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摘要：本文主要针对火电机组一次调频反应速度较慢，设定值及调频幅度偏差较大问题，进行了具体的分析，并究其原因提出了相应的优化方案—火电机组与储能系统联合自动发电控制（AGC）调频技术。本文简单介绍了该技术的基本原理以及典型方案，探讨了储能系统接入對火电机组电气系统的影响。分析结果表明：储能系统的接入对火电机组的控制系统和电气系统基本无影响。本文为火电机组与储能系统联合AGC调频技术的实际工程应用提供了参考。
关键词：火电机组;一次调频;储能调频
1、概述
近年来，风电及光伏发电等新能源大规模并入电网，由于其固有的发电特性，对电力系统稳定运行造成了一定的影响，主要表现为调峰和调频两个方面。特别是在冬季风电大发的时期，由于大量火电机组进入供热期，使得电网的调频能力进一步下降，风电弃风现象严重。随着电网中风电装机容量不断增大，如不能满足电网对AGC调频辅助服务的需求，将对风电等新能源的开发利用形成严重制约。
2、调频功能
火力发电机组锅炉、汽机是惯性较大的热动力设备，其运行稳定性控制的特征是锅炉、汽轮发电机的能量平衡。其负荷的调节量及速度主要受限于锅炉负荷的可调速度及范围，可调速度通常为机组额定负荷的3%-5%ECR/min。火力发电机组的频率调节按调频负荷目标值的控制方式及控制过程不同而称为机组调频（一次）和电网调频（二次）控制功能。
火力发电机组调频控制功能（一次调频）是指机组汽机调速系统无人工干预，自动参与电网频率变化控制功率的调节过程。频率调节的灵敏度（死区）、功率调节的速度及幅度是预先设定的。根据电网频率变化自动调节锅炉负荷或汽机进汽量，实现机组负荷的调频控制。机组输出功率调节与电网负荷变化的方向相反，维持电网频率的稳定。因其根据频差（△f）自动生成指令的实时调节过程而称为机组一次频率调节。从电网大系统来看，是电源点的频率自动调节响应，称为机组调频控制。
一次调频负荷指令根据频差（△f）产生，动态的叠加在机组的给定负荷指令中。机组一次调频功能、性能与机组汽机调速系统的原理结构及其特性有关。与采用纯液压调速系统相比，机组调速系统采用计算机数字电液调节DEH、高压调节油系统EH后，使机组的一次调频功能实现方式已有所不同，控制性能有所提高，其一次调频控制功能技术特点：（1）一次调频控制功能在机组数字电液调速系统DEH中实现，数字化，可在线切、投。为电网运行频率稳定控制的实时调度方式提供了良好的基础条件。（2）一次调频性能参数可在线、准确的设定，为电网运行频率稳定控制调度按频率偏差△f分级方式提供了基本条件。死区的设置是为了避免机组输出功率的频繁调节抖动，死区可设定为零。纯液压调速系统的死区zui小值则是固有的。可在线设定机组一次调频功能可投的负荷范围、负苘调节范围及速度。（3）（一次调频性能参数可实现电网调度的远程通讯设定（通过采用计算机通讯建立的AGC通道）及一次调频功能的远程通讯切、投，为实现电网运行调频自动化提供基础条件。（4）火力发电机组因锅炉、汽机能量特性差异较大，平衡困难，调频需保证锅炉、汽机能量平衡，要对机组运行稳定性影响小，因而其一次调频功率调节幅度、速度受限。国内火力发电机组的发电量在电网中比例较大，因而火力发电机组一次调频对电网正常运行的频率稳定，提高电能质量的作用是极其重要的。（5）根据频差（△f）的机组一次调频控制是有差调节过程，需通过电网调频控制（即二次调频）消除频差（△f）。
3、分析机组一次调频功能试验过程及结果
