調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)性分析與燃煤機(jī)組調(diào)頻性能提升研究

韓 剛

（國(guó)能（天津）大港發(fā)電廠，天津 300272）

0 引言

國(guó)內(nèi)的發(fā)電中心和用電中心存在著距離跨度大的特點(diǎn)，同時(shí)電力系統(tǒng)一直遵循著大電網(wǎng)、大電機(jī)的發(fā)展方向，具有集中輸配模式運(yùn)行的特點(diǎn)。加上近十年來(lái)來(lái)居民生活用電比率的上升，電動(dòng)汽車的快速發(fā)展，電網(wǎng)受到的沖擊負(fù)荷越來(lái)越嚴(yán)重，這對(duì)電網(wǎng)的調(diào)頻性能要求提出更高的要求。目前，電力系統(tǒng)調(diào)頻主要由火電機(jī)組承擔(dān)，調(diào)頻能力不足，對(duì)于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行形成挑戰(zhàn)。因此，需要建立具備快速、準(zhǔn)確、雙向調(diào)節(jié)等能力的高效調(diào)頻專用機(jī)組。但這些機(jī)組的建設(shè)與運(yùn)行費(fèi)用肯定是高于傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組的，這就要求電力部門制定一套科學(xué)合理的補(bǔ)償機(jī)制，為調(diào)頻機(jī)組的發(fā)展做出積極的推動(dòng)作用。

1 美國(guó)調(diào)頻輔助服務(wù)補(bǔ)償計(jì)算

美國(guó)聯(lián)邦能源管制委員會(huì)（FERC）是負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)美國(guó)電力市場(chǎng)頂層規(guī)則的機(jī)構(gòu)。2011年10月20日FERC發(fā)布了755號(hào)命令，要求美國(guó)電力市場(chǎng)的區(qū)域輸電組織（RTO）/獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)（ISO）在調(diào)頻市場(chǎng)中引入基于調(diào)頻效果的補(bǔ)償機(jī)制，旨在鼓勵(lì)具有快速響應(yīng)特性的資源參與調(diào)頻市場(chǎng)。

在新的補(bǔ)償機(jī)制下，供應(yīng)商提供調(diào)頻服務(wù)所能獲得的激勵(lì)與其響應(yīng)情況有關(guān)，即與其跟蹤AGC信號(hào)的緊密程度有關(guān)。目前，美國(guó)的大多數(shù)電力市場(chǎng)區(qū)域在調(diào)頻市場(chǎng)中己經(jīng)引入并實(shí)施了新的補(bǔ)償方案。

1.1 美國(guó)PJM獨(dú)立調(diào)頻案例

美國(guó)PJM獨(dú)立調(diào)頻案例是美國(guó)PJM公司在獨(dú)立調(diào)頻運(yùn)行過(guò)程中的實(shí)際運(yùn)行工況，它的調(diào)節(jié)信號(hào)與響應(yīng)信號(hào)的變化曲線如圖1所示。

圖1 PJM獨(dú)立調(diào)頻運(yùn)行工況

此案例中，綠色曲線為調(diào)節(jié)信號(hào)，藍(lán)色曲線為響應(yīng)型號(hào)。獨(dú)立調(diào)頻機(jī)組容量為90MW，調(diào)頻運(yùn)行時(shí)間為6min。

需要說(shuō)明的是，為了后文的分析比較方便，對(duì)比更具有說(shuō)服力，下文美國(guó)的三種獨(dú)立調(diào)頻補(bǔ)償計(jì)算都基于圖1的運(yùn)行工況，并且容量?jī)r(jià)格統(tǒng)一設(shè)定為1.95元/MW，調(diào)頻里程價(jià)格統(tǒng)一設(shè)定為1374.8元/（MW*天）。且最后的的計(jì)算結(jié)果都折合為一天的收益，即假設(shè)整天的運(yùn)行工況都與這6min分鐘相似。

這里將這張圖每隔8秒進(jìn)行取點(diǎn)，得到了一系列樣本點(diǎn)。

1.2 PJM調(diào)頻補(bǔ)償計(jì)算

PJM的調(diào)頻補(bǔ)償方案采用兩部制形式，即總體補(bǔ)償分為調(diào)頻容量補(bǔ)償與調(diào)頻里程補(bǔ)償。

式中：Rcap和Rmil分別為容量收益和調(diào)頻里程收益；C和M分別為調(diào)頻容量和調(diào)頻里程；Rcap和Rmil分別為容量?jī)r(jià)格和調(diào)頻里程價(jià)格；A為調(diào)頻性能指標(biāo)。

上述的公式中，C為調(diào)頻機(jī)組的容量。作為計(jì)算單價(jià)的pcp容量?jī)r(jià)格和pmp調(diào)頻里程價(jià)格，由定價(jià)部門給出，所以該計(jì)算方法的關(guān)鍵在于計(jì)算M調(diào)頻里程和A調(diào)頻性能指標(biāo)。

