第13章 电力系统的有功功率与频率调整.doc

第13章 电力系统的有功功率与频率调整频率是衡量电能质量的另一项重要指标，保证频率合乎标准也是系统运行调整的一项基本任务。为了完成这项任务，最基本的一点就是要做到有功功率平衡，即电力系统内所有电源输出的有功功率必须与系统内所有的用电设备消耗的有功功率加上输配电网中所有元件损耗的有功功率相等。有功功率怎么和频率有关系呢？又有什么样的关系呢？出现问题后如何协调呢？按照以下顺序我们将对上述问题一一解答。有谁有关系？么什为有什么关系？频 率怎样调整？图13-1 第13章结构图13-1 频率调整的必要性一 频率偏移的影响频率是电力系统运行的一个重要质量指标。所有用电传动的旋转设备，其最高效率都是在电力系统频率为额定频率时，因此，任何频率偏移，都会造成效率的降低；其次，频率的过高或过低，还会给运行中的电气设备带来各种不同的危害。1 对用户的影响现代工业的许多产品质量与电力系统频率有关。例如纺织工业、造纸工业等。这些工业使用的大多数电动机为异步电动机，频率的降低会造成异步电动机转速下降，使异步电动机所传动的生产设备生产出次品，乃至废品，如纺织品、纸张等将发生毛疵和厚薄不匀的质量问题。一般工业由电动机传动的生产设备也会因频率下降而使生长率降低。电力系统频率波动过大时，会使某些电子设备(如雷达)、电力电子设备等工作不正常。2 对发电厂的影响频率变化时，对发电厂本身的影响比对用户的影响更大，其影响有：(1) 汽轮机叶片谐振 电力系统低频率运行时，汽轮机低压级叶片会产生谐振，振动疲劳的积累会导致叶片出现裂纹，缩短叶片寿命，严重时会使叶片断裂，造成事故停机的严重后果。(2) 辅机功能下降 火力发电厂、核能发电厂的一些主要厂用机械，例如，给水泵、循环水泵、引风机、送风机等的出力与转速的一次或高次方成正比，当频率下降时，会降低这些辅机的出力，严重影响发电机的运行。例如，即使频率下降得不多，给水泵的出力也会大大降低，从而破坏发电厂的正常工作，甚至完全停止向锅炉供水；频率下降，会导致压水反应堆核能发电厂的一次冷却泵功能下降，影响反应堆的冷却功能，带来不良影响。3 对系统运行的影响(1) 互联电力系统解列 频率下降时，为了保证正常运行，互联的大电网有可能断开系统之间的联络线；(2) 发电机解列 频率下降到一定程度时，为保证发电厂设备的安全，发电厂有可能与系统解列。可见，要想保证电力系统的正常运行，必须使频率控制在所规定的允许范围内。这就要求对频率不断进行调整。4 规定我国电力系统的额定频率fN为50Hz，频率偏差范围为(0.20.5)Hz。用百分数表示为(0.41)%。二 有功功率负荷的变动电力系统频率的变化是由于有功负荷变化引起的，而系统的负荷时刻在发生变化，分析负荷变动规律可见，这种不规则负荷变动可以分解为几种有规律可循的负荷变动。一般分为三种如下。见P111。简而言之，电力系统中负荷变动的幅度越大、周期也越长。负荷的变化将引起频率的偏移，因此应对发电功率作相应的调整，以使系统在要求的频率水平上达到新的平衡。对应的电力系统有功功率和频率调整大体上也可分为一次、二次、三次三种调整，如表13-1所示。表13-1 有功功率负荷的三种调节方式类型特 征原 因调节方式I变化幅度很小、变化周期短（10s）随机小负荷的变化一次调整（调速）II变化幅度较大、变化周期长（10st 3min）电弧炉、电力机车二次调整（调频）III变化幅度最大、变化缓慢的持续变动负荷生产、生活规律、气象三次调整（按最优化准则分配负荷）13-2 电力系统的频率特性电力系统的频率特性是电力系统中频率调整的依据。这里所谓频率特性，是指有功功率-频率静态特性，常常称为功频静特性，包括系统负荷的频率特性与发电机组的频率特性。一 负荷的功频静特性 当频率变化时，系统中有功功率负荷也将发生变化。1概念系统处于运行稳态时，系统中有功负荷随频率的变化特性称为负荷的静态频率特性。