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摘要：湖南省凤凰县猫儿口电站，因受丰、枯季节性电网电压波动影响，无功上网时有不足，这种情况不但影响了小水电站的经济运行，也关系到电网的供电质量。降损节能、提高效率旨在提高电网的供电质量和供电电压水平，而小水电上网电能质量的好坏也直接关系到电网和小水电的安全、经济、高效、可靠运行。
关键词：小水电 无功电量欠发 影响 原因分析 解决办法 经济效益
概述
猫儿口水电站位于湖南省凤凰县境内，沅水流域武水支流沱江河中下游，距凤凰县城33km。猫儿口电站是一座引水式电站。引水坝控制集雨面积701km2，干流长度94km干流坡降3.03‰，流域内多年平均降雨量为1370mm 。2015年电站完成了小水电增效扩容改造，该站多年来存在着上网无功电量不足问题，在电网对小水电站实施功率因数考核后，产生了较多的无功电量欠发罚款。该站通过加强运行管理，采取增装并联补偿电容器等技术措施，解决了问题，取得了很好的经济效益。
一、猫儿口电站无功结算情况
根据猫儿口电站与国家电网的上网协议，并网电站上网有功、无功按功率因素COS?=0.8配置，下表是连续四个月猫儿口电站结算情况：
二、发电机无功功率与电力系统稳定运行
同步发电机是电力系统的中一个重要的组成部分，是电力系统中的一个无功电源，在电力系统的总负载中，既要求供给有功功率，又要求供给无功功率。而电力系统的主要动力负载是功率因数较低的三相异步电动机，如果发电机发出的无功功率不能满足电力系统（也就是负载）对无功功率的要求，就会引起整个系统的电压下降，这时电力系统输出的电能质量逐渐变劣，这不仅对负载的工作不利，而且直接威胁整个电力系统的稳定运行。无功功率的输出是通过发电机励磁电流的大小来调节的。因此，发电机与电力系统并列运行以后，做好同步发电机无功出力的合理安排可以有效降低电力系统运行的成本，从而提高其经济可行性。
1、发电机的无功功率
1.1 发电机有功功率和无功功率
同步发电机包括了正常以及非正常两种运行状态，用表达式表示其发出的视在功率为：S=P+jQ
其中P为发电机有功功率，Q为发电机无功功率。
1.2 同步发电机的无功出力调节
发电机与电力系统并列后空载运行的状况：空载运行时，发电机中没有电枢反应，空载电动势和系统电压相等，定子绕组中无电流，这时的励磁电流为正常励磁电流;当增大励磁电流时，空载电动势增大，由于系统电压不能改变，定子绕组出现电压差，这个电压差使定子产生电流，这个电流在相位上要滞后于电压差90°，同时也滞后于系统电压，就是说此时发电机向电力系统输出了电感性无功功率，这种状态为过励状态（励磁电流超过正常励磁的电流）;当调节励磁电流使它小于正常励磁时，空载电动势小于系统电压，定子绕组又出现一个电压差，该电压差使定子产生电流，而这个电流在相位上比系统电压越前90°，此时发电机向电力系统输出了电容性无功功率，这种状态为欠励状态。
由此可见，当发电机空载时，如果不改变原动机的功率而只调节励磁电流，发电机的功率角并不改变，所以不能改变发电机输出的有功功率，只改变输出的无功功率。
当发电机处于过激励磁状态，也就是滞相运行的时候，此时发电机输出的是无功功率;而当发电机处于欠励磁状态状态，也就是进相运行的时候，此时发电机就会吸收系统中的无功功率。
发电机与电力系统并列后带有负载时运行的状况：我们知道，发电机的输出功率（Pem）由它的功角特性决定，即：
Pem=3E0Usinθ/Xd