针对性的选取典型号机组为试验研究对象，其机组的实际负荷为80%的额定工况，采用DEH顺序阀的手动控制运行方式，机组定压运行。采用强制的系统转速信号，转速上升或下降10r/min，此时的负荷变化响应时间为3s以内，功率变化的最大值为11MW，处于调频顶峰值的时间为75s。对于主要的数据参数变化程度不大。依据Q/GDW669-2011《火力发电机组一次调频试验导则》规定，燃煤机组达75%目标负荷的时间应不大于15s，达到90%目标负荷的时间应不大于30s;但此次试验结果未达到相应的标准范的相应趋势分析可知，如果机组发生阶跃性转速偏差，且f（x）函数的相应输出功率未在机组负荷指令上发生阶跃性叠加;那么就可能因为其长时间的滞后导致调频动作迟缓。通过具体分析后，发现其主要原因是因为函数f（x）存在相应的滞后模块，且滞后时间设置较长。针对机组的运行压力主要包括定压和滑压，不管是哪种方式在工作时，都会随着机组运行负荷变化而变化。在同样的频率变化量中，两种压力下的汽机调门的快速前馈量是一致的。这导致其在不同负荷阶段中，负荷量的产生不一致。所以，其一次的调频负荷动作量满足不了相关的标准要求。
4、火力发电厂储能调频系统设计
4.1火电厂对储能调频系统需求
火电厂联合储能系统AGC调频应用中，对储能调频系统在可靠性、循环寿命、充放电时间比，以及外形尺寸方面提出了全面的要求，主要包括：（1）系统规模：模块化设计，通过并联可实现20MW以上系统规模。（2）响应速度：毫秒级实现额定功率范围内的有功无功的输入和输出。（3）精确控制：能够在可调范围内的任何功率点保持稳定输出。（4）双向调节能力：充电为用电负荷，放电为发电电源，额定功率双倍的调节能力。（5）系统寿命：管理良好的储能系统的循环寿命可以达到百万次以上。
4.2控制系统及RTU系统的信号接入与改造
一台350MW机组配套9MW的储能系统，由3组3MW储能子系统并联构成，控制系统由一个总控单元与3组子控单元构成，子控制单元采用PLC。储能系统的总控单元与电厂RTU和DCS系统通过通讯接口/硬接线方式连接，接受AGC调度、DCS投切操作等指令，同时上传储能系统状态信号。储能系统总控单元根据接收到的AGC指令等运行数据，经过算法确定储能系统出力指令，并下发至储能系统子控制单元，控制储能系统运行和出力。
储能系统接入后，现有的RTU设备在向机组发送AGC指令的同时，需增设发送给储能系统的信号。同时，储能系统接入后需要将机组出力与储能系统出力进行合并，并将合并后的出力信号上传电网，作为AGC考核依据。RTU改造内容包括：（1）储能系统出力方向定义与发电机组相同，即向电网馈电时为正出力，从电网吸收电能时为负出力。将发电机机组出力信号和新加入储能装置的出力信号叠加后作为机组出力反馈信号（回传电网的遥测信号点名不变，不新加遥测回传点），参与AGC调度和AGC考核。（2）储能系统需要从RTU站获取一些机组信息，即装置的控制系统与RTU以约定的通讯协议进行通讯（单向，RTU站发送，储能系统主控制单元接收），获取实时生产数据，包括电网AGC调度指令、发电机组实时出力、储能装置出力反馈等）。
4.3储能系统布置
储能调频系统主要包括电池系统集装箱、PCS集装箱、冷却设备、升压变压器等，工程施工占地为电厂内用地。储能系统安装场地一般选择在紧邻主变压器的区域，根据需要对现有场地进行基础改造。
5、结束语
从国内外储能调频项目工程案例看，火电机组与储能系统联合运行进行AGC调频的技术是成熟的，利用储能系统快速精确的响应特性，给机组带来的提升效果是非常明显的。储能系统接入后，火电机组的一次调频逻辑负载适应能力，系统的响应速度等各方面都有了良好的改善。而且在以后的工作中，还需不断的针对其具体的运行环境行针对性的优化，力求保持调频动作的稳定性和可靠性;推动电网工作的稳定常态化运作。
参考文献;
[1]何语平.燃用天然气的350MW级联合循环机组蒸汽系统的优化和设备选型[J].燃气轮机技术，2005，18（3）：13-18.
