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第三章电力电量平衡计算
电力电量平衡是进行电力系统规划设计的基本约束条件,下面主要就有功电力平衡问题作一下介绍。
一、电力平衡分析
　　电力系统的电力平衡主要是研究拥有的发电设备生产能力应满足电力用户的需要，其计算内容如下。
　　1.电力系统发电最大负荷
　　通过负荷预测，确定出计划期内各水平年的电力系统发电最大负荷。
　　2.电力系统的需求容量
　　电力系统所需的发电设备容量 ，一般应满足系统发电最大负荷 和电力系统运行需要的备用容量（负荷，事故，检修）。
　　所谓系统的需求容量,即指满足负荷需求的工作容量加上系统需要的备用容量,其表示关系为
Nc = Pm + Nb (34) 　　
　　3.电力系统的装机容量
　　在系统中,水电厂的水库在汛期可能有弃水，为利用这部分弃水，有时在水电厂内额外增加一部分容量，这部分容量被称为重复容量或季节容量，用 Nz 表示。
　　但这部分容量并不参加容量平衡，因为它是在丰水期利用弃水来发电的，而在枯水期由于水量不足则不能实现，因此，电力系统的装机容量 Ny 为
　　　　　　Ny = Nc + Nz　　　　　(3-5)
　　虽然式(3-5)考虑了重复容量，但在一般情况下，系统所需装机容量为系统发电最大负荷及备用容量之和。
　　4.水电厂的装机容量
　　水电厂装机容量的问题是比较复杂的问题，尤其当涉及河流梯级开发综合利用及跨流域补偿等问题，就更复杂。在系统规划设计中，水电厂的装机容量主要由工作容量，备用容量和重复容量三部分所组成。
　　（1）水电厂的工作容量
　　水电厂的工作容量基本决定于它的保证出力。
　　一般情况下,水电厂装机容量的确定，要考虑计划期水文及河川径流情况。在枯水期或枯水年进行电力平衡时，若水电厂受下游用水部门（如航运，灌溉，城市及工业用水等）的限制，则水电厂工作容量的确定，首先要从水电厂保证出力中扣除这部分强制出力，剩余的保证出力再用来决定水电厂担负的峰荷容量。
　　对于具有日调节以上的水电厂所担负的峰荷容量，可以根据上述剩余的保证出力所能发出的日保证电量，并利用日负荷曲线及累计曲线来求出水电厂所担任的峰荷容量。通常水电厂的强制出力加上所担负的峰荷容量，就是水电厂枯水期或枯水年的工作容量。
　　(2)水电厂的备用容量
　　水电厂担负备用容量有其起动和增减负荷迅速，能量损失少，补充装机费用便宜，以及丰水期可以用来发电以节约系统的燃料消耗等优点。所以水电厂宜于承担系统的事故、负荷及周波备用，但前提是需要设有部分备用库容才能实现。
　　但水电厂在规划设计系统中,应承担多大备用容量，则要根据系统的具体情况和水电厂本身的条件，经技术经济分析论证来确定。一般在水电比重较大的系统中，每个水电厂的备用容量就要小些，而距离负荷中心较远的水电厂，并不希望设置较大的备用容量。在实际应用中,水电厂的备用容量常用一个库容系数来近似估计。
　　（3）水电厂的重复（季节）容量
　　水库调节性能较差的水电厂，在洪水期要损失大量水能，如果多装机，就可得到许多廉价的电能，以节约系统的燃料消耗，这时对能源的节约具有重要意义。但这种利用季节性电能的方式，需要花费一定的资金和设备，其经济性主要取决于每多装一千瓦容量对系统投资的增加和燃料费用的节约所带来的经济效果如何。
　　需要指出:重复容量是指水电厂在洪水期为充分利用水能发电,而少弃水所增设的一部分容量。这样便可以减少同期火电厂的负担,但它在枯水期又不能实现,即该容量不能作为水电厂的工作容量长期替代火电厂的出力,因此也就不能减少火电厂的装机容量,故称为重复容量。
　　一般在电力系统规划设计中,确定水电厂的装机容量并不单独计算备用容量和重复容量,而是用一个容量扩大系数来估算,这个系数取值在1.1-1.3之间。即确定出水电厂的工作容量后,再乘以扩大系数就是水电厂的装机容量。当然,具体要通过水能利用及技术经济分析论证确定。
　　5.火电厂的装机容量
　　电力系统火装机容量为系统总装机容量减去水电厂装机容量和其他能源的装机容量。
　　火电厂容量包括热电厂装机容量和凝汽式电厂装机容量。
　　其中,热电厂容量的确定,主要取决于热负荷的大小及其分布的均匀程度,具体通过热化系数的技术经济比较确定。
　　因此,确定热电厂容量,一般先初选几个热化系数值,然后分析在满足热负荷条件下,使燃料消耗达最小的原则来估算装机容量。
　　关于凝汽式电厂容量选择确定,实际是个输煤与输电方案的技术经济比较问题,对于较大系统一般按容量-费用曲线进行估计,即绘制:电厂年费用/KW和输电年费用/Km两条曲线,然后综合研究来确定。
　　电力系统现有实际可用容量为系统现有装机容量扣除计划期的受阻容量,备用和退役容量。
　　受阻容量是指由于设备缺陷，设备不配套，水文及河川径流变化，燃料供应不足等限制因素的影响，在计划期内不能发挥作用的发电设备容量。而退役容量是指由于设备陈旧，服务期满，计划期将拆除的发电设备容量。
　　因此,简单的电力平衡盈亏计算即为同一时刻系统实际出力 Nsc 与系统最大用电负荷 Pmax 的代数和,如下式表示