在PJM的相關(guān)規(guī)則中，M直接取為前后兩個(gè)調(diào)頻信號(hào)的差絕對(duì)值的累加。供應(yīng)商的實(shí)際調(diào)頻里程不影響結(jié)算的調(diào)頻里程，但會(huì)影響調(diào)頻性能指標(biāo)。

將上述樣本的數(shù)據(jù)代入，可得調(diào)頻里程M=260MW，放大到一天，即為M=62400MW。

調(diào)頻性能指標(biāo)A由精確性因子Spre、相關(guān)性因子Scor、延遲因子Sdelay，三者加權(quán)得到，三者的加權(quán)系數(shù)k1、k2、k3的取值范圍分別是0.3、0.3、0.4。為了突出調(diào)頻性能某一指標(biāo)的影響，可以對(duì)相應(yīng)的系統(tǒng)做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

將上述樣本的數(shù)據(jù)代入，可得Spre=0.614。

將樣本數(shù)據(jù)代入，可得Scor=0.805。

此處的δ取值為上文Scor取最大值時(shí)的取值，可得Sdelay=0.973。

綜上可得：

A=0.3×0.614+0.3×0.815+0.4×0.973=0.815

Rcap=90×1374.8×0.815=100841.6（元/天）

Pmp=62400×1.95×0.815=99169.2（元/天）

總補(bǔ)償為Rcap+Pmp為200010.8元/天。

1.3 ISO-NE調(diào)頻補(bǔ)償計(jì)算

ISO-NE的調(diào)頻補(bǔ)償方案也采用兩部制形式，但與PJM方案所不同的是，其只在容量收益中考慮調(diào)頻性能指標(biāo)A。同時(shí)，其調(diào)頻里程M的計(jì)算方法也不盡相同。

在ISO-NE的相關(guān)規(guī)則中，調(diào)頻里程為實(shí)際調(diào)頻里程，所謂實(shí)際調(diào)頻里程，區(qū)別于PJM的算法的地方在于只有當(dāng)調(diào)頻里程方向與調(diào)度信號(hào)一致，即調(diào)節(jié)信號(hào)與響應(yīng)信號(hào)的變化方向相同且無(wú)延遲時(shí)（或延遲小于一定的范圍，一般tr為2～4min），這樣的調(diào)頻才能獲得調(diào)頻里程收益。調(diào)頻里程計(jì)算公式為：

將上述樣本的數(shù)據(jù)代入，可得調(diào)頻里程M=260MW，放大到一天，即為M=50880MW。

ISO-NE算法的性能指標(biāo)以實(shí)際的調(diào)頻時(shí)間來(lái)衡量，即當(dāng)調(diào)頻里程方向與調(diào)度信號(hào)一致，且無(wú)延遲時(shí)，這段時(shí)間才是有效時(shí)長(zhǎng)。1減去有效時(shí)長(zhǎng)與結(jié)算時(shí)長(zhǎng)的比值，就是性能指標(biāo)A。

即：

t0為有效時(shí)長(zhǎng)，s0為結(jié)算時(shí)長(zhǎng)，根據(jù)圖2的數(shù)據(jù)可知，t0為272s，s0為360s，可得A=0.756。

圖2 山西某電廠聯(lián)合調(diào)頻運(yùn)行工況

Rcap=90×1374.8×0.756=93541.4（元/天）

Pmp=50800×1.95=99060（元/天）

總補(bǔ)償為Rcap+Pmp為192601.4元/天。

1.4 CAISO調(diào)頻補(bǔ)償計(jì)算

CAISO的調(diào)頻補(bǔ)償方案同樣采用兩部制形式，將總體補(bǔ)償分為調(diào)頻容量補(bǔ)償與調(diào)頻里程補(bǔ)償。但CAISO方案只在調(diào)頻里程收益中考慮調(diào)頻性能指標(biāo)A。而且該計(jì)算方法的調(diào)頻里程M和調(diào)頻性能指標(biāo)A與前面兩種方法都具有較大差別。

CASIO的M取值也是基于調(diào)頻信號(hào)的差的絕對(duì)值，但會(huì)根據(jù)實(shí)際響應(yīng)情況進(jìn)行修正，從而使供應(yīng)商的收益與其實(shí)際表現(xiàn)關(guān)聯(lián)起來(lái)，在調(diào)度區(qū)間[t-1，t]上，其修正后的M取值計(jì)算方法如下：

（1）若（St-1-St-2）（St-St-1）≥0且St-1-St-2≠0，則M=|St-St-1|；

（2）若St-1-St-2≤0且St-St-1＞0且St-Rt-1≥0，或者St-1-St-2≥0且St-St-1＜0且St-Rt-1≤0，則M＝min（|St-St-1|，|St-Rt-1|）；

（3）若St-1-St-2≤0且St-St-1＜0且St-Rt-1＞0，或者St-1-St-2≤0且St-Rt-1＞0且St-Rt-1＜0，則M＝0。

該調(diào)頻里程計(jì)算方式相比PJM與ISO-NE方案有較大改進(jìn)，其在計(jì)算調(diào)頻里程的同時(shí)也考慮了調(diào)頻性能，調(diào)頻里程的值在一定程度上也反應(yīng)了調(diào)頻性能的優(yōu)劣。

