一、作用及分類(lèi)
電力系統(tǒng)之所以需要備用容量，主要是由于電力工業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)和用戶(hù)用電的不均衡性所決定的。電能的生產(chǎn)，輸送和消費(fèi)幾乎同時(shí)進(jìn)行，電能又不能大量?jī)?chǔ)存，而用戶(hù)的用電又具有隨機(jī)性和不均衡性特點(diǎn)，因此，為了保證電力系統(tǒng)安全，可靠，連續(xù)地發(fā)供電，則必須設(shè)置足夠的備用容量。
在電源安排時(shí)，所配置電源的裝機(jī)容量必須大于最大負(fù)荷的要求，兩者的差額稱(chēng)為備用容量。
按設(shè)置備用容量的用途（或任務(wù)）可分為下述三種備用。
(1) 負(fù)荷備用。具體又分周波備用和負(fù)載備用，用于滿(mǎn)足電力系統(tǒng)由于負(fù)荷突然變動(dòng)的調(diào)頻需要，以保證系統(tǒng)的正常周波的周波備用；用于補(bǔ)償一些預(yù)計(jì)不到的負(fù)荷需求的負(fù)載備用。
(2) 檢修備用。為保證電力系統(tǒng)正常設(shè)備的運(yùn)行效率和提高設(shè)備的使用壽命，設(shè)置檢修備用是必不可少的。檢修備用是用于滿(mǎn)足設(shè)備定期計(jì)劃?rùn)z修的容量設(shè)置。
(3) 事故備用。用于替代發(fā)生事故的機(jī)組出力，承擔(dān)系統(tǒng)的事故負(fù)荷備用。事故備用是保證系統(tǒng)穩(wěn)定和保證系統(tǒng)重要用戶(hù)供電可靠性的需要。
以及還應(yīng)考慮滿(mǎn)足系統(tǒng)超計(jì)劃用電的需要。
備用容量的種類(lèi)，按其所處的狀態(tài)劃分，又可分為熱備用和冷備用。
(1) 熱備用。又稱(chēng)旋轉(zhuǎn)備用，指運(yùn)轉(zhuǎn)中的機(jī)組可發(fā)最大功率與最大負(fù)荷的差額，其表現(xiàn)為部分機(jī)組空載或欠載運(yùn)行的容量之和。
(2) 冷備用。屬于等待調(diào)用未運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)組可發(fā)容量。
在發(fā)展規(guī)劃設(shè)計(jì)中,主要考慮冷備用問(wèn)題。
電力系統(tǒng)的備用率為
式中 k ——電力系統(tǒng)的備用率；
ny ——電力系統(tǒng)的裝機(jī)容量 (kw) ；
pm ——電力系統(tǒng)的最大負(fù)荷 (kw) 。
其中備用率 k 的大小確定與系統(tǒng)規(guī)模,用電結(jié)構(gòu),電壓等級(jí)等因素有關(guān)。
直觀分析可知，在電力系統(tǒng)規(guī)劃期內(nèi)，如果系統(tǒng)的備用容量不足，將直接導(dǎo)致供電可靠性下降；但如果備用容量設(shè)置過(guò)大，又將使電源建設(shè)的投資費(fèi)用增加。因此，如何在可靠性與經(jīng)濟(jì)性之間，對(duì)備用容量的大小作出合理的選擇，一直是規(guī)劃設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要研究?jī)?nèi)容。
就性質(zhì)來(lái)說(shuō)，備用容量是一種儲(chǔ)備容量或等待調(diào)用容量，它與系統(tǒng)的正常工作容量一起組成了系統(tǒng)的需要容量。系統(tǒng)的工作容量主要與系統(tǒng)的需要負(fù)荷大小相適應(yīng)，而備用容量則是為了滿(mǎn)足系統(tǒng)在發(fā)生異常情況下的補(bǔ)償容量，諸如設(shè)備故障、枯水季節(jié)、負(fù)荷波動(dòng)及預(yù)測(cè)誤差等現(xiàn)象發(fā)生時(shí)所設(shè)置的容量。廣義上講，電力系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)都涉及備用容量問(wèn)題，但在電力電量平衡分析中，主要是研究確定發(fā)電環(huán)節(jié)的備用容量問(wèn)題。