（E0为空载电动势，U为电力系统电压，θ为功率角，Xd为发电机电枢反应电抗）
功率极限值（Pmax）即功率角θ=900时，sinθ=1
Pmax=3E0U/Xd
当发电机与电力系统并列运行时，电力系统电压（U）、发电机电枢反应电抗（Xd）都是常数，改变励磁电流的大小，将使空载电动势（E0）发生变化。因此，当增加励磁电流使空载电动势（E0）增大时，功率极限值（Pmax）就要增大，当减小励磁电流使空载电动势（E0）减小时，功率极限值（Pmax）也要减小。图1所示就是不同励磁电流时发电机的功角特性曲线，曲线1代表正常励磁情况，曲线2代表过励情况，曲线3代表欠励情况，可以看出，它们虽然都是正弦曲线，但是具有不同的最大值。
假设在正常励磁情况下，发电机的功率因数cosφ=1，即发电机的定子电流?a与端（电力系统）电压?同相位，不輸出无功功率。从发电机的简化相量图（图2（a））可知，定子绕组的同步电抗压降??=j?aXd，??比?a越前90°，E0>U;这是发电机在功角特性（见图1）曲线1的a点运行，对应的功率角为θ1，输出的有功功率为P=3UIaCOSφ=3UIa，输出的无功功率为零。
当增大励磁电流时，空载电动势由E0增大到E0′（见图2（b）），此时功角特性是（见图1）曲线2，在刚刚增大励磁电流时，由于贯性功率角θ1还来不及改变，工作点由（图1）曲线1上的a点移到曲线2上的b点，由于原动机的输入功率并没有改变，因此发电机的电磁功率大于输入功率，即电磁反转矩比拖动转矩大，转子开始减速，功率角减小。当功率和转矩达到平衡时，工作点回到c点（见图1曲线2），功率角是θ2。从相量图（图2（b））可以看出，空载电动势E0′>E0，功率角θ2<θ1，电压差??′与?相位差不再是90°，因此由??′所产生的定子电流?a′（?a′比??′滞后90°）不再和?同相位，而是比?滞后φ′角，即发电机的功率因数COSφ′<1。由于原动机输出的有功功率没有改变，但同时还输出了感性的无功功率，这种状态为发电机的过励状态。
（a）正常励磁状态，无功输出为零。 （b）过励状态，输出感性无功功率。（c）欠励状态，输出容性无功功率。 如果减小励磁电流，则发电机的空载电动势减小，功角特性见图1中的曲线3，新工作点为e点，此时E0〞θ1，从相量图（图2（c））可以看出，电流?a〞比端电压?越前一个角，说明发电机在输出有功功率（由于原动机功率不变），发电机输出的有功功率并不改变的同时，还输出了容性的无功功率，这种状态为欠励状态。
综上分析可知，不改变原动机的功率而只调节发电机的励磁电流时，输出的有功功率不能改变，而无功功率则可以受到调节。在过励状态下，励磁电流愈大，发电机输出的感性无功功率愈大;在欠励状态下，励磁电流愈小，发电机输出的容性无功功率愈大。所以，调节发电机的励磁电流就可以调节发电机的无功功率。
结合发电机功角特性曲线上可进一步看出，励磁电流增加以后，发电机的功率极限值也跟着增大，致使发电机的静态稳定度也随着提高，从而使电力系统的稳定度有所提高，即维持电力系统正常电压的能力将有所提高。
由于同步发电机的额定功率因数一般为0.8或0.85（滞后），即在一般情况下，发电机都是在过励状态下运行，输出的是电感性无功功率。而作为电力系统的主要负载大部分是感性负载，在运行中会消耗大量电感性无功功率，致使系统电压降低。为此，电气运行人员应密切监视电力系统的运行状况，按照发电机运行规程及时调节运行中发电机的输出（电感性）无功功率，满足系统负载对无功功率的需求，以便维持电力系统电压正常运行。
