静态电压特性分析及优化方案

静态电压特性是指当电压缓慢变化进入稳态时，系统中无功功率随电压变化的规律。

1.电源的静态电压特性

1)同步发电机

发电机输出的有功功率取决于原动机输入的机械功率(忽略有功损耗)，当输入的机械功率不变时，发电机输出的有功功率不变。根据功角特性曲线，当Eq不变时，发电机端电压下降使功角δa增大，由原来的δa增大至δb或者δc，如图7-5所示。

隐极式同步发电机的无功功率功角特性为

图7-5　发电机端电压下降时功角增大

图7-6　同步发电机的静态特性曲线

2)调相机

将调相机看成是功角为零的发电机，它没有有功的输入和输出，它输出的无功功率为

由上式得QE随电压U的变化率为

分析上式，有如下结论：

2.负荷的静态电压特性

电力系统多使用异步电动机，此外还有同步电动机、电热炉、整流设备、照明等。根据工业城市电力系统中的综合负荷绘制了静态电压特性曲线，如图7-8所示。(www.xing528.com)

图7-7　调相机的静态电压特性曲线

图7-8　工业城市综合负荷的静态电压特性曲线

3.电力系统的电压稳定性

电力系统接线如图7-9所示。图中变电所的高压母线为电压中枢点，设此母线上负荷的无功功率静态电压特性曲线如图7-10中曲线QL所示，该母线上电源的无功功率静态电压特性曲线如图中曲线QG所示。QG与QL的差值为ΔQ，即ΔQ＝QG－QL，如图7-10中曲线ΔQ所示。

图7-9　电力系统接线

当正常运行时，中枢点上输入、输出的无功功率平衡，即正常运行点应该是曲线QG与QL的交点，即交点a和b，下面分别分析a、b两点是否能稳定运行。

a点，当系统中出现微小扰动使电压上升一个微量ΔU″时，负荷需要的无功功率是a″1对应的值，而电源供应的无功功率为a″2对应的值。由于a″1＞a″2，因此发电厂将向中枢点输送更多的无功功率。随着输送无功功率的增加，系统的电压降低，中枢点电压恢复到原来的值。

图7-10　电压的稳定性

同理，当系统中出现的微小扰动使电压下降一个微量ΔU′时，负荷需要的无功功率是a′1对应的值，电源供应的无功功率是a′2对应的值。由于a′1＜a′2，因此各发电厂向中枢点输送的无功功率将减小，从而使输电系统中的电压升高，中枢点的电压又恢复到原始值。由此可以说明，在a点运行时，静态是稳定的。

而b点与a点不同，当扰动使电压上升一个微量ΔU″时，负荷需求的无功功率是b″1对应的值，电源供应的无功功率是b″2对应的值。由于b″1＜b″2，因此各发电厂向中枢点输送的无功功率将减小，系统的电压将上升，如此循环，运行点将越过a点，再经过一系列的振荡，在a点达到新的平衡。同样，当扰动使电压下降一个微量ΔU′时，负荷需求的无功功率是b′1对应的值，电源供给的无功功率是b′2对应的值。由于b′1＞b′2，因此各发电厂向中枢点输送更多的无功功率，使系统中枢点电压进一步下降，如此循环，会使系统电压“崩溃”，发电厂之间失步，系统中电压、电流、功率大幅度振荡系统瓦解，如图7-11所示。因此，在b点运行时，静态是不稳定的。

图7-11　电压崩溃现象

正常运行时，KU%应满足10%～16%；事故后，KU%应大于8%。