關(guān)于備用容量的確定方法。合理確定各種備用容量，應(yīng)從可靠性與經(jīng)濟(jì)性?xún)蓚€(gè)方面進(jìn)行分析和論證。但目前經(jīng)常所使用的方法還屬于一種經(jīng)驗(yàn)估計(jì)方法，在我國(guó)的《電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定，各種備用容量的確定是按占系統(tǒng)最大負(fù)荷的一定百分比來(lái)估算。
有關(guān)通過(guò)可靠性分析來(lái)確定備用容量的方法,我們將在以后章節(jié)中另作介紹。
二、周波和負(fù)荷備用
電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，由于電力用戶(hù)用電設(shè)備經(jīng)常的投入或切除，造成負(fù)荷的突然急劇變化，并導(dǎo)致系統(tǒng)周波也在不斷變化，為維持電力系統(tǒng)周波在要求的誤差范圍內(nèi)，就必須設(shè)裝置一定的備用容量，該容量稱(chēng)為周波備用，用以調(diào)整系統(tǒng)的周波。
電力系統(tǒng)的負(fù)荷與電源間的供需平衡是預(yù)先有計(jì)劃的，但這種計(jì)劃是預(yù)測(cè)的估計(jì)值，在實(shí)際運(yùn)行中電力系統(tǒng)必須滿(mǎn)足系統(tǒng)預(yù)計(jì)不到的負(fù)荷要求，這也需要設(shè)置一定的備用容量，稱(chēng)負(fù)荷備用，用來(lái)負(fù)擔(dān)短期內(nèi)計(jì)劃外的負(fù)荷增加。
因此,周波和負(fù)荷備用是為了調(diào)整電力系統(tǒng)瞬間的負(fù)荷波動(dòng)以穩(wěn)定系統(tǒng)的周波，和擔(dān)負(fù)短期內(nèi)計(jì)劃外的的負(fù)荷增加。
周波和負(fù)荷備用容量的大小，應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)容量的大小，以及系統(tǒng)內(nèi)電力用戶(hù)的性質(zhì)和組成情況來(lái)確定。在系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中,一般取系統(tǒng)最大負(fù)荷的3%～5%。其中,大系統(tǒng)取小值(容量基數(shù)大),而小系統(tǒng)取大值。
周波備用和負(fù)荷備用可以在一年中不同的季節(jié)內(nèi)，和一晝夜中不同的時(shí)間內(nèi),由不同的發(fā)電廠(chǎng)來(lái)?yè)?dān)任。
由于水電廠(chǎng)的水輪機(jī)組應(yīng)變能力較強(qiáng)，能較好的適應(yīng)負(fù)荷的變化，能量損失小，而且水輪機(jī)的最大效率是在機(jī)組額定容量的70%～90%，因此，一般的系統(tǒng)都由水電廠(chǎng)來(lái)?yè)?dān)負(fù)周波和負(fù)荷備用。在豐水期還可以用這部分容量來(lái)發(fā)電，以節(jié)約燃料。若由火電廠(chǎng)來(lái)?yè)?dān)任周波和負(fù)荷備用時(shí)，則要有熱備用機(jī)組。
周波備用和負(fù)荷備用只需要有容量備用，不需要能量?jī)?chǔ)備。
三、事故備用
電力系統(tǒng)中的發(fā)電設(shè)備，可能因?yàn)槟承┡既坏氖鹿识黄扰R時(shí)停機(jī)。為了解決電力系統(tǒng)中的某些突然事故，防止發(fā)電設(shè)備事故停機(jī)時(shí)，影響對(duì)電力用戶(hù)的正常供電。在電力系統(tǒng)中需設(shè)置一定數(shù)量的備用容量，以替代事故停機(jī)時(shí)的發(fā)電設(shè)備，這部分備用容量稱(chēng)事故備用容量。
因?yàn)槭鹿蕚溆萌萘恳娲鹿蕶C(jī)組的運(yùn)行，因此，事故備用除需要備用容量外，還必須有相應(yīng)的能量?jī)?chǔ)備。
（一）影響事故備用容量的因素
（1）系統(tǒng)裝機(jī)總?cè)萘亢蛦螜C(jī)容量：
根據(jù)大型機(jī)組事故次數(shù)統(tǒng)計(jì)，單機(jī)事故占75%，兩機(jī)以上同時(shí)事故占20%，全廠(chǎng)事故只占5%，可見(jiàn)單機(jī)發(fā)生故障的概率最大。因此。系統(tǒng)裝機(jī)總?cè)萘吭酱?，機(jī)組臺(tái)數(shù)越多，事故備用容量越大。
