張鵬飛 ， 王順超 ， 何肇 ， 張瑞卿 ， 周托 ， 葉華 ， 張寧

(1.電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院， 北京 100120； 2.清華大學(xué)電機(jī)系， 北京 100084； 3.清華大學(xué)熱能系， 北京 100084； 4. 中國科學(xué)院電工研究所， 北京 100190)

為實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，電力系統(tǒng)中新能源滲透率不斷加大，風(fēng)光等新能源顯著的間歇性與波動(dòng)性成為系統(tǒng)中日益關(guān)注的焦點(diǎn)[1]。電力系統(tǒng)靈活性是指系統(tǒng)在面臨供需急劇波動(dòng)的情況下維持功率平衡的能力，在高比例新能源的電力系統(tǒng)中，由于分鐘級(jí)調(diào)頻需求不斷上升，對電力系統(tǒng)靈活性提出了高要求[1-2]。

煤電機(jī)組自身的靈活性較低[2]，而針對煤電機(jī)組靈活性提升，盡管機(jī)組本體調(diào)峰能力改造取得了一定成效，但繼續(xù)提升煤電機(jī)組功率調(diào)節(jié)的速度和精度以滿足調(diào)頻服務(wù)的高要求，則面臨著機(jī)組物理特性的固有限制[3]。有必要發(fā)揮煤電系統(tǒng)能量形態(tài)多元、自動(dòng)化水平高、配套設(shè)施完善的平臺(tái)優(yōu)勢，將儲(chǔ)能、電極鍋爐等靈活能源設(shè)施與煤電平臺(tái)聯(lián)合以實(shí)現(xiàn)發(fā)電側(cè)靈活性提升，從而滿足電力系統(tǒng)日益增長的分鐘級(jí)調(diào)頻需求?，F(xiàn)有針對煤電平臺(tái)調(diào)頻性能的改造研究與工程應(yīng)用中，主要是利用儲(chǔ)能聯(lián)合煤電機(jī)組并進(jìn)行輔助服務(wù)調(diào)頻，其優(yōu)點(diǎn)在于儲(chǔ)能設(shè)備能夠快速、準(zhǔn)確的跟蹤調(diào)度調(diào)頻AGC(automatic generation control)信號(hào)，然而，造價(jià)昂貴、容量有限及安全性等缺點(diǎn)阻礙了其在不同場景下的通用性[4]。

針對儲(chǔ)能的局限性，有研究提出高壓電極鍋爐聯(lián)合煤電機(jī)組參與調(diào)頻服務(wù)，利用高壓電極鍋爐成本低、調(diào)頻容量持續(xù)性強(qiáng)同時(shí)調(diào)頻性能遠(yuǎn)高于煤電機(jī)組的優(yōu)勢，改造燃煤發(fā)電機(jī)組以提高煤電平臺(tái)參與調(diào)頻服務(wù)時(shí)的靈活性[5]。

高壓電極鍋爐聯(lián)合煤電機(jī)組提升調(diào)頻能力的關(guān)鍵問題包含兩方面，一是容量配置，二是調(diào)度運(yùn)行優(yōu)化，本文研究主要聚焦第二部分。已有電極鍋爐調(diào)度運(yùn)行優(yōu)化研究主要針對電力系統(tǒng)調(diào)峰需求，包括以電極鍋爐為核心的分布式調(diào)峰系統(tǒng)[6]、針對風(fēng)電消納的電鍋爐調(diào)峰策略[7-9]、利用電鍋爐進(jìn)行電源側(cè)調(diào)峰能力提升改造[10]以及針對供熱機(jī)組結(jié)合電鍋爐的調(diào)峰提升研究[11]等。針對調(diào)度單次調(diào)頻信號(hào)，提出高壓電極鍋爐聯(lián)合煤電機(jī)組參與調(diào)頻服務(wù)的優(yōu)化經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法。首先，分析調(diào)頻輔助服務(wù)收益并建立收益模型；其次，對高壓電極鍋爐與燃煤發(fā)電機(jī)組的調(diào)頻特性進(jìn)行歸納，對比關(guān)鍵特點(diǎn)。不同于儲(chǔ)能，由于電極鍋爐與電網(wǎng)不存在能量雙向流動(dòng)的問題，故研究電極鍋爐參與調(diào)頻服務(wù)時(shí)忽略不同時(shí)刻的關(guān)聯(lián)問題，針對聯(lián)合機(jī)組響應(yīng)調(diào)度單次調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行最優(yōu)經(jīng)濟(jì)調(diào)度分析。對于單次AGC信號(hào)，以包括調(diào)頻、電能、熱能等費(fèi)用在內(nèi)的經(jīng)濟(jì)性收益最優(yōu)為目標(biāo)，考慮不同機(jī)組爬坡、容量及調(diào)度信號(hào)幅值等約束，給出高壓電極鍋爐聯(lián)合煤電機(jī)組響應(yīng)調(diào)度單次調(diào)頻的優(yōu)化經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，通過求解模型可得最優(yōu)調(diào)度運(yùn)行方式。