2特性曲线根据负荷需要的有功功率与频率的关系可以将负荷分为五类：（1）与频率变化无关的负荷，如照明、电阻炉、整流负荷等；（2）与频率一次方成正比的负荷，压缩机、切削机床等；（3）与频率二次方成正比的负荷，如变压器中的涡流损耗；（4）与频率的三次方成正比的负荷，如通风机、静水头阻力不大的循环水泵等；（5）与频率的更高次方成正比的负荷，如静水头阻力很大的给水泵。因此整个系统的负荷功率与频率的关系可以写成：(13-1)其中，PD为频率等于f时整个系统的有功负荷；PDN为频率等于额定值fN时整个系统的有功负荷，为与频率的i次方成正比的负荷在PDN中所占的份额。显然， (13-2)可见负荷静态频率特性曲线整体上呈现非线性关系。但实际上，当频率偏离额定值不大时，负荷静态频率特性常用一条直线近似表示如图13-2。PDPDNffN图13-2 负荷的功频静特性也就是说，在额定频率附近，系统负荷与频率呈线性关系。系统频率下降时负荷成比例减小；系统频率上升时负荷成比例增大。由此直线，我们引出一个定义。3频率调节效应系数负荷功频静特性中，直线的斜率 (13-3)或者用标幺值表示： (13-4)KD、KD*称为负荷的频率调节效应系数，或者简称为负荷的频率调节效应。关于KD*，有以下说明。（1）负荷的频率调节效应说明，当系统中有功功率失去平衡而引起频率变化时，系统负荷也参与对频率的调节，这种特性有助于系统中有功功率在新的频率值下重新获得平衡。（2）KD*会变化，其数值取决于全系统各类负荷的比重，不同系统或同一系统不同时刻KD*值都可能不同。（3）通常取值。在实际系统中，KD*=13，它表示频率变化1%，负荷有功功率相应变化(13)%。（4）具体求解。KD*的具体数据通常由试验或计算得到。（5）意义。KD*是调度部门必须掌握的一个数据，因为它是考虑按频率减负荷方案和低频率事故时用一次切除负荷来恢复频率的计算依据。二 发电机组的功频静特性1 概念当系统有功功率平衡遭到破坏，引起频率变化时，原动机的调速系统将自动改变原动机的进汽量，相应增加或减少发电机的出力。当调速器的调节过程结束，建立新的稳态时，发电机的有功出力同频率之间的关系称为发电机组的功频静态特性。为了说明这种静态特性，必须对调速系统的作用原理作简要介绍。2 调速系统的工作原理原动机调速系统有很多种，根据测量环节的工作原理，可以分为机械液压调速系统和电气液压调速系统两大类。我们以离心式机械液压调速系统为例进行说明。1飞摆 2错油门 3油动机 4同步器调速器调频器心式机械液压调速系统由四个部分组成如图13-3和图13-4，分别是： 图13-3 调速系统 离心飞摆直接与原动机转轴相联接，直接反映原动机转速的变化。当原动机转速恒定时，飞摆上的离心力、重力处于某一位置达到平衡。错油门的活塞将两个油孔堵塞，油动机活塞上、下两侧的油压相等，所以活塞不移动，从而使进汽阀门的开度不变。当负荷增加时，发电机的有功功率输出也随之增加，原动机的转速降低，因而飞摆的离心力减小。在重力和弹簧力的作用下，飞摆靠拢到新的位置上达到各力的平衡。于是套筒从B点下移到B点。此时油动机还未动作，AOBBODEFFE23BA图13-4 调速系统工作原理所以杠杆AOB的A点仍在原处不动。整个杠杆便以A点为支点转动，使O点下降到O点。杠杆DEF的D点使固定的，于是F点下移，错油门2的活塞随之向下移动，打开了通向油动机3的油孔，压力油便进入油动机活塞的下部，将活塞向上推，增大调节汽门的开度，增加进汽量，使原动机的输入功率增加，结果机组的转速便开始回升。随着转速的上升，套筒从B点开始回升，与此同时油动机活塞上移，使杠杆AOB的A端也跟着上升，于是整个杠杆AOB便向上移动，并带动杠杆DEF以D点为支点向上转动。当点O以及DEF恢复到原来的位置时，错油门重新堵住两个油孔，油动机活塞的上、下两侧油压又互相平衡，它就在一个新的位置上稳定下来，调整过程结束。这时杠杆AOB的A端由于汽门已开大而略有上升，到达A点的位置，而O点仍保持原来位置，相应地B端将略有下降，到达B位置，与这个位置相对应的转速，将略低于原来的数值。