袁春峰 ，劉鍇慧 ，張帆 ，楊浩 ，孫晨陽(yáng) ，魏書(shū)洲 ，王金星 ,?

（1.國(guó)電電力發(fā)展股份有限公司, 北京 100020；2.華北電力大學(xué) 能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院, 河北 保定 071003；3.河北師范大學(xué) 中燃工學(xué)院, 河北 石家莊 050024；4.三河發(fā)電有限責(zé)任公司, 河北 廊坊 065201；5.華北電力大學(xué) 能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院, 北京 102206）

0 引言

隨著世界碳減排任務(wù)的緊迫，中國(guó)作為全球二氧化碳排放大國(guó)，未來(lái)30～40年中國(guó)二氧化碳排放計(jì)劃將備受關(guān)注。為此，中國(guó)政府已提出了“雙碳”戰(zhàn)略規(guī)劃[1]。

為實(shí)現(xiàn)這一階段性戰(zhàn)略，大力發(fā)展新能源電力已成為重要的發(fā)展內(nèi)容，然而新能源電力的不確定性、波動(dòng)性導(dǎo)致了電網(wǎng)側(cè)的不穩(wěn)定。維持頻率的穩(wěn)定是保障電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定的重要方面。電力系統(tǒng)的一次調(diào)頻主要是通過(guò)電網(wǎng)機(jī)組負(fù)荷的快速調(diào)整以達(dá)到電網(wǎng)頻率發(fā)生變化時(shí)的電網(wǎng)頻率穩(wěn)定[2]。由于我國(guó)電力結(jié)構(gòu)的調(diào)整，電力供求關(guān)系呈現(xiàn)出“火電利用小時(shí)整體下降”“峰谷差異大”“自動(dòng)發(fā)電控制(Automatic Generator Control, AGC)調(diào)整頻繁”等問(wèn)題[3]，因此增加了對(duì)火電機(jī)組負(fù)荷調(diào)頻的要求?；痣姍C(jī)組所呈現(xiàn)的高維、非線性控制特性，以及汽輪機(jī)閥門(mén)流量特性等因素對(duì)于系統(tǒng)至關(guān)重要，直接決定著機(jī)組和電網(wǎng)的一次調(diào)頻性能[4]?；痣姍C(jī)組一次調(diào)頻控制是一項(xiàng)綜合性的控制過(guò)程，涉及的技術(shù)指標(biāo)比較多[5]，只有與各方面做到有效協(xié)調(diào)，才能夠達(dá)到理想的效果。一次調(diào)頻控制功能與機(jī)組AGC的協(xié)調(diào)有密切的聯(lián)系，一旦未能有效協(xié)調(diào)，機(jī)組一次調(diào)頻功能就無(wú)法運(yùn)作，嚴(yán)重影響電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定性。當(dāng)汽輪機(jī)閥門(mén)流量特性和重疊度設(shè)置不合適時(shí)，數(shù)據(jù)處理設(shè)備(Data Handling Equipment, DHE)側(cè)的一次調(diào)頻效果就無(wú)法達(dá)到預(yù)期要求，調(diào)頻效果受到嚴(yán)重影響[6]。此外，主蒸汽壓力的偏大和低負(fù)荷工況下壓力的偏低均會(huì)直接影響一次調(diào)頻效果[7]。李強(qiáng)等[8]以700 MW機(jī)組為例進(jìn)行了控制系統(tǒng)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了綜合調(diào)頻性能的顯著提高。因此，在考慮機(jī)組特征參數(shù)的前提下，進(jìn)一步優(yōu)化一次調(diào)頻控制策略是提高調(diào)頻質(zhì)量的重要方面[9]。

本文將結(jié)合當(dāng)前火電機(jī)組一次調(diào)頻技術(shù)的原理、特點(diǎn)及多種一次調(diào)頻技術(shù)的控制策略等方面進(jìn)行系統(tǒng)的介紹和分析匯總，期望為后續(xù)的火電機(jī)組調(diào)頻研究提供參考。

