电力系统的有功功率平衡

1、有功功率平衡及其与频率的关系

频率的变化与电力系统的有功功率平衡之间有着密切的关系。因为频率与发电机组的转速之间为线性关系，转速的变化取决于作用于发电机转子上的驱动转矩与制动转矩的平衡，而转矩的平衡受发电机输入机械功率于输出电磁功率的平衡关系的影响。发电机输入的功率减去励磁损耗和各种机械损耗后，如果能与发电机输出的电磁功率严格地保持平衡，则发电机的转速就恒定不变，系统的频率就保持恒定不变。

由于电能不能存储，发电机输出的电磁功率是由系统的运行状态决定的，全系统发电机输出的有功功率之总和，在任何时刻都是与系统的有功功率负荷（包括各种用电设备所需的有功功率和网络的有功功率损耗）相等。负荷功率的任何变化都立即引起发电机输出功率的相应变化，这种变化是瞬时出现的。由于原动机调节系统的惯性，发电机的输入机械功率无法适应发电机输出电磁功率的瞬时变化。因此，发电机转轴上转矩的绝对平衡是不存在的，因此，严格地维持发电机转速不变或频率不变是不可能的。但是需要动态的调整发电机输入机械功率，保持有功功率的动态平衡，从而使频率不超出允许偏差范围。

2、有功负荷的变化规律和频率调整的方法

电力系统的负荷时刻都在做不规则的变化，对系统实际负荷变化曲线的分析表明，系统负荷可以看作由3种具有不同变化规律的变动负荷所组成，如图1所示。图中，曲线4为实际的负荷变化；曲线1为第1种负荷分量，是变化幅度很小，变化周期较短（一般为10s以内）的负荷分量；曲线2为第2种负荷分量，是变化幅度较大，变化周期较长（一般为10s~3min）的负荷分量，属于这类负荷的主要有电炉、延压机械、电气机车等；曲线为第3种负荷分量，是变化缓慢的持续变动负荷，引起负荷变化的原因主要是工厂的作息制度、人们的生活规律、气象条件的变化等。

图1 有功负荷的变化规律

负荷的变化将引起频率的相应变化。相应的频率调整分为3种：一次调整、二次调整、三次调整。第一种变化负荷引起的频率偏移将由发电机组的调速器进行调整。这种调整通常称为频率的一次调整。第二种变化负荷引起的频率变动仅靠调速器的作用往往不能将频率偏移限制在容许的范围之内，这时必须有调频器参与频率调整，这种调整通常称为频率的二次调整。电力系统调度部门预先编制的日负荷曲线基本反映了第三种负荷的变化规律。这一部分负荷将在有功功率平衡的基础上，按照最优化的原则在各发电厂间进行分配。

3、有功功率平衡和备用容量

1．有功功率平衡

电力系统运行中，在任何时刻，所有发电厂发出的有功功率的总和∑P_G都与系统的总负荷P_D相平衡。P_D包括用户的有功负荷P_LD∑、厂用电有功负荷P_s∑以及网络的有功损耗ΔP_L∑，即

P_G=P_D= P_LD∑ P_s∑ ΔP_L∑ 式（4-2-1）

为保证供电可靠性和电能质量，电力系统的有功功率平衡必须在额定运行参数下确立，而且还应具有一定的备用容量。备用容量是指：系统电源总额定容量大于系统最大负荷的部分。

2．备用容量

备用容量按其作用可分为负荷备用、事故备用、检修备用和国民经济备用。

（1）负荷备用

为满足一日中计划外的负荷增加和适应系统中的短时负荷波动而留有的备用称为负荷备用。负荷备用容量的大小应根据系统总负荷大小、运行经验以及系统中各类用户的比重来确定，一般为系统最大负荷的2%~5%。

（2）事故备用

当系统的发电机组由于偶然性事故退出运行时，为保证连续供电所需要的备用称为事故备用。事故备用容量的大小可根据系统中机组的台数、机组容量的大小、机组的故障率以及系统的可靠性指标等来确定，一般为系统最大负荷的5%~10%，但不应小于运转中最大一台机组的容量。

（3）检修备用

当系统中发电设备计划检修时，为保证对用户供电而留有的备用称为检修备用。任何发电设备运转一段时间后都必须进行检修。检修分为大修和小修。大修一般安排在一年中最小负荷季节；小修一般在节假日进行，以尽量减少检修备用容量。

（4）国民经济备用

为满足工农业生产的超计划增长对电力的需求而设置的备用则称为国民经济备用。一般为系统最大负荷的3%~5%。

备用容量按其存在形式又可分为热备用（旋转备用）和冷备用。

（1）热备用

在任何时刻，运转中的所有发电机组的最大可能出力之和都应大于该时刻的总负荷，这两者的差值通常称为热备用（打赏