由于單次調(diào)頻信號(hào)持續(xù)較短，時(shí)間尺度一般為秒級(jí)，實(shí)際運(yùn)行中，尤其是對調(diào)頻響應(yīng)速度要求較高時(shí)，應(yīng)盡量避免實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度計(jì)算帶來的額外調(diào)度時(shí)間增加，可根據(jù)機(jī)組特性以及調(diào)度等信息，利用本文方法生成聯(lián)合機(jī)組響應(yīng)調(diào)頻服務(wù)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度圖或調(diào)度表，供運(yùn)行時(shí)即時(shí)查詢使用。

首先建立調(diào)頻補(bǔ)償服務(wù)收益模型，其次分析并對比高壓電極鍋爐與煤電的調(diào)頻特性，然后基于調(diào)頻收益模型與機(jī)組特性提出了聯(lián)合機(jī)組響應(yīng)單次調(diào)頻信號(hào)的優(yōu)化經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，之后利用本文方法對600 MW煤電機(jī)組與80 MW高壓電極鍋爐進(jìn)行響應(yīng)調(diào)頻服務(wù)的優(yōu)化經(jīng)濟(jì)調(diào)度案例分析，最后得出全文結(jié)論。

1 調(diào)頻輔助服務(wù)收益模型

1.1 調(diào)頻輔助服務(wù)

電力輔助服務(wù)是指為維護(hù)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行、保證電能質(zhì)量，除正常電能生產(chǎn)、輸送、使用以外，由發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)和電力用戶等提供的服務(wù)，其中，調(diào)頻輔助服務(wù)(主要指二次調(diào)頻)是電力輔助服務(wù)市場的重要組成部分，其為系統(tǒng)提供了充足的發(fā)電量，在AGC的作用下，連續(xù)地使發(fā)電出力與分鐘級(jí)的負(fù)荷變化相平衡，以符合控制性能標(biāo)準(zhǔn)[12]。調(diào)頻輔助服務(wù)在保障電網(wǎng)安全可靠、促進(jìn)清潔能源消納、提高系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)與公平性方面發(fā)揮著重要作用。

1.2 調(diào)頻性能指標(biāo)

調(diào)頻性能指標(biāo)反映了機(jī)組對于調(diào)頻信號(hào)響應(yīng)質(zhì)量的優(yōu)劣，指標(biāo)包括調(diào)節(jié)速率、響應(yīng)時(shí)間和調(diào)節(jié)精度，示意圖如圖1所示。由于調(diào)節(jié)速率在指標(biāo)中為主要影響因素[13]，本文方法中調(diào)頻性能指標(biāo)中僅考慮調(diào)節(jié)速率。響應(yīng)單次調(diào)頻指令的機(jī)組調(diào)頻性能指標(biāo)Kp為

(1)

式(1)中：Vreal是機(jī)組實(shí)際調(diào)節(jié)速率；Ve是機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)調(diào)節(jié)速率。

圖1 調(diào)頻性能指標(biāo)示意圖Fig.1 Frequency regulation performance index

1.3 調(diào)頻補(bǔ)償收益

調(diào)頻補(bǔ)償收益包括調(diào)頻里程補(bǔ)償收益和調(diào)頻容量補(bǔ)償收益[14-15]，其中調(diào)頻里程補(bǔ)償為調(diào)頻收益的主要來源，本文中調(diào)頻補(bǔ)償收益僅考慮調(diào)頻里程補(bǔ)償部分。在單次調(diào)頻指令下，調(diào)頻里程補(bǔ)償收益I取決于調(diào)頻性能指標(biāo)、調(diào)頻里程和補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)三方面，即

I=KpDBfre

(2)

式(2)中：D為調(diào)頻里程，指的是AGC指令下達(dá)后機(jī)組實(shí)際出力值與指令下達(dá)時(shí)出力值之差的絕對值，機(jī)組在一個(gè)計(jì)費(fèi)周期內(nèi)的調(diào)頻里程D為該時(shí)段內(nèi)響應(yīng)AGC控制指令的調(diào)整量之和，示意圖如圖2所示，在一個(gè)計(jì)費(fèi)周期內(nèi)，總里程D=D1+D2+D3，其中D1=P1-P0，D2=P1-P2，D3=P0-P2；里程補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)Bfre為調(diào)頻輔助服務(wù)市場的出清價(jià)格。