[2]张澄.锂电池储能技术参与循环流化床机组AGC调节的运用研究[D].华北电力大学（北京），2016.
[3]牟春华，兀鹏越，孙钢虎，等.火电机组与储能系统联合自动发电控制调频技术及应用[J].热力发电，2018，47（5）：35-40.
关键词：火电机组;一次调频;储能调频
1、概述
近年来，风电及光伏发电等新能源大规模并入电网，由于其固有的发电特性，对电力系统稳定运行造成了一定的影响，主要表现为调峰和调频两个方面。特别是在冬季风电大发的时期，由于大量火电机组进入供热期，使得电网的调频能力进一步下降，风电弃风现象严重。随着电网中风电装机容量不断增大，如不能满足电网对AGC调频辅助服务的需求，将对风电等新能源的开发利用形成严重制约。
2、调频功能
火力发电机组锅炉、汽机是惯性较大的热动力设备，其运行稳定性控制的特征是锅炉、汽轮发电机的能量平衡。其负荷的调节量及速度主要受限于锅炉负荷的可调速度及范围，可调速度通常为机组额定负荷的3%-5%ECR/min。火力发电机组的频率调节按调频负荷目标值的控制方式及控制过程不同而称为机组调频（一次）和电网调频（二次）控制功能。
火力发电机组调频控制功能（一次调频）是指机组汽机调速系统无人工干预，自动参与电网频率变化控制功率的调节过程。频率调节的灵敏度（死区）、功率调节的速度及幅度是预先设定的。根据电网频率变化自动调节锅炉负荷或汽机进汽量，实现机组负荷的调频控制。机组输出功率调节与电网负荷变化的方向相反，维持电网频率的稳定。因其根据频差（△f）自动生成指令的实时调节过程而称为机组一次频率调节。从电网大系统来看，是电源点的频率自动调节响应，称为机组调频控制。
一次调频负荷指令根据频差（△f）产生，动态的叠加在机组的给定负荷指令中。机组一次调频功能、性能与机组汽机调速系统的原理结构及其特性有关。与采用纯液压调速系统相比，机组调速系统采用计算机数字电液调节DEH、高压调节油系统EH后，使机组的一次调频功能实现方式已有所不同，控制性能有所提高，其一次调频控制功能技术特点：（1）一次调频控制功能在机组数字电液调速系统DEH中实现，数字化，可在线切、投。为电网运行频率稳定控制的实时调度方式提供了良好的基础条件。（2）一次调频性能参数可在线、准确的设定，为电网运行频率稳定控制调度按频率偏差△f分级方式提供了基本条件。死区的设置是为了避免机组输出功率的频繁调节抖动，死区可设定为零。纯液压调速系统的死区zui小值则是固有的。可在线设定机组一次调频功能可投的负荷范围、负苘调节范围及速度。（3）（一次调频性能参数可实现电网调度的远程通讯设定（通过采用计算机通讯建立的AGC通道）及一次调频功能的远程通讯切、投，为实现电网运行调频自动化提供基础条件。（4）火力发电机组因锅炉、汽机能量特性差异较大，平衡困难，调频需保证锅炉、汽机能量平衡，要对机组运行稳定性影响小，因而其一次调频功率调节幅度、速度受限。国内火力发电机组的发电量在电网中比例较大，因而火力发电机组一次调频对电网正常运行的频率稳定，提高电能质量的作用是极其重要的。（5）根据频差（△f）的机组一次调频控制是有差调节过程，需通过电网调频控制（即二次调频）消除频差（△f）。
3、分析机组一次调频功能试验过程及结果