1 機(jī)組一次調(diào)頻技術(shù)

目前機(jī)組一次調(diào)頻技術(shù)可主要分為調(diào)節(jié)閥預(yù)節(jié)流、可調(diào)整回?zé)岢槠{(diào)頻和凝結(jié)水節(jié)流調(diào)頻。例如，余海鵬等[10]采用了預(yù)節(jié)流調(diào)頻技術(shù)，以超超臨界汽輪機(jī)為研究對(duì)象，重點(diǎn)分析了全滑壓運(yùn)行方式，結(jié)果發(fā)現(xiàn)預(yù)先適當(dāng)減小調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，能夠提高機(jī)組的一次調(diào)頻能力。杜洋洋等[11]采用可調(diào)整回?zé)岢槠{(diào)頻對(duì)1 000 MW燃煤火電機(jī)組的省煤器蓄熱的利用過(guò)程展開(kāi)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該技術(shù)可通過(guò)增加回?zé)岢槠岣邫C(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，但在調(diào)頻增減負(fù)荷中由于附加給水加熱器抽汽量而導(dǎo)致裝置效率的降低，彼此抵消后的效果顯示其并不能明顯地影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。劉吉臻等[12]采用了凝結(jié)水節(jié)流調(diào)頻對(duì)1 000 MW超超臨界機(jī)組的凝結(jié)水節(jié)流蓄能系數(shù)展開(kāi)了計(jì)算，結(jié)果發(fā)現(xiàn)凝結(jié)水節(jié)流具有更快的響應(yīng)速度，可通過(guò)調(diào)節(jié)凝結(jié)水流量達(dá)到精準(zhǔn)節(jié)流蓄能，與此同時(shí)，通過(guò)環(huán)境機(jī)爐側(cè)的控制壓力，使動(dòng)態(tài)控制效果更好。圖1呈現(xiàn)了上述一次調(diào)頻的技術(shù)原理。

圖1 三種機(jī)組調(diào)頻技術(shù)原理圖Fig.1 Schematic diagram of frequency modulation technology of three sets

1.1 調(diào)節(jié)閥預(yù)節(jié)流

調(diào)節(jié)閥預(yù)節(jié)流是指工作條件下調(diào)節(jié)閥始終維持一定的節(jié)流狀態(tài)，當(dāng)機(jī)組有調(diào)頻需要時(shí)汽輪機(jī)進(jìn)汽量會(huì)因調(diào)節(jié)閥的瞬時(shí)打開(kāi)而快速增加，并在汽輪機(jī)內(nèi)快速膨脹做功，進(jìn)而通過(guò)增加電功率達(dá)到響應(yīng)一次調(diào)頻指令[13]。對(duì)于各調(diào)節(jié)閥基本維持全開(kāi)狀態(tài)的節(jié)流配汽機(jī)組，此時(shí)變負(fù)荷一般有兩種措施: 一是汽輪機(jī)的負(fù)荷主要由主蒸汽壓力調(diào)控汽輪機(jī)進(jìn)汽量來(lái)完成，通過(guò)數(shù)據(jù)控制信號(hào)發(fā)命令鍋爐給水泵改變轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的改變，但響應(yīng)時(shí)間稍慢；二是采用改變多個(gè)調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度以實(shí)現(xiàn)調(diào)控汽輪機(jī)進(jìn)汽量及焓降的方法，達(dá)到調(diào)節(jié)汽輪機(jī)負(fù)荷的效果[14]。

1.2 可調(diào)整回?zé)岢槠{(diào)頻

可調(diào)整回?zé)岢槠夹g(shù)的工作原理為通過(guò)調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)加熱器的汽量減少，進(jìn)而更多的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)做功，可滿足機(jī)組增加出力的需求，實(shí)現(xiàn)機(jī)組調(diào)頻。在實(shí)際生產(chǎn)中，機(jī)組通過(guò)調(diào)節(jié)抽汽閥可達(dá)到減少抽汽量的目的，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷調(diào)節(jié)需求。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)節(jié)回?zé)岢槠膲毫蜏囟鹊葏?shù)，可達(dá)到對(duì)給水溫度波動(dòng)性“過(guò)濾”的作用[13]。

