分時(shí)段多目標(biāo)火電發(fā)電機(jī)組調(diào)峰調(diào)頻控制技術(shù)研究

摘要：為了更好地適應(yīng)電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻的需求，減少負(fù)荷波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的影響，保持電網(wǎng)的頻率和電壓穩(wěn)定，對(duì)不同時(shí)期多目標(biāo)火力發(fā)電機(jī)組的調(diào)峰調(diào)頻控制技術(shù)進(jìn)行了研究。利用傳感器和數(shù)據(jù)采集器收集、過濾、放大火力發(fā)電機(jī)組參數(shù)。在開始時(shí)，給單位負(fù)荷設(shè)定周期和目標(biāo)。基于時(shí)間周期，用SoC設(shè)置峰值頻率調(diào)制控制區(qū)域，實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組的協(xié)調(diào)峰值頻率調(diào)制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該技術(shù)可以加快負(fù)荷響應(yīng)速度，優(yōu)化峰值和調(diào)頻控制，更好地適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷的變化，提高電網(wǎng)運(yùn)行效率。

關(guān)鍵詞：分時(shí)段多目標(biāo) 火電發(fā)電機(jī)組 調(diào)峰 調(diào)頻

中圖分類號(hào)：TM734" " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(jī)組作為電力系統(tǒng)中的基礎(chǔ)負(fù)荷單元，其運(yùn)行穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)能力直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。然而，隨著風(fēng)電、光伏等可再生能源的大規(guī)模并網(wǎng)，電力系統(tǒng)的負(fù)荷特性發(fā)生了顯著變化，對(duì)火電機(jī)組的調(diào)峰調(diào)頻能力提出了更高要求。近年來，國內(nèi)外學(xué)者在火電機(jī)組調(diào)峰調(diào)頻控制技術(shù)方面進(jìn)行了大量研究，雖然取得了顯著進(jìn)展，但是仍然存在不足。例如：郝玲等人[1]提出，通過調(diào)整火電發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷給定值，直接控制機(jī)組的發(fā)電出力，以適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷的波動(dòng)，然而該方法對(duì)機(jī)組的靈活性要求較高，頻繁調(diào)整負(fù)荷可能會(huì)影響機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。李項(xiàng)[2]提出技術(shù)采用啟停調(diào)峰控制原理實(shí)現(xiàn)調(diào)峰調(diào)頻控制，但是頻繁啟停會(huì)增加機(jī)組的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力，對(duì)機(jī)組的壽命造成一定影響?；诖?，本文旨在探討分時(shí)段多目標(biāo)火電發(fā)電機(jī)組調(diào)峰調(diào)頻控制技術(shù)，以期為提升火電機(jī)組的綜合性能、增強(qiáng)電網(wǎng)的靈活性和可靠性提供新的思路和方法。

1分時(shí)段多目標(biāo)火電發(fā)電機(jī)組調(diào)峰調(diào)頻控制技術(shù)

1.1火電發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)采集

火電發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的采集是確保機(jī)組安全、高效運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，也是后續(xù)調(diào)峰調(diào)頻控制的基礎(chǔ)。

根據(jù)火電發(fā)電機(jī)組的特性和運(yùn)行需求，確定需要采集的參數(shù)，全面反映機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)和性能[3]。采用高精度、可靠傳感器與IEC標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集器，誤差率遠(yuǎn)低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)99.99%準(zhǔn)確性。部署于機(jī)組關(guān)鍵部位，即時(shí)捕捉并高速傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集器對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)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(yīng)；表示離散時(shí)間信號(hào)；表示放大倍數(shù)（增益）。通過濾波處理去除噪聲和干擾，提高信號(hào)的信噪比。然后，根據(jù)需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大處理，以滿足后續(xù)處理或顯示的要求[5]。

1.2火電發(fā)電機(jī)組時(shí)段劃分與多目標(biāo)設(shè)定

火電發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)采集完畢后，接下來，劃分時(shí)段，在每個(gè)時(shí)段開始時(shí)，設(shè)定機(jī)組的目標(biāo)負(fù)荷。

時(shí)段劃分應(yīng)基于電網(wǎng)負(fù)荷特性、風(fēng)電出力特性、火電發(fā)電機(jī)組運(yùn)行特性與市場需求等因素綜合考慮。主要目的是優(yōu)化火電機(jī)組的運(yùn)行效率，提高電網(wǎng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性[6]。多目標(biāo)設(shè)定應(yīng)兼顧火電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、安全性以及電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性。不同時(shí)段下，火電機(jī)組的優(yōu)化目標(biāo)可能有所不同，如下表1所示。

火電發(fā)電機(jī)組時(shí)段劃分與多目標(biāo)設(shè)定是火電機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。通過合理的時(shí)段劃分和多目標(biāo)設(shè)定，可以提高火電機(jī)組的運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)滿足電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性要求[7]。

1.3火電發(fā)電機(jī)組調(diào)峰調(diào)頻協(xié)調(diào)控制

基于上述劃分的時(shí)段與多目標(biāo)設(shè)定，對(duì)火電發(fā)電機(jī)組實(shí)行調(diào)峰調(diào)頻協(xié)調(diào)控制，旨在確?；痣姍C(jī)組能夠根據(jù)電網(wǎng)的需求靈活地調(diào)整其出力和頻率，以維持電網(wǎng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度中心的指令和電網(wǎng)實(shí)時(shí)負(fù)荷情況，對(duì)電網(wǎng)未來一段時(shí)間的負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測，為火電機(jī)組的調(diào)峰調(diào)頻提供依據(jù)。并根據(jù)負(fù)荷預(yù)測結(jié)果，確定儲(chǔ)能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)（State of Charge，SOC），設(shè)定調(diào)峰調(diào)頻協(xié)同控制區(qū)，優(yōu)化儲(chǔ)能充放電，實(shí)現(xiàn)電力調(diào)峰調(diào)頻并保障儲(chǔ)能健康運(yùn)行。

