对于互联电力系统中的区域电力系统有功平衡,则应考虑区域间系统联络线交换功率总和。总发电有功功率是所有发电机发出有功功率的总和;总负荷有功功率包括发电厂厂用电总有功功率、输配电设备有功功率损耗和所有用户有功功率总需求;系统联络线交换功率总和是各条联络线交换功率的代数和。
电力系统有功功率平衡
维持电力系统总发电有功功率与总负荷有功功率在任何时刻都达到实时平衡的全部运行调整过程。
- 英文名称
- power system active energy balance
- 所属学科
- 电气工程
正常情况下,电力系统的负荷总在不断变化,而系统联络线的交换功率是按协议(合同)规定执行的,不便于频繁更改,所以要不断调整电力系统的总发电有功功率,使之与负荷的变化相适应,才能时刻保持平衡。随昼夜和季节以及经济增长情况的不同,电力系统负荷变化有一定的规律性,因而可以预测。对于发电机组故障停机、输变电设备故障等引起有功功率平衡遭到严重破坏的非正常情况,往往只能在出现不平衡之后,才能采取临时调整措施以维持平衡。
有功功率平衡与否的标志是电力系统频率。有功功率过剩,电力系统频率升高;有功功率不足,电力系统频率降低。各国对频率允许偏差范围有严格规定,有的规定为±0.2赫,有的规定为±0.1赫。频率偏差过大,首先影响汽轮发电机组的寿命,同时降低对用户的供电质量。频率过低时,将威胁电力系统本身的安全。
主要有负荷需求、调峰需要、事故备用要求和其他电力系统的要求4个条件。
①满足负荷需求。保持有功功率平衡的先决条件是:在高峰负荷期间,电力系统最大可调出力要大于电力系统最大负荷;在低谷负荷期间,电力系统最小发电出力要小于电力系统最小负荷。
②满足调峰需要。电力系统总发电出力的调整能力必须满足一日之内调峰容量的要求(有的电力系统最小负荷比当日最大负荷小40%以上),同时发电出力的增减速度还必须满足负荷变化速度的要求。电力系统负荷变化的速度很快,有的系统在达到高峰负荷的过程中,每分钟可达最大负荷的3%~5%。如果系统总发电有功功率增长速度小于负荷增长速度,系统的频率就可能降低到允许偏差范围之外。用水力发电机组调峰,有功出力可以在数分钟内由零达到最大。所以,世界各国电力系统都多开发水电,且对设计容量侧重按调峰能力考虑。水电资源少的电力系统,则开发抽水蓄能电厂,并安排火电调峰机组。有些电力系统装备了一定容量的燃气轮机组作为调峰之用。
③满足事故备用的要求。在安排电力系统总发电容量时,除满足负荷需求之外,还要考虑系统中单台最大容量机组因故障停机,以及最大容量发电厂全停的可能性,要留出遇到此类情况时能够迅速调出的事故备用容量。
④满足其他电力系统的要求。如果与其他电力系统联网运行,在有功功率平衡中要计入电力系统联络线的电力交换:如为受电,按发电对待;如为送电,按负荷对待。
最初,电力系统靠值班调度员通过电话指挥发电厂运行人员手动调整发电机出力以维持有功功率平衡,这当然不能保持较好的频率质量;之后采用了自动调频装置,根据频率偏差值和频差积累量自动控制发电机组的出力,改善了频率质量;现代电力系统使用了能量管理系统(energy management system; EMS),除能自动调整频率外,还能根据负荷变化提前数小时进行滚动负荷预测,修改发电厂发电计划,以保证有功功率平衡和良好的频率质量。