1.3 凝結(jié)水節(jié)流調(diào)頻

凝結(jié)水節(jié)流調(diào)頻是指在凝汽器和除氧器允許水位條件下，通過(guò)除氧器的上水閥對(duì)凝結(jié)水流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而可通過(guò)控制低壓缸抽汽量的改變而滿足機(jī)組負(fù)荷要求，達(dá)到調(diào)頻的目的。需要指出的是，凝結(jié)水的節(jié)流會(huì)導(dǎo)致除氧器水位的下降，受其尺寸限制，過(guò)度的節(jié)流會(huì)帶來(lái)過(guò)低的水位，進(jìn)而造成水泵聯(lián)鎖停止。因此，如何實(shí)現(xiàn)定量調(diào)節(jié)凝結(jié)水節(jié)流系統(tǒng)以及精準(zhǔn)控制其蓄能成為了待解決的核心問(wèn)題[12]。

綜上所述，三種調(diào)頻技術(shù)的特點(diǎn)見(jiàn)表1。其中調(diào)節(jié)閥預(yù)節(jié)流操作簡(jiǎn)單，但受調(diào)控范圍約束以及安全性差；可調(diào)整回?zé)岢槠{(diào)頻安全性高，但調(diào)頻能力受大頻差影響；凝結(jié)水節(jié)流調(diào)頻響應(yīng)速度快，但受除氧器蓄熱量、凝結(jié)水流量限制。

表1 三種一次調(diào)頻技術(shù)對(duì)比Tab.1 Comparison of three FM techniques

2 輔助一次調(diào)頻技術(shù)

本文所述的輔助一次調(diào)頻技術(shù)主要耦合儲(chǔ)能技術(shù)的輔助調(diào)頻，其中儲(chǔ)能技術(shù)可分為電化學(xué)儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能和機(jī)械儲(chǔ)能等形式[16]，其中超級(jí)電容器(電磁儲(chǔ)能)、蓄電池儲(chǔ)能(電化學(xué)儲(chǔ)能)、抽水蓄能和飛輪儲(chǔ)能(機(jī)械儲(chǔ)能)技術(shù)均可適用于輔助一次調(diào)頻中。抽水蓄能技術(shù)已經(jīng)較為成熟且得到應(yīng)用廣泛，但地理環(huán)境因素制約了它進(jìn)一步的發(fā)展，其他新型儲(chǔ)能輔助調(diào)頻技術(shù)仍處于示范階段。

2.1 蓄電池儲(chǔ)能調(diào)頻

蓄電池儲(chǔ)能調(diào)頻是指通過(guò)電能與化學(xué)能之間的轉(zhuǎn)換達(dá)到對(duì)電能的充放效果。其中蓄電池可分為鉛酸蓄電池、鋰離子電池、液流電池和鈉硫電池。蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)主要由電池系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)(Battery Management System, BMS)、功率變換系統(tǒng)(Power Conversion System, PCS)以及監(jiān)控系統(tǒng)四部分組成。蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可通過(guò)迅速?gòu)浹a(bǔ)功率缺額或吸收有功功率達(dá)到電網(wǎng)頻率穩(wěn)定的效果。在火電機(jī)組進(jìn)行一次調(diào)頻時(shí)，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可通過(guò)快速輔助調(diào)頻而避免機(jī)組到達(dá)自身調(diào)頻的死區(qū)，同時(shí)使頻率迅速恢復(fù)到正常范圍。為此，蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠大大降低火電機(jī)組的調(diào)節(jié)需求，進(jìn)而減少相應(yīng)的設(shè)備磨損，同時(shí)彌補(bǔ)機(jī)組響應(yīng)延遲所引發(fā)的頻率波動(dòng)[17-18]。蓄電池儲(chǔ)能目前存在的不足主要包括造價(jià)較高[19]以及自身儲(chǔ)能容量有限等，現(xiàn)階段鋰離子電池儲(chǔ)能輔助調(diào)頻應(yīng)用較為廣泛。其他電池如鉛蓄電池容易對(duì)環(huán)境造成污染，鈉基電池的運(yùn)行壽命較低，制約了其在輔助調(diào)頻方面的推廣使用[20]。

