1、有功功率平衡及其與頻率的關(guān)系
頻率的變化與電力系統(tǒng)的有功功率平衡之間有著密切的關(guān)系。因?yàn)轭l率與發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速之間為線性關(guān)系，轉(zhuǎn)速的變化取決于作用于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩與制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的平衡，而轉(zhuǎn)矩的平衡受發(fā)電機(jī)輸入機(jī)械功率于輸出電磁功率的平衡關(guān)系的影響。發(fā)電機(jī)輸入的功率減去勵(lì)磁損耗和各種機(jī)械損耗后，如果能與發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率嚴(yán)格地保持平衡，則發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速就恒定不變，系統(tǒng)的頻率就保持恒定不變。
由于電能不能存儲(chǔ)，發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率是由系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)決定的，全系統(tǒng)發(fā)電機(jī)輸出的有功功率之總和，在任何時(shí)刻都是與系統(tǒng)的有功功率負(fù)荷（包括各種用電設(shè)備所需的有功功率和網(wǎng)絡(luò)的有功功率損耗）相等。負(fù)荷功率的任何變化都立即引起發(fā)電機(jī)輸出功率的相應(yīng)變化，這種變化是瞬時(shí)出現(xiàn)的。由于原動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的慣性，發(fā)電機(jī)的輸入機(jī)械功率無法適應(yīng)發(fā)電機(jī)輸出電磁功率的瞬時(shí)變化。因此，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上轉(zhuǎn)矩的絕對(duì)平衡是不存在的，因此，嚴(yán)格地維持發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不變或頻率不變是不可能的。但是需要?jiǎng)討B(tài)的調(diào)整發(fā)電機(jī)輸入機(jī)械功率，保持有功功率的動(dòng)態(tài)平衡，從而使頻率不超出允許偏差范圍。
2、有功負(fù)荷的變化規(guī)律和頻率調(diào)整的方法
電力系統(tǒng)的負(fù)荷時(shí)刻都在做不規(guī)則的變化，對(duì)系統(tǒng)實(shí)際負(fù)荷變化曲線的分析表明，系統(tǒng)負(fù)荷可以看作由3種具有不同變化規(guī)律的變動(dòng)負(fù)荷所組成，如圖1所示。圖中，曲線4為實(shí)際的負(fù)荷變化；曲線1為第1種負(fù)荷分量，是變化幅度很小，變化周期較短（一般為10s以內(nèi)）的負(fù)荷分量；曲線2為第2種負(fù)荷分量，是變化幅度較大，變化周期較長（一般為10s~3min）的負(fù)荷分量，屬于這類負(fù)荷的主要有電爐、延壓機(jī)械、電氣機(jī)車等；曲線為第3種負(fù)荷分量，是變化緩慢的持續(xù)變動(dòng)負(fù)荷，引起負(fù)荷變化的原因主要是工廠的作息制度、人們的生活規(guī)律、氣象條件的變化等。
圖1 有功負(fù)荷的變化規(guī)律
負(fù)荷的變化將引起頻率的相應(yīng)變化。相應(yīng)的頻率調(diào)整分為3種：一次調(diào)整、二次調(diào)整、三次調(diào)整。第一種變化負(fù)荷引起的頻率偏移將由發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器進(jìn)行調(diào)整。這種調(diào)整通常稱為頻率的一次調(diào)整。第二種變化負(fù)荷引起的頻率變動(dòng)僅靠調(diào)速器的作用往往不能將頻率偏移限制在容許的范圍之內(nèi)，這時(shí)必須有調(diào)頻器參與頻率調(diào)整，這種調(diào)整通常稱為頻率的二次調(diào)整。電力系統(tǒng)調(diào)度部門預(yù)先編制的日負(fù)荷曲線基本反映了第三種負(fù)荷的變化規(guī)律。這一部分負(fù)荷將在有功功率平衡的基礎(chǔ)上，按照最優(yōu)化的原則在各發(fā)電廠間進(jìn)行分配。
3、有功功率平衡和備用容量
1．有功功率平衡
電力系統(tǒng)運(yùn)行中，在任何時(shí)刻，所有發(fā)電廠發(fā)出的有功功率的總和∑pg都與系統(tǒng)的總負(fù)荷pd相平衡。pd包括用戶的有功負(fù)荷pld∑、廠用電有功負(fù)荷ps∑以及網(wǎng)絡(luò)的有功損耗δpl∑，即
pg=pd= pld∑+ ps∑+δpl∑ 式（4-2-1）
為保證供電可靠性和電能質(zhì)量，電力系統(tǒng)的有功功率平衡必須在額定運(yùn)行參數(shù)下確立，而且還應(yīng)具有一定的備用容量。備用容量是指：系統(tǒng)電源總額定容量大于系統(tǒng)最大負(fù)荷的部分。
2．備用容量
備用容量按其作用可分為負(fù)荷備用、事故備用、檢修備用和國民經(jīng)濟(jì)備用。
（1）負(fù)荷備用
為滿足一日中計(jì)劃外的負(fù)荷增加和適應(yīng)系統(tǒng)中的短時(shí)負(fù)荷波動(dòng)而留有的備用稱為負(fù)荷備用。負(fù)荷備用容量的大小應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)總負(fù)荷大小、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)以及系統(tǒng)中各類用戶的比重來確定，一般為系統(tǒng)最大負(fù)荷的2%~5%。
（2）事故備用
當(dāng)系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組由于偶然性事故退出運(yùn)行時(shí)，為保證連續(xù)供電所需要的備用稱為事故備用。事故備用容量的大小可根據(jù)系統(tǒng)中機(jī)組的臺(tái)數(shù)、機(jī)組容量的大小、機(jī)組的故障率以及系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)等來確定，一般為系統(tǒng)最大負(fù)荷的5%~10%，但不應(yīng)小于運(yùn)轉(zhuǎn)中最大一臺(tái)機(jī)組的容量。
（3）檢修備用
當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)電設(shè)備計(jì)劃檢修時(shí)，為保證對(duì)用戶供電而留有的備用稱為檢修備用。任何發(fā)電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后都必須進(jìn)行檢修。檢修分為大修和小修。大修一般安排在一年中最小負(fù)荷季節(jié)；小修一般在節(jié)假日進(jìn)行，以盡量減少檢修備用容量。
（4）國民經(jīng)濟(jì)備用
為滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的超計(jì)劃增長對(duì)電力的需求而設(shè)置的備用則稱為國民經(jīng)濟(jì)備用。一般為系統(tǒng)最大負(fù)荷的3%~5%。
備用容量按其存在形式又可分為熱備用（旋轉(zhuǎn)備用）和冷備用。
（1）熱備用
在任何時(shí)刻，運(yùn)轉(zhuǎn)中的所有發(fā)電機(jī)組的最大可能出力之和都應(yīng)大于該時(shí)刻的總負(fù)荷，這兩者的差值通常稱為熱備用（