电力系统规划与可靠性讲座3_电力电量平衡090403
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电力电量平衡的目的与要求
根据《电力系统设计内容深度规定》第 5.3.1条，电力系统设计应编制: ① ② ③ 目前到设计水平年的逐年电力电量平衡; 远景水平年全系统和分地区的电力电量平衡; 必要时还应列出分地区低谷负荷时的电力平衡。
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电力电量平衡中代表水文年的选择
电力系统按发电机组动力来源的不同，可分为纯水电、 纯火电和水、火电联合运行系统，其中以水、火电联合运 行系统较为常见。 电力电量平衡中代表水文年有丰、平、枯、特枯水文 年，根据《电力系统设计技术规程》， 有水电的系统一般是按枯水年进行电力平衡、按平水年进 行电量平衡； 水电占比例大的系统还应根据需要，对代表年按月编制丰、 平、枯水文年的电力电量平衡、必要时还应编制丰水年和 特枯水年的电力电量平衡。
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电源结构的规划
【研究问题】 研究电力系统的合理电源结构问题，主要是研究各 类型电站发电容量和电量的合理比例问题。在做电力规 划时，应努力使电力系统内电源结构趋于合理。 【主要内容】 ① 影响电源结构的因素 ② 确定合理电源结构的方法
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电力电量平衡的基本概念
【定义】 电力电量供应与需求之间的平衡。 【作用】 ① 为电力系统规划、电源组成等提供科学依据（如电源规划、 电网规划都要先进行电力电量平衡） ② 计算电站容量和电量的利用程度。 【基础】 规划期内（即未来年份）的电力电量平衡一定程度上 以负荷预测为基础。 【主要内容】 ① 电力电量平衡研究的问题 ② 电力电量平衡中的容量组成
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电力平衡代表年、月的选择
电力平衡需要逐年进行，应按逐年控制月份的最大 负荷和水电厂设计枯水年的月平均处理编制。 一般以每年的12月为代表，但还应根据水电厂逐月 发电处理的变化及系统负荷的变化情况，具体分析确定。 一年中也可能有2个月份其控制作用，应分别平衡。 必要时选择代表年进行逐月电力平衡，以便找出其中起控 制作用的月份，然后按该代表月进行逐年平衡。
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备用容量的合理分配
【备用容量分配原则】 系统的备用容量应由哪种发电厂或机组来承担，应考虑各种备 用的要求及各类电厂或机组的工作特性，在电厂间进行分配。 【负荷备用容量分配】 考虑到水轮发电机效率最大区是在额定容量的70%～90%，它 的应变能力强，负载变动时调节损失小。因此，由没有满发的水电 厂担任负荷备用最合适。 注意： ① 担任负荷备用的水电厂，其装机容量应不小于系统或调频地区是大 负荷的15%，且存一定的调节库容作保证。 ② 泾流式电站不能担负负荷备用。 ③ 实际系统中负荷备用往往不是由一个电厂来担任。系统中旋转备用 应进一步分散，以免事故下主干线上潮流急剧地大起大落而导致系 统瓦解。 ④ 系统应根据负荷分布及电源结构及机组特性，规定参加调频的电厂 及其执行任务的程序。
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水文年
【设计枯水年】 设计枯水年】 设计枯水年是水电厂在正常运行中可能遇到的最不利情况，它与水 电厂设计保证率的水文年相对应。 电力系统的电力电量平衡必须得到保证，才能满足负荷的需求。系 统中各电厂的必需容量值，由此代表年来确定。因此，设计枯水年的电 力电量平衡是确定系统的需要装机容量及装机进度、检验各类电厂的发 电设备利用小时数的依据。 设计平水年】 【设计平水年】 平水年指保证率为50％的水文年，接近平水年的年度又是最常见的 年度，它代表水电厂最常出现的电力电量平衡。平水年的电力电量平衡 是确定水电厂的电量利用程度，研究网络及联络线的经济性、水电厂的 电气主接线、送电线路截面及系统多年平均年燃料需要量的依据。 设计丰水年】 【设计丰水年】 丰水年是指水电厂保证率小于10％的水文代表年，其电力电量平衡 代表水电厂满载或弃水时的运行情况，用来校核平水年确定的电厂主接 线、设备和线路的送电能力、经济性。 特枯水年】 【特枯水年】 特枯水年是指水电厂设计枯水年保证率以外的枯水年，接近于保证 率等于100％的水文年，其电力电量平衡用来检验系统的缺电情况及网络 的适应性，必要时需研究解决措施。
