引言

華東電網(wǎng)覆蓋上海、江蘇、浙江、安徽、福建四省一市，是中國(guó)最大的區(qū)域電網(wǎng)，也是目前世界上最大的單一國(guó)家內(nèi)區(qū)域電網(wǎng)。從全國(guó)范圍看，華東電網(wǎng)是受端電網(wǎng)，通過錦蘇、復(fù)奉、林楓、宜華、龍政、葛南和賓金共7回直流從區(qū)外受電，總?cè)萘恳堰_(dá)到3176萬kW。同時(shí)“十三五” 期間，華東電網(wǎng)還將新增特高壓直流區(qū)外來電4 項(xiàng)：2016 年靈紹直流、2017年晉北—南京北直流、2017年錫盟—江蘇直流、2019年準(zhǔn)東—皖南直流，合計(jì)容量3800萬kW，至2020年華東電網(wǎng)受入電力總計(jì)將達(dá)到10000萬kW，逐步形成“強(qiáng)交強(qiáng)直”的特高壓大受端電網(wǎng)。在特高壓輸送線路故障情況下，如何保證區(qū)域電網(wǎng)的頻率安全是今后需重點(diǎn)關(guān)注與研究的重要課題。造成直流閉鎖故障的原因多種多樣，最常見的就是換流閥故障， 此外直流線路故障、輔助設(shè)備故障以及臨近的交流系統(tǒng)故障等均會(huì)引發(fā)輸電回路的單極或者雙極閉鎖。特高壓直流雙極閉鎖故障對(duì)電網(wǎng)的沖擊很大，尤其是受端區(qū)域電網(wǎng)，在造成大量功率損失的同時(shí)，引起系統(tǒng)頻率及相關(guān)廠站電壓大幅變化、線路潮流過載等情況出現(xiàn)，甚至伴有電網(wǎng)解列事故發(fā)生。

一次調(diào)頻性能提升的技術(shù)需求與措施

分析表明， 機(jī)組一次調(diào)頻響應(yīng)不足的主要原因是：(1)部分機(jī)組在優(yōu)化滑壓參數(shù)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)，汽輪機(jī)調(diào)門開度過大，使得負(fù)荷快速向上調(diào)節(jié)裕量不足。(2)受機(jī)組運(yùn)行工況的不確定性影響， 導(dǎo)致一次調(diào)頻響應(yīng)不足。

針對(duì)較大頻差的頻率故障工況，機(jī)組的運(yùn)行方式與控制策略還有較大的研究與優(yōu)化空間;同時(shí)對(duì)于如何改進(jìn)一次調(diào)頻性能評(píng)價(jià)方法， 發(fā)揮輔助服務(wù)考核的調(diào)節(jié)作用，對(duì)一次調(diào)頻技術(shù)需求進(jìn)行更有針對(duì)性的積極引導(dǎo)也非常值得探討; 此外還需進(jìn)一步考慮電網(wǎng)事故頻率下全網(wǎng)機(jī)組正常一次調(diào)頻能力不能滿足需要時(shí)的深度調(diào)頻技術(shù)研究。

1、兼顧一次調(diào)頻性能與機(jī)組經(jīng)濟(jì)性

機(jī)組正常運(yùn)行中，汽輪機(jī)調(diào)門開度越大，其節(jié)流損失越小，對(duì)機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性越有利，但若要保證一次調(diào)頻性能，則需要汽輪機(jī)調(diào)門維持一定的節(jié)流壓損。以1000 MW 機(jī)組為例，如果只考慮通過汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥開關(guān)進(jìn)行一次調(diào)頻，并把汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥當(dāng)前開度與全開可帶來的負(fù)荷增加看作是機(jī)組的一次調(diào)頻能力，在額定參數(shù)運(yùn)行時(shí)，1000 MW 機(jī)組的一次調(diào)頻能力如圖1所示。

圖1 額定參數(shù)下汽輪機(jī)調(diào)門開度與一次調(diào)頻能力的關(guān)系

從上述曲線可看出，在額定參數(shù)下，調(diào)節(jié)閥的開度小于31.5%，才可以確保機(jī)組具有60MW(即6%額定負(fù)荷)的一次調(diào)頻能力，如果主蒸汽壓力降低，要保證這樣的調(diào)頻能力，調(diào)節(jié)閥開度還要減小。調(diào)門開度反映到運(yùn)行參數(shù)上就是機(jī)組的滑壓設(shè)定值曲線， 圖2為機(jī)組運(yùn)行滑壓曲線低限，也就是說在一定的負(fù)荷下，汽輪機(jī)主蒸汽壓力必須高于該曲線中負(fù)荷對(duì)應(yīng)的壓力值， 才能保證60MW 的一次調(diào)頻能力。

圖2 保證6%一次調(diào)頻能力時(shí)的滑壓曲線低限

基于上汽1000 MW 機(jī)組的實(shí)際性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)， 計(jì)算分析得到確保60MW 的一次調(diào)頻能力運(yùn)行與機(jī)組滑壓優(yōu)化后運(yùn)行(調(diào)節(jié)閥開度45%)2 種方式下的供電煤耗差， 如圖3所示。圖3典型數(shù)據(jù)為： 500MW 負(fù)荷時(shí)， 兩者差3.7g/(kW˙h); 700MW 負(fù)荷時(shí)， 兩者差2.1g/(kW˙h); 900 MW 負(fù)荷時(shí)， 兩者差1.2g/(kW˙h)。可見汽輪機(jī)調(diào)門長(zhǎng)期節(jié)流運(yùn)行對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響是比較明顯的。因此為了兼顧電網(wǎng)對(duì)機(jī)組一次調(diào)頻能力的需求與機(jī)組自身經(jīng)濟(jì)性，可設(shè)置相對(duì)確定的機(jī)組運(yùn)行方式選擇， 按需求分時(shí)段切換機(jī)組一次調(diào)頻能力， 在電網(wǎng)需要的時(shí)段通過疊加滑壓設(shè)定值偏置的方式將機(jī)組切至調(diào)門高壓損運(yùn)行方式， 提高一次調(diào)頻響應(yīng)能力。