經(jīng)過(guò)計(jì)算一天的調(diào)頻里程M=51600MW。

CAISO算法對(duì)向下調(diào)頻和向上調(diào)頻分開計(jì)算調(diào)頻能指標(biāo)，且主要側(cè)重于響應(yīng)的精確度。

即：

式中：Aru，Ard為該周期的向上調(diào)頻和向下調(diào)頻的調(diào)頻性能指標(biāo)；Stava-ru，Stava-rd為向上調(diào)頻和向下調(diào)頻信號(hào)在一個(gè)區(qū)間內(nèi)的平均值；Rtava-ru，Rtava-rd為分別為供應(yīng)商對(duì)應(yīng)向上調(diào)頻和向下調(diào)頻信號(hào)的實(shí)際調(diào)頻里程在一個(gè)區(qū)間內(nèi)的平均值；φ為該周期的數(shù)據(jù)采集周期的集合。

根據(jù)圖2的樣本數(shù)據(jù)，可得Stava-ru=8.93，Stava-rd=8，Rtava-ru=6.75，Rtava-rd=20.06，代入計(jì)算，則Aru=0.756，Ard=0.508，因此，性能指標(biāo)A=0.632。

Rcap=90×1374.8=123732（元/天）

Pmp=51600×1.95×0.632=63591.8（元/天）

總補(bǔ)償為Rcap+Pmp為187323.8元/天。

1.5 本章小結(jié)

將上述三種補(bǔ)償計(jì)算方案統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表1所示。

表1 補(bǔ)償計(jì)算統(tǒng)計(jì)

從表1中可以看出，雖然這三種方案?jìng)?cè)重點(diǎn)各有不同，計(jì)算過(guò)程也有較大差異，造成性能指標(biāo)的值也有一定的差異，但都將收益分為兩部分，都強(qiáng)調(diào)了調(diào)頻里程與調(diào)頻性能對(duì)收益的影響，且最后的總補(bǔ)償結(jié)果差別不大，說(shuō)明這三種補(bǔ)償計(jì)算方法都比較貼合實(shí)際，較為合理，對(duì)國(guó)內(nèi)推出新的調(diào)頻補(bǔ)償方案具有借鑒價(jià)值。

2 國(guó)內(nèi)調(diào)頻輔助服務(wù)補(bǔ)償計(jì)算

中國(guó)具有全世界最大的電網(wǎng)，但我們國(guó)內(nèi)的調(diào)頻輔助市場(chǎng)還不算成熟，盡管如此，國(guó)內(nèi)依然出臺(tái)試行了一些聯(lián)合調(diào)頻的補(bǔ)償結(jié)算方法，如最早出臺(tái)的山西電網(wǎng)，2018年8月2號(hào)南方能監(jiān)局出臺(tái)的《廣東調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)交易規(guī)則》，2018年8月31號(hào)華北能監(jiān)局出臺(tái)的《關(guān)于征求京津唐電網(wǎng)調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)運(yùn)行規(guī)則的函》。本文將根據(jù)這三種補(bǔ)償規(guī)則，做出計(jì)算與比較分析。

2.1 國(guó)內(nèi)聯(lián)合調(diào)頻案例

國(guó)內(nèi)聯(lián)合調(diào)頻案例是國(guó)內(nèi)山西電網(wǎng)某火電加化學(xué)電池聯(lián)合調(diào)頻電廠在調(diào)頻運(yùn)行過(guò)程中的實(shí)際運(yùn)行工況，他的調(diào)節(jié)信號(hào)與響應(yīng)信號(hào)的變化曲線如圖2所示。

此案例中，藍(lán)色曲線為調(diào)節(jié)信號(hào)，紅色曲線為響應(yīng)信號(hào)，綠色曲線為火電機(jī)組負(fù)荷。聯(lián)合調(diào)頻機(jī)組中電池儲(chǔ)能單元容量9MW，選取6min的調(diào)頻運(yùn)行時(shí)間來(lái)計(jì)算。

為了后文的分析比較方便，對(duì)比更具有說(shuō)服力，下文三種國(guó)內(nèi)聯(lián)合調(diào)頻補(bǔ)償計(jì)算都基于圖3的運(yùn)行工況，調(diào)頻里程價(jià)格統(tǒng)一設(shè)定為8元/MW。且最后的的計(jì)算結(jié)果都折合為一天的收益，即假設(shè)整天的運(yùn)行工況都與這6min分鐘相似。