2、无功功率与系统电压
静态功角稳定裕度较高是电力系统可以正常运行的条件，发电机处于进相运行状态时，感应电动势会变小，而静态攻角会变大，这两个变化所引起的结果就是会明显降低静态稳定裕度。如果发电机进行很深的话，静态攻角稳定裕度的值就会很小，这样就会导致静态电压不够稳定。
在发电机的实际运行过程中，发电机功率因素越高，整个电力系统的运行效率就越高，就更经济。但是如果从电力系统的安全运行角度来看的话，实际并不是这样，当发电机以全相状态运行的时候，也就是Q=0，的时候，这时静态电压稳定指标趋向于无穷大，这表示发电机将主动控制不稳定电压转为被动响应，这会增加系统电压的不稳定性。因此，发电机不适宜以全相状态运行。
3、无功功率与系统稳定性
通过对发电机无功出力与电力系统静态电压和动态电压稳定的论证分析，我们得出结论：发电机无功功率对于电力系统的稳定运行具有重要的影响。因此，在电力系统的实际运行过程中，应该根据情况做好发电机无功出力的合理安排工作，从而保证电力系统的安全稳定运行。
三、无功功率对发电机运行的影响：
功率因数升高时，无功功率降低（当功率因数为1时无功功率为0），这时励磁电流下降，带来发电机转子和定子磁极之间的吸力减小，从而破坏发电机的静态稳定;功率因数降低时，无功功率升高，由于感性无功起去磁作用，为维护定子电压不变就需增大励磁电流，从而使转子绕组温度升高与过热。
功率因数过高或过低对发电机运行有影响，主要是指在满负荷的情况下。
功率因数cosφ=有功功率/视在功率。
当有功负荷满发时，cosφ过高即无功过低，减少系统的无功裕量，会影响发电机的稳定性。虽然提高了经济性，但从长远来看，这是以增加事故的概率换来的，一旦有突发事故发生，发电机可能经受不起小的扰动或震荡，有可能失步。此外，无功过低将引起发电机端电压下降，使用电系统受影响。用电设备吸取的电流上升，而使电压更低，形成恶性循环，可能导致整个系统失去稳定运行而崩溃。
cosφ过高还会增加发电机进相运行的机会，使发动机端部容易发热。
cosφ过低即无功过高，励磁电流上升，转子绕组温度上升，寿命缩短。
cosφ过低使得发电机端电压上升，铁芯内磁通密度增加，损耗也增加，铁芯温度上升。
当发电机在额定负荷下运行时，cosφ过低，发动机的励磁电流、定子电流增加，将使设备发热，增加了设备老化、开关跳闸等机会。
在平时的运行监视中，要根据电压来调整，電压偏低要多发无功，电压偏高要少发无功，通过调整有功和无功的比例，控制电压和运行电流，确保发电机在安全、经济的条件下运行。
四、造成小水电无功不足的原因
1、并网电站电力系统结构及简略等值电路
对于较长供电线路来说，线路阻抗可占总阻抗的90%以上，上式简化为：
2、设备的因素
2.1升压变压器电压档位调整不合理
本电站的升压变压器档位有五档即：+5%Ue、+2.5%Ue、Ue、-2.5%Ue、-5%Ue、本站发电并入湖南电网，由于湖南水电相对较多，电网电压受丰枯影响较大，丰水期网络电压较高，枯水期电压较低，为适应电网电压的变化，电站每年都必需对主变进行档位调整，由于变压器档位调整不及时，当网络电压较高时，从E=U+IZL可知在一定的励磁电流下，发电机的空载电势E是一定的，当电力系统的电压升高时，发电机输出电流就会变小，由于机组的原动力不变，电流中的有功分量IP基本不变，减少的主要是无功电流IQ，如图所以发电机向系统输送的无功功率Q=3UIQ就会减少。因此要想多输送无功功率就要提高发电机端电压，相应的需增加发电机的励磁电流来实现。
2.2输电线路的原因