圖3 保證一次調(diào)頻能力運(yùn)行與滑壓優(yōu)化運(yùn)行2 種方式間的煤耗差

2、優(yōu)化完善機(jī)組一次調(diào)頻控制策略

多數(shù)汽包爐由于蓄熱能力較大， 且汽輪機(jī)采用順序閥配置， 因而理論上具備較強(qiáng)的一次調(diào)頻響應(yīng)能力。但從“9˙19” 故障狀態(tài)下的響應(yīng)能力來看， 并未達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和考核的要求， 說明其一次調(diào)頻性能還具備一定的優(yōu)化空間。從現(xiàn)有機(jī)組一次調(diào)頻控制策略來看， 優(yōu)化主要有2 個(gè)方向。

(1)提高DEH 系統(tǒng)15s 一次調(diào)頻響應(yīng)量。目前多數(shù)機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作過程中DEH 動(dòng)作量偏小， 致使15 s 內(nèi)響應(yīng)量不足， 可根據(jù)機(jī)組本身運(yùn)行工況作相應(yīng)的優(yōu)化， 提升其響應(yīng)速度。同時(shí)進(jìn)一步優(yōu)化汽輪機(jī)調(diào)門線性度與流量補(bǔ)償系數(shù)， 改善低負(fù)荷工況下調(diào)門控制的準(zhǔn)確性與負(fù)荷調(diào)節(jié)能力。

(2)優(yōu)化CCS 協(xié)調(diào)系統(tǒng)一次調(diào)頻控制參數(shù)。CCS協(xié)調(diào)控制參數(shù)對(duì)機(jī)組一次調(diào)頻性能影響很大，很多機(jī)組出于穩(wěn)定運(yùn)行的目的，設(shè)置了過于保守的參數(shù)， 使得一次調(diào)頻響應(yīng)過程中犧牲了對(duì)功率的調(diào)節(jié)作用，不利于大頻差故障下的頻率恢復(fù)，應(yīng)根據(jù)機(jī)組的蓄熱能力和運(yùn)行工況，配置更為合理的控制策略和參數(shù)限值，在不影響機(jī)組安全的情況下盡可能提升一次調(diào)頻響應(yīng)出力。

3、優(yōu)化考核方式合理引導(dǎo)一次調(diào)頻技術(shù)需求

在現(xiàn)有“兩個(gè)細(xì)則”考核規(guī)則下，一次調(diào)頻的考核是以月平均合格率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的， 大小頻差一視同仁， 每月小頻差動(dòng)作達(dá)200 余次，因此各發(fā)電廠對(duì)小頻差下的一次調(diào)頻性能特別關(guān)注， 且合格率普遍很高， 卻忽視了大頻差下的性能要求。同時(shí)，2r/min 的一次調(diào)頻死區(qū)使小頻差動(dòng)作過于頻繁，機(jī)組在頻繁動(dòng)作中增加了蓄熱消耗的概率，在大頻差故障發(fā)生時(shí)反而無法及時(shí)調(diào)用足夠的蓄熱提升負(fù)荷，“9˙19”故障時(shí)之所以一次調(diào)頻能力不足的機(jī)組比例明顯高于其他幾次頻率故障，是由于2min前的一次小頻差動(dòng)作提前透支了蓄熱造成的。

因此有必要優(yōu)化發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻的輔助服務(wù)考核規(guī)則，研究合理的一次調(diào)頻動(dòng)作頻度與死區(qū)設(shè)置， 既確保電網(wǎng)頻率控制的質(zhì)量與安全性需求，又減輕電廠機(jī)組過度動(dòng)作造成的設(shè)備損耗與安全風(fēng)險(xiǎn)，還可以間接提高大頻差時(shí)機(jī)組一次調(diào)頻有效動(dòng)作的成功率。同時(shí)應(yīng)提高大頻差下一次調(diào)頻合格率的考核權(quán)重，引導(dǎo)電廠將一次調(diào)頻優(yōu)化的目標(biāo)放在支撐電網(wǎng)故障時(shí)的頻率快速恢復(fù)能力上， 鼓勵(lì)發(fā)電機(jī)組努力提升大頻差下的一次調(diào)頻性能。

4、拓展深度調(diào)頻技術(shù)研究

隨著特高壓直流回路數(shù)量與容量的進(jìn)一步增加， 直流閉鎖帶來的故障風(fēng)險(xiǎn)將持續(xù)增大，對(duì)特高壓大受端電網(wǎng)，低頻故障風(fēng)險(xiǎn)將遠(yuǎn)高于高頻故障風(fēng)險(xiǎn)，有必要深入研究在深度低頻故障工況下特殊的機(jī)組功率支援控制策略， 例如采用指令快增與各類型抽汽調(diào)度等手段，充分利用汽輪機(jī)側(cè)蓄熱， 提供機(jī)組新的一次調(diào)頻手段和能力。同時(shí)針對(duì)頻率故障特殊工況，利用抽水蓄能、水電機(jī)組和燃?xì)鈾C(jī)組的更優(yōu)性能與更靈活方式，拓展現(xiàn)有邊界限制，提供高于正常工況的負(fù)荷調(diào)節(jié)能力，承擔(dān)更多的深度調(diào)頻能力支援。因而分類型、分機(jī)組開展深度調(diào)頻的技術(shù)研究具有重要的意義，將為電網(wǎng)頻率穩(wěn)定提供更有利的技術(shù)保障。