分時段多目標火電發電機組調峰調頻控制技術研究

摘要：為了更好地適應電網調峰調頻的需求，減少負荷波動對電網的影響，保持電網的頻率和電壓穩定，對不同時期多目標火力發電機組的調峰調頻控制技術進行了研究。利用傳感器和數據采集器收集、過濾、放大火力發電機組參數。在開始時，給單位負荷設定周期和目標。基于時間周期，用SoC設置峰值頻率調制控制區域，實現火電機組的協調峰值頻率調制。實驗結果表明，該技術可以加快負荷響應速度，優化峰值和調頻控制，更好地適應電網負荷的變化，提高電網運行效率。

關鍵詞：分時段多目標 火電發電機組 調峰 調頻

中圖分類號：TM734" " " " " " " " 文獻標識碼：A

Research on Peak Shaving and Frequency Regulation Control Technology for Multi-Objective Thermal Power Generation Units in Different Periods

ZHONG Huinan

China Energy Engineering Group South China Electric Power Test And Research Institute Co. ， Ltd.， Guangzhou， Guangdong Province， 510000 China

Abstract： In order to better adapt to the demand of peak shaving and frequency regulation of the power grid， reduce the impact of load fluctuation on the power grid， and maintain the frequency and voltage stability of the power grid，" research on peak shaving and frequency regulation control technology of multi-objective thermal power generating units in different periods is carried out. It uses sensors and data collectors to collect， filter， and amplify parameters of thermal power generation units. At the beginning， it sets a cycle and target for the unit load. Based on time periods， it sets the peak frequency regulation control area using SoC to achieve coordinated peak frequency regulation of thermal power units. The experimental results show that this technology can accelerate load response speed， optimize peak shaving and frequency regulation control， better adapt to changes in power grid load， and improve power grid operation efficiency.

Key Words： Multiple-objective in different time periods; Thermal power generating units; Peak shaving; Frequency regulation

火電機組作為電力系統中的基礎負荷單元，其運行穩定性和調節能力直接關系到電網的安全、穩定運行。然而，隨著風電、光伏等可再生能源的大規模并網，電力系統的負荷特性發生了顯著變化，對火電機組的調峰調頻能力提出了更高要求。近年來，國內外學者在火電機組調峰調頻控制技術方面進行了大量研究，雖然取得了顯著進展，但是仍然存在不足。例如：郝玲等人[1]提出，通過調整火電發電機組的負荷給定值，直接控制機組的發電出力，以適應電網負荷的波動，然而該方法對機組的靈活性要求較高，頻繁調整負荷可能會影響機組的運行穩定性和經濟性。李項[2]提出技術采用啟停調峰控制原理實現調峰調頻控制，但是頻繁啟停會增加機組的熱應力和機械應力，對機組的壽命造成一定影響。基于此，本文旨在探討分時段多目標火電發電機組調峰調頻控制技術，以期為提升火電機組的綜合性能、增強電網的靈活性和可靠性提供新的思路和方法。

1分時段多目標火電發電機組調峰調頻控制技術

1.1火電發電機組運行狀態參數采集

火電發電機組運行狀態參數的采集是確保機組安全、高效運行的重要環節，也是后續調峰調頻控制的基礎。

根據火電發電機組的特性和運行需求，確定需要采集的參數，全面反映機組的運行狀態和性能[3]。采用高精度、可靠傳感器與IEC標準數據采集器，誤差率遠低于行業標準，達99.99%準確性。部署于機組關鍵部位，即時捕捉并高速傳輸數據。數據采集器對接收到的數據進行濾波與放大處理，公式如下所示。

式（1）、式（2）中：表示濾波器的沖激響應；表示離散時間信號；表示放大倍數（增益）。通過濾波處理去除噪聲和干擾，提高信號的信噪比。然后，根據需要對信號進行放大處理，以滿足后續處理或顯示的要求[5]。

1.2火電發電機組時段劃分與多目標設定

火電發電機組運行狀態參數采集完畢后，接下來，劃分時段，在每個時段開始時，設定機組的目標負荷。

時段劃分應基于電網負荷特性、風電出力特性、火電發電機組運行特性與市場需求等因素綜合考慮。主要目的是優化火電機組的運行效率，提高電網的可靠性和經濟性[6]。多目標設定應兼顧火電機組的經濟性、環保性、安全性以及電網的可靠性和穩定性。不同時段下，火電機組的優化目標可能有所不同，如下表1所示。

火電發電機組時段劃分與多目標設定是火電機組優化運行的重要環節。通過合理的時段劃分和多目標設定，可以提高火電機組的運行效率和經濟性，同時滿足電網的可靠性和穩定性要求[7]。

