多的勵磁電流，要么用作交軸反應(yīng)來實

3、現(xiàn)有功，要么就用作直軸反應(yīng)來實現(xiàn)無功，在加有功時，交軸電樞反應(yīng)用的勵磁多了，那么勵磁分給直軸電樞反應(yīng)來實現(xiàn)無功的部分就少了。所以由于電樞反應(yīng)，增加有功功率會產(chǎn)生去磁作用，最終導(dǎo)致發(fā)電機欠磁，無功功率降低，電壓降低。 第二種方法利用發(fā)電機功角變化來進行分析，前提同樣是勵磁保持恒定，發(fā)電機能否送出無功以及送出無功的多少與電壓差U有關(guān)，這個電壓差U是指發(fā)電機的電動勢E0和端電壓UN的同相部分的電壓差，注意是同相部分的電壓差，具體可參照電機學(xué)中的同 步發(fā)電機遲相運行時的相量圖，相量圖是以發(fā)電機端電壓UN為一個參考相量，即NU為一個垂直向上的箭頭，其保持固定不動。電動勢E0在UN箭頭的逆時針側(cè)，且為一個

4、長度大于UN的箭頭，兩者之間形成一個夾角即發(fā)電機功角。所謂同相部分的電壓差，就是指把E0箭頭向參考量UN或者說是垂直軸上的一個投影，這個投影的長度比UN箭頭要長，E0箭頭在垂直軸上的投影長度減去UN箭頭的長度即為兩者同相部分的電壓差U，只有這個電壓差才會產(chǎn)生無功電流，并且是電壓差U越大，發(fā)電機輸出的無功功率就越大，如果電壓差U變小，則發(fā)電機輸出的無功功率就減小。又根據(jù)發(fā)電機功角特性可知，當(dāng)發(fā)電機送出有功功率時，電動勢E0就與端電壓UN錯開一個角即發(fā)電機功角，當(dāng)有功越大時，角越大，此時可以想象E0又往逆時針的方向轉(zhuǎn)了一個更大的角度，那么它在垂直軸上的投影高度就更短了，所以用它減去UN所得到的無功

5、電壓差U就變小了，因而無功自動減小，當(dāng)然電壓也就會適當(dāng)降低。反之，當(dāng)有功減小時，功角也隨之減小，無功會自動增加，電壓也會適當(dāng)升高。 總之，無論從純電機的任何一個方面去推論，前提只要勵磁電流是恒定不變的，也就是忽略勵磁調(diào)節(jié)器的作用，有功增加時，發(fā)電機無功出力就會自動減小，在外界無功用戶不變的情況下，則會出現(xiàn)無功缺額，發(fā)電機電壓會出現(xiàn)下降現(xiàn)象，直到外界用戶在電壓下降時所耗無功自動減小重新與發(fā)電機無功出力達到平衡，電壓則會下降到一個新的平衡點穩(wěn)定運行。反之有功減少時，無功出力會自動增加，在外界無功用戶不變的情況下，則會出現(xiàn)無功過剩，發(fā)電機電壓會出現(xiàn)升高現(xiàn)象，直到外界用戶在電壓升高時所耗無功自動增加重

6、新與發(fā)電機無功出力達到平衡，電壓則會升高到一個新的平衡點穩(wěn)定運行。（二）考慮勵磁調(diào)節(jié)器的影響： 1.從機組本身的因素分析調(diào)節(jié)器的影響： 從純電機的角度分析完，可以得出一個結(jié)論，當(dāng)發(fā)電機勵磁恒定時，增加發(fā)電機有功，則會使無功功率自動減少，最終發(fā)電機電壓會適當(dāng)降低，或者從另外一個新的角度來分析，當(dāng)發(fā)電機有功增大時，發(fā)電機定子電流也增大，那么發(fā)電機定子繞組的阻抗壓降就會增大，最終還是引起了發(fā)電機機端電壓降低。 自動勵磁調(diào)節(jié)器（在此只考慮調(diào)節(jié)器在自動通道恒電壓方式下）是以發(fā)電機端電壓作為被調(diào)量的，也就是說勵磁調(diào)節(jié)器的作用就是要維持機端電壓不變，所以由上面分析可知，在機組穩(wěn)定運行，勵磁不變的時候，如果增