② ③ ④
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概率性方法与经验法比较
采用经验法的主要不足之处是没有考虑到系统性能、 用户功率和元件故障的概率特征。 使用概率方法可以更为科学和准确的反映电网实际， 根据设定的可靠性判据如电力不足期望值，从发电能力、 计划检修、故障停机、负荷水平及特性等诸多方面来综合 判断发电供应的可靠程度，进而确定电网备用容量的预留。
将备用分为负荷备用、事故备用、检修备用三种及其确定方法，主要 是为了在电力规划时确定系统的合理装机容量。 在运行中上述三部分备用容量不是截然分开的。 系统运行中应当有一定的冷、热备用容量，这些备用既可以担负调峰调 频，也可以在事故时担负负荷作为事故备用，或者在其他机组检修时投 入运行作为检修备用。 系统需要的总备用容量，应当参照上列三种容量之和及系统的实际运行 经验确定。
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按备用的作用分类：负荷备用、事故备用和检修备用。 【负荷备用】 为了适应负荷的瞬时变化、保证供电质量及可靠性而设置的备用。 由于电力系统在运行时，负荷是环绕负荷曲线剧烈而急促的波动变 化着，并迫使系统周波不断变化。有时又将其分为周波备用和负载备用。 为了维持电力系统的周波在规定的变化范围内，以保证供电质量， 就必须设置周波备用。 由于负载备用是用以满足日调度计划以外的用电增加的，负荷预测 存在误差，实际负荷值往往与预期值不符，故应配置适当的负载备用容 量。 【事故备用】 当发电设备发生偶然事故而被迫退出运行时，为了保证电力系统正 常连续供电而需设置的备用容量。 【检修备用】 为了保证系统中所有发电机组都能按预定计划进行周期性检修所需 设置的备用。
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备用容量的确定
确定系统最大负荷备用容量的方法通常有两种，即经验法和概率性方法。 【经验法】 根据系统运行经验，按系统综合的某一百分率来确定系统中各类备 用的大小。 ① 负荷备用：一般取为系统最大负荷的2%～5%，大系统取小一些的 数．小系统取大一些的数。 ② 事故备用：一般取系统最大负荷的5%～10%左右，且不得小于系统中 最大一台机组的客量。 ③ 检修备用：视系统年负荷曲线低谷面积的太小，取检修备用容量为系 统综合最大负荷的8%～15%，年负荷曲线越平稳的系统，此值越大。 经验法优缺点：简单、方便．因为它基于系统的运行经验，虽然 没有计算，它却综合考虑了各种因素，其中有些因素是不便于精确计 算的。因为以运行经验为基础，它也易于为运行单位接受。但它所确 定的备用值不是通过详细的分析计算，因此这个方法不够精确。
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备用容量的合理分配
【检修备用容量分配】 分配可以相当灵活，它一般以冷备用形式存在。 实际系统中火电机组的检修一般安排在夏秋季负荷低落、水电又 是丰水期间，水电机组检修则安排在枯水期。当检修面积不足而专设检 修备用容量时，一般是设置在火电厂内。 【备用容量分配的意义】
武汉大学电气工程及其自动化专业选修课
电力系统规划与可靠性
(第3专题: 电力电量平衡)
电气工程学院电力信息与控制研究所 李晓明
电力电量平衡
电力电量平衡的基本概念 电力电量平衡的目的与要求 电力电量平衡主要分析和研究的问题 电力电量平衡中代表水文年的选择 电力平衡代表年、月的选择 电力平衡中的容量组成 备用容量的确定 备用容量的合理分配 电源结构的规划 电力电量平衡表的编制
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Biblioteka Baidu
