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N-1系统可靠性

N-1系统可靠性是指当电力系统中的一个主要组件失效后，系统依然可以正常稳定运行。

也就是说相互关联的两个主要组件同时失效的概率被忽略不计。

（来源：微信公众号“黄师傅说电”）

如图的双发电机系统，单台容量100MW，则系统可靠供电容量为100MW，而并非两台机组满负荷下的200MW。

发电机视角下的功率与频率。

所谓系统有功的平衡是指一个电网系统内，其发电功率，损耗功率，用电功率和与其它系统联络线功率之间的平衡。

系统的频率和电压由若干发电机组共同构建，全部发电机组根据相同的转速进行旋转发电，共同促进系统的功率平衡和频率稳定。

从单台发电机视角看，锅炉蒸汽带动汽轮机旋转，汽轮机带动发电机发电。

发电机转子受到汽轮机，也就是原动机的机械力开始旋转，旋转方向与汽轮机所施加的机械力一致。

而发电机带负载后，亦会受到来自负荷的电磁力，方向与机械力相反，双方平衡时，发电机以恒定的转速旋转，保持系统频率。

当发电功率＞用电功率时，相当于原动机的机械力＞负荷的电磁力，发电机旋转方向上的力增加，发电机转速增快，频率增加。

当发电功率＜用电功率时，相当于原动机的机械力＜负荷的电磁力，发电机旋转反方向上的力增加，发电机转速变慢，频率降低。

电力系统的有功-频率静态特性

图为发电机和负荷的有功-频率静态特性曲线，其所指为发电机或负荷在一定频率下稳定运行后，所具备的特性曲线。

当频率不变，发电功率或者负荷功率突然增加时，特性曲线需要平移。

而二者的在同一图中，即为电力系统的有功-频率静态特性。

此时系统工作于平衡点A，对应发电和负荷功率P1，系统频率f1。

一次调频

当负荷突然增加△P后，负荷的有功-频率静态特性曲线上移，即频率暂未改变，负荷功率增大。

此时发电机组马上做出调整，导致系统发电功率＜负荷功率，频率开始降低。

发电机组从蓝色A点，负荷从橙色A点，重新平衡与B点。

B点对应的新频率f2若在允许范围，则系统维持不动，等待下一次波动的自我调整。

这个过程依靠发电机组自带的调速器，属于义务奉献，即一次调频。

二次调频

如果重新平衡的B点频率无法确保系统稳定，即不在允许范围，则需要调用其它方式补充系统发电功率。

此时发电机组具备的调频器，也就是AGC自动发电控制单元会根据调度指令提高发电出力。

对应的发电机组有功-频率静态特性曲线也会上移，发电机组从橙色B点，负荷从蓝色B点，重新平衡与C点。

使得C点对应的频率符合系统要求。

这个过程依靠发电机组配置的调频器，AGC自动发电控制设备，属于有偿服务，即二次调频。

超快速调频和三次调频

一些没有满功率发电的机组，剩余的发电容量可视为旋转备用容量，属于热备。

一些暂时没有并网但可以快速并网的机组，如燃气机组，可以充当系统备用资源，负责二次调频后，系统依然有风险下的资源补充，即三次替代性调频。

而诸如电化学储能电站，因为良好的爬坡能力和响应热性，可以提供低于秒级的调频服务，在国外单独设置了超快速调频服务品种。

新能源机组与转动惯量

传统发电机组因为具备一次调频能力，所以具备转动惯量，防止因为系统频率的偏差而导致的频率偏移，系统崩溃。

但以电力电子变流器接网的风光电站，不具备这样的转动惯量。

所以说当接入的新能源比例越大的电力系统，其转动惯量也相应的减少，而所需要的调节资源也逐渐增多。

新能源电站以近乎为零的边际成本带来了更低的电价，但相应也堆高了系统对于可靠性的备用要求，实际上也增加了另一部分成本。

所以看待新型电力系统下的新能源接入，不能只顾一头，还要从系统的角度看问题，这样放才会更加全面。

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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