针对性的选取典型号机组为试验研究对象，其机组的实际负荷为80%的额定工况，采用DEH顺序阀的手动控制运行方式，机组定压运行。采用强制的系统转速信号，转速上升或下降10r/min，此时的负荷变化响应时间为3s以内，功率变化的最大值为11MW，处于调频顶峰值的时间为75s。对于主要的数据参数变化程度不大。依据Q/GDW669-2011《火力发电机组一次调频试验导则》规定，燃煤机组达75%目标负荷的时间应不大于15s，达到90%目标负荷的时间应不大于30s;但此次试验结果未达到相应的标准范的相应趋势分析可知，如果机组发生阶跃性转速偏差，且f（x）函数的相应输出功率未在机组负荷指令上发生阶跃性叠加;那么就可能因为其长时间的滞后导致调频动作迟缓。通过具体分析后，发现其主要原因是因为函数f（x）存在相应的滞后模块，且滞后时间设置较长。针对机组的运行压力主要包括定压和滑压，不管是哪种方式在工作时，都会随着机组运行负荷变化而变化。在同样的频率变化量中，两种压力下的汽机调门的快速前馈量是一致的。这导致其在不同负荷阶段中，负荷量的产生不一致。所以，其一次的调频负荷动作量满足不了相关的标准要求。
4、火力发电厂储能调频系统设计
4.1火电厂对储能调频系统需求
火电厂联合储能系统AGC调频应用中，对储能调频系统在可靠性、循环寿命、充放电时间比，以及外形尺寸方面提出了全面的要求，主要包括：（1）系统规模：模块化设计，通过并联可实现20MW以上系统规模。（2）响应速度：毫秒级实现额定功率范围内的有功无功的输入和输出。（3）精确控制：能够在可调范围内的任何功率点保持稳定输出。（4）双向调节能力：充电为用电负荷，放电为发电电源，额定功率双倍的调节能力。（5）系统寿命：管理良好的储能系统的循环寿命可以达到百万次以上。
4.2控制系统及RTU系统的信号接入与改造
一台350MW机组配套9MW的储能系统，由3组3MW储能子系统并联构成，控制系统由一个总控单元与3组子控单元构成，子控制单元采用PLC。储能系统的总控单元与电厂RTU和DCS系统通过通讯接口/硬接线方式连接，接受AGC调度、DCS投切操作等指令，同时上传储能系统状态信号。储能系统总控单元根据接收到的AGC指令等运行数据，经过算法确定储能系统出力指令，并下发至储能系统子控制单元，控制储能系统运行和出力。
储能系统接入后，现有的RTU设备在向机组发送AGC指令的同时，需增设发送给储能系统的信号。同时，储能系统接入后需要将机组出力与储能系统出力进行合并，并将合并后的出力信号上传电网，作为AGC考核依据。RTU改造内容包括：（1）储能系统出力方向定义与发电机组相同，即向电网馈电时为正出力，从电网吸收电能时为负出力。将发电机机组出力信号和新加入储能装置的出力信号叠加后作为机组出力反馈信号（回传电网的遥测信号点名不变，不新加遥测回传点），参与AGC调度和AGC考核。（2）储能系统需要从RTU站获取一些机组信息，即装置的控制系统与RTU以约定的通讯协议进行通讯（单向，RTU站发送，储能系统主控制单元接收），获取实时生产数据，包括电网AGC调度指令、发电机组实时出力、储能装置出力反馈等）。
4.3储能系统布置
储能调频系统主要包括电池系统集装箱、PCS集装箱、冷却设备、升压变压器等，工程施工占地为电厂内用地。储能系统安装场地一般选择在紧邻主变压器的区域，根据需要对现有场地进行基础改造。
5、结束语
从国内外储能调频项目工程案例看，火电机组与储能系统联合运行进行AGC调频的技术是成熟的，利用储能系统快速精确的响应特性，给机组带来的提升效果是非常明显的。储能系统接入后，火电机组的一次调频逻辑负载适应能力，系统的响应速度等各方面都有了良好的改善。而且在以后的工作中，还需不断的针对其具体的运行环境行针对性的优化，力求保持调频动作的稳定性和可靠性;推动电网工作的稳定常态化运作。
参考文献;
[1]何语平.燃用天然气的350MW级联合循环机组蒸汽系统的优化和设备选型[J].燃气轮机技术，2005，18（3）：13-18.
[2]张澄.锂电池储能技术参与循环流化床机组AGC调节的运用研究[D].华北电力大学（北京），2016.
[3]牟春华，兀鹏越，孙钢虎，等.火电机组与储能系统联合自动发电控制调频技术及应用[J].热力发电，2018，47（5）：35-40.