圖3

2.2 京津唐電網(wǎng)聯(lián)合調(diào)頻補(bǔ)償計(jì)算

京津唐電網(wǎng)的聯(lián)合調(diào)頻補(bǔ)償與山西電網(wǎng)類似，同樣只計(jì)算調(diào)頻里程收益。

式中：Rgross為調(diào)頻里程收益，也就是聯(lián)合調(diào)頻補(bǔ)償；Bagc為調(diào)頻補(bǔ)償單價(jià)；

上式中調(diào)頻補(bǔ)償單價(jià)Bagc為京津唐地區(qū)根據(jù)自己的實(shí)際情況而定的一個(gè)補(bǔ)償單價(jià)，這里是需要各個(gè)調(diào)頻電廠投標(biāo)，然后電網(wǎng)選定中標(biāo)價(jià)格而決定的。京津唐地區(qū)的申報(bào)價(jià)格范圍為0～12元/MW，為了比較分析方便，這里同樣使用上文假定的8元/MW的調(diào)頻里程價(jià)格。補(bǔ)償深度D與山西電網(wǎng)的一樣，這里不在贅述。

同樣的性能指標(biāo)調(diào)節(jié)速率K1、調(diào)節(jié)精度K1、響應(yīng)時(shí)間K3計(jì)算方法也一樣，所以這里根據(jù)上文直接得出K1=1.54，K1=1.43，K3=1.87，Kp=4.11。

這里的調(diào)頻里程計(jì)算方法一樣，所以依舊為1560MW。Rgross=1560×2.41×8=30076.8元。

2.3 南方電網(wǎng)聯(lián)合調(diào)頻補(bǔ)償計(jì)算

不同于京津唐電網(wǎng)與山西電網(wǎng)的只計(jì)算調(diào)頻里程收益，南方電網(wǎng)運(yùn)用類似于美國(guó)的兩部制計(jì)算方法。分為AGC容量補(bǔ)償與調(diào)頻里程補(bǔ)償。

C為發(fā)電單元AGC容量，即發(fā)電單元當(dāng)前出力點(diǎn)在5分鐘內(nèi)可調(diào)容量，即7.5%額定容量，本樣本為300MW機(jī)組，所以AGC容量為22.5MW。

T為調(diào)頻服務(wù)時(shí)長(zhǎng)，這里按一天算，即24h。

S為AGC容量補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)，未中標(biāo)3.5元/兆瓦時(shí)，中標(biāo)12元/兆瓦時(shí)，這里按中標(biāo)算。

AGC容量補(bǔ)償=22.5×24×12=6480（元）

三個(gè)性能指標(biāo)同樣為調(diào)節(jié)速率K1、調(diào)節(jié)精度K2、響應(yīng)時(shí)間K3，但計(jì)算方法不再相同，這里重新計(jì)算。

調(diào)節(jié)速率K1：V調(diào)節(jié)=ΔP/（T3-T1）=6.5MW/分鐘；V標(biāo)準(zhǔn)=每分鐘1.5%機(jī)組額定功率=4.5MW/分鐘；

調(diào)節(jié)精度K3：ΔP=|PE-Pref|=1.7MW；ΔP標(biāo)準(zhǔn)=1.5%機(jī)組額定功率=4.5MW；

K3＝1－ΔP/ΔP標(biāo)準(zhǔn)=0.62；

KP=0.25×（2×K1+K2+K3）=0.995。

調(diào)頻里程計(jì)算方法相同，這里同樣為1560MW。

Q為出清邊際價(jià)格，這里也使用上文假定的統(tǒng)一價(jià)格8元/MW。

調(diào)頻里程補(bǔ)償=D×Q×KP=1560×8×0.995=12417.6（元），Rgross=18897.6元。

2.4 本章小結(jié)

將上述三種補(bǔ)償計(jì)算方案統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表2所示。

表2 國(guó)內(nèi)補(bǔ)償計(jì)算統(tǒng)計(jì)

從上述計(jì)算中可以得出，國(guó)內(nèi)這這三種補(bǔ)償規(guī)則在調(diào)頻里程收益方面區(qū)別不大，但容量收益方面只有南方電網(wǎng)出臺(tái)的補(bǔ)償規(guī)則引入了此概念，這對(duì)于具有高性能的調(diào)頻機(jī)組來(lái)說(shuō)，顯然是不太合理的。

從表2中可以看出，三者的總補(bǔ)償具有較大差別，原因在于京津唐算法對(duì)性能指標(biāo)進(jìn)行了改進(jìn)，Kp值為取對(duì)數(shù)然后加一，其他參數(shù)都不發(fā)生改變。這樣的改進(jìn)算法調(diào)頻的收益相對(duì)減少，不同調(diào)頻性能的機(jī)組最后取得的調(diào)頻收益差距也會(huì)相應(yīng)減少。南方電網(wǎng)引入了調(diào)頻容量補(bǔ)償機(jī)制，該算法最后取得的收益為調(diào)頻里程補(bǔ)償跟AGC容量補(bǔ)償之和。同樣的，性能指標(biāo)也作出了相應(yīng)改變，比山西電網(wǎng)算法的Kp值要減少很多。因此即使引入調(diào)頻容量補(bǔ)償機(jī)制，盡管如此，按照這種算法最后取得的收益也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他算法。

