如何實現火電機組對于電網頻率的高效支撐

截至目前，冀北電網新能源裝機占比已達 75.8% ，預計“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頻能力，尤其是對深調工況下的機組，構成巨大挑戰。傳統調頻方式已難以適應新型電力系統需求，尤其在冀北電網，頻率穩定性防控進入“技術無人區”。火電作為系統重要組成部分，提升其調頻能力不僅能有效緩解電網頻率波動，更是支撐新能源消納、保障電網安全穩定運行的關鍵。

隨著新能源裝機規模和發電占比在冀北電網迅速攀升，其間歇性與隨機性引發電網頻率波動加劇。火電作為電力供應的“壓艙石”和“穩定器”，提升其調頻性能及穩定控制技術，成為保障電網頻率穩定的關鍵。國風冀北電力有限公司立足冀北區域資源稟賦，提出“2024年十大技術問題”，其中，針對“如何實現火電機組對電網頻率的高效支撐？”國網冀北電科院熱控技術研究所成立“火電機組新型調頻控制技術攻關團隊”，旨在提升火電機組在新型電力系統架構下的調頻支撐能力。作為帶頭人，我深知任務的重要性和緊迫性，也見證了團隊在該領域的不懈努力與顯著成果。

在智能網源調頻控制系統的開發與推廣方面，攻關團隊基于大量實驗數據，深入研究了火電機組在常規及深調工況下的調頻制約因素與性能提升路徑，創新應用機組多系統蓄熱梯級利用技術，成功開發了第一代火電機組智能網源調頻控制系統。該系統以“跨域寬負荷全程智能調頻控制”為核心，融合多維技術創新，通過開發機組多系統蓄熱協同調頻控制技術，并配置高精度轉速測量裝置，結合多參數深度融合與自主尋優算法，有效降低了機組一次調頻無效動作次數，調頻合格率普遍提高 20% 以上，最終實現了優化機組涉網性能指標。

火電機組在深調及頂峰負荷工況下，尤其面臨大頻差時，單靠自身蓄熱難以滿足電網調頻需求，影響新能源消納。儲能雖成本較高，但響應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頻，對保障電網安全穩定運行及提升電廠綜合效益至關重要。對此，攻關團隊開發了火-儲聯合調頻智控系統。該系統通過對調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、欠調、過調及反調現象。同時，基于儲能容量實時狀態，運用智能算法對調頻功率進行實時優化分配，從而顯著提升火電機組調頻能力。華北電網首臺飛輪儲能調頻智控系統已在國華三河電廠2號機組投運，將其一次調頻合格率從 40% 提升至 95% 以上，驗證了技術的有效性，為火電調頻能力提升開辟了新路徑。

此外，當前區域電網頻率波動加劇（次數與幅值顯著增加），疊加控制系統參數泛化能力不足、調頻設備故障、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，在提升機組調頻能力的同時，保障穩定調頻控制至關重要。基于此，團隊整合近年火電廠低頻振蕩事故處理經驗與技術積累，成功開發了低頻振蕩抑制控制系統。該系統具備毫秒級功率波動識別能力，采用“常態抑制-迫降-阻斷”一體化策略，有效抑制并阻斷波動惡化，保障機組并網安全。目前已在多臺機組進行推廣，有效提升了電網穩定性。

攻關團隊的前期研究成果，為支撐國家電網公司任務制項目“火電機組深調狀態下涉網性能綜合提升技術”的立項提供了堅實基礎。該項目重點圍繞火電機組調頻能力在線評估、儲能輔助調頻技術深化及調頻輔助服務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峰工況下的涉網性能，為電網頻率穩定提供更強支撐。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頻性能提升技術”，并承擔課題2中“調速器側振蕩抑制裝置”的研發任務。后續，電科院將依托在建的“火電機組可靠性及涉網能力提升實驗室”，構建火電機組全過程仿真平臺，支撐機組事故復現與分析、涉網性能綜合評價以及先進調頻控制算法驗證等關鍵工作，為火電調頻技術的持續創新與發展奠定堅實基礎。■