新型电力系统下燃煤火电机组一次调频面临的挑战与展望

频率稳定是未来新型电力系统运行的最关键要求之一。中国的能源禀赋决定了燃煤火电机组是最核心、最可靠的一次调频资源。然而,燃煤火电已开始出现一次调频能力不足的趋势。为了满足当前和长远发展的需要,文中综述了燃煤火电在一次调频领域所面临的挑战、研究现状和关键科学问题。首先,总结了新型电力系统发展背景下火电一次调频的4个重要趋势,分析了下一步调频在电网和火电厂运行中的不足,提炼出提高一次调频能力和快速准确模拟调频的关键挑战。其次,从电网和火电厂运行的双向视角,综述了调频能力提升和调频动态仿真的研究现状和存在的问题。最后,结合上述挑战和瓶颈,展望了未来新型电力系统火电一次调频的关键技术问题。

新型电力系统下火电机组灵活性运行技术发展及挑战

“双碳”背景下,新能源开始大规模并网发电,但新能源发电的随机性与波动性对电网造成一定冲击,亟需构建新型电力系统。在这一过程中,作为电力系统的基石,传统火电将向提供可靠容量、调峰调频等辅助服务的基础保障性和系统调节性电源转型,火电机组的灵活性改造成为必然选择。分析了构建新型电力系统的阶段性目标及面临的困难与挑战,探讨了现阶段火电机组灵活性改造遇到的问题,结合火电运行数据,分析火电机组配置储能设备的技术途径。研究认为:构建新型电力系统过程中存在着电力系统不稳定、传统火电转型困难、能耗大、环保压力大等问题;火电机组本体的灵活性改造面临调峰能力不足、运行成本较高、负荷响应慢、运行能耗大及安全性不高等问题;通过火电加储能的运行模式会带来较好的经济效益和环境效益。

考虑新能源消纳的火电机组多时间尺度调度方法

在火电机组工作过程中,受到新能源消纳能力评估方法的影响,导致调度后机组新能源消纳比例较低,由此,提出考虑新能源消纳的火电机组多时间尺度调度方法。深入分析电力用户的需求响应情况,建立符合电力市场发展需求的调度模型。依托于概率分析算法,设计新能源消纳能力量化评估方法,得到新能源弃电率;结合消纳评估结果,从日前、日内2个尺度设计多时间尺度优化调度策略,按照长时间、短时间2种尺度,根据储能设备变化功率实时修正日内调度方案;将遗传算法与变异交叉操作相结合,获取最优调度解。算例分析结果表明,应用所提出的调度方法后,火电机组的新能源消纳比例有所提升。

大规模新能源并网下火电机组深度调峰优化调度

当前,火电机组亟须进行深度调峰改造来提高电网大规模新能源消纳能力。文中对大规模新能源并网下火电机组深度调峰优化调度进行研究。首先,分析火电机组深度调峰成本,建立火电机组深度调峰的能耗成本、运行补偿收益以及备用容量成本的数学模型;然后,以综合运行成本最低为目标函数,建立考虑火电机组运行约束的深度调峰调度模型,并使用分支定界法求解调度模型;最后,以8台火电机组、1个风电场和1个光伏电站构成测试系统,分别从调峰深度、新能源消纳量、火电企业收益等方面对大规模新能源并网下火电机组深度调峰优化调度进行分析。算例结果表明:在文中所建优化调度模型中,火电机组深度调峰能显著提高新能源消纳量,但火电机组单位发电成本提高,火电机组效益明显下降。在当前深度调峰补偿标准下,火电机组深度调峰效益低于基本调峰。

耦合氢储能的火电机组在新型电力系统中的应用研究

氢储能作为新型电力系统的重要储能手段之一,对于促进新能源发电消纳,实现大容量、长时期储能,确保电网系统的安全稳定具有重要意义。国内氢储能技术还处于示范应用阶段,需探索出可推广的应用方案。基于火电机组参与电网调峰、新型电力系统以及电力现货市场交易等电力行业发展趋势,结合具体项目分析了火电企业耦合氢储能的必要性以及可行性,为新型电力系统下火电企业转型发展、效益提升、减碳运行提供了参考。