2.2 飛輪儲(chǔ)能調(diào)頻

飛輪儲(chǔ)能調(diào)頻是指利用電能與飛輪高速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能之間的轉(zhuǎn)換達(dá)到對(duì)電能的充放效果，可通過(guò)調(diào)整飛輪的轉(zhuǎn)速達(dá)到對(duì)能量轉(zhuǎn)換速率的調(diào)節(jié)。其輔助火電機(jī)組調(diào)頻主要是在原機(jī)組上直接增加相應(yīng)的飛輪儲(chǔ)能設(shè)備，并通過(guò)廠用變壓器間接與電網(wǎng)并網(wǎng)，利用二者協(xié)調(diào)動(dòng)作，達(dá)到提高系統(tǒng)的調(diào)頻性能[21]。飛輪儲(chǔ)能的優(yōu)勢(shì)在于可以在短時(shí)間內(nèi)輸出很大的能量，且使用壽命較長(zhǎng)，可達(dá)25年以上，由純機(jī)械結(jié)構(gòu)構(gòu)成，不會(huì)造成污染。需要指出的是，飛輪儲(chǔ)能的能量密度相對(duì)較低，同時(shí)維護(hù)其安全運(yùn)行的成本較高，這也是限制其工業(yè)化推廣的主要因素。綜合而言，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)瞬時(shí)功率大、沒(méi)有環(huán)境污染的特點(diǎn)，也將是代替?zhèn)鹘y(tǒng)不間斷電源(例如蓄電池)的一種潛在推廣應(yīng)用的儲(chǔ)能技術(shù)。

2.3 超級(jí)電容器儲(chǔ)能調(diào)頻

超級(jí)電容器是一種新型儲(chǔ)能裝置。相較于常規(guī)電容器，超級(jí)電容器的電極和電解質(zhì)由特殊材料制成，它的介電常數(shù)、存儲(chǔ)容量和耐壓能力均有提高。

由于超級(jí)電容器內(nèi)部不需要通過(guò)化學(xué)轉(zhuǎn)化儲(chǔ)能，避免了其充放過(guò)程的能量損失和過(guò)程的不可逆性，因此可達(dá)到數(shù)十萬(wàn)次的充放電過(guò)程。超級(jí)電容器儲(chǔ)能調(diào)頻的最大特點(diǎn)是能夠利用其超高的功率密度實(shí)現(xiàn)短時(shí)間高功率的負(fù)荷輸出與儲(chǔ)存。因此十分適合作為輔助設(shè)備來(lái)配合火電機(jī)組進(jìn)行一次調(diào)頻工作[22]，而對(duì)于超級(jí)電容器是最大的受限因素是其投資成本較高以及儲(chǔ)能密度較低。

2.4 耦合輔助調(diào)頻技術(shù)的焦點(diǎn)與難點(diǎn)

火電機(jī)組頻繁調(diào)頻會(huì)引發(fā)一系列參數(shù)波動(dòng)，進(jìn)而使運(yùn)行參數(shù)偏離設(shè)計(jì)工況運(yùn)行，進(jìn)而增加了系統(tǒng)的煤耗和偏離了經(jīng)濟(jì)性參數(shù)適應(yīng)范圍[23]。在實(shí)際應(yīng)用中，凝結(jié)水輔助調(diào)頻控制技術(shù)并不能通過(guò)全關(guān)除氧器水位調(diào)節(jié)閥，最大限度地利用凝結(jié)水輔助調(diào)頻[24]；蓄電池儲(chǔ)能調(diào)頻雖表現(xiàn)出了良好的經(jīng)濟(jì)效益，但也出現(xiàn)了多起安全事故，尤其是鋰電池的使用壽命還不能滿足頻繁的調(diào)頻需求[25]；飛輪儲(chǔ)能調(diào)頻不僅能夠明顯地提高整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度和其調(diào)節(jié)精度，而且能夠通過(guò)平抑機(jī)組短時(shí)間輸出功率的波動(dòng)而降低煤耗，達(dá)到延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命的作用[23]。但目前國(guó)內(nèi)飛輪儲(chǔ)能市場(chǎng)開(kāi)始發(fā)力也只有3～4年時(shí)間，還有許多技術(shù)以及安全上的問(wèn)題亟待解決。如何在保證安全性的前提下提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性是耦合輔助調(diào)頻技術(shù)的焦點(diǎn)與難點(diǎn)所在。

