一、创新成果概述

风电、光伏发电等新能源大规模并网，其自身具有多变和不可控等特点，加之特高压直流输电发展等因素叠加，对电网安全运行提出了更高要求。火电机组是一次调频等电力辅助服务的主要承担者。然而，这与火电机组比重及发电小时数不断下降形成鲜明对比。与此同时，火电机组运行控制偏重稳定运行，一定程度制约了其涉网能力；机组环保、节能改造、热电联产等因素也制约了机组涉网能力。当前，电网对一次调频考核的考核政策日益趋严，细则的每次修订都是对机组一次调频能力的考验。本成果从热力系统储热的角度通过一个动态参数——一次调频裕量，反映了机组参与一次调频的可用储热动态特性，给出了机组当前工况下应对电网频率变化的最大可调功率空间，是反映了机组热力系统性能与控制系统特性的一个综合指标。在电力辅助服务日益凸显的情况下，一次调频裕量是火电机组的一项重要涉网储备，通过热力系统分析，历史数据辨识，建立相应的数学模型进行实时预测，具有重要的经济价值。从电网安全的角度，掌握机组当前工况下一次调频的可用空间极为重要；对于机组本身来讲，了解机组动态特性及储热响应能力，应对一次调频大扰动，提供了重要的数据支撑。

二、主要做法

火电机组一次调频功能利用机组储热，通过调节蒸汽流量实现机组功率的迅速增减。一次调频能力可用机组当前参与一次调频的功率可调空间反映，其值的大小受多种因素影响。主要包括机组运行工况、抽汽分配，阀门可用开度、主汽压力、主汽温度、阀门动态特性等，彼此之间存在复杂的耦合关系。以上影响因素综合反映了机组参与一次调频的可用储热的动态特性。本成果基于机组设计数据、历史数据及运行要求分析，通过热力系统分析，海量历史运行数据的辨识，数据参数的相关性分析等，构建了机组一次调频裕量的预测数学模型，搭建了机组一次调频分析及裕量预测平台，能够实时预测机组当前运行工况下参与一次调频可用功率空间，为机组应对大扰动的能力给出了客观数据参考，同时，也直观的反映了机组当前工况下，系统储热的动态特性。搭建的分析及预测平台通过通讯系统获取机组运行数据，通过程序计算各种需要性能指标预测数据，经后台计算获得所需的图形和数据，并与机组实际运行的某些参数相互比对，实现对现有运行机组一次调频功能的监控、分析，以及参与一次调频服务可用空间的预测，为相关人员进行问题分析和做出正确决策提供帮助。

三、主要创新点

1）基于机组设计数据、运行数据、操作规范，实时预测机组当前工况条件下的一次调频理论裕量及实际裕量。2）基于MATLAB软件搭建了机组一次调频裕量预测及性能分析平台，能够对机组的一次调频能力进行相关分析。3）一次调频考核逐步趋严，对于大扰动增加了阶段积分电量的考核，“细则”从简单的定量考核到注重辅助服务的质量。一次调频裕量预测能够给出当前机组应对大扰动的能力。区域电网的统调机组此数据的汇总对掌握区域电网当前瞬时应对频率扰动的能力提供重要支撑。4）基于热力系统分析，提出了通过回热系统抽气分配优化和供热抽气节流的方式提升机组一次调频能力的方法。

四、应用成效

依托两个准则及相关国家标准，基于火电机组的设计数据、历史运行数据及运行规范分析，搭建了机组一次调频分析及裕量预测平台，通过简明、直观、友好的方式来显示火电机组的一次调频相关的涉网能力等。实现对现有运行机组的监控、预测及分析，为相关人员进行问题分析和做出正确决策提供帮助。

随着电网对一次调频考核细则的完善和修订，更加注重机组一次调频电量贡献的考核。本成果搭建的一次调频分析平台能够对机组一次调频过程的分段电量贡献情况给出量化分析及一次调频考核综合指标计算，结合机组额定负荷可计算出考核费用。对于分段电量贡献指数不能满足70%合格率的情况，可结合分析平台预测的机组一次调频裕量，调整控制系统的修正参数，以满足考核。分析平台对华能临沂发电有限公司相关机组2018年经历的几次大扰动数据分析，都能给出客观正确的数据分析。相应成果获得2019年山东省电力职工技术成果奖。

五、可推广性

电力系统安全性、稳定性主要受到电力辅助服务水平影响。当前，传统的火电机组承担了主要的电网调频、调峰等辅助服务。提高传统火电机组的辅助服务能力存在巨大的经济效益。

从火电机组来看，一次调频裕量的分析及预测有利于机组合理设定机组一次调频功能，对于满足考核，保证机组安全运行具有重要参考价值；从参与辅助服务的角度来看，随着政策的不断完善，一次调频裕量为机组实现利益最大化提供了可能，面对包括储能在内的其他形式的一次调频，火电机组一次调频裕量的挖掘是其系统储热的深度挖掘，实现能尽其用；从电网角度来看，全面掌握并网机组当前一次调频裕量，对于应对大的电网频率波动具有重要的积极意义。本成果基于海量的历史数据分析，提供实时预测，对于实时了解机组运行情况，进行优化调整提供了重要参考。（供稿单位：华能临沂发电有限公司）