本站输电线路采用LGJ95钢芯铝绞线，线路长度13.8KM。从E=U+IZL分析，当机端电压及电网电压一定时，减少线路阻抗可以增加总电流，在机组带负荷情况不变时，相应的会增加无功电流即多输出无功功率。
2.3励磁装置原因
本站2015年完成增效扩容改造后，励磁系统采用北京铭瑞新科成套励磁系统，部分可控硅在高温高负荷运行时经常出现失控现象，但在低温季节没有此现象发生。可控硅失控导致输出波形异常，励磁变压器三相输出电流不平衡，造成励磁变局部温度升高，振动、噪音增大，严重影响励磁变的使用寿命。为保障设备安全因此运行时励磁电流达不到设计数值使得无功输出不足。 2、管理因素
根据猫儿口电站与电网上网协议，目前收购的上网电，在计量计费点，按功率因数等于0.8计算，即1 kWh有功配0.75 kvarh无功收购，并按0.01元/ kvarh扣除所欠发的无功电费。猫儿口电站励磁系统，设有恒功率模式、恒电压模式、恒功率因素模式，虽然有比较先进的自动励磁装置，但值班人员有意关掉该系统，而启用手动励磁装置。没有根据有功输出的大小相应调节无功输出的比例，即没有按功率因数保持在0.8左右并网运行。值班人员因业务水平的欠缺，认为向电网发无功，必然影响有功的输出，还有多发无功会增加发电机定子电流，有可能达到最大电流，造成发电机温度过高，影响发电机安全运行。有意将励磁调减小，造成发电机在“欠励磁”状态下运行，加重电网中的无功负担，造成输电线路的有功损耗。
五、提高小水电无功上网措施的技术性和经济性比较
1、改善励磁条件。采用改善励磁条件，增大励磁电流的方法是改善上网电量和供电质量的重要条件，励磁控制质量的好坏直接影响上网電量质量和电力系统的供电质量，但这种方法不能完全有效解决本站问题，当电网电压夜间过高时，增大励磁电流是有限的，即使超出增大励磁电流发电机额定值范围，不但不能满足无功上网的需要，长期超出发电机额定电压值运行对发电机绝缘和使用寿命有很大影响。
2、增设电力电容。增设电力电容是有效补偿无功电量不足的途径，但这种方法需要设备多、投资大、不宜节省空间等缺点。
3、改变主变压器变压比及调压范围。也是有效改善水电站无功上网电量不足的有效措施，是增大无功上网电量的有效途径之一。该方法对新建和技改水电站在更换主变压器时，根据电网电压变化幅度范围，进行计算分析，在购置设备时提供加工技术数据，该方法基本不需二次投资和增加投资，可有效提高无功上网电量。存在问题是：改变变压比是单一的追求小水电无功上网的经济利益，小水电占电力网比重大时，对电力系统电压质量产生影响，而该方法应根据小水电上网电压情况确定，一般情况是：小水电站在地方电网中所占比重小，当并入无限大电网运行时，发电机运行特性软，不能左右电网电压高低，不会影响电网电压质量。
4、利用发电设备低功率因素运行。猫儿口电站因设计时引水隧洞过流量偏小，三机同时发电时出力只有设计出力的86%左右，因此可利用发电机有功出力不足时尽可能多发无功。此模式运行下，电站并网为35kV并网，距大电网升压站仅有13km，向大电网补偿无功的技术条件允许，电力部门可以按无功电量计算电费，这样电站可以充分利电站设计建设缺陷，提高电站的经济效益。只是发电机在低功率因数下运行时，运行人员必须认真监视发电机的温升情况，做到随时调整，防止温升超过允许值。
六、 改善无功上网不足的经济效益和社会效益
1、 解决水电站无功电量上网的不足，满足电网对水电站无功电量的技术和经济考核，提高水电运行功率因数值，保证水电上网电能质量，解决电网不因少发按0.01元/ kvarh处罚的经济损失，提高水电运行的经济效益，增加水电经济收入。