3 一次調(diào)頻系統(tǒng)建模與耦合控制策略

3.1 系統(tǒng)建模研究

實(shí)際機(jī)組工況測(cè)試是探索火電機(jī)組一次調(diào)頻技術(shù)可行性的重要方式，然而頻繁的頻率變動(dòng)和啟停機(jī)也會(huì)帶來(lái)較大的安全隱患和經(jīng)濟(jì)損失。為此，通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算所構(gòu)建的系統(tǒng)模型能夠?qū)?shí)際工況進(jìn)行低成本的預(yù)判。這種研究方式可以克服試驗(yàn)方式存在的弊端。但是，如何科學(xué)準(zhǔn)確地利用仿真模型反映實(shí)際系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)仿真方法需要解決的重點(diǎn)問(wèn)題[26]。目前，對(duì)火電機(jī)組系統(tǒng)建模的研究主要包括對(duì)數(shù)字電液控制(Digital Electric Hydraulic Control,DEH)和協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(Coordination Control System,CCS)系統(tǒng)的建模。

DEH是汽輪機(jī)的主要控制系統(tǒng)，汽輪機(jī)組一次調(diào)頻特性主要體現(xiàn)在DEH的動(dòng)態(tài)特性上[27]，如圖2所示。對(duì)于DEH建模工作，主要的難點(diǎn)在于DEH的執(zhí)行機(jī)構(gòu)——伺服系統(tǒng)的建模和參數(shù)辨識(shí)，電液轉(zhuǎn)換器和油動(dòng)機(jī)是伺服控制系統(tǒng)的兩個(gè)重要部分，其中對(duì)閥門(mén)開(kāi)度信號(hào)的建模精度直接影響著DEH模型的準(zhǔn)確性。同時(shí)，DEH的伺服系統(tǒng)存在一些非線性因素，這與其機(jī)械運(yùn)動(dòng)組件的行程限幅和死區(qū)有關(guān)[28]。因此，對(duì)于DEH系統(tǒng)建模的優(yōu)化工作，充分考慮非線性因素帶來(lái)的影響，能夠進(jìn)一步提高模型的精確度。

圖2 典型機(jī)組DEH調(diào)節(jié)系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型Fig.2 Transfer function model of DEH regulation system of a typical unit

當(dāng)前對(duì)一次調(diào)頻的研究較多都是通過(guò)DEH的建模和仿真來(lái)進(jìn)行的，但機(jī)組的一次調(diào)頻動(dòng)態(tài)特性不僅受DEH影響，也受CCS影響[28]。然而，主蒸汽壓力對(duì)控制功率的影響在多數(shù)DEH模型里并未被考慮。但在實(shí)際運(yùn)行中，主蒸汽壓力會(huì)隨著閥門(mén)開(kāi)度的變化而變化，若在所建模型中忽略主蒸汽壓力的影響，則必須要求鍋爐側(cè)能完全靈活地跟隨汽機(jī)側(cè)，實(shí)際上這是很難達(dá)到的。鍋爐燃燒受傳熱傳質(zhì)速率的限制，具有很大的慣性，為此，考慮CCS系統(tǒng)建模的動(dòng)態(tài)特性和機(jī)組控制系統(tǒng)優(yōu)化具有重要的意義[27]。