由此可见，对应着增大的负荷，发电机组输出功率增加，频率低于初始值；反之，如果负荷减小，则调速器调节的结果使机组输出功率减小，频率高于初始值。这种调整就是频率的一次调整，由调速系统中的3个元件1、2、3自动执行。3 发电机组的频率特性反映调整过程结束后发电机输出功率和频率关系的曲线，就是发电机组的功频静特性曲线，可以近似表示为一条向下倾斜的直线，如图13-5所示。PGPGNffN12f1图13-5 发电机组的频率特性4 特性参数（1）静态调差系数 任取两点，定义机组的静态调差系数 (13-5)以额定参数为基准的标幺值表示为 (13-6)式中的负号是由于习惯上调差系数取正值，而频率变化量的符号又恰与功率变化量的符号相反。它可以定量表明某台机组负荷改变时相应的频率偏移。例如，当，则负荷改变1%，频率将偏移0.05%；如负荷改变20%，则频率将偏移1%(0.5Hz)取点2为额定运行点，即P2=PGN，f2=fN；取点1为空载运行点，即P1=0，f1=f0。使得 (13-7)用标幺值表示为 (13-8)用百分数表示为 (13-9)因此，也把调差系数叫做调差率。（2）功频静特性系数（机组的单位调节功率） 调差系数的倒数定义为发电机组的功频静特性系数，也称为机组的单位调节功率。 (13-10)标幺值表示为： (13-11)关于和KG，有以下说明。（1）KG的数值表示频率下降或上升1Hz时发电机组增加或减少的输出功率，负号表示频率下降时发电机组有功出力增加。（2）与负荷的频率调节效应系数KD不同，发电机的调差系数或对应的单位调节功率KG是可以整定的。从公式(13-7)中可以看出，调差系数的大小对频率偏移的影响很大，对相同的功率变化，调差系数越小，KG越大，则频率偏移也越小。不过受机组调速机构的限制，调差系数的调整范围是有限的，典型调节系数如表13-2所示。 表13-2 发电机组的典型静态调差系数*KG*汽轮机组0.030.0533.320水轮机组0.020.045025三 电力系统的功频静特性电力系统的功频静特性曲线同时考虑负荷及发电机组的调节效应，由负荷的功频静特性曲线PD(f)与发电机组的功频静特性曲线PG(f)相交得到，如图13-6所示，反映了电力系统负荷变化引起的频率波动。交点a确定了系统的频率为f1和发电机组输出的有功功率为P1。也就是说，在频率为f1时达到了发电机组有功输出与系统的有功需求之间的平衡。PP1ff1aPD(f)PG(f)图13-6 电力系统的功频静特性13-3 电力系统的频率调整一 一次调整1 概念 负荷变化引起频率偏差时，系统中凡装有调速器又留有可调容量的发电机组都自动参加频率调整，这就是电力系统频率的一次调整。2 单机系统为简单起见先考虑一台机组和一个负荷的情况如图13-7所示。负荷和发电机组的静态特性如下图。在原始运行状态下，负荷的功频特性为PD(f)，它同发电机静特性的交点a确定了系统的频率为f1，发电机组的功率也就是负荷功率为P1。PP1ff1aPD(f)PG(f)bPD(f)PD0f2P2PGPD图13-7 单机系统频率的一次调整设系统的负荷增加了PD0，其特性曲线由PD(f)移至PD(f)，发电机组仍然是原来的特性，那么新的稳态运行点将由PD(f)和发电机组的静态特性的交点b决定，与此相对应的系统频率为f2。下面我们分别来看看发电机和负荷的调节效应。（1）发电机的调节效应由图可见，频率变化了f，且f = f2 - f10 (13-12)由发电机组的功频静特性可得发电机组功率输出的增量为PG=P2-P1=-KGf (13-13)（2）负荷的频率调节效应由负荷的功频静特性，频率变化所产生的负荷功率变化为PD= KDf (13-14)由于f 0，故PD 1。（6）备用系数kr的意义如果在初始状态下，发电机组已经满载运行，即运行在图13-18的a点。PPGNff1aPD(f)PG(f)PD(f)f2图13-8 备用系数的意义在a点以后，PGN恒定，静态特性是一条与横轴平行的直线，即KG*=0。