利用高精度傳感器持續(xù)追蹤電網(wǎng)的實(shí)際頻率，并實(shí)時(shí)與預(yù)設(shè)的額定頻率進(jìn)行比對(duì)，計(jì)算出頻率偏差值。基于這一偏差的幅度與方向性評(píng)估，判斷儲(chǔ)能系統(tǒng)介入調(diào)頻的必要性。一旦判定需要儲(chǔ)能系統(tǒng)參與，將依據(jù)下垂控制策略，自動(dòng)調(diào)整儲(chǔ)能裝置的輸出功率，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、快速的響應(yīng)。這一過程旨在有效補(bǔ)償電網(wǎng)頻率的波動(dòng)，確保電網(wǎng)頻率穩(wěn)定在安全范圍內(nèi)，從而維護(hù)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行與供電質(zhì)量，公式如下所示。

式（3）中：表示儲(chǔ)能系統(tǒng)輸出功率；表示基礎(chǔ)功率；表示下垂系數(shù)；表示電網(wǎng)頻率偏差。在調(diào)頻過程中，持續(xù)監(jiān)控儲(chǔ)能系統(tǒng)的SoC狀態(tài)，確保SoC不會(huì)因過度充放電而進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)間。根據(jù)SoC狀態(tài)和電網(wǎng)頻率的實(shí)時(shí)變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整控制策略中的下垂系數(shù)，以實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的調(diào)頻效果。

2實(shí)驗(yàn)分析

2.1實(shí)驗(yàn)對(duì)象

選擇一臺(tái)600 MW的超超臨界火電機(jī)組作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。該機(jī)組具備完善的汽輪機(jī)、鍋爐與控制系統(tǒng)，能夠滿足深度調(diào)峰調(diào)頻的實(shí)驗(yàn)需求?；痣姍C(jī)組的基本參數(shù)如表2所示。

在實(shí)驗(yàn)開始前，機(jī)組已完成檢修調(diào)試，確保各系統(tǒng)處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。機(jī)組已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行了一段時(shí)間，各項(xiàng)參數(shù)均在正常范圍內(nèi)波動(dòng)，無異常報(bào)警和故障記錄。燃料系統(tǒng)已經(jīng)校準(zhǔn)，輔助系統(tǒng)就緒，滿足實(shí)驗(yàn)條件。

2.2實(shí)驗(yàn)環(huán)境與準(zhǔn)備

為了確保火電發(fā)電機(jī)組調(diào)峰調(diào)頻控制實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行，搭建如表3所示的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

按照表3對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境配置設(shè)計(jì)完畢后，將機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定在280 MW，并維持該負(fù)荷15 min確保機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。在DEH和CCS系統(tǒng)上設(shè)置調(diào)頻-負(fù)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(duì)選定的超臨界火電機(jī)組進(jìn)行調(diào)峰調(diào)頻控制。為了驗(yàn)證提出技術(shù)的可行性與控制效果，采用對(duì)比實(shí)驗(yàn)，將提出的調(diào)峰調(diào)頻控制技術(shù)設(shè)置為實(shí)驗(yàn)組，將郝玲等人[1]、李項(xiàng)[2]提出的控制技術(shù)分別設(shè)置為對(duì)照組1與對(duì)照組2，對(duì)比三種技術(shù)的平均負(fù)荷響應(yīng)速度。首先，記錄機(jī)組在不同負(fù)荷和頻率下的運(yùn)行參數(shù)。設(shè)定5種不同的負(fù)荷變化場景，在這些場景下應(yīng)用三種控制技術(shù)，測定火電發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷響應(yīng)速度，對(duì)比結(jié)果如圖1所示。

通過上述5種負(fù)荷變化場景的實(shí)驗(yàn)對(duì)比，可以得出以下結(jié)論：本文提出的技術(shù)均表現(xiàn)出更快的負(fù)荷響應(yīng)速度，調(diào)峰調(diào)頻控制效果更好，當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷發(fā)生快速變化時(shí)，發(fā)電機(jī)組能夠迅速調(diào)整其輸出功率以匹配負(fù)荷需求，從而減少負(fù)荷波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的影響，保持電網(wǎng)的頻率和電壓穩(wěn)定，適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷的變化，提升電網(wǎng)運(yùn)行效率。

3結(jié)語

在電力系統(tǒng)的復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境中，分時(shí)段多目標(biāo)火電發(fā)電機(jī)組調(diào)峰調(diào)頻控制技術(shù)的研究與應(yīng)用，為了提升電網(wǎng)的靈活性和穩(wěn)定性開辟了新的路徑。通過深入研究不同時(shí)段電網(wǎng)負(fù)荷的特性，結(jié)合火電發(fā)電機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行狀況，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)組的精準(zhǔn)調(diào)控，有效應(yīng)對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷的快速波動(dòng)和多樣化需求。展望未來，隨著智能電網(wǎng)和可再生能源的快速發(fā)展，將持續(xù)深化分時(shí)段多目標(biāo)調(diào)峰調(diào)頻控制技術(shù)的研究，不斷優(yōu)化控制策略，提升機(jī)組性能，為推動(dòng)電力行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展作出更大貢獻(xiàn)。

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