电力平衡中的容量组成
电力平衡中的容量由装机容量、必需容量、工作容量和备用容量 组成。
【装机容量】系统中各类电厂安装的发电机组额定容量的总和。 【必需容量】维持电力系统正常供电所必需的装机总容量，即工作容量和备用 容量之和。 【工作容量】发电机承担电力系统正常负荷的容量。在电力平衡表中的工作容 量是指电力系统最大负荷的工作容量。其中 担任基荷的电厂处理就是工作容量 担任峰荷和腰荷的发电出力日负荷最大时刻的出力作为工作容量。 水电厂的工作容量是指按保证出力运行时所能提供的发电容量，其大小与其 保证出力及其在电力系统日负荷曲线上的工作位置有关。 【备用容量】备用容量是指为了保证系统不间断供电并保持在额定频率下运行 而设置的装机容量。 【重复容量】水电厂为了多发季节性电能，节省火电燃料而增设的发电容量。 重复容量是在一定的设计供电范围、负荷水平和设计保证率条件下选定 的，当任一条件变化时，就有可能部分或全部转化为必需容量。 【受阻容量】由于各种原因，发电设备不能按装机额定容量发电的容量。
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【概率性方法】 根据元件参数和系统的概率特征，通过统计计算得到系统和各个 节点的概率指标，从而对系统的可靠性有一个较为全面和客观的评估。 典型概率特征： ① 机组的停运概率与该机组容量大小有关，尽管两个方案的百分备用容 量相同，但不同的机组可产生完全不同的风险指标，因此一个固定的 百分备用不能保证各方案有协调一致的风险度。 元件原始数据中固有的不确定性。由于统计子样有限，实际的元件特 性数据不是一个常数，而是服从某种概率分布的随机变量。 负荷预测中的不确定因素。 备用的分配存在季节、负荷变化这些因素影响。
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电力电量平衡主要分析和研究的问题
(1)确定电力系统需要的发电设备容量，确定规划设计年度内逐年 新增的装机容量和退役机组容量。 (2)确定系统需要的备用容量，研究在水、火电厂之间的分配。 (3)确定系统需要的调峰容量，使之能满足设计年不同季节的系统 调峰需要。 (4)合理安排水、火电厂的运行方式，充分利用水电，使燃料消耗 最经济，并计算系统需要的燃料消耗量。 (5)确定各代表水文年各类型电厂的发电设备利用小时数，检验电 量平衡。 (6)确定水电厂电量的利用程度，以论证水电装机容量的合理性。 (7)分析系统与系统之间、地区与地区之间的电力电量交换，为论 证扩大联网及拟定网络方案提供依据。
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备用容量的分类
按备用设备所处状态分类：热备用(旋转备用)和冷备用。 【热备用(旋转备用) 】 设备处于运转状态，或是空载运行，或是带部分负荷运行。 水电站的旋转备用状态可以是空载运行 火电站则是带最小技术出力或部分负荷运行 系统一旦出现超预测值的负荷时，这种处于运转状态下的备用容量可以 很快投入使用，即它的主要功能是能适应电力系统负荷瞬间的快速波动 及一天内计划外的负荷增长。 【冷备用】 处于完好状态的停止运行设备，一旦满要时立即可以启动投入运行。 包括火电厂处于压火、暖机状态下的设备及水电厂停运但仍担负备用任 务的设备。 它主要为设备的计划检修、事故停运及系统日负荷出现额外增长时 提供必要的补充容量。
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备用容量的合理分配
【事故备用容量分配】 可以由水电厂担任，也可由火电厂担任，一般均由水、火电厂共 同承担，并参照其工作容量的比例来分配。分配时应注意下列几点： ① 调节性能良好、靠近负荷中心的水电厂应考虑担负较多的事故备用容 量。 ② 担任事故备用容量的水电站，必须拥有相应的事故备用库容作保证。 ③ 具有较大水库、调节性能良好的水电站可在事故后，利用加大火电出 力，减少水电站工作容量的办法以弥补事做下耗用的库容，事故备用 库容可以适当减少。 ④ 径流式或日调节水电站不能担负系统的事故备用。 ⑤ 向电站分配事故备用时，必须考虑其地理位置及送电线路的输电能力。 ⑥ 设置事故备用时，应将相当大部分的事故备用容量放在运转机组上， 以旋转备用形式工作，并分布在系统内多个电厂中，以提高供电的可 靠性。