圖2 調(diào)頻里程示意圖Fig.2 Frequency regulation distance

2 煤電機(jī)組與高壓電極鍋爐調(diào)頻特性

2.1 煤電機(jī)組調(diào)頻特性

燃煤發(fā)電機(jī)組發(fā)電是將燃煤的化學(xué)能通過鍋爐、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)分別逐次轉(zhuǎn)化為熱能、機(jī)械能和電能的過程。通過調(diào)整汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門開度、鍋爐燃燒率，可對煤電機(jī)組輸出功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)頻服務(wù)的功能。由于存在機(jī)組最小技術(shù)出力，機(jī)組無法實(shí)現(xiàn)功率0～100%的寬范圍調(diào)節(jié)，且在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，機(jī)組效率將顯著下降[3]。燃煤發(fā)電機(jī)組進(jìn)行功率調(diào)節(jié)時(shí)，其最大問題在于鍋爐的能量轉(zhuǎn)換過程存在顯著的延遲和慣性，同時(shí)，機(jī)組功率調(diào)整時(shí)響應(yīng)環(huán)節(jié)多，整體慣性較大，導(dǎo)致功率調(diào)節(jié)速率較慢，一般燃煤發(fā)電機(jī)組調(diào)節(jié)速率約為1.5%額定功率/分鐘，無法較好的響應(yīng)AGC信號(hào)，尤其是在新能源滲透率較高的電力系統(tǒng)中。

2.2 高壓電極鍋爐調(diào)頻特性

高壓電極鍋爐是一種直接將電能轉(zhuǎn)化為熱能的裝置，由于是對電阻性的爐水直接加熱，且電極鍋爐因自身結(jié)構(gòu)特征熱量損耗極低，故電能可近乎100%轉(zhuǎn)化成熱量，適合作為高效能源設(shè)施參與電力系統(tǒng)調(diào)頻[16]。

高壓電極鍋爐主要通過改變與電極接觸的爐水量(一般通過改變水位)，也即改變電極間電阻，對高壓電極鍋爐功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)頻服務(wù)的功能。需要注意的是，當(dāng)AGC指令為正時(shí)，高壓電極鍋爐調(diào)節(jié)響應(yīng)需降低爐內(nèi)水位，從而降低自身用電功率，此過程可視為向系統(tǒng)“輸出”功率進(jìn)行正向調(diào)節(jié)，AGC指令為負(fù)時(shí)則相反。由于水量的調(diào)節(jié)范圍是0～100%，所以高壓電極鍋爐的功率調(diào)節(jié)范圍也是0～100%，可根據(jù)用戶的實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)無級(jí)、寬范圍調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)性能優(yōu)良。當(dāng)鍋爐缺水時(shí),電極間的電流通道即被切斷，不存在類似常規(guī)鍋爐因缺水而燒壞的現(xiàn)象，安全性較高。與煤電機(jī)組因制粉、燃燒和汽水等多個(gè)較慢響應(yīng)環(huán)節(jié)導(dǎo)致的功率調(diào)節(jié)速率緩慢不同，高壓電極鍋爐體積小，通過比例-積分-微分(proportion integration differentiation，PID)控制器控制循環(huán)泵、排水泵等閥門快速調(diào)節(jié)爐內(nèi)水位，從而實(shí)現(xiàn)功率控制，故電極鍋爐功率調(diào)節(jié)響應(yīng)環(huán)節(jié)少且響應(yīng)快，可實(shí)現(xiàn)功率快速、無級(jí)調(diào)節(jié)，一般高壓電極鍋爐調(diào)節(jié)速率可達(dá)到20%額定功率/分鐘級(jí)及以上。此外，電極鍋爐啟動(dòng)時(shí)間較短，約為幾十秒到數(shù)分鐘。

3 聯(lián)合機(jī)組調(diào)頻經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型

3.1 目標(biāo)函數(shù)

以調(diào)度單次調(diào)頻信號(hào)下運(yùn)營商凈收益最大為目標(biāo)函數(shù)，也即使得聯(lián)合機(jī)組參加調(diào)頻服務(wù)比未參加情況所增加的凈收益最大，其中運(yùn)營商收益包括聯(lián)合機(jī)組調(diào)頻補(bǔ)償收益、高壓電極鍋爐熱收益變化和煤電機(jī)組電收益變化，成本包括電極鍋爐電耗費(fèi)用變化和煤電機(jī)組煤耗費(fèi)用變化。

(1)聯(lián)合機(jī)組調(diào)頻補(bǔ)償收益。假設(shè)煤電機(jī)組調(diào)頻速率為1.5%額定功率/分鐘，高壓電極鍋爐調(diào)節(jié)速率為20%額定功率/分鐘，根據(jù)式(1)可得煤電平臺(tái)加入高壓電極鍋爐后的聯(lián)合機(jī)組調(diào)頻性能指標(biāo)為