当系统的负荷再增加时，发电机已经没有可调节的容量，不能再增加输出了，只能靠频率下降后负荷本身的调节效应来取得新的平衡。这时K*= KD*，由于KD*数值很小，负荷增加所引起的频率下降就相当严重了。由此可见，系统中有功功率电源的出力不仅应满足在额定频率下系统对有功功率的需求，并且为了适应负荷的增长，还应该有一定的备用容量。3 多机系统当n台装有调速器的机组并联运行时，可根据各机组的调差系数和单位调节功率算出其等值调差系数(*)，或算出等值单位调节功率KG (KG*)，再按一台机组时的分析方法，进行频率的一次调整。当系统频率变动f时，第i台机组的输出功率增量为PGi= -KGif (i =1,2,n) (13-22)KGi为第i台机组的功频静特性系数。 所以n台机组输出功率总增量为 (13-23)为系统中n台机组的等值功频静特性系数。显然n台机组的等值单位调节功率远大于一台机组的单位调节功率，因此在输出功率变动值PG相同的情况下，多台机组并列运行时的频率变化比一台机组运行时要小得多。KG也可以用标幺值表示，但并不是，而是 (13-24)所以 (13-25)又因为可以表示为： (13-26)其中，有 (13-27) (13-28)注意，在计算KG时，若第j台机组已满载运行，当负荷增加时应取KGj=0。求出等值单位调节功率KG后，就可像一台机组时一样来分析频率的一次调整。利用式 (13-29)可算出负荷功率初始变化量PD0引起的频率偏差f。而各台机组所承担的功率增量则为 (13-30)或 (13-31)可见，调差系数越小的机组增加的有功出力(相对于本身的额定值)就越多。二 二次调整以系统的功频静特性为基础的频率一次调整的作用是有限的，它只能适应变化幅度小、变化周期较短的变化负荷。对于变化幅度较大、变化周期较长的变化负荷，一次调整不一定能保证频率偏移在允许范围内，所以，需要进行二次调整。1 概念 电力系统频率的二次调整由主调频厂承担，调频机组通过同步器调整机组的功频静特性，改变机组的有功功率输出，以承担系统变化的负荷，实现无差调节。2 同步器的工作原理 二次调整由发电机组的转速控制机构同步器来实现。在人工手动操作或自动装置的控制下，可使杠杆的D点上升或下降。从上一节的讨论知道，如果D点固定，则当负荷增加引起转速下降时，由机组调速器自动进行的“一次调整”并不能使转速完全恢复。为了恢复初始的转速，可通过伺服电动机令D点上移。这时，由于E点不动，杠杆DEF便以E点为支点转动，使F点下降，错油门2的油门被打开。于是压力油进入油动机3，使它的活塞上移，开大进汽阀门，增加进汽量，使原动机输出功率增加，机组转速随之上升。适当控制D点的移动，可使转速恢复到初始值。此过程为发电机的频率二次调整过程，亦称调频过程。由手动控制同步器的称为“人工”调频，由自动调频装置控制的称为自动调频。 图13-9为调频后发电机组功频静态特性曲线变化。当机组负荷增加使得转速降低，二次调整后，原功频静态特性2平行右移至1，在同一fN下功率由P2增加到P1。反之，当机组负荷降低使转速升高，二次调整后，原功频静特性曲线2将平行左移至3，功率由P2降低到P3。1PP1ffN3P22P3图13-9 第13章结构图3二次调整的过程为简单起见考虑一台机组和一个负荷的情况，如图13-10所示。初始运行点为两条特性曲线PD(f)和PG(f)的交点a，系统的频率为f1。设系统的负荷增加了PD0，在进行一次调整未进行二次调整时，运行点将移到b点，系统的频率便下降到f2。二次调整后，机组的静态特性上移为PG(f)，运行点也随之转移到b，与此相对应的系统频率为f2。系统的频率偏移值为f f= f2 - f1 (13-32)系统负荷的初始增量PD0由三部分组成PD0=PGS+PG PD =PGS -KGf KDf (13-33)PPD0ff1aPD(f)PG(f)bPD(f)f2bf2PG(f)ecf其中PGS是由二次调整而得到的发电机组的功率增量(ae)；-KGf是由一次调整而得到的发电机组的功率增量(ef)；-KDf是由负荷本身的调节效应所得到的功率增量(fc)。