　　其理想情况是 = 0 恰好供求平衡,但一般为： ＞0 供大于求，此时要调整运行方式；
　　而 ＜0 供不应求,此时要调整负荷分配
　　此外，在电力平衡中，还涉及确定系统内各类电源逐年装机容量；确定系统间输入，输出容量和电量；以及无功平衡分析等。
　　电力平衡常编制成平衡表的方式进行供需平衡分析，这种方式有利于指导运行方式的调整，提高电网运行的经济性。电力平衡表的格式如表3-1所示。
　　　　　　　　表3-1 规划区电力电量平衡表 单位：电力kW，电量kWh
序号
项目
……年
……年
……年
备注

电力
电量
电力
电量
电力
电量
（1）
（2）

（3）
（4）
（5）
（6）
（7）
（8）
（9）
（10）
（11）
（12）
规划区最大负荷及用电量
发电设备容量和发电量
1.现有发电设备及发电量
其中：水电
　　火电
2.新增发电设备及发电量
其中：水电
　　火电
受阻容量
备用容量
　　（事故、检修、负荷备用）
实际发电容量及发电量
厂用电负荷
实际供电容量及供电量
网损负荷及电量
购入容量与输出负荷
实际可用容量及供给电量
电力盈亏
备用率（％）

二、电量平衡分析
　　电力系统的电量平衡中，水电厂的发电量采用平水年的电量，但必须按枯水年电量进行校验。
　　（1）确定(预测)电力系统的需要发电量。
　　（2）按枯水年及平水年计算出电厂的年发电量，电量平衡中用平水年的电量进行平衡，用枯水年的电量进行校核。
　　（3）将系统需要的发电量减去水电厂发电量及其他电源发电量，即为系统火电发电量。
　　（4）根据火电年底装机容量和当年新增容量，计算出火电年平均装机容量。
　　（5）火电年发电量除以火电年平均装机容量，即得火电装机利用小时数。
　　电量平衡通常也用表格形式进行分析计算
三、无功电力平衡
　　无功功率平衡是维持和保证电压质量的基础，一般说来，系统网络各枢纽点及主要环节的电压是否合格是衡量系统无功平衡的主要判据。在规划设计中，进行无功平衡的主要目的是合理确定规划期各类电源容量及配置方式。
　　无功负荷预测,一般是根据预测的最大的有功负荷来估算的。按规划区的自然功率因数，可求得其最大无功负荷为
　　　　　　　　　　　(3-6)
　　其中 —自然功率因数角，kvar ；
　　当 = 0.6时， = 1.33 。
　　电源所提供的无功出力加上已有无功补偿设备的容量应能满足最大无功负荷加备用所需，如果不足即需添置无功补偿设备。
　　其平衡表如表3-2。
　　　　　　　　　　　　　表3-2 规划区电力系统无功功率平衡表　　　　　单位：有功kW，无功kvar
项目
年
年
年
（1）全网有功最大负荷
（2）全网无功最大负荷
（3）需要无功备用容量
（4）全网需无功设备总容量
（5）系统无功电源
其中：1.系统内发电机可调无功出力
　　　 2.现有无功补偿设备容量
（6）需要新增无功容量

　　在农村电网规划中,尤其重视无功电力平衡分析,这涉及电压质量问题,由于在农村电力网中，存在大量小型异步电机及小型配电变压器消耗了大量无功功率，加上配套不良及使用管理薄弱，轻载、空载现象较多，农村电力的自然功率因数一般较低（0.5-0.7）。因此，需要合理制定无功电力规划以减少低压网损和改善电压质量。

　　本章结束语
　　这一章主要介绍了电力平衡分析有关内容,其中包括:备用容量的种类及其确定方法;代表性水文年的概念和在平衡分析中的作用;各类电厂的技术经济特点;电力电量平衡计算等。这些内容对于电源规划方案的设计,形成,选择及规划模型的化简都是非常有用的。