因?yàn)槭鹿蕚溆脵C(jī)組要替代發(fā)生事故的機(jī)組運(yùn)行，為保證電力系統(tǒng)中最大機(jī)組事故時(shí)有替代容量，事故備用容量必須等于或大于系統(tǒng)中最大機(jī)組的容量。
（2）運(yùn)行人員的技術(shù)水平。
（3）系統(tǒng)中機(jī)組的使用年限，及新舊機(jī)組的比例。
（4）設(shè)備檢修的質(zhì)量。
（二）事故備用容量的確定方法
1．經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法
根據(jù)電力系統(tǒng)多年來(lái)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)確定，一般采用電力系統(tǒng)最大負(fù)荷的百分?jǐn)?shù)來(lái)計(jì)算。根據(jù)歷史統(tǒng)計(jì)資料分析，事故備用容量大致為系統(tǒng)最大負(fù)荷的8%～10%。
為保證系統(tǒng)中最大機(jī)組事故時(shí)有替代容量，事故備用容量應(yīng)不小于系統(tǒng)中最大機(jī)組的容量。
2．經(jīng)濟(jì)比較法
估算出電力用戶(hù)因系統(tǒng)事故停電所造成的損失，和安裝事故備用容量的費(fèi)用進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，通過(guò)比較可以確定出經(jīng)濟(jì)而有利的事故備用容量。
3．用概率理論計(jì)算事故備用容量
用概率理論計(jì)算事故備用容量，是基于系統(tǒng)中機(jī)組發(fā)生事故具有隨機(jī)性的特點(diǎn)所形成的方法，該方法在后邊發(fā)電系統(tǒng)可靠性分析中將具體介紹。
系統(tǒng)事故備用容量應(yīng)在各種電源間進(jìn)行合理分配，一般可按各電源工作容量的比例進(jìn)行，調(diào)節(jié)性能良好，靠近負(fù)荷中心的火電廠(chǎng)，可擔(dān)任較大的事故備用容量。在進(jìn)行事故備用容量的分配時(shí)還要考慮以下情況：
（1）一般水電廠(chǎng)擔(dān)任事故備用容量時(shí)，需要有相應(yīng)的事故備用庫(kù)容。
（2）火電廠(chǎng)擔(dān)任事故備用容量時(shí)，應(yīng)將其大部分設(shè)置在運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)組上，以提高系統(tǒng)供電的可靠性。也就是火電廠(chǎng)要設(shè)有部分熱備用，以利于系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，和事故時(shí)周波的穩(wěn)定。
因火電廠(chǎng)機(jī)組經(jīng)濟(jì)出力在80%-90%之間,其欠載部分可在系統(tǒng)發(fā)生事故時(shí)投入而滿(mǎn)載運(yùn)行。
四、檢修備用
電力系統(tǒng)中的機(jī)組設(shè)備，均需要進(jìn)行定期預(yù)防性檢修，電廠(chǎng)設(shè)備的檢修主要有大修，小修及事故修理三種，事故修理由事故備用容量來(lái)解決，檢修備用只考慮大修和小修。
檢修備用容量的確定，主要取決與每臺(tái)機(jī)組檢修所需要的時(shí)間，和兩次檢修之間的時(shí)間間隔。
確定機(jī)組檢修的時(shí)間和時(shí)間間隔，主要考慮機(jī)組的工作年限，檢修質(zhì)量，及備用備件供應(yīng)情況等。一般火電機(jī)組大修周期為1～2年，檢修時(shí)間為30天左右，水電機(jī)組大修周期為2～3年，檢修時(shí)間為20天左右，小修每年一次約需5天左右。一般對(duì)電力系統(tǒng)機(jī)組的檢修，首先應(yīng)考慮利用年負(fù)荷的季節(jié)低落時(shí)，所空閑出來(lái)的容量進(jìn)行機(jī)組檢修。
注意到:只有當(dāng)季節(jié)性低落所空閑出來(lái)的容量，不足以保證全部機(jī)組周期性檢修時(shí)，才需要設(shè)置檢修備用容量。
檢修備用容量的確定，應(yīng)在年負(fù)荷曲線(xiàn)上進(jìn)行，一般為系統(tǒng)最大負(fù)荷的12%-15%。
依據(jù)百分?jǐn)?shù)估計(jì)法，一般系統(tǒng)總備用容量約占系統(tǒng)最大負(fù)荷的20%左右。