图13-10 第13章结构图 该式即为二次调整时的功率平衡方程。该式可改写为 PD0-PGS =-(KG+KD)f=-Kf (13-34)故 (13-35) 由上式可见，进行频率的二次调整并不能改变系统的单位调节功率K的数值，但由于机组输出功率增加了PGS，对于相同的频率偏差f，系统能承受的负荷变化量PD0增加了。或者说对于相同的负荷变化，系统的频率偏移将减小。当二次调整所得到的发电机组功率增量能完全抵偿负荷的初始增量，即PD0-PGS=0时，频率将维持不变，即f=0，这样就实现了无差调节。而二次调整所得到的发电机功率增量不能满足负荷变化的需要时，则系统只能在较低的频率水平下维持功率平衡。可见，进行二次调整时，系统中负荷的增减基本上要由调频机组或调频厂承担。虽可适当增大其它机组或电厂的单位调节功率以减少调频机组或调频厂的负担，但数值毕竟有限。这就使调频厂的功率变动幅度远大于其他电厂。如调频厂不位于负荷中心，则这种情况可能使调频厂与系统其他部分联系的联络线上流通的功率超出允许值。这样，就出现了在调整系统频率的同时控制联络线上流通功率的问题。此外，大型电力系统的供电地区幅员宽广，电源和负荷的分布情况比较复杂，频率调整难免引起网络中潮流的重新分布。如果把整个电力系统看作是由若干个分系统通过联络线连接而成的互联系统，那么在调整频率时，还必须注意联络线交换功率的控制问题。 三 互联系统的频率调整大型电力系统的供电地区幅员宽广，电源和负荷的分布情况比较复杂，频率调整难免引起网络中潮流的重新分布。如果把整个电力系统看作是由若干个分系统通过联络线联接而成的互联系统，那么在调整频率时，还必须注意联络线交换功率的控制问题。1联合系统现讨论由两个系统A和B组成的联合系统的情况。图13-11中，假设系统A和B的负荷变化量分别为PDA和PDB；由二次调整得到的发电功率增量分别PGA和PGB；单位调节功率分别为KA和KB。联络线交换功率增量为PAB，以由A至B为正方向。PABPDAPGAKAPDBPGBKB图13-11 第13章结构图2频率增量和交换功率增量这样，PAB对系统A相当于负荷增量；对于系统B相当于发电功率增量。因此，对于系统A有PDA+PAB-PGA=-KAfA (13-36)对于系统B有PDB-PAB-PGB=-KBfB (13-37)互联系统应有相同的频率，故fA=fB=f。于是，由以上两式可解出 (13-38) (13-39)上式说明，若互联系统发电功率的二次调整增量PG能同全系统负荷增量PD相平衡，则可实现无差调节，即f=0；否则，将出现频率偏移。现在讨论联络线交换功率增量。当A、B两系统都进行二次调整，而且两系统的功率缺额又恰同其单位调节功率成比例，即满足条件 (13-40)时，联络线上的交换功率增量PAB便等于0。如果没有功率缺额，则f=0。如果对其中的一个系统(例如系统B)不进行二次调整，则PGB0，其负荷变化量PDB将由系统A的二次调整来承担，这时联络线的功率增量(13-41)当互联系统的功率能够平衡时PD-PGA=0，于是有PAB=PDB (13-42)系统B的负荷增量全由联络线的功率增量来平衡，这时联络线的功率增量最大。 其它情况下联络线的功率变化量将介于上述两种情况之间。四 主调频厂的选择在有多台机组并联运行的电力系统中，当负荷变化时，全系统有调整能力的发电机组都参与频率的一次调整，但只有少数厂(机组)承担频率的二次调整。按照是否承担二次调整可将所有电厂分为主调频厂、辅助调频厂和非调频厂三类，其中，主调频厂(一般是12个电厂)负责全系统的频率调整(即二次调整)；辅助调频厂只在系统频率超过某一规定的偏移范围时才参与频率的调整，这样的电厂一般也只有少数几个；非调频厂在系统正常运行情况下则按预先给定的负荷曲线发电。在选择主调频厂(机组)时，主要应考虑：(1) 应拥有足够的调整容量及调整范围；(2)调频机组具有与负荷变化速度相适应的调整速度；(3)调整出力时负荷安全及经济的原则。