如何實現(xiàn)火電機組對于電網(wǎng)頻率的高效支撐

截至目前，冀北電網(wǎng)新能源裝機占比已達 75.8% ，預(yù)計“十五五”末將升至 85% 左右。新能源占比的快速攀升對火電機組調(diào)頻能力，尤其是對深調(diào)工況下的機組，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)定性防控進入“技術(shù)無人區(qū)”?；痣娮鳛橄到y(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，更是支撐新能源消納、保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。

隨著新能源裝機規(guī)模和發(fā)電占比在冀北電網(wǎng)迅速攀升，其間歇性與隨機性引發(fā)電網(wǎng)頻率波動加劇?；痣娮鳛殡娏?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。國風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“如何實現(xiàn)火電機組對電網(wǎng)頻率的高效支撐？”國網(wǎng)冀北電科院熱控技術(shù)研究所成立“火電機組新型調(diào)頻控制技術(shù)攻關(guān)團隊”，旨在提升火電機組在新型電力系統(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，也見證了團隊在該領(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)團隊基于大量實驗數(shù)據(jù)，深入研究了火電機組在常規(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)用機組多系統(tǒng)蓄熱梯級利用技術(shù)，成功開發(fā)了第一代火電機組智能網(wǎng)源調(diào)頻控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以“跨域?qū)捸摵扇讨悄苷{(diào)頻控制”為核心，融合多維技術(shù)創(chuàng)新，通過開發(fā)機組多系統(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，有效降低了機組一次調(diào)頻無效動作次數(shù)，調(diào)頻合格率普遍提高 20% 以上，最終實現(xiàn)了優(yōu)化機組涉網(wǎng)性能指標。

火電機組在深調(diào)及頂峰負荷工況下，尤其面臨大頻差時，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。儲能雖成本較高，但響應(yīng)速度快且對機組運行安全性影響小。因此，配置少量儲能輔助調(diào)頻，對保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行及提升電廠綜合效益至關(guān)重要。對此，攻關(guān)團隊開發(fā)了火-儲聯(lián)合調(diào)頻智控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過對調(diào)頻需求進行多維度實時分析，精準捕捉儲能最佳出力時機，可有效避免儲能不調(diào)、欠調(diào)、過調(diào)及反調(diào)現(xiàn)象。同時，基于儲能容量實時狀態(tài)，運用智能算法對調(diào)頻功率進行實時優(yōu)化分配，從而顯著提升火電機組調(diào)頻能力。華北電網(wǎng)首臺飛輪儲能調(diào)頻智控系統(tǒng)已在國華三河電廠2號機組投運，將其一次調(diào)頻合格率從 40% 提升至 95% 以上，驗證了技術(shù)的有效性，為火電調(diào)頻能力提升開辟了新路徑。

此外，當前區(qū)域電網(wǎng)頻率波動加劇（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、儲能動作時間點不準等因素，均會顯著增加機組低頻振蕩風險。因此，在提升機組調(diào)頻能力的同時，保障穩(wěn)定調(diào)頻控制至關(guān)重要?；诖?，團隊整合近年火電廠低頻振蕩事故處理經(jīng)驗與技術(shù)積累，成功開發(fā)了低頻振蕩抑制控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具備毫秒級功率波動識別能力，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惡化，保障機組并網(wǎng)安全。目前已在多臺機組進行推廣，有效提升了電網(wǎng)穩(wěn)定性。

攻關(guān)團隊的前期研究成果，為支撐國家電網(wǎng)公司任務(wù)制項目“火電機組深調(diào)狀態(tài)下涉網(wǎng)性能綜合提升技術(shù)”的立項提供了堅實基礎(chǔ)。該項目重點圍繞火電機組調(diào)頻能力在線評估、儲能輔助調(diào)頻技術(shù)深化及調(diào)頻輔助服務(wù)市場機制完善等方向展開研究，旨在全面提升機組在深度調(diào)峰工況下的涉網(wǎng)性能，為電網(wǎng)頻率穩(wěn)定提供更強支撐。自前，團隊牽頭負責課題3“火電機組與多類型儲能耦合的調(diào)頻性能提升技術(shù)”，并承擔課題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“火電機組可靠性及涉網(wǎng)能力提升實驗室”，構(gòu)建火電機組全過程仿真平臺，支撐機組事故復現(xiàn)與分析、涉網(wǎng)性能綜合評價以及先進調(diào)頻控制算法驗證等關(guān)鍵工作，為火電調(diào)頻技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新與發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。■