3.2 控制策略研究

耦合控制策略主要指系統(tǒng)自身的調(diào)頻與輔助調(diào)頻設(shè)備間的耦合情況銜接時(shí)采用的策略。其主要方式有串聯(lián)運(yùn)行控制方式調(diào)頻、并聯(lián)運(yùn)行控制方式調(diào)頻以及儲(chǔ)能參與一次調(diào)頻的綜合控制策略。三種方式中，串聯(lián)運(yùn)行方式反應(yīng)最迅速，且調(diào)頻功率可分配給儲(chǔ)能設(shè)備及可控負(fù)荷；并聯(lián)運(yùn)行方式下，風(fēng)電等新能源發(fā)電機(jī)組，儲(chǔ)能設(shè)備和可控負(fù)荷可根據(jù)功率分配系數(shù)協(xié)同發(fā)出有功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，但其經(jīng)濟(jì)性不高[29]；儲(chǔ)能參與的調(diào)節(jié)方式中，具有快速響應(yīng)，靈活調(diào)節(jié)，雙向調(diào)節(jié)，容量消耗慢等顯著優(yōu)點(diǎn)，可以有效減小系統(tǒng)最大頻率偏差，改善高風(fēng)電等新能源電力滲透率下的頻率響應(yīng)特性[30]。

4 火電機(jī)組一次調(diào)頻技術(shù)的研究展望

隨著電網(wǎng)峰谷差的加大以及對(duì)電能質(zhì)量要求的嚴(yán)格，消除電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)引起的頻率變化尤為重要，為此增加了電網(wǎng)對(duì)機(jī)組側(cè)的調(diào)頻要求[31]。其中，儲(chǔ)能火電聯(lián)合調(diào)頻技術(shù)在容量?jī)?yōu)化配置方面已被認(rèn)定為是一種可行的方案[32]。圖3為近五年來(lái)對(duì)一次調(diào)頻研究的關(guān)注點(diǎn)，可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)者對(duì)一次調(diào)頻的研究逐漸由自身調(diào)節(jié)向輔助調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)變，甚至進(jìn)一步向耦合新型儲(chǔ)能技術(shù)等方式進(jìn)一步探索。下面簡(jiǎn)單評(píng)述未來(lái)三種潛在的一次調(diào)頻發(fā)展方向，具體如下：

圖3 近五年來(lái)一次調(diào)頻研究關(guān)注點(diǎn)Fig.3 An FM research focus in the last five years

1）基于區(qū)域控制偏差(ACE)模式協(xié)調(diào)優(yōu)化

區(qū)域控制偏差(Area Control Error, ACE)模式協(xié)調(diào)優(yōu)化是指機(jī)組ACE模式下，通過(guò)策略對(duì)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，其優(yōu)化在于結(jié)合AGC考核指標(biāo)算法，提出了機(jī)組負(fù)荷指令超前控制、變負(fù)荷速率校正回路、鍋爐滑壓設(shè)定預(yù)測(cè)控制、鍋爐主控前饋?zhàn)赃m應(yīng)控制、一次調(diào)頻優(yōu)先控制、汽輪機(jī)調(diào)閥流量?jī)?yōu)化等策略，主要是適應(yīng)于未來(lái)能夠大幅提升AGC綜合指標(biāo)。例如，鄒包產(chǎn)等[31]對(duì)某火電機(jī)組在ACE模式下負(fù)荷頻繁變動(dòng)造成的AGC考核指標(biāo)差、主蒸汽壓力偏差大等實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行了理論研究，結(jié)果表明優(yōu)化策略后大幅度提升了機(jī)組AGC考核指標(biāo)。為此，區(qū)域控制偏差模式協(xié)調(diào)優(yōu)化是未來(lái)的一個(gè)重要發(fā)展方向。