此外，还应考虑由于调频引起的联络线上交换功率的波动，以及网络中某些中枢点的电压波动是否超出允许范围。调整容量取决于负荷变动的幅度、允许的频率偏移以及系统的单位调节功率。其中系统的单位调节功率取决于各发电机组调速器调差系数的整定值和负荷的频率调节效应。调整范围：火电厂的锅炉和汽轮机都有它们的技术最小负荷，其中锅炉约为25%(中温中压，500520C，100大气压)70%(高温高压，550C，180大气压)额定容量；汽轮机约为1015%额定容量。换言之，火电厂受锅炉最小负荷的限制，可调容量仅为其额定容量的30%(高温高压)75% (中温中压)。水电厂的可调容量既受向下游释放水量的限制又受水轮机技术最小负荷的限制，而这两者又因各水电厂的具体条件不同而不同。一般情况下，水电厂的可调容量大于火电厂，即使保守估计，也可认为水电厂的可调容量约为其额定容量的50%。 除调整容量外，调整速度也是一个重要问题。火电厂主要受汽轮机热膨胀的影响，其出力变化不能太快。一个容量为5000MW的系统中，负荷上升的速度可达每分钟1520MW。但急剧的负荷变动将使火电厂的锅炉、汽轮机受损伤或因燃烧不稳定而引起熄火。一般认为，高温高压锅炉从70%80%额定负荷上升至满负荷约需15分钟；中温中压锅炉从50%额定负荷上升至满负荷仅需1分钟，比较快；汽轮机很慢，在50%100%额定负荷范围内，每分钟仅能上升25%。因此，火电厂中限制调整速度的主要是汽轮机。水电厂水轮机负荷变动的速度高得多，每分钟可增长50%400%额定负荷，一般在1min以内及可从空载过渡到满载状态。当然，过份急剧的负荷变动也会损耗水电厂的设备。核能电厂的可调容量较大，调整速度也不低于一般火电厂。但由于核能电厂的运行费用问题，通常都不考虑用这类电厂调频。 所以，从出力调整范围和调整速度来看，水电厂最适宜承担调频任务。但是在安排各类电厂的负荷时，还应考虑整个电力系统运行的经济性。在枯水季节，宜选水电厂作为主调频厂，火电厂中效率较低的机组则承担辅助调频的任务；在丰水季节，为了充分利用水力资源，避免弃水，水电厂宜带稳定的负荷，而由效率不高的中温中压凝汽式火电厂承担调频任务。不仅如此，选择水电厂作调频厂从经济上讲也较合理。如前所述，水电厂机组的退出、投入或迅速增减负荷不需额外耗费能量，而火电厂则没有这个特点。至于联络线上的传输能力，虽是选择调频厂时应考虑的一个因素，却不是决定因素，因必要时可采取其他措施来克服联络线工作的困难。核电厂一次投资大，运行费小，建成后应及时投入运行。应持续承担额定容量的负荷，在接近负荷曲线的底部运行。 13-4 有功功率平衡与火电厂间负荷的最优分配一 有功功率平衡与备用容量 由前面的分析，可知频率和系统有功密切相关。为了保证频率合格，必须做到有功功率平衡。电力系统中的功率平衡是指在一定频率下的平衡。1有功功率平衡有功功率平衡，指电力系统内所有电源输出的有功功率必须与系统内所有的用电设备消耗的有功功率加上输配电网中所有元件损耗的有功功率相等。也就是说，所有发电厂发出的有功功率总和PG，在任何时刻都是同系统的总负荷PD相平衡的。 为了确保安全和优质的供电，电力系统中发电厂的容量，不仅要能满足最大负荷的需要，还要有一定的备用容量。2备用容量分类 备用容量按其作用分为负荷备用、事故备用、检修备用和国民经济备用。按其存在形式分为旋转备用（热备用）和冷备用。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。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。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。热备用一般隐含在系统运行着的机组之中，为系统中运行着的发电机的最大可发功率与实际所发功率之差。冷备用是设备完好而未运转的发电设备的最大可能出力。负荷备用和事故备用是在一旦需要时能立刻投入的备用。