电力电量平衡的目的与要求
根据《电力系统设计内容深度规定》第 5.3.1条，电力系统设计应编制: ① ② ③ 目前到设计水平年的逐年电力电量平衡; 远景水平年全系统和分地区的电力电量平衡; 必要时还应列出分地区低谷负荷时的电力平衡。
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电力电量平衡中代表水文年的选择
电力系统按发电机组动力来源的不同，可分为纯水电、 纯火电和水、火电联合运行系统，其中以水、火电联合运 行系统较为常见。 电力电量平衡中代表水文年有丰、平、枯、特枯水文 年，根据《电力系统设计技术规程》， 有水电的系统一般是按枯水年进行电力平衡、按平水年进 行电量平衡； 水电占比例大的系统还应根据需要，对代表年按月编制丰、 平、枯水文年的电力电量平衡、必要时还应编制丰水年和 特枯水年的电力电量平衡。
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电源结构的规划
【研究问题】 研究电力系统的合理电源结构问题，主要是研究各 类型电站发电容量和电量的合理比例问题。在做电力规 划时，应努力使电力系统内电源结构趋于合理。 【主要内容】 ① 影响电源结构的因素 ② 确定合理电源结构的方法
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电力电量平衡的基本概念
【定义】 电力电量供应与需求之间的平衡。 【作用】 ① 为电力系统规划、电源组成等提供科学依据（如电源规划、 电网规划都要先进行电力电量平衡） ② 计算电站容量和电量的利用程度。 【基础】 规划期内（即未来年份）的电力电量平衡一定程度上 以负荷预测为基础。 【主要内容】 ① 电力电量平衡研究的问题 ② 电力电量平衡中的容量组成
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电力平衡代表年、月的选择
电力平衡需要逐年进行，应按逐年控制月份的最大 负荷和水电厂设计枯水年的月平均处理编制。 一般以每年的12月为代表，但还应根据水电厂逐月 发电处理的变化及系统负荷的变化情况，具体分析确定。 一年中也可能有2个月份其控制作用，应分别平衡。 必要时选择代表年进行逐月电力平衡，以便找出其中起控 制作用的月份，然后按该代表月进行逐年平衡。
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备用容量的合理分配
【备用容量分配原则】 系统的备用容量应由哪种发电厂或机组来承担，应考虑各种备 用的要求及各类电厂或机组的工作特性，在电厂间进行分配。 【负荷备用容量分配】 考虑到水轮发电机效率最大区是在额定容量的70%～90%，它 的应变能力强，负载变动时调节损失小。因此，由没有满发的水电 厂担任负荷备用最合适。 注意： ① 担任负荷备用的水电厂，其装机容量应不小于系统或调频地区是大 负荷的15%，且存一定的调节库容作保证。 ② 泾流式电站不能担负负荷备用。 ③ 实际系统中负荷备用往往不是由一个电厂来担任。系统中旋转备用 应进一步分散，以免事故下主干线上潮流急剧地大起大落而导致系 统瓦解。 ④ 系统应根据负荷分布及电源结构及机组特性，规定参加调频的电厂 及其执行任务的程序。
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水文年
【设计枯水年】 设计枯水年】 设计枯水年是水电厂在正常运行中可能遇到的最不利情况，它与水 电厂设计保证率的水文年相对应。 电力系统的电力电量平衡必须得到保证，才能满足负荷的需求。系 统中各电厂的必需容量值，由此代表年来确定。因此，设计枯水年的电 力电量平衡是确定系统的需要装机容量及装机进度、检验各类电厂的发 电设备利用小时数的依据。 设计平水年】 【设计平水年】 平水年指保证率为50％的水文年，接近平水年的年度又是最常见的 年度，它代表水电厂最常出现的电力电量平衡。平水年的电力电量平衡 是确定水电厂的电量利用程度，研究网络及联络线的经济性、水电厂的 电气主接线、送电线路截面及系统多年平均年燃料需要量的依据。 设计丰水年】 【设计丰水年】 丰水年是指水电厂保证率小于10％的水文代表年，其电力电量平衡 代表水电厂满载或弃水时的运行情况，用来校核平水年确定的电厂主接 线、设备和线路的送电能力、经济性。 特枯水年】 【特枯水年】 特枯水年是指水电厂设计枯水年保证率以外的枯水年，接近于保证 率等于100％的水文年，其电力电量平衡用来检验系统的缺电情况及网络 的适应性，必要时需研究解决措施。
