如何實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組對(duì)于電網(wǎng)頻率的高效支撐

截至目前，冀北電網(wǎng)新能源裝機(jī)占比已達(dá) 75.8% ，預(yù)計(jì)“十五五”末將升至 85% 左右。新能源占比的快速攀升對(duì)火電機(jī)組調(diào)頻能力，尤其是對(duì)深調(diào)工況下的機(jī)組，構(gòu)成巨大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)調(diào)頻方式已難以適應(yīng)新型電力系統(tǒng)需求，尤其在冀北電網(wǎng)，頻率穩(wěn)定性防控進(jìn)入“技術(shù)無人區(qū)”。火電作為系統(tǒng)重要組成部分，提升其調(diào)頻能力不僅能有效緩解電網(wǎng)頻率波動(dòng)，更是支撐新能源消納、保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

隨著新能源裝機(jī)規(guī)模和發(fā)電占比在冀北電網(wǎng)迅速攀升，其間歇性與隨機(jī)性引發(fā)電網(wǎng)頻率波動(dòng)加劇。火電作為電力供應(yīng)的“壓艙石”和“穩(wěn)定器”，提升其調(diào)頻性能及穩(wěn)定控制技術(shù)，成為保障電網(wǎng)頻率穩(wěn)定的關(guān)鍵。國(guó)風(fēng)冀北電力有限公司立足冀北區(qū)域資源稟賦，提出“2024年十大技術(shù)問題”，其中，針對(duì)“如何實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組對(duì)電網(wǎng)頻率的高效支撐？”國(guó)網(wǎng)冀北電科院熱控技術(shù)研究所成立“火電機(jī)組新型調(diào)頻控制技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)”，旨在提升火電機(jī)組在新型電力系統(tǒng)架構(gòu)下的調(diào)頻支撐能力。作為帶頭人，我深知任務(wù)的重要性和緊迫性，也見證了團(tuán)隊(duì)在該領(lǐng)域的不懈努力與顯著成果。

在智能網(wǎng)源調(diào)頻控制系統(tǒng)的開發(fā)與推廣方面，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)基于大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，深入研究了火電機(jī)組在常規(guī)及深調(diào)工況下的調(diào)頻制約因素與性能提升路徑，創(chuàng)新應(yīng)用機(jī)組多系統(tǒng)蓄熱梯級(jí)利用技術(shù)，成功開發(fā)了第一代火電機(jī)組智能網(wǎng)源調(diào)頻控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以“跨域?qū)捸?fù)荷全程智能調(diào)頻控制”為核心，融合多維技術(shù)創(chuàng)新，通過開發(fā)機(jī)組多系統(tǒng)蓄熱協(xié)同調(diào)頻控制技術(shù)，并配置高精度轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，結(jié)合多參數(shù)深度融合與自主尋優(yōu)算法，有效降低了機(jī)組一次調(diào)頻無效動(dòng)作次數(shù)，調(diào)頻合格率普遍提高 20% 以上，最終實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化機(jī)組涉網(wǎng)性能指標(biāo)。

火電機(jī)組在深調(diào)及頂峰負(fù)荷工況下，尤其面臨大頻差時(shí)，單靠自身蓄熱難以滿足電網(wǎng)調(diào)頻需求，影響新能源消納。儲(chǔ)能雖成本較高，但響應(yīng)速度快且對(duì)機(jī)組運(yùn)行安全性影響小。因此，配置少量?jī)?chǔ)能輔助調(diào)頻，對(duì)保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行及提升電廠綜合效益至關(guān)重要。對(duì)此，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)開發(fā)了火-儲(chǔ)聯(lián)合調(diào)頻智控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過對(duì)調(diào)頻需求進(jìn)行多維度實(shí)時(shí)分析，精準(zhǔn)捕捉儲(chǔ)能最佳出力時(shí)機(jī)，可有效避免儲(chǔ)能不調(diào)、欠調(diào)、過調(diào)及反調(diào)現(xiàn)象。同時(shí)，基于儲(chǔ)能容量實(shí)時(shí)狀態(tài)，運(yùn)用智能算法對(duì)調(diào)頻功率進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化分配，從而顯著提升火電機(jī)組調(diào)頻能力。華北電網(wǎng)首臺(tái)飛輪儲(chǔ)能調(diào)頻智控系統(tǒng)已在國(guó)華三河電廠2號(hào)機(jī)組投運(yùn)，將其一次調(diào)頻合格率從 40% 提升至 95% 以上，驗(yàn)證了技術(shù)的有效性，為火電調(diào)頻能力提升開辟了新路徑。

此外，當(dāng)前區(qū)域電網(wǎng)頻率波動(dòng)加劇（次數(shù)與幅值顯著增加），疊加控制系統(tǒng)參數(shù)泛化能力不足、調(diào)頻設(shè)備故障、儲(chǔ)能動(dòng)作時(shí)間點(diǎn)不準(zhǔn)等因素，均會(huì)顯著增加機(jī)組低頻振蕩風(fēng)險(xiǎn)。因此，在提升機(jī)組調(diào)頻能力的同時(shí)，保障穩(wěn)定調(diào)頻控制至關(guān)重要。基于此，團(tuán)隊(duì)整合近年火電廠低頻振蕩事故處理經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)積累，成功開發(fā)了低頻振蕩抑制控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具備毫秒級(jí)功率波動(dòng)識(shí)別能力，采用“常態(tài)抑制-迫降-阻斷”一體化策略，有效抑制并阻斷波動(dòng)惡化，保障機(jī)組并網(wǎng)安全。目前已在多臺(tái)機(jī)組進(jìn)行推廣，有效提升了電網(wǎng)穩(wěn)定性。

攻關(guān)團(tuán)隊(duì)的前期研究成果，為支撐國(guó)家電網(wǎng)公司任務(wù)制項(xiàng)目“火電機(jī)組深調(diào)狀態(tài)下涉網(wǎng)性能綜合提升技術(shù)”的立項(xiàng)提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。該項(xiàng)目重點(diǎn)圍繞火電機(jī)組調(diào)頻能力在線評(píng)估、儲(chǔ)能輔助調(diào)頻技術(shù)深化及調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制完善等方向展開研究，旨在全面提升機(jī)組在深度調(diào)峰工況下的涉網(wǎng)性能，為電網(wǎng)頻率穩(wěn)定提供更強(qiáng)支撐。自前，團(tuán)隊(duì)牽頭負(fù)責(zé)課題3“火電機(jī)組與多類型儲(chǔ)能耦合的調(diào)頻性能提升技術(shù)”，并承擔(dān)課題2中“調(diào)速器側(cè)振蕩抑制裝置”的研發(fā)任務(wù)。后續(xù)，電科院將依托在建的“火電機(jī)組可靠性及涉網(wǎng)能力提升實(shí)驗(yàn)室”，構(gòu)建火電機(jī)組全過程仿真平臺(tái)，支撐機(jī)組事故復(fù)現(xiàn)與分析、涉網(wǎng)性能綜合評(píng)價(jià)以及先進(jìn)調(diào)頻控制算法驗(yàn)證等關(guān)鍵工作，為火電調(diào)頻技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新與發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。■