一般发电机组从静止到带上额定负荷，需要少则几分钟（水电厂），多则几小时（火电厂），显然，负荷备用和事故备用不能全是静止的冷备用，还必须具有旋转着的备用，即一旦需要时就能立即带上负荷的备用。这种备用称之为热备用或旋转备用。各部分备用的关系见下表。表13-3 有功备用容量的分类负荷备用25%事故备用510%检修备用国民经济备用35%热备用冷备用有了备用容量后，才可能谈论它们在系统中各发电设备和发电厂之间的最优分配问题。二 有功功率电源的最优组合1概念 有功功率电源的最优组合是指各发电厂（机组）在承担负荷时的合理组合，即所谓机组起停问题，它包括机组的最优组合顺序、数量及开停时间。2电厂的合理组合1) 原则充分合理利用水利资源，尽量避免弃水；最大限度地降低火电厂煤耗，并充分发挥高效机组的作用；降低火力发电的成本，执行国家的有关燃料政策，减少烧油，增加燃用劣质煤、当地煤。2) 各类发电厂的运行特点火电厂 火电厂的锅炉和汽轮机都受技术最小负荷的限制；火电厂在运行中需要支付燃料费用，但运行不受自然条件的影响； 火力发电设备的效率同蒸汽参数有关； 热电厂较一般火电厂效率高。水电厂为综合利用水能，保证河流下游的灌溉、通航，水电厂必须向下游释放一定水量，在释放这部分水量的同时发出的功率为强迫功率；水轮发电机的处理调整范围较宽，负荷增减速度相当快，机组的投入和退出运行费用都很少，操作简便安全，无需额外的损耗；水电厂的水轮机也有技术最小负荷，其值因水电厂的具体条件而异；水电厂水头过分低落时，水轮发电机组可发的功率要降低；水电厂的运行受自然条件的影响，按有无调节水库以及调节水库的大小或调节周期的长短分为无调节、日调节、年调节、多年调节等几类；抽水蓄能发电厂可调节有功负荷的峰谷差。核电厂 技术最小负荷主要取决于汽轮机；反应堆核汽轮机组退出运行核再度投入都很费时，且要增加能量消耗； 一次投资大，运行费用小。3) 各类发电厂的合理组合火电厂以承担基本不变的负荷为宜。其中，高温高压电厂应优先投入，其次时中温中压电厂，低温低压电厂设备陈旧，只能在高峰负荷期间用以发必要的功率。核电厂建成后应尽可能利用，以承担基本不变负荷、在负荷曲线基底部分运行为宜；无调节水库水电厂的全部功率和有调节水库水电厂的强迫功率不可调，应首先投入。有调节水电厂的可调功率，在丰水期应该优先投入；在枯水期应承担高峰负荷。三 火电厂间负荷的经济分配1 目的 火电厂间负荷的经济分配的目的在于供应同样大小的有功功率负荷而使单位时间内的能源消耗量最小。2 耗量特性 反映发电设备（或其组合）单位时间内能量输入和功率输出关系的曲线，称为该设备（或其组合）的耗量特性。如图13-12所示，横坐标为输出量电功率(MW)，纵坐标为燃料输入量 (t标准煤/h)或耗水量(m3/h)。(a)比耗量耗量特性曲线上某点的纵坐标和横坐标之比，即输入与输出之比称为比耗量。=F/P (13-43)b)发电厂效率比耗量的倒数称为发电厂效率。=P/F (13-44)(c) 耗量微增率耗量特性曲线上某点切线的斜率称为该点的耗量微增率dF/dP (13-45)它表示在该点运行时输入增量对输出增量之比。PF= dF/dPPF= Fa/PaPaFa图13-12 耗量特性曲线3 等微增率准则如图13-13所示，以并联运行的两台机组间的负荷分配为例说明等微增率的基本概念。PG1PG2PLD图13-13 并联运行的两台机组已知两台机组，其中每台机组承担的负荷分别为PG1和PG2，相应地每小时煤消耗量为F1和F2。则全厂每小时消耗煤的总量为F= F1(PG1)+ F2(PG2) (13-46)全厂承担总的负荷功率为PLD =PG1+PG2 (13-47)假定各台机组燃料消耗量和输出功率都不受限制，要求确定负荷功率在两台机组间的分配，使总的燃料消耗为最小。也就是说，在满足等式约束PG1+PG2-PLD=0 (13-48)的条件下，使目标函数F= F1(PG1)+ F2(PG2) (13-49)最小。我们用作图法求解。设图13-14中OO的长度等于负