2）飛輪儲(chǔ)能輔助火電機(jī)組一次調(diào)頻

飛輪儲(chǔ)能輔助火電機(jī)組一次調(diào)頻是指由飛輪儲(chǔ)能承擔(dān)一部分調(diào)頻任務(wù)，其優(yōu)化在于調(diào)頻過(guò)程中系統(tǒng)頻率的最大暫態(tài)偏差得以減少。主要是適應(yīng)于未來(lái)減少火電機(jī)組輸出功率的變化范圍，延長(zhǎng)機(jī)組壽命。例如，何林軒等[33]建立兩區(qū)域電網(wǎng)模型，利用軟件分析在階躍擾動(dòng)和連續(xù)擾動(dòng)情況下有無(wú)飛輪儲(chǔ)能參與時(shí)系統(tǒng)的調(diào)頻效果及調(diào)頻資源的出力情況。結(jié)果表明采用飛輪儲(chǔ)能輔助一次調(diào)頻可以減少電力系統(tǒng)頻率偏差變化量和聯(lián)絡(luò)線上交換功率的變化范圍并且減輕火電機(jī)組調(diào)頻負(fù)擔(dān)。為此，飛輪儲(chǔ)能輔助火電機(jī)組一次調(diào)頻是未來(lái)的一個(gè)重要發(fā)展方向。

3）深度調(diào)峰與一次調(diào)頻的風(fēng)火聯(lián)合負(fù)荷優(yōu)化分配

深度調(diào)峰與一次調(diào)頻的風(fēng)火聯(lián)合負(fù)荷優(yōu)化分配是指火電機(jī)組經(jīng)深度改造后與風(fēng)電機(jī)組一起參與一次調(diào)頻，其優(yōu)化在于在保證系統(tǒng)調(diào)頻裕度的前提下，結(jié)合發(fā)電源的特點(diǎn)盡可能降低棄風(fēng)量，主要是適應(yīng)于未來(lái)緩解電力系統(tǒng)的調(diào)峰壓力。例如，劉鑫等[34]提出了一種負(fù)荷優(yōu)化分配模型，該模型以風(fēng)火聯(lián)合系統(tǒng)為研究對(duì)象同時(shí)評(píng)估了機(jī)組深度調(diào)峰和一次調(diào)頻的性能，結(jié)果表明，該模型在一次調(diào)頻備用量不變的情況下，能夠緩解系統(tǒng)的調(diào)峰壓力。為此，深度調(diào)峰與一次調(diào)頻的風(fēng)火聯(lián)合負(fù)荷優(yōu)化分配也是未來(lái)的一個(gè)重要發(fā)展方向。

5 結(jié)論

一次調(diào)頻是指通過(guò)快速調(diào)整電網(wǎng)機(jī)組的負(fù)荷，以此確保電網(wǎng)頻率穩(wěn)定。本文首先對(duì)調(diào)節(jié)閥預(yù)節(jié)流、可調(diào)整回?zé)岢槠{(diào)頻、凝結(jié)水節(jié)流調(diào)頻三種調(diào)頻方法進(jìn)行對(duì)比分析，認(rèn)為凝結(jié)水節(jié)流是目前經(jīng)濟(jì)性安全性最高的方法。其次對(duì)于輔助一次調(diào)頻技術(shù)，本文主要基于蓄電池、飛輪、超級(jí)電容器三種儲(chǔ)能方式展開(kāi)討論，得出飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)不間斷電源（例如蓄電池）將成為未來(lái)的一種趨勢(shì)，并對(duì)目前耦合調(diào)頻技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)論，得出在保證安全性的前提下提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性是焦點(diǎn)和重點(diǎn)。通過(guò)對(duì)一次調(diào)頻系統(tǒng)建模與耦合控制策略進(jìn)行評(píng)論，可以發(fā)現(xiàn)CCS系統(tǒng)的建模對(duì)動(dòng)態(tài)模型研究以及機(jī)組控制優(yōu)化具有一定的探究?jī)r(jià)值，并且儲(chǔ)能參與的耦合控制策略具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。最后結(jié)合三種優(yōu)化方法對(duì)一次調(diào)頻技術(shù)進(jìn)行完善與展望，其中，滑壓運(yùn)行下的調(diào)頻優(yōu)化是重點(diǎn)發(fā)展方向，尤其對(duì)供熱機(jī)組具有特殊戰(zhàn)略意義。