7、加有功功率則會使發(fā)電機的端電壓適當(dāng)降低，那么此時考慮到勵磁調(diào)節(jié)器的存在，當(dāng)發(fā)電機端電壓降低，則會使勵磁調(diào)節(jié)器自動增加勵磁來維持機端電壓。所以正是由于該調(diào)節(jié)作用，使得發(fā)電機在有功增加時，無功會基本維持不增不減。當(dāng)然由于純電機角度的分析因素的作用一般也會呈現(xiàn)略微減少的趨勢，但是有時也會略微升高?？傊{(diào)節(jié)器的特性參數(shù)不同及外部變工況，所以不是一個固定的規(guī)律。但基本上是可以維持有功增加時無功不變的，至少不可能會出現(xiàn)純電機角度分析結(jié)論那種明顯規(guī)律的反向變化。注，本段分析可參考啟停機過程中機組未帶廠用電情況下增減有功時無功變化趨勢圖。 由于發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器的存在，當(dāng)發(fā)電機有功增加時，無功不會出現(xiàn)純電機角度

8、所分析的那樣明顯減少。當(dāng)然勵磁調(diào)節(jié)器特性是不完全一樣的，但即使勵磁調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)作用不足以抵消增加有功所帶來的去磁作用，也絕對能夠抵消絕大部分去磁作用了，所以最多會有一個輕微的無功減少趨勢。當(dāng)然如果勵磁調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)作用大于增加有功所帶來的去磁作用，那么不僅此時可以完全彌補有功增加所帶來的去磁影響，甚至無功還會有增加的趨勢。可見，由于調(diào)節(jié)器本身特性的差異，可能會出現(xiàn)不同的結(jié)果。不過無論結(jié)果怎樣，從根本上講，由于調(diào)節(jié)器本身是用來維持機端電壓的，所以調(diào)節(jié)器在發(fā)電機增加有功時會自動增加勵磁，那還是因為發(fā)電機端電壓在受到有功增加的去磁影響后而降低了，這時調(diào)節(jié)器增加勵磁只是為了恢復(fù)正常的電壓，也就是說僅僅是為了

9、彌補增加有功出現(xiàn)的勵磁缺額，所以發(fā)電機此時增加的勵磁基本上全部都用在了有功功率的增加上，最終使發(fā)電機在有功功率增加后也不出現(xiàn)欠磁，從而維持端電壓不變。 發(fā)電機在有功增加時會使端電壓降低，由于勵磁調(diào)節(jié)器會自動增磁維持發(fā)電機端電壓，正是因為此時調(diào)節(jié)器自動增磁，則不會出現(xiàn)有功增加，無功明顯減少的現(xiàn)象。當(dāng)然，這時也會有一個新的問題，就是眾所周知增加勵磁時發(fā)電機無功功率會自動增加，那么在增加有功時，勵磁也是在自動并且大量增加的，那么無功此時會大量增加嗎？這里可以解釋一下，電機學(xué)的發(fā)電機無功功率調(diào)節(jié)章節(jié)中分析調(diào)節(jié)勵磁改變無功的前提是發(fā)電機輸出有功不變，也就是說增加勵磁無功增加的前提是發(fā)電機其它條件基本不變

10、的，至少發(fā)電機有功是不變的，那么增加的勵磁便全部用在了升高電壓增大無功上，所以才會有了增加勵磁，無功增加的結(jié)論。但是在增加有功的情況下大量增加勵磁，發(fā)電機仍然只是為了維持著機端電壓不降低，發(fā)電機的端電壓只要不變，則說明無功功率的供需是基本平衡的，那么此時認為外界無功用戶是基本不變的，發(fā)電機此時的無功出力也不會有什么大的變化。最終這種情況下增加的勵磁主要還是用在了增加的有功上，對無功影響不大，所以這里在增加勵磁時，無功是不會明顯增加的。注，本段分析可參考有功不變時手動調(diào)勵磁的無功變化趨勢圖和有功增加勵磁自動增加時的無功變化趨勢圖。 總之，在忽略了調(diào)節(jié)器特性差別后，我們假設(shè)外界條件不變的情況下，可