② ③ ④
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概率性方法与经验法比较
采用经验法的主要不足之处是没有考虑到系统性能、 用户功率和元件故障的概率特征。 使用概率方法可以更为科学和准确的反映电网实际， 根据设定的可靠性判据如电力不足期望值，从发电能力、 计划检修、故障停机、负荷水平及特性等诸多方面来综合 判断发电供应的可靠程度，进而确定电网备用容量的预留。
将备用分为负荷备用、事故备用、检修备用三种及其确定方法，主要 是为了在电力规划时确定系统的合理装机容量。 在运行中上述三部分备用容量不是截然分开的。 系统运行中应当有一定的冷、热备用容量，这些备用既可以担负调峰调 频，也可以在事故时担负负荷作为事故备用，或者在其他机组检修时投 入运行作为检修备用。 系统需要的总备用容量，应当参照上列三种容量之和及系统的实际运行 经验确定。
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按备用的作用分类：负荷备用、事故备用和检修备用。 【负荷备用】 为了适应负荷的瞬时变化、保证供电质量及可靠性而设置的备用。 由于电力系统在运行时，负荷是环绕负荷曲线剧烈而急促的波动变 化着，并迫使系统周波不断变化。有时又将其分为周波备用和负载备用。 为了维持电力系统的周波在规定的变化范围内，以保证供电质量， 就必须设置周波备用。 由于负载备用是用以满足日调度计划以外的用电增加的，负荷预测 存在误差，实际负荷值往往与预期值不符，故应配置适当的负载备用容 量。 【事故备用】 当发电设备发生偶然事故而被迫退出运行时，为了保证电力系统正 常连续供电而需设置的备用容量。 【检修备用】 为了保证系统中所有发电机组都能按预定计划进行周期性检修所需 设置的备用。
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备用容量的确定
确定系统最大负荷备用容量的方法通常有两种，即经验法和概率性方法。 【经验法】 根据系统运行经验，按系统综合的某一百分率来确定系统中各类备 用的大小。 ① 负荷备用：一般取为系统最大负荷的2%～5%，大系统取小一些的 数．小系统取大一些的数。 ② 事故备用：一般取系统最大负荷的5%～10%左右，且不得小于系统中 最大一台机组的客量。 ③ 检修备用：视系统年负荷曲线低谷面积的太小，取检修备用容量为系 统综合最大负荷的8%～15%，年负荷曲线越平稳的系统，此值越大。 经验法优缺点：简单、方便．因为它基于系统的运行经验，虽然 没有计算，它却综合考虑了各种因素，其中有些因素是不便于精确计 算的。因为以运行经验为基础，它也易于为运行单位接受。但它所确 定的备用值不是通过详细的分析计算，因此这个方法不够精确。
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备用容量的合理分配
【检修备用容量分配】 分配可以相当灵活，它一般以冷备用形式存在。 实际系统中火电机组的检修一般安排在夏秋季负荷低落、水电又 是丰水期间，水电机组检修则安排在枯水期。当检修面积不足而专设检 修备用容量时，一般是设置在火电厂内。 【备用容量分配的意义】
武汉大学电气工程及其自动化专业选修课
电力系统规划与可靠性
(第3专题: 电力电量平衡)
电气工程学院电力信息与控制研究所 李晓明
电力电量平衡
电力电量平衡的基本概念 电力电量平衡的目的与要求 电力电量平衡主要分析和研究的问题 电力电量平衡中代表水文年的选择 电力平衡代表年、月的选择 电力平衡中的容量组成 备用容量的确定 备用容量的合理分配 电源结构的规划 电力电量平衡表的编制
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电力平衡中的容量组成
电力平衡中的容量由装机容量、必需容量、工作容量和备用容量 组成。