基于新型电力系统的退役火电机组改调相机运行研究

为构建以新能源为主体的新型电力系统,实现"碳达峰、碳中和"的战略目标,新能源和特高压交直流输电工程呈现加速发展态势,大量火电机组提前退役,由此带来的电压稳定问题直接威胁电力系统的安全稳定运行。分析了山东电网电压稳定风险及其影响因素,提出将退役火电机组改调相机运行以满足新型电力系统电压稳定需求的方法。论证了技术改造的可行性,并以山东电网为例,验证了火电机组改调相机后对于提升电网电压稳定性、改善新能源并网特性。

风光储微电网-火电机组黑启动全过程储能控制策略研究

在风光新能源微电网中,配置储能可以作为稳定电源点实现风光储微电网-火电机组黑启动。为实现黑启动过程中稳定供电,研究了黑启动全过程储能控制策略,提出了一种变斜率储能换流装置电压控制方案,并在传统无功-电压下垂控制中引入变斜率传递函数模块;再提出一种黑启动并列运行时含有非线性补偿模块的下垂控制方案,并通过小信号模型进行稳定性分析。仿真结果表明:电压控制方案可以抑制黑启动建压过程中的冲击电流,保持储能空充线路时电压稳定;新型下垂控制方案可以抑制风光储微电网-火电机组并列运行时,频率、电压暂态波动。控制策略可以满足风光火储黑启动全过程要求。

大规模新能源集中外送系统源网协调风险及仿真评估

大规模新能源集中外送系统新能源占比高、耐受直流故障扰动冲击能力低,在源网协调方面存在较为突出的问题。该文分析了我国大规模新能源集中外送系统主要的风险隐患,包括电压波动、频率波动和低频振荡问题。指出大规模新能源集中外送系统源网协调仿真评估的建模重点,包括励磁系统辅助控制环节、发电机涉网保护、含动力系统的发电机调速控制精细化建模等方面。提出了大规模新能源集中外送系统源网协调仿真评估流程及注意事项,可为实际电网源网协调提供参考。

一种适应新型电力系统的加速型工程最速比例 积分控制器

在以新型绿色能源的快速发展为代表的新能源革命的发展进程中,从现有火电机组重要过程控制回路实现深度调峰、快速调频性能的角度,传统的比例积分微分(proportional-integral-derivative,PID)控制技术难以再适应。为此,发明工程最速控制器(engineering fastest controller,EFC),显著提高反馈控制性能,适应目前新型绿色能源快速发展的客观需要。但是构造EFC的工程最速比例积分(engineering fastest proportional-integral,EFPI)控制器存在控制性能相对不高的问题,EFPI难以单独运用,需要针对EFPI存在的问题进行改进;因此提出加速型工程最速跟踪滤波器(acceleration engineering fastest tracking filter,AEFTF),采用AEFTF构造出加速型工程最速比例积分(acceleration engineering fastest proportional-integral,AEFPI)控制器,实现一种工程上的加速型最速控制性能,相对EFPI,有效提高了控制性能。通过将AEFPI与EFPI、最优PI(optimal proportional-integral,OPI)控制进行对比,验证了AEFPI的控制性能明显优于EFPI、OPI。所给出的典型工程应用案例证明:与PI控制相比,AEFPI显著提高了现有火电机组的过程控制性能。AEFPI是EFC的继续深入发展,AEFPI、EFC的快速发展为新能源革命提供动力。