綜上，國(guó)內(nèi)的調(diào)頻輔助服務(wù)補(bǔ)償規(guī)則還存在著較大差異，計(jì)算邏輯也不盡相同，這對(duì)于我們國(guó)內(nèi)這樣一個(gè)整體的大電網(wǎng)在調(diào)頻服務(wù)方面來(lái)說(shuō)是不利于促進(jìn)其發(fā)展的，所以，國(guó)內(nèi)的調(diào)頻輔助服務(wù)補(bǔ)償規(guī)則還要繼續(xù)發(fā)展。

2.5 國(guó)內(nèi)外調(diào)頻輔助服務(wù)補(bǔ)償規(guī)則綜合分析

綜合上述兩個(gè)案例的六種算法得出的結(jié)果，可得出基于PJM案例數(shù)據(jù)的得出的性能因子，以及國(guó)內(nèi)算法的性能指標(biāo)Kp。這兩者都是為了衡量調(diào)頻機(jī)組性能而引入的指標(biāo)，但他們無(wú)論是在計(jì)算方法還是在數(shù)值方面都具有較大差異，最終引起總補(bǔ)償收益也具有較大差異。這里分析幾點(diǎn)原因：

（1）調(diào)頻的信號(hào)的快慢差別，PJM案例的調(diào)頻信號(hào)快，通常在幾秒以內(nèi)，而國(guó)內(nèi)的信號(hào)慢，常常在幾分鐘，信號(hào)失真嚴(yán)重；

（2）取樣點(diǎn)的時(shí)間間隔差別，美國(guó)算法的取樣點(diǎn)時(shí)間間隔通常為幾秒，而國(guó)內(nèi)算法的取樣間隔為數(shù)分鐘，造成樣本嚴(yán)重失真，時(shí)間上的尺度差別造成了計(jì)算結(jié)果的差別；

（3）調(diào)節(jié)信號(hào)與響應(yīng)信號(hào)曲線的差別，PJM案例中的兩條曲線比較符合實(shí)際，而國(guó)內(nèi)案例的兩條曲線呈階梯式變化，這在計(jì)算精確性和相關(guān)性時(shí)會(huì)有非常大的差別（比如，在國(guó)內(nèi)案例的調(diào)節(jié)后半段，兩條曲線幾乎是重合的水平線）；

（4）計(jì)算邏輯的差別，美國(guó)的算法中，每一個(gè)小因子的計(jì)算都是應(yīng)用大量的樣本數(shù)據(jù)，從統(tǒng)計(jì)與概率上的概念來(lái)計(jì)算，最后得到性能因子，能比較全面的代表真實(shí)過(guò)程。而國(guó)內(nèi)算法的三個(gè)K值都是選用特殊的點(diǎn)來(lái)進(jìn)行計(jì)算，偶然因素大，不具有全面代表性。

3 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)調(diào)頻性能的提升方法

3.1 提升調(diào)頻性能的常規(guī)運(yùn)行調(diào)整措施

電廠一般采用BF+MW協(xié)調(diào)控制方式。在此種控制方式下，負(fù)荷控制回路由可以快速調(diào)節(jié)的調(diào)門對(duì)相應(yīng)的負(fù)荷指令進(jìn)行動(dòng)作，是快速回路。壓力控制回路控制的壓力穩(wěn)定需要通過(guò)鍋爐這一大遲延環(huán)節(jié)，響應(yīng)速度慢上許多。所以壓力控制是影響直流鍋爐控制系統(tǒng)延遲的最主要節(jié)點(diǎn)。在運(yùn)行過(guò)程中，主蒸汽壓力與機(jī)組負(fù)荷不匹配是影響AGC調(diào)節(jié)性能的主要因素。當(dāng)主蒸汽壓力大幅偏離設(shè)定值，可能會(huì)造成高壓調(diào)門100%全開引發(fā)積分飽和或主蒸汽壓力超限造成鍋爐PCV閥動(dòng)作。為避免上述兩種情況發(fā)生，運(yùn)行值班員不得不限制機(jī)組負(fù)荷升降率。

危害機(jī)組AGC調(diào)頻性能的因素綜合來(lái)看，由于汽輪機(jī)功率可以通過(guò)主汽門開度迅速調(diào)節(jié)，其造成的最終影響的也主要體現(xiàn)在汽水壓力這方面。為了機(jī)組在AGC調(diào)頻運(yùn)行工況中能更合理的調(diào)整主蒸汽壓力與機(jī)組負(fù)荷匹配，可以采取以下調(diào)整方法：

（1）對(duì)調(diào)度計(jì)劃曲線經(jīng)常刷新和關(guān)注，為能夠提前對(duì)主蒸汽壓力調(diào)整打好基礎(chǔ)。在升負(fù)荷前，提前15分鐘提高主蒸汽壓力。若因單臺(tái)給水泵運(yùn)行而影響主蒸汽壓力升高應(yīng)提前啟動(dòng)給水泵（600MW機(jī)組“BLR”方式390MW負(fù)荷工況時(shí)啟動(dòng)給水泵，“BLO”方式400MW負(fù)荷工況時(shí)啟動(dòng)給水泵）；