11、以得出的結(jié)論為，調(diào)節(jié)有功功率時，勵磁調(diào)節(jié)器只能夠基本維持無功不變。也不排除輕微增加或者輕微減少的情況，但可以肯定不會明顯增加或者明顯減少。當(dāng)然實際情況中要考慮到大量外部因素，無功可能會因外界其它因素而明顯變化，下面便具體分析。 2.從機組以外的因素分析調(diào)節(jié)器的影響： （1）外界系統(tǒng)運行方式的變化：比如投切線路的電容效應(yīng)和投切電抗器等元件都會使整個系統(tǒng)的無功電源及無功用戶情況發(fā)生變化，最終機組無功功率也會發(fā)生不確定的變化。 （2）外界機組出力的變化：同一電網(wǎng)的其它機組加減出力的同時也會影響其無功出力，以及機組的啟停，均會導(dǎo)致電網(wǎng)無功的不平衡，系統(tǒng)電壓變動，最終也會使機組無功功率發(fā)生不確定的變化。

12、 （3）考慮系統(tǒng)功率傳輸機理：傳輸有功功率需要無功功率的支撐，所以調(diào)節(jié)有功時，比如增大有功，此時要在恒定電壓下輸走更多的有功，那么需要支撐的無功也就更多，如果無功支撐不足，則會引起電壓下降，最終也會導(dǎo)致勵磁調(diào)節(jié)器自動增加勵磁，具體我們可以對輸電系統(tǒng)中的兩大元件即輸電線路和變壓器進行展開分析。根據(jù)輸電線路自然功率的概念可知，輸電線路既因為其電容效應(yīng)能夠發(fā)出無功，也因為其存在串聯(lián)阻抗在輸電過程中電流流過線路的串聯(lián)阻抗又要消耗無功，所以有功越大，線路的電流越大，消耗的無功就越大，特別是輸電功率高于自然功率時，線路自身的電容效應(yīng)所產(chǎn)生的無功已不足以供線路自身所耗無功了，線路則要從系統(tǒng)吸收無功了。根據(jù)變

13、壓器自身無功損耗公式可知，變壓器傳輸有功的過程中，會消耗大量無功，傳輸?shù)挠泄υ酱?，消耗的無功就越大，當(dāng)變壓器傳輸有功功率達到滿載時，其自身消耗的無功可達變壓器額定容量的10%15%。由上述分析可見，當(dāng)系統(tǒng)中無功出力與無功用戶平衡，電壓不變的時候，此時若機組增加有功，則會直接導(dǎo)致輸電系統(tǒng)傳輸?shù)挠泄β试龃?，電流增大，那么系統(tǒng)自身在傳輸有功時消耗的無功也自然增大，所以無功出力與無功用戶不再平衡，無功出力已經(jīng)不能滿足無功用戶的需要，也就是說出現(xiàn)了無功缺額從而引起電壓下降，最終勵磁調(diào)節(jié)器會自動增加勵磁來提高機組無功出力使其重新與無功用戶達到平衡，維持機端電壓。此外在電力系統(tǒng)分析中，考慮了系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性，也要在有功增加時適當(dāng)提高無功，但這主要是從電網(wǎng)穩(wěn)定方面分析的，對于機組本身，影響甚小，不展開分析?？傊?，這個因素導(dǎo)致的無功變化基本是可以確定方向的，即機組無功功率基本隨著有功功率的增加而增加，反之同理。注，本段分析可參考有功增加時主變壓器輸出無功變化趨勢圖。 （4）廠用電負荷的變化：由于大多廠用負荷為感應(yīng)電動機，自身所消耗的無功是很大的，所以當(dāng)廠用電負荷變化時，所耗無功會發(fā)生很大變化。廠用負荷無功的變化幾乎不會影響到系統(tǒng)電壓，也就是說系統(tǒng)電壓是維持恒定的，由于主變阻抗的存在，發(fā)電機機端的電壓是會直接受到影響的，比如增加有功，廠用負荷就要增大，廠用電所耗無功功率增大