2、 提高电力系统供电质量，保障电力网络运行的可靠性、安全性和经济性，解决小水电站无功上网电量不足，对改善电网功率因数、降低电网电能损失，提高电气设备运行效率，为构建节约、和谐、生态、环保型社会将产生较大的经济效益和社会效益。
关键词：小水电 无功电量欠发 影响 原因分析 解决办法 经济效益
概述
猫儿口水电站位于湖南省凤凰县境内，沅水流域武水支流沱江河中下游，距凤凰县城33km。猫儿口电站是一座引水式电站。引水坝控制集雨面积701km2，干流长度94km干流坡降3.03‰，流域内多年平均降雨量为1370mm 。2015年电站完成了小水电增效扩容改造，该站多年来存在着上网无功电量不足问题，在电网对小水电站实施功率因数考核后，产生了较多的无功电量欠发罚款。该站通过加强运行管理，采取增装并联补偿电容器等技术措施，解决了问题，取得了很好的经济效益。
一、猫儿口电站无功结算情况
根据猫儿口电站与国家电网的上网协议，并网电站上网有功、无功按功率因素COS?=0.8配置，下表是连续四个月猫儿口电站结算情况：
二、发电机无功功率与电力系统稳定运行
同步发电机是电力系统的中一个重要的组成部分，是电力系统中的一个无功电源，在电力系统的总负载中，既要求供给有功功率，又要求供给无功功率。而电力系统的主要动力负载是功率因数较低的三相异步电动机，如果发电机发出的无功功率不能满足电力系统（也就是负载）对无功功率的要求，就会引起整个系统的电压下降，这时电力系统输出的电能质量逐渐变劣，这不仅对负载的工作不利，而且直接威胁整个电力系统的稳定运行。无功功率的输出是通过发电机励磁电流的大小来调节的。因此，发电机与电力系统并列运行以后，做好同步发电机无功出力的合理安排可以有效降低电力系统运行的成本，从而提高其经济可行性。
1、发电机的无功功率
1.1 发电机有功功率和无功功率
同步发电机包括了正常以及非正常两种运行状态，用表达式表示其发出的视在功率为：S=P+jQ
其中P为发电机有功功率，Q为发电机无功功率。
1.2 同步发电机的无功出力调节
发电机与电力系统并列后空载运行的状况：空载运行时，发电机中没有电枢反应，空载电动势和系统电压相等，定子绕组中无电流，这时的励磁电流为正常励磁电流;当增大励磁电流时，空载电动势增大，由于系统电压不能改变，定子绕组出现电压差，这个电压差使定子产生电流，这个电流在相位上要滞后于电压差90°，同时也滞后于系统电压，就是说此时发电机向电力系统输出了电感性无功功率，这种状态为过励状态（励磁电流超过正常励磁的电流）;当调节励磁电流使它小于正常励磁时，空载电动势小于系统电压，定子绕组又出现一个电压差，该电压差使定子产生电流，而这个电流在相位上比系统电压越前90°，此时发电机向电力系统输出了电容性无功功率，这种状态为欠励状态。
由此可见，当发电机空载时，如果不改变原动机的功率而只调节励磁电流，发电机的功率角并不改变，所以不能改变发电机输出的有功功率，只改变输出的无功功率。
当发电机处于过激励磁状态，也就是滞相运行的时候，此时发电机输出的是无功功率;而当发电机处于欠励磁状态状态，也就是进相运行的时候，此时发电机就会吸收系统中的无功功率。
发电机与电力系统并列后带有负载时运行的状况：我们知道，发电机的输出功率（Pem）由它的功角特性决定，即：
Pem=3E0Usinθ/Xd
（E0为空载电动势，U为电力系统电压，θ为功率角，Xd为发电机电枢反应电抗）
功率极限值（Pmax）即功率角θ=900时，sinθ=1