（2）升負(fù)荷過(guò)程中要加快煤粉燃燒。先增風(fēng)量，氧量偏置設(shè)置正值，開大運(yùn)行磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)的二次風(fēng)門，沒有特殊情況，不允許退出送風(fēng)及風(fēng)門自動(dòng)。同時(shí)可視磨煤機(jī)入口風(fēng)量情況，合理提高一次風(fēng)壓，可高于正常運(yùn)行值，從而提高各磨煤機(jī)運(yùn)行加載壓力。

當(dāng)機(jī)組負(fù)荷達(dá)到目標(biāo)值之前根據(jù)主蒸汽壓力上升情況應(yīng)將氧量、一次風(fēng)壓、磨煤機(jī)加載壓力調(diào)整至正常，防止給煤量超調(diào)后主蒸汽壓力超高限；

（3）機(jī)組負(fù)荷小幅波動(dòng)時(shí)，應(yīng)隨時(shí)確保一臺(tái)備用磨煤機(jī)出口溫度在50℃以上以縮短啟磨過(guò)程中的暖磨時(shí)間，提高啟磨速度，從而提高機(jī)組升負(fù)荷速率。停運(yùn)磨煤機(jī)排渣一次之后禁止再次排渣動(dòng)作，防止因啟磨時(shí)液壓落渣門關(guān)閉而影響啟動(dòng)時(shí)間；

（4）正常調(diào)頻運(yùn)行中，機(jī)組調(diào)整背壓、啟停磨、調(diào)節(jié)磨煤機(jī)加載壓力、增減一次風(fēng)、增減二次風(fēng)、調(diào)整二次風(fēng)門等會(huì)影響主汽壓力的操作都應(yīng)緩慢進(jìn)行，避免引起主蒸汽壓力大幅波動(dòng)；

（5）降負(fù)荷過(guò)程中，為了避免主蒸汽壓力超限而限制負(fù)荷下降的速率，應(yīng)減小各運(yùn)行磨煤機(jī)加載壓力，在保證各磨煤機(jī)運(yùn)行正常情況下減小一次風(fēng)壓，及時(shí)停磨。并且當(dāng)機(jī)組負(fù)荷達(dá)到目標(biāo)值之前并根據(jù)主蒸汽壓力下降情況應(yīng)將氧量、一次風(fēng)壓、磨煤機(jī)加載壓力調(diào)整至正常值，防止給煤量超調(diào)后主蒸汽壓力超低限；

（6）機(jī)組在額定負(fù)荷工況附近運(yùn)行時(shí)，應(yīng)盡量維持主蒸汽壓力穩(wěn)定；

（7）加強(qiáng)吹灰，嚴(yán)格執(zhí)行吹灰制度。同時(shí)，應(yīng)該根據(jù)汽溫、減溫水量和排煙溫度等參數(shù)適當(dāng)?shù)卦黾映箘瑥亩_保撈渣機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行，防止因撈渣機(jī)停運(yùn)而造成限制機(jī)組出力事件發(fā)生；

（8）值長(zhǎng)合理地下達(dá)配煤方式，嚴(yán)格要求輸煤值班員按值長(zhǎng)令上煤，并在日志中做好詳細(xì)記錄；

（9）負(fù)荷升降速率一經(jīng)設(shè)定則不得隨意修改，不得無(wú)故停止升降負(fù)荷操作和退出機(jī)組AGC；

（10）運(yùn)行值班員應(yīng)對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況及時(shí)且詳細(xì)檢查，對(duì)汽機(jī)高調(diào)門、各風(fēng)機(jī)及油站、各給煤機(jī)、磨煤機(jī)及油站和排渣情況等主要輔機(jī)應(yīng)加強(qiáng)巡檢，將勵(lì)磁間、各變頻間空調(diào)列為主設(shè)備檢查范圍，確保所有缺陷能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)、立即聯(lián)系、盡快處理，利用好缺陷管理系統(tǒng)；

（11）當(dāng)協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)存在時(shí)差時(shí)應(yīng)匯報(bào)值長(zhǎng)和部門相關(guān)人員，并及時(shí)聯(lián)系熱工人員、繼電保護(hù)人員檢查遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備。

3.2 常規(guī)措施提高AGC性能對(duì)機(jī)組的影響

電廠的AGC調(diào)頻模式有兩種，即快速的“BLR”模式（跟蹤ACE調(diào)整）與按日計(jì)劃指令的“BLO”模式。電廠為了追求AGC補(bǔ)償收益的最大化，在運(yùn)行的情況下會(huì)首選投“BLR”模式。雖然收益增加了，但也會(huì)造成一系列影響：

（1）機(jī)組如果投“BLR”運(yùn)行模式的話，會(huì)因?yàn)殡娋W(wǎng)頻繁的負(fù)荷變化而使高壓調(diào)門動(dòng)作頻次增加，動(dòng)作幅度也同比增加，高壓調(diào)門受到交變應(yīng)力作用，壽命達(dá)到減少，故障率增加；

