系统调频和调压对无功冲击负荷的补偿

王庆良

摘要：钢铁厂生产过程中，会产生很大的有功功率和无功冲击负荷，如钢铁厂由较大的电力网供电时，有功冲击负荷由电力网承担，对无功冲击负荷，可以由自备电厂发电机承担，这样可使钢铁厂内不装或少装价格昂贵的专用无功补偿装置，但要发挥自备电厂发电机作为无功补偿的作用，也需要不少的投资。这里通过简单的调频和高压来实现对无功冲击负荷的补偿的方法。可以减少投资又可以提高经济效益，一举两得。

关键词：有功和无功冲击负荷；调频和高压；效率；功率因数

当系统频率下降时，发电机发出的无功功率将减少（发电机电势是按励磁接线的不同，随着频率的平方或三次方成正比例变化），用户需要的无功功率将增加，当系统频率上升时，发电机的无功功率将增加，用户需要的无功功率将减少，系统电压降上升，但由于发电机的自动励磁调节装置的作用，又阻止了电压的上升，发电机的无功输出功率，最终因频率上升而减少、因此在系统无功功率不足，而有功功率有备用时，可采用提高频率的方法来减少无功功率的缺额。

在实际运行过程中，冲击无功与冲击有功是相伴随着出现的，当需要自备电厂发电机承担冲击无功的同时，也需要承担冲击有功，对发电机的能力如何使用，需统一考虑后作出安排。

电力系统调频

电力系统调频实质是正常运行有功功率的平衡问题，由于电力系统有功分量是经常变化的，要保持系统的频率为额定值，就必须使发送的功率不断地追踪负荷的变动，随时保持系统的有功功率平衡。

A 调差系数

自动调频器的调差系数为 。

式中 Ks——有差调频器的调差系數；

——机组无载时的频率。Hz；

——机组满载时的频率，Hz；

当 时， ，调差系数为正；

当 时， ，调差系数为负；

当 时， ，调差系数为零。

调差系数为零或为负的调频器是不能并联运行的，调差系数为正的调频器并联工作时，有功负荷分配与调差系数的大爱小成反比。

B有差调频器

有差调频器的稳定工作特性用下式表示

式中 ——调频结束时系统频率的增量， ，Hz；

——调频机组有功功率的增量，KW。

当发电机工作在点1，对应的系统频率为 ，发电机功率为 ，此时

如果系统负荷增加，系统频率低于 ，公式左端出现了负值，破坏了原有的平衡状态，调频器进行了调整，使 获得新的正值，

发电机稳定在新的稳定工作点2，该点的系统频率为 （低于 ），发电机功率为 （大于 ）或 又重新得以满足。有差调频器的调频特性

有差调频的又缺点：

（1）各调频机组同时参加调频，无先后之分，调频器同时动作，可以在机组间均衡分担计划外负荷，充分利用调频容量。

（2）计划外负荷在调频机组间按比例分配要改变各机组间调频容量的分配比例，可以通过改变调差系数来实现，负荷分配可以控制，只是有差调节器最大的优点。

（3）有差调节器的缺点是，负荷增量越大，频率的偏差值越大，并且使用有差调频器需要人工不断进行校正，以减少频率稳定值的偏差，是一种半自动的调频方式，汽轮机的调速器就是有差调节器。

C无差调频器

为了克服有差调频器的缺点，采用无差调频器，调节方程式为

无差调频器只在一台主要调频机上使用无差调频器，其余发电机上只装功率分配器，这种调频方法称主导发电机法。其调节方程组为

（主导发电机）

（发电机2）

... …

（发电机n）

调频时主导发电机先进行调频，出现新的 ，然后其余发电机对各自的有功输出功率进行调整，出现了成组调频状态，调频过程一直进行到不出现 且 时为止。

无差调频器主要缺点是：各机组在调频过程中有先后，不同时，导致调频容量不能充分利用，使调整过程缓慢。

电力系统调压

在无功功率不足时，会引起系统电压下降，因此要保证电压质量，必须保证无功功率平衡，设全系统无功电源为 ，全系统无功负荷为 ，总的无功平衡为

当 时，说明无功电源大于无功负荷，总的无功功率能够平衡，可保证电压质量。

时，无功功率不足，引起电压下降，此时要采取措施，装设无功补偿设备。

发电机作为无功功率源，可利用发电机的P～Q曲线调压。

OA表示发电机在额定功率因数及额定电压时的容量 。

当发电机在BD段运行时，发电机无功输出功率受转子电流的限制，但可用降低有功输出功率以增加无功输出功率的办法调压。对汽轮发电机，当有功功率降至极限值时，发电机无功输出功率约为70～80% ，利用发电机的P-Q曲线调压只有在发电机的有功输出功率未发满时效果较大。P～Q曲线图

在工业企业供电系统中，低负荷运行时，可能出现因无功功率的需要量减少，而无功功率供给量过剩使电压升高，为了吸取多余的无功和调节电压，发电机此时发出有功而吸收无功，因此可以降低系统电压。由于进相运行对静态稳定和端部发热有不良影响，“发电机运行规程”对其限制较严，要求在自动电压调整器时，可容许短时在cos 为0.95～1的进相范围内运行。

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