Pmax=3E0U/Xd
当发电机与电力系统并列运行时，电力系统电压（U）、发电机电枢反应电抗（Xd）都是常数，改变励磁电流的大小，将使空载电动势（E0）发生变化。因此，当增加励磁电流使空载电动势（E0）增大时，功率极限值（Pmax）就要增大，当减小励磁电流使空载电动势（E0）减小时，功率极限值（Pmax）也要减小。图1所示就是不同励磁电流时发电机的功角特性曲线，曲线1代表正常励磁情况，曲线2代表过励情况，曲线3代表欠励情况，可以看出，它们虽然都是正弦曲线，但是具有不同的最大值。
假设在正常励磁情况下，发电机的功率因数cosφ=1，即发电机的定子电流?a与端（电力系统）电压?同相位，不輸出无功功率。从发电机的简化相量图（图2（a））可知，定子绕组的同步电抗压降??=j?aXd，??比?a越前90°，E0>U;这是发电机在功角特性（见图1）曲线1的a点运行，对应的功率角为θ1，输出的有功功率为P=3UIaCOSφ=3UIa，输出的无功功率为零。
当增大励磁电流时，空载电动势由E0增大到E0′（见图2（b）），此时功角特性是（见图1）曲线2，在刚刚增大励磁电流时，由于贯性功率角θ1还来不及改变，工作点由（图1）曲线1上的a点移到曲线2上的b点，由于原动机的输入功率并没有改变，因此发电机的电磁功率大于输入功率，即电磁反转矩比拖动转矩大，转子开始减速，功率角减小。当功率和转矩达到平衡时，工作点回到c点（见图1曲线2），功率角是θ2。从相量图（图2（b））可以看出，空载电动势E0′>E0，功率角θ2<θ1，电压差??′与?相位差不再是90°，因此由??′所产生的定子电流?a′（?a′比??′滞后90°）不再和?同相位，而是比?滞后φ′角，即发电机的功率因数COSφ′<1。由于原动机输出的有功功率没有改变，但同时还输出了感性的无功功率，这种状态为发电机的过励状态。
（a）正常励磁状态，无功输出为零。 （b）过励状态，输出感性无功功率。（c）欠励状态，输出容性无功功率。 如果减小励磁电流，则发电机的空载电动势减小，功角特性见图1中的曲线3，新工作点为e点，此时E0〞
综上分析可知，不改变原动机的功率而只调节发电机的励磁电流时，输出的有功功率不能改变，而无功功率则可以受到调节。在过励状态下，励磁电流愈大，发电机输出的感性无功功率愈大;在欠励状态下，励磁电流愈小，发电机输出的容性无功功率愈大。所以，调节发电机的励磁电流就可以调节发电机的无功功率。
结合发电机功角特性曲线上可进一步看出，励磁电流增加以后，发电机的功率极限值也跟着增大，致使发电机的静态稳定度也随着提高，从而使电力系统的稳定度有所提高，即维持电力系统正常电压的能力将有所提高。
由于同步发电机的额定功率因数一般为0.8或0.85（滞后），即在一般情况下，发电机都是在过励状态下运行，输出的是电感性无功功率。而作为电力系统的主要负载大部分是感性负载，在运行中会消耗大量电感性无功功率，致使系统电压降低。为此，电气运行人员应密切监视电力系统的运行状况，按照发电机运行规程及时调节运行中发电机的输出（电感性）无功功率，满足系统负载对无功功率的需求，以便维持电力系统电压正常运行。
2、无功功率与系统电压
静态功角稳定裕度较高是电力系统可以正常运行的条件，发电机处于进相运行状态时，感应电动势会变小，而静态攻角会变大，这两个变化所引起的结果就是会明显降低静态稳定裕度。如果发电机进行很深的话，静态攻角稳定裕度的值就会很小，这样就会导致静态电压不够稳定。