（2）機(jī)組AGC調(diào)頻變負(fù)荷時(shí)會(huì)有瞬間的煤量大幅變化，但鍋爐反應(yīng)具有較大延遲，燃燒反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，同時(shí)協(xié)同調(diào)頻動(dòng)作的超調(diào)會(huì)進(jìn)一步加大主蒸汽壓力波動(dòng)，鍋爐即面臨的超壓的安全隱患，也會(huì)因頻繁的交變熱應(yīng)力減少機(jī)組壽命；

（3）機(jī)組AGC投“BLR”調(diào)頻運(yùn)行模式時(shí)，為了保證低負(fù)荷時(shí)具有較快的爬坡率，需要對(duì)滑壓運(yùn)行的曲線下限壓力進(jìn)行上移，使機(jī)組在低負(fù)荷時(shí)仍維持較高的主蒸汽壓力，這就會(huì)使機(jī)組經(jīng)濟(jì)性下降。同時(shí)，給水泵作為是廠內(nèi)的用電大戶，頻繁的調(diào)整給水壓力，也會(huì)使給水泵的耗電率增加；

（4）參與調(diào)頻動(dòng)作的輔機(jī)設(shè)備動(dòng)作頻繁，設(shè)備故障率增加，壽命降低。如一次風(fēng)機(jī)動(dòng)作頻繁，動(dòng)葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)液壓缸滑塊磨損增加；送風(fēng)機(jī)執(zhí)行器同比動(dòng)作次數(shù)增加，可能造成整個(gè)液壓系統(tǒng)磨損加重；給煤量變化幅度增大，磨煤機(jī)的加載壓力變化較大，液壓系統(tǒng)容易泄漏；

（5）機(jī)組參與調(diào)頻運(yùn)行時(shí)，由于需要提高機(jī)組變負(fù)荷速率特別是負(fù)荷超前響應(yīng)，會(huì)對(duì)汽包壓力產(chǎn)生較大影響，汽包壓力波動(dòng)就代表著飽和蒸汽溫度變化，所以汽包產(chǎn)生的熱應(yīng)力也增加，使用壽命降低；

（6）調(diào)頻運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷快速變化引起的汽包壓力、汽包水位的變化也會(huì)非常明顯地加大給水控制難度，同時(shí)為快速響應(yīng)水位的變化，給水系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)需要做出快速響應(yīng)，所以瞬時(shí)流量增減幅度會(huì)加大對(duì)整個(gè)給水系統(tǒng)凝結(jié)水系統(tǒng)的沖擊（機(jī)械應(yīng)力）。

電廠為了減少調(diào)頻考核、提高收益，會(huì)針對(duì)調(diào)頻出現(xiàn)的問題做了一系列的調(diào)整來(lái)應(yīng)對(duì)，但這些調(diào)整措施都是基于機(jī)組設(shè)備本身的，或者對(duì)運(yùn)行手段做出調(diào)整，容易被別的電廠模仿與學(xué)習(xí)，不具備核心的競(jìng)爭(zhēng)力。火電機(jī)組運(yùn)用這些調(diào)整措施還會(huì)對(duì)機(jī)組壽命造成較大影響，從全壽命周期上來(lái)說(shuō)，經(jīng)濟(jì)效益不佳，而飛輪儲(chǔ)能設(shè)備不存在這些問題，不但自身壽命長(zhǎng)，而且在調(diào)頻運(yùn)行時(shí)不會(huì)對(duì)機(jī)組造成損傷，影響機(jī)組壽命。

3.3 飛輪儲(chǔ)能設(shè)備提升調(diào)頻性能

火電機(jī)組必須經(jīng)過(guò)鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等一系列設(shè)備的復(fù)雜運(yùn)行才能將化石能源轉(zhuǎn)換為電能，其間存在較大的熱慣性延遲與機(jī)械慣性延遲，因此火電機(jī)組對(duì)電網(wǎng)的AGC調(diào)節(jié)信號(hào)響應(yīng)較慢，從而造成調(diào)頻性能不佳。飛輪儲(chǔ)能技術(shù)在功率調(diào)節(jié)方面具有響應(yīng)快、控制精確等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)能量損耗小、運(yùn)行壽命長(zhǎng)、無(wú)污染物排放，在調(diào)頻方面具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，因此將其應(yīng)用在輔助火電機(jī)組調(diào)頻領(lǐng)域，不但可以為電廠帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，也能保護(hù)火電機(jī)組，提高其調(diào)頻運(yùn)行安全性，延長(zhǎng)機(jī)組壽命，最重要的是，可以解放新能源與火電機(jī)組，讓靈活的儲(chǔ)能設(shè)備承擔(dān)調(diào)頻任務(wù)，而新能源與火電機(jī)組承擔(dān)基本負(fù)荷與調(diào)峰任務(wù)。

在二次調(diào)頻過(guò)程中，調(diào)節(jié)速度主要取決于爬坡率。由于飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的大型機(jī)械旋轉(zhuǎn)特性，儲(chǔ)能系統(tǒng)升降負(fù)荷率非常快，能在短時(shí)間內(nèi)響應(yīng)負(fù)荷要求。加入飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)后，當(dāng)電網(wǎng)AGC負(fù)荷發(fā)出后，飛輪迅速動(dòng)作，可以起到提高爬坡率的作用。