一种位域比例观测器及其在火电机组过程控制中的应用

随着新型绿色能源装机容量的快速增长,电网亟需快速增加深度调峰、快速调频能力。现有火电机组是实现电网快速增加深度调峰、快速调频能力的主力军。工程最速控制器(engineering fastest controller,EFC)奠定了现有火电机组实现电网快速增加深度调峰、快速调频能力的良好基础,但在其应用过程中发现,重要过程参数大幅超标的风险始终无法避免。针对此,运用一位式控制技术发明一种位域比例观测器(position zone proportion observer,PZPO),并结合EFC应用,进一步提升EFC的综合控制性能,有效降低了重要过程参数大幅超标的风险。仿真实验验证了PZPO的应用效果,典型工程应用案例证明PZPO进一步提升了火电机组深度调峰、快速调频能力,有助于新型绿色能源的消纳和快速发展。

新建火电机组电气设计需注意的问题

针对300 MW及以上火电机组运行投产后电气方面存在的设计不合理、不利于检修及运行、耗能高等问题,以天津军粮城发电有限公司新扩建机组为例,提出了保安电源、高压电动机、氢冷发电机、低压动力中心等设计时需要注意的问题,同时指出施工前应加强设计图纸的审查、重视设备的出厂验收,确保机组安全、稳定运行。

网源协调管理方法研究

针对当前新能源高占比以及常规火电机组节能、环保等管控形势的日趋严峻,在电网设备运行风险管控、涉网设备管理及技术监督方面存在很多短板和不足等问题,提出“三全三化”网源协调管理方法,加强技术监督与管控,强化电网支撑能力,加强源侧信息的互联互通,全面提升网源协调涉网监督管理支撑水平。

新建火电机组热工调试工程实践与研究

电能是我国经济社会发展的能源基础,火电在我国的电力结构之中仍然占据着很大的比重。火力发电必须要有安全可靠的大容量和高参数的发电机组,因此新建火电机组热工调试必须受到重视。本文从新建火电机组热工调试的意义、调试的简要流程以及调试的内容3个方面进行论述。

新形势下加强火电机组设备安装和调试管理工作的探讨

文章国家电力能源结构调整新形势下火电厂建设工程中机组设备安装和调试的管理工作进行了分析,关键和特殊问题提出了应对办法。

风电与火电机组的一次调频特性探讨及比较

针对风电与火电机组的一次调频技术进行分析和比较,并且对于风电一次调频技术的可持续发展进行了实际分析和讨论。

计及火电经济出力和最小技术出力的抽水蓄能合理规模预测

针对新型电力系统下论证抽水蓄能规模时,采用的多能互补平衡模型仅计及火电最小技术出力进行燃煤机组调峰所带来的深度调峰高昂的成本,忽略了燃煤机组与抽水蓄能机组协调运行的经济性问题,提出将火电经济出力系数与火电最小出力系数作为火电与抽水蓄能协调运行的判别指标,并将其纳入原多能互补平衡分析模型,从经济性角度,以总年费用最小为目标,预测抽水蓄能规模。以某电网为实例,阐述抽水蓄能规模的论证过程,可为类似电网电源发展规划和工程前期设计工作提供借鉴。

火电机组灵活性技术改造热力特性试验研究

供热机组进行灵活性改造,对其热力特性进行试验研究。结果表明,在供热工况平均供热负荷为327.86 MW(1180.31GJ/h)时,最小出力平均电负荷为97.88 MW,为机组额定出力的29.66%,锅炉最低蒸发量为447.44 t/h,未投燃油助燃,燃烧稳定;最大出力平均电负荷为310.75 MW,为机组额定出力的94.17%,锅炉最大蒸发量为976.27 t/h。纯凝工况最小出力平均电负荷为96.71 MW,为机组额定出力的29.31%,锅炉最低蒸发量为304.44 t/h,未投燃油助燃,燃烧稳定;最大出力平均电负荷为332.87 MW,为机组额定出力的100.87%,锅炉最低蒸发量为962.70 t/h。主汽、再热汽温度、压力满足汽机运行的需要。