在发电机的实际运行过程中，发电机功率因素越高，整个电力系统的运行效率就越高，就更经济。但是如果从电力系统的安全运行角度来看的话，实际并不是这样，当发电机以全相状态运行的时候，也就是Q=0，的时候，这时静态电压稳定指标趋向于无穷大，这表示发电机将主动控制不稳定电压转为被动响应，这会增加系统电压的不稳定性。因此，发电机不适宜以全相状态运行。
3、无功功率与系统稳定性
通过对发电机无功出力与电力系统静态电压和动态电压稳定的论证分析，我们得出结论：发电机无功功率对于电力系统的稳定运行具有重要的影响。因此，在电力系统的实际运行过程中，应该根据情况做好发电机无功出力的合理安排工作，从而保证电力系统的安全稳定运行。
三、无功功率对发电机运行的影响：
功率因数升高时，无功功率降低（当功率因数为1时无功功率为0），这时励磁电流下降，带来发电机转子和定子磁极之间的吸力减小，从而破坏发电机的静态稳定;功率因数降低时，无功功率升高，由于感性无功起去磁作用，为维护定子电压不变就需增大励磁电流，从而使转子绕组温度升高与过热。
功率因数过高或过低对发电机运行有影响，主要是指在满负荷的情况下。
功率因数cosφ=有功功率/视在功率。
当有功负荷满发时，cosφ过高即无功过低，减少系统的无功裕量，会影响发电机的稳定性。虽然提高了经济性，但从长远来看，这是以增加事故的概率换来的，一旦有突发事故发生，发电机可能经受不起小的扰动或震荡，有可能失步。此外，无功过低将引起发电机端电压下降，使用电系统受影响。用电设备吸取的电流上升，而使电压更低，形成恶性循环，可能导致整个系统失去稳定运行而崩溃。
cosφ过高还会增加发电机进相运行的机会，使发动机端部容易发热。
cosφ过低即无功过高，励磁电流上升，转子绕组温度上升，寿命缩短。
cosφ过低使得发电机端电压上升，铁芯内磁通密度增加，损耗也增加，铁芯温度上升。
当发电机在额定负荷下运行时，cosφ过低，发动机的励磁电流、定子电流增加，将使设备发热，增加了设备老化、开关跳闸等机会。
在平时的运行监视中，要根据电压来调整，電压偏低要多发无功，电压偏高要少发无功，通过调整有功和无功的比例，控制电压和运行电流，确保发电机在安全、经济的条件下运行。
四、造成小水电无功不足的原因
1、并网电站电力系统结构及简略等值电路
对于较长供电线路来说，线路阻抗可占总阻抗的90%以上，上式简化为：
2、设备的因素
2.1升压变压器电压档位调整不合理
本电站的升压变压器档位有五档即：+5%Ue、+2.5%Ue、Ue、-2.5%Ue、-5%Ue、本站发电并入湖南电网，由于湖南水电相对较多，电网电压受丰枯影响较大，丰水期网络电压较高，枯水期电压较低，为适应电网电压的变化，电站每年都必需对主变进行档位调整，由于变压器档位调整不及时，当网络电压较高时，从E=U+IZL可知在一定的励磁电流下，发电机的空载电势E是一定的，当电力系统的电压升高时，发电机输出电流就会变小，由于机组的原动力不变，电流中的有功分量IP基本不变，减少的主要是无功电流IQ，如图所以发电机向系统输送的无功功率Q=3UIQ就会减少。因此要想多输送无功功率就要提高发电机端电压，相应的需增加发电机的励磁电流来实现。
2.2输电线路的原因
本站输电线路采用LGJ95钢芯铝绞线，线路长度13.8KM。从E=U+IZL分析，当机端电压及电网电压一定时，减少线路阻抗可以增加总电流，在机组带负荷情况不变时，相应的会增加无功电流即多输出无功功率。
2.3励磁装置原因