1.3火電發電機組調峰調頻協調控制

基于上述劃分的時段與多目標設定，對火電發電機組實行調峰調頻協調控制，旨在確保火電機組能夠根據電網的需求靈活地調整其出力和頻率，以維持電網的穩定性和經濟性。

根據電網調度中心的指令和電網實時負荷情況，對電網未來一段時間的負荷進行預測，為火電機組的調峰調頻提供依據。并根據負荷預測結果，確定儲能系統的荷電狀態（State of Charge，SOC），設定調峰調頻協同控制區，優化儲能充放電，實現電力調峰調頻并保障儲能健康運行。

利用高精度傳感器持續追蹤電網的實際頻率，并實時與預設的額定頻率進行比對，計算出頻率偏差值。基于這一偏差的幅度與方向性評估，判斷儲能系統介入調頻的必要性。一旦判定需要儲能系統參與，將依據下垂控制策略，自動調整儲能裝置的輸出功率，實現精準、快速的響應。這一過程旨在有效補償電網頻率的波動，確保電網頻率穩定在安全范圍內，從而維護電網的穩定運行與供電質量，公式如下所示。

式（3）中：表示儲能系統輸出功率；表示基礎功率；表示下垂系數；表示電網頻率偏差。在調頻過程中，持續監控儲能系統的SoC狀態，確保SoC不會因過度充放電而進入危險區間。根據SoC狀態和電網頻率的實時變化，動態調整控制策略中的下垂系數，以實現更優的調頻效果。

2實驗分析

2.1實驗對象

選擇一臺600 MW的超超臨界火電機組作為實驗對象。該機組具備完善的汽輪機、鍋爐與控制系統，能夠滿足深度調峰調頻的實驗需求。火電機組的基本參數如表2所示。

在實驗開始前，機組已完成檢修調試，確保各系統處于最佳運行狀態。機組已經穩定運行了一段時間，各項參數均在正常范圍內波動，無異常報警和故障記錄。燃料系統已經校準，輔助系統就緒，滿足實驗條件。

2.2實驗環境與準備

為了確保火電發電機組調峰調頻控制實驗順利進行，搭建如表3所示的實驗環境。

按照表3對實驗環境配置設計完畢后，將機組負荷穩定在280 MW，并維持該負荷15 min確保機組運行穩定。在DEH和CCS系統上設置調頻-負荷修正量為0，并檢查各控制畫面顯示正常。

2.3控制效果分析

按照上文提出的流程，對選定的超臨界火電機組進行調峰調頻控制。為了驗證提出技術的可行性與控制效果，采用對比實驗，將提出的調峰調頻控制技術設置為實驗組，將郝玲等人[1]、李項[2]提出的控制技術分別設置為對照組1與對照組2，對比三種技術的平均負荷響應速度。首先，記錄機組在不同負荷和頻率下的運行參數。設定5種不同的負荷變化場景，在這些場景下應用三種控制技術，測定火電發電機組的負荷響應速度，對比結果如圖1所示。

通過上述5種負荷變化場景的實驗對比，可以得出以下結論：本文提出的技術均表現出更快的負荷響應速度，調峰調頻控制效果更好，當電網負荷發生快速變化時，發電機組能夠迅速調整其輸出功率以匹配負荷需求，從而減少負荷波動對電網的影響，保持電網的頻率和電壓穩定，適應電網負荷的變化，提升電網運行效率。

3結語

在電力系統的復雜運行環境中，分時段多目標火電發電機組調峰調頻控制技術的研究與應用，為了提升電網的靈活性和穩定性開辟了新的路徑。通過深入研究不同時段電網負荷的特性，結合火電發電機組的實際運行狀況，該技術實現了對機組的精準調控，有效應對電網負荷的快速波動和多樣化需求。展望未來，隨著智能電網和可再生能源的快速發展，將持續深化分時段多目標調峰調頻控制技術的研究，不斷優化控制策略，提升機組性能，為推動電力行業轉型升級、實現綠色低碳發展作出更大貢獻。

參考文獻

[1]郝玲，陳磊，黃怡涵，等. 新型電力系統下燃煤火電機組一次調頻面臨的挑戰與展望[J].電力系統自動化， 2024， 48 （8）： 14-29.

[2]李項.微電網背景下的燃氣輪機和光儲調頻調峰一體化研究[J].電氣時代， 2023 （10）： 58-61.

[3]陳歡樂，歸一數，陳偉，等. 基于零號高壓加熱器的深度調峰控制策略研究[J].熱能動力工程，2023，38 （1）：98-103.

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