為什麼無功功率不足，電網電壓會降低， 而有功功率不足，電網頻率會降低?

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1．為什麼無功功率不足，電網電壓會降低？

如圖所示，曲線1是發電機送到系統負荷的無功功率靜態電壓特性，曲線2是系統負荷無功功率靜態電壓特性。
正常情況下，曲線1和2相交於a點，此時系統無功功率平衡，對應的系統電壓為（可認為此時為額定電壓）。
（1）如果此時負荷無功功率突然增加，由曲線2平移到曲線2『。若系統的無功備用不足，無法發出多餘的無功功率（即發電機無功功率靜態電壓特性仍為曲線1），則電壓會下降，迫使發電機發出無功功率，負荷減少無功功率的消耗（發電機多發的無功和負荷少吸收的無功的總和恰好等於初始時負荷的無功增量），最終二者在相交，電壓最後下降到；
（2）如果負荷增加無功時系統相應地增加無功輸出，其變化量恰與負荷變化量相等（即由曲線1平移到曲線1』），曲線1『與曲線2』相交於b點，因此，系統電壓仍為。
因此，有上述分析可知，系統無功功率不足，電網電壓會降低。
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2．為什麼有功功率不足，電網頻率會下降？

由電機學可知，併網運行的發電機組所發出的交流電（電壓）的頻率即為電網的頻率（注意，系統里只存在一個頻率，不存在系統某一個區域與另一個區域頻率不等）。而發電機所發出的交流電的頻率與轉子轉速的關係為，p為極對數，n為轉子轉速，f為交流電的頻率。因此，若發電機的轉子轉速變化，則系統頻率也會跟著變化。而決定轉子轉速是否變化的是原動機所輸出的機械功率和發電機的電磁功率是否平衡。當二者平衡時，轉子轉速不變；當電磁功率大於機械功率時，轉子轉速下降，系統頻率下降；反之，轉子轉速上升，系統頻率上升。
（1）正常情況下，某一系統里所有併網運行的發電機的轉速都使得頻率為50Hz；
（2）當系統負荷出現波動時（即電磁功率出現波動），此時由於原動機機械功率未來得及變化（電磁功率變化速度是光速級的，而機械功率變化肯定帶有延遲），所以出現了功率缺額，導致轉子轉速發生變化，因此也就導致了系統頻率發生變化。舉個例子，若此時系統負荷有功功率突然增加，由於機械功率未來得及增加（或者認為系統並無一次，二次調頻），則電磁功率大於機械功率，轉子轉速下降，系統頻率也跟著下降。
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如有不對，請指正！

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我想通過這個答案讓你徹底明白這其中的道理。

先說一下結論：電感消耗無功功率，無功功率不足會導致同步發電機中發生直軸去磁電樞反應，去磁電樞反應就是把氣隙磁通減小了，減小磁通導致感應電動勢下降，感應電動勢下降自然會導致電壓下降。如果要想保持電壓不變，就必需去加大因為去磁電樞反應減小的那一部分磁通，怎麼增大呢？加大勵磁電流即可。

而於此相反的是，電容不僅不消耗無功功率反而會發出無功功率，無功功率過多對導致同步發電機發生直軸助磁電樞反應，助磁的意思是增大了氣隙磁場，會導致感應電動勢增大，進而導致電壓升高。同樣，為了保持電壓不上升，要去減小勵磁電流從而減小磁通。

電阻會消耗有功功率，有功功率造成的是同步電機內的交軸電樞反應，交軸電樞反應會在發電機軸上產生一個制動性質的電磁轉矩，這就會導致發電機的轉速下降，同步發電機發出的電的頻率和同步轉速是有著嚴格的關係的，轉速下降必然導致頻率的下降。為了不讓頻率下降怎麼辦呢？那就只有加大原動機的輸入轉矩來抵消交軸電樞反應產生的制動電磁轉矩。

其實上面的文字我已經描述的非常的詳細了，如果你對同步發電機的電樞反應比較熟悉的話應該能夠理解了，如果你不太熟悉，沒關係，我接下來詳細的來說一下這其中的道理。

同步電機的簡單模型如上圖所示，內部轉子是一個電磁鐵，有勵磁繞組，外部定子有三相對稱繞組，轉子在原動機的拖動下切割定子繞組產生感應電動勢，同步發電機工作原理很簡單。

同步電機氣隙內的磁通主要是由轉子繞組建立的，在同步發電機空載情況下，定子線圈是沒有電流的（有感應電動勢，迴路不通沒有電流），但是當發電機帶上負載以後，定子線圈內開始通過電流，電流流過定子線圈必然會建立定子（定子為電樞）磁場，這個磁場必然會干擾原來的轉子磁場，這種干擾就叫電樞反應。

但是到底會產生什麼樣的電樞反應和發電機帶的負載性質有很大的關係。

最簡單的情況，負載是純阻性的，就是只有電阻。

這個時候，電樞感應電動勢和負載電流是同相位的（我們把轉子磁動勢的方向叫做直軸d軸，和它垂直的方向叫做交軸q軸），從下圖可以看出來，這個時候電樞磁動勢和轉子磁動勢是相互垂直的，所產生的電樞反應叫做交軸電樞反應，你可以用左手定則判斷一下這個時候轉子繞組會受到一個制動性質的電磁轉矩，這個制動性質的電磁轉矩會使得電機轉速下降，從而導致頻率下降。