【装机容量】系统中各类电厂安装的发电机组额定容量的总和。 【必需容量】维持电力系统正常供电所必需的装机总容量，即工作容量和备用 容量之和。 【工作容量】发电机承担电力系统正常负荷的容量。在电力平衡表中的工作容 量是指电力系统最大负荷的工作容量。其中 担任基荷的电厂处理就是工作容量 担任峰荷和腰荷的发电出力日负荷最大时刻的出力作为工作容量。 水电厂的工作容量是指按保证出力运行时所能提供的发电容量，其大小与其 保证出力及其在电力系统日负荷曲线上的工作位置有关。 【备用容量】备用容量是指为了保证系统不间断供电并保持在额定频率下运行 而设置的装机容量。 【重复容量】水电厂为了多发季节性电能，节省火电燃料而增设的发电容量。 重复容量是在一定的设计供电范围、负荷水平和设计保证率条件下选定 的，当任一条件变化时，就有可能部分或全部转化为必需容量。 【受阻容量】由于各种原因，发电设备不能按装机额定容量发电的容量。
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【概率性方法】 根据元件参数和系统的概率特征，通过统计计算得到系统和各个 节点的概率指标，从而对系统的可靠性有一个较为全面和客观的评估。 典型概率特征： ① 机组的停运概率与该机组容量大小有关，尽管两个方案的百分备用容 量相同，但不同的机组可产生完全不同的风险指标，因此一个固定的 百分备用不能保证各方案有协调一致的风险度。 元件原始数据中固有的不确定性。由于统计子样有限，实际的元件特 性数据不是一个常数，而是服从某种概率分布的随机变量。 负荷预测中的不确定因素。 备用的分配存在季节、负荷变化这些因素影响。
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电力电量平衡主要分析和研究的问题
(1)确定电力系统需要的发电设备容量，确定规划设计年度内逐年 新增的装机容量和退役机组容量。 (2)确定系统需要的备用容量，研究在水、火电厂之间的分配。 (3)确定系统需要的调峰容量，使之能满足设计年不同季节的系统 调峰需要。 (4)合理安排水、火电厂的运行方式，充分利用水电，使燃料消耗 最经济，并计算系统需要的燃料消耗量。 (5)确定各代表水文年各类型电厂的发电设备利用小时数，检验电 量平衡。 (6)确定水电厂电量的利用程度，以论证水电装机容量的合理性。 (7)分析系统与系统之间、地区与地区之间的电力电量交换，为论 证扩大联网及拟定网络方案提供依据。
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备用容量的分类
按备用设备所处状态分类：热备用(旋转备用)和冷备用。 【热备用(旋转备用) 】 设备处于运转状态，或是空载运行，或是带部分负荷运行。 水电站的旋转备用状态可以是空载运行 火电站则是带最小技术出力或部分负荷运行 系统一旦出现超预测值的负荷时，这种处于运转状态下的备用容量可以 很快投入使用，即它的主要功能是能适应电力系统负荷瞬间的快速波动 及一天内计划外的负荷增长。 【冷备用】 处于完好状态的停止运行设备，一旦满要时立即可以启动投入运行。 包括火电厂处于压火、暖机状态下的设备及水电厂停运但仍担负备用任 务的设备。 它主要为设备的计划检修、事故停运及系统日负荷出现额外增长时 提供必要的补充容量。
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备用容量的合理分配
【事故备用容量分配】 可以由水电厂担任，也可由火电厂担任，一般均由水、火电厂共 同承担，并参照其工作容量的比例来分配。分配时应注意下列几点： ① 调节性能良好、靠近负荷中心的水电厂应考虑担负较多的事故备用容 量。 ② 担任事故备用容量的水电站，必须拥有相应的事故备用库容作保证。 ③ 具有较大水库、调节性能良好的水电站可在事故后，利用加大火电出 力，减少水电站工作容量的办法以弥补事做下耗用的库容，事故备用 库容可以适当减少。 ④ 径流式或日调节水电站不能担负系统的事故备用。 ⑤ 向电站分配事故备用时，必须考虑其地理位置及送电线路的输电能力。 ⑥ 设置事故备用时，应将相当大部分的事故备用容量放在运转机组上， 以旋转备用形式工作，并分布在系统内多个电厂中，以提高供电的可 靠性。