本站2015年完成增效扩容改造后，励磁系统采用北京铭瑞新科成套励磁系统，部分可控硅在高温高负荷运行时经常出现失控现象，但在低温季节没有此现象发生。可控硅失控导致输出波形异常，励磁变压器三相输出电流不平衡，造成励磁变局部温度升高，振动、噪音增大，严重影响励磁变的使用寿命。为保障设备安全因此运行时励磁电流达不到设计数值使得无功输出不足。 2、管理因素
根据猫儿口电站与电网上网协议，目前收购的上网电，在计量计费点，按功率因数等于0.8计算，即1 kWh有功配0.75 kvarh无功收购，并按0.01元/ kvarh扣除所欠发的无功电费。猫儿口电站励磁系统，设有恒功率模式、恒电压模式、恒功率因素模式，虽然有比较先进的自动励磁装置，但值班人员有意关掉该系统，而启用手动励磁装置。没有根据有功输出的大小相应调节无功输出的比例，即没有按功率因数保持在0.8左右并网运行。值班人员因业务水平的欠缺，认为向电网发无功，必然影响有功的输出，还有多发无功会增加发电机定子电流，有可能达到最大电流，造成发电机温度过高，影响发电机安全运行。有意将励磁调减小，造成发电机在“欠励磁”状态下运行，加重电网中的无功负担，造成输电线路的有功损耗。
五、提高小水电无功上网措施的技术性和经济性比较
1、改善励磁条件。采用改善励磁条件，增大励磁电流的方法是改善上网电量和供电质量的重要条件，励磁控制质量的好坏直接影响上网電量质量和电力系统的供电质量，但这种方法不能完全有效解决本站问题，当电网电压夜间过高时，增大励磁电流是有限的，即使超出增大励磁电流发电机额定值范围，不但不能满足无功上网的需要，长期超出发电机额定电压值运行对发电机绝缘和使用寿命有很大影响。
2、增设电力电容。增设电力电容是有效补偿无功电量不足的途径，但这种方法需要设备多、投资大、不宜节省空间等缺点。
3、改变主变压器变压比及调压范围。也是有效改善水电站无功上网电量不足的有效措施，是增大无功上网电量的有效途径之一。该方法对新建和技改水电站在更换主变压器时，根据电网电压变化幅度范围，进行计算分析，在购置设备时提供加工技术数据，该方法基本不需二次投资和增加投资，可有效提高无功上网电量。存在问题是：改变变压比是单一的追求小水电无功上网的经济利益，小水电占电力网比重大时，对电力系统电压质量产生影响，而该方法应根据小水电上网电压情况确定，一般情况是：小水电站在地方电网中所占比重小，当并入无限大电网运行时，发电机运行特性软，不能左右电网电压高低，不会影响电网电压质量。
4、利用发电设备低功率因素运行。猫儿口电站因设计时引水隧洞过流量偏小，三机同时发电时出力只有设计出力的86%左右，因此可利用发电机有功出力不足时尽可能多发无功。此模式运行下，电站并网为35kV并网，距大电网升压站仅有13km，向大电网补偿无功的技术条件允许，电力部门可以按无功电量计算电费，这样电站可以充分利电站设计建设缺陷，提高电站的经济效益。只是发电机在低功率因数下运行时，运行人员必须认真监视发电机的温升情况，做到随时调整，防止温升超过允许值。
六、 改善无功上网不足的经济效益和社会效益
1、 解决水电站无功电量上网的不足，满足电网对水电站无功电量的技术和经济考核，提高水电运行功率因数值，保证水电上网电能质量，解决电网不因少发按0.01元/ kvarh处罚的经济损失，提高水电运行的经济效益，增加水电经济收入。
2、 提高电力系统供电质量，保障电力网络运行的可靠性、安全性和经济性，解决小水电站无功上网电量不足，对改善电网功率因数、降低电网电能损失，提高电气设备运行效率，为构建节约、和谐、生态、环保型社会将产生较大的经济效益和社会效益。