第二種情況，發電機負載是純感性負載的時候

這個時候，電樞電流會滯後於感應電動勢90°，消耗無功功率，就會出現下圖的情況。注意和上圖相比較，感應電動勢相位沒有變，但是電流滯後了90°，那麼電樞電流建立的電樞磁場也滯後90°，這個時候電樞磁場剛好和勵磁磁場剛好方向相反，這時候疊加的話就是典型的去磁電樞反應，叫做：直軸去磁電樞反應。去磁，就會使得感應電動勢降低，沒什麼好說的，電壓下降。你要注意，這個時候，轉子繞組依舊受到電磁力，但是不能形成轉矩，所以就不會干擾發電機的轉速和頻率，要想改善這種情況直接加大轉子繞組上的勵磁電流就可以了。

第三種情況，這個時候負載是純容性的。

這個時候呢，電流超前於電壓90°，發出無功功率，如下圖所示。感應電動勢的方向依舊不變，但是電流方向超前90°，那麼電樞磁動勢就變成了下面這樣的情況，電樞磁動勢和勵磁磁動勢同相位了，這必然導致磁通變大，磁通變大感應電動勢升高，電壓升高，沒什麼好說的，要想不讓電壓升高，那就降低勵磁電流好了！

你現在應該明白了為什麼無功影響電壓，有功影響頻率了吧！沒有講明白的地方可以告訴我，我可以修改。

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有功不足，即原動機提供的動力少於電網所需的電磁功率，所以發電機轉子收到一個制動轉矩，導致轉速下降從而頻率降低。
至於無功不足導致的電網電壓下降，學得太少，我只能從式子不能從物理給你解釋，具體的題主可以自己查閱華科出版的電力系統分析，裡邊的電壓調整和頻率調整這兩章或許可以幫助到你。

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這個問題在兩大經典電力系統分析的教材中講的比較清楚，梳理如下：
1、針對無功問題，電網中電壓分布
DletaU=（PR+QX）/U
在高壓遠距離輸電過程中，輸電線路的電抗是遠大於電阻的，因此可以看出，電壓的降落影響量是QX以及U占較大的因素，而X是已經確定了的，因此U是和無功相關。
在變電站進行電壓的調節的時候，首要是調節發電機的無功功率，因為這是基本上不需要投入的，其次採用變壓器調節無功，再次進行電容器的投切，SVC,SVG的投入等，改變無功即可改變電壓。
2、對於有功功率，電網的頻率調整主要分為一次調頻，二次調頻和三次調頻，一次調頻主要是進行調速器的調節，一次採用調速器，二次採用調頻器，三次採用多個發電機組或者發電廠組合進行調頻。
電網的頻率主要是體現在發電機的轉速omega上面，原動機發出的功率PM和輸入電網的功率PE相平衡時，omega和f是不變的，但是由於負載PD功率是隨機變化的，導致PE也是隨時變化，而原動機功率PM並不能突變，從而導致omega發生變化，f的變化是不可避免的。
調整的措施中，一次調頻是利用發電機的調速器進行有差調節，如果PD變化太大，一次調頻並不能做到完全的保證50Hz，帶有調速器的發電機組，都會進行一次調頻。
二次調頻利用調頻器，由部分電廠承擔，這類電廠被稱為主調頻電廠，即AGC。
目前我國對於調頻的範圍要求正負0.2Hz，華東電網能夠做到0.1Hz，我本科的時候老師說江蘇電網能夠做到0.02Hz以內。

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電力系統分析一書中詳細寫了為什麼，書里講述的很清楚，先馬克一下明天我翻教材再說。

無功部分就用公式解決就好，有功部分我比較感興趣。來講一下首先一般火電廠都有一個汽輪機和發電機，兩者是直接連接，汽輪機提供機械功率，發電機提供電力的功率，當系統中有功負荷升高時，發電機發出的功率也會提高，而汽輪機的機械由於慣性保持原來的出力，就會出現汽輪機提供的力小於發電機旋轉的力所以在這樣的作用下發電機做減速運動。發電機電動機的轉速與頻率成正比(你看那些低功耗的空調都是可以變頻的所以調節電動機轉速不是調壓而是調頻)發電機減速頻率降低，因為系統中只有發電機是有功功率的電源，所以系統頻率也會降低。

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無功功率用來維持傳遞電能的電磁場，無功功率不足導致電能傳遞能力下降，導致電壓下降。

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電力輸送中存在感抗，它會分壓，如果容性負荷足量的話，可以抵消感抗的影響，減少壓降。

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你可以這樣想，從本質上理解，其實沒那麼複雜：

電網具有頻率和電壓，全都是因為電動機在轉。

發電機轉起來，磁場阻礙發電機轉動，當發電機轉動的力和磁場阻礙其轉動的力平衡時，額定電壓建立。這個過程中，電動機需要無功功率建立一個磁場與勵磁線圈產生的磁場抗衡，從而保持額定電壓平衡。

電動機以額定轉速轉動時，額定頻率建立。發電機轉動機械能轉化為電能有功功率。

系統內無功功率少，證明發電機用來建立與勵磁線圈產生的磁場抗衡的磁場所需的無功功率不夠了，難以保持額定電壓。電壓就會降低。

系統內有功功率減小，可以等效為發電機轉得慢了，頻率實際上可以映射為發電機轉子的轉速，頻率也就降低了。

簡單概括為一句話，無功不足，發電用的磁場干不過勵磁線圈的磁場，電壓降低；

有功不足，電動機轉得慢了，頻率降低。

我說清楚了嗎？

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考慮一台發電機的情形：負荷消耗有功功率會在同步發電機轉子上產生制動效果，若此時不增加原動機的出力，會使轉子減速，等同於定子線圈切割磁力線的速度變慢，主要表現為頻率下降。
感性無功功率不足會使發電機內的磁通減弱，在磁場轉速不變時會使定子的端電壓下降。

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@Patrick Zhang

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有功的頻率降低我一直有個想法，就是，降低頻率後電機出力下降（也許其他設備也是），這樣負荷和發動機出力就達到新的平衡了。

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