但受《兩個(gè)細(xì)則》中算法的限制，倘若當(dāng)AGC信號(hào)大于飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)額定容量，則在計(jì)算調(diào)節(jié)速率K1時(shí)，就把火電機(jī)組響應(yīng)時(shí)間也一同并入調(diào)節(jié)負(fù)荷的總時(shí)間內(nèi)，反而有可能降低機(jī)組調(diào)節(jié)速率K1.因此應(yīng)從兩種情況來(lái)考慮：

（1）當(dāng)AGC信號(hào)小于或等于飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)額定容量時(shí)，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)直接動(dòng)作來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)頻率，整個(gè)過(guò)程中，火電機(jī)組不參與二次調(diào)頻；

（2）當(dāng)AGC信號(hào)大于飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)額定容量時(shí)，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)需等待火電機(jī)組對(duì)信號(hào)作出反應(yīng)。當(dāng)火電機(jī)組開始動(dòng)作時(shí)，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)才能與火電機(jī)組同時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)頻率，避免因火電機(jī)組響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而造成K1值不增反降的情況。

CASE 1：飛輪儲(chǔ)能設(shè)備單獨(dú)動(dòng)作

當(dāng)AGC信號(hào)小于或等于飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)額定容量時(shí)，飛輪系統(tǒng)單獨(dú)動(dòng)作。此時(shí)火電機(jī)組不承擔(dān)調(diào)頻任務(wù)，減輕了火電運(yùn)行的壓力。從圖3中可以看出，由于飛輪儲(chǔ)能具備極高的變負(fù)荷速率，3MW的負(fù)荷能夠在0.1s時(shí)間內(nèi)就能達(dá)到，因此在該調(diào)頻過(guò)程中，火-儲(chǔ)聯(lián)合調(diào)頻系統(tǒng)的爬坡率僅由飛輪特性決定，可到30MW/s，即1800MW/min，由此造成K1值相等大，調(diào)頻收益可觀。

CASE 2：飛輪與火電機(jī)組聯(lián)合動(dòng)作

當(dāng)AGC信號(hào)大于飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)額定容量時(shí)，為了避免因火電機(jī)組響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而造成K1值不增反降的情況，儲(chǔ)能系統(tǒng)需等待火電機(jī)組對(duì)信號(hào)作出反應(yīng)。當(dāng)火電機(jī)組開始動(dòng)作時(shí)，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)才能與火電機(jī)組同時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)頻率。因此在該調(diào)頻過(guò)程中，火-儲(chǔ)聯(lián)合調(diào)頻系統(tǒng)的爬坡率由飛輪特性和火電機(jī)組特性共同決定，因?yàn)锳GC信號(hào)大于飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)額定容量，所以多出的調(diào)節(jié)量需要火電機(jī)組來(lái)彌補(bǔ)。如圖4所示，火電機(jī)組單獨(dú)調(diào)頻的爬坡率為4.5MW/min，而火-儲(chǔ)聯(lián)合調(diào)頻的爬坡率可達(dá)21.6MW/min。

圖4

4 結(jié)語(yǔ)

（1）美國(guó)的調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)發(fā)展程度較我國(guó)先進(jìn)，在調(diào)頻補(bǔ)償收益計(jì)算方面較為合理。在比如說(shuō)衡量性能指標(biāo)方面與調(diào)頻里程計(jì)算方面，有很多值得我們學(xué)習(xí)的地方；

（2）我國(guó)的調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)在摸索中前進(jìn)，各地陸續(xù)出臺(tái)了一些交易規(guī)則，這對(duì)于促進(jìn)我國(guó)的調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)發(fā)展是有利的。但這些計(jì)算方法還存在著取樣點(diǎn)片面，性能指標(biāo)計(jì)算不夠全面的缺點(diǎn)，應(yīng)該繼續(xù)改進(jìn)；

（3）比較美國(guó)與我國(guó)的調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)規(guī)則可以發(fā)現(xiàn)，我國(guó)仍以聯(lián)合調(diào)頻為主，而美國(guó)則為更加先進(jìn)、安全、便捷的獨(dú)立調(diào)頻，這也為我國(guó)的調(diào)頻事業(yè)指出了一個(gè)發(fā)展方向；

（4）相比于火電機(jī)組運(yùn)用自身的運(yùn)行調(diào)整措施來(lái)提升調(diào)頻性能，飛輪儲(chǔ)能不但在性能指標(biāo)上提升幅度較大，而且會(huì)保護(hù)火電機(jī)組，延長(zhǎng)機(jī)組壽命。同時(shí)，飛輪儲(chǔ)能設(shè)備會(huì)顯著提升調(diào)頻性能指標(biāo)中的調(diào)節(jié)速度K1，從而提升KP值，帶來(lái)巨大的調(diào)頻補(bǔ)償收益。