(3)

式(3)中：Pcn為煤電機(jī)組額定功率；Pbn為高壓電極鍋爐額定功率。

由式(2)與式(3)可得聯(lián)合機(jī)組單次調(diào)頻收益Ifre為

Ifre=Kp(ΔPc+ΔPb)Bfre

(4)

式(4)中：ΔPc為煤電機(jī)組里程，且ΔPc=|ΔPcs|，ΔPcs為煤電機(jī)組對系統(tǒng)的實(shí)際出力調(diào)節(jié)量；ΔPb為電極鍋爐里程，且ΔPb=|ΔPbs|，ΔPbs為電極鍋爐對系統(tǒng)的實(shí)際出力調(diào)節(jié)量。其中，機(jī)組對系統(tǒng)出力調(diào)節(jié)量均是以使得系統(tǒng)功率上調(diào)為正，故系統(tǒng)有上調(diào)需求時(shí)，ΔPcs與ΔPbs均為正，當(dāng)系統(tǒng)有下調(diào)需求時(shí)，ΔPcs與ΔPbs均為負(fù)。

(2)高壓電極鍋爐熱收益。高壓電極鍋爐在單次調(diào)頻中的熱收益變化Ib_heat為

(5)

式(5)中：t為研究周期；αeff為高壓電極鍋爐電轉(zhuǎn)熱效率；Bheat為當(dāng)前熱價(jià)。

(3)高壓電極鍋爐電耗。高壓電極鍋爐在單次調(diào)頻內(nèi)的電耗費(fèi)用變化Ib_grid為

(6)

式(6)中：Bgrid為當(dāng)前電價(jià)。

(4)煤電機(jī)組電收益。煤電機(jī)組在單次調(diào)頻內(nèi)的電收益變化Ic_grid為

(7)

(5)煤電機(jī)組煤耗。煤電機(jī)組在單次調(diào)頻下煤耗費(fèi)用變化Ic_coal為

(8)

式(8)中：mcpe為度電煤耗；Bcoal為煤價(jià)。

綜上，通過合理分配不同機(jī)組出力，使得聯(lián)合機(jī)組響應(yīng)單次調(diào)頻指令時(shí)運(yùn)營商凈收益最大，目標(biāo)函數(shù)為

maxIfre+sign(ξ)(Ib_grid-Ib_heat+Ic_grid-Ic_coal)

(9)

式(9)中：ξ為聯(lián)合機(jī)組接受到調(diào)度AGC信號(hào)幅值的變化量，即本次接受到AGC信號(hào)幅值與前一個(gè)AGC信號(hào)幅值之差，系統(tǒng)上調(diào)需求時(shí)為正，下調(diào)需求時(shí)為負(fù)，且ξ≠0。sign(x)為符號(hào)函數(shù)，當(dāng)x>0時(shí)，sign(x)=1，x<0時(shí)sign(x)=-1。

3.2 約束條件

(1)AGC信號(hào)幅值約束：

ΔPc+ΔPb≤ΔP

(10)

式(10)中：ΔP=|ξ|。

(2)爬坡約束：

ΔPc≤Pct,max

(11)

ΔPb≤Pbt,max

(12)

式中：Pct,max為煤電機(jī)組在研究周期t內(nèi)的爬坡或減載上限，均為正值;Pbt,max為高壓電極鍋爐在研究周期t內(nèi)的爬坡上限，為正值。

(3)設(shè)備自身容量約束:

Pcnβ≤Pc,prim+ΔPcr≤Pcn

(13)

0≤Pb,prim+ΔPbr≤Pbn

(14)

式中：Pc,prim和Pc,prim分別為煤電機(jī)組和高壓電極鍋爐本次調(diào)頻的功率起始點(diǎn)，由接收到本次調(diào)頻信號(hào)時(shí)機(jī)組出力狀態(tài)決定；β為煤電機(jī)組最小技術(shù)出力率，其值為煤電機(jī)組最小技術(shù)出力值與額定功率之比；ΔPcr和ΔPbr為設(shè)備自身運(yùn)行功率調(diào)節(jié)量，設(shè)備運(yùn)行功率提升為正，故對于煤電機(jī)組，ΔPcr=ΔPcs，對于電極鍋爐，ΔPbr=-ΔPbs。

當(dāng)聯(lián)合機(jī)組接收到調(diào)度單次調(diào)頻信號(hào)時(shí)，利用以上優(yōu)化經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法建模并求解，可得單次調(diào)頻信號(hào)下最大化運(yùn)營商凈收益的不同機(jī)組間信號(hào)最優(yōu)調(diào)度分配。

4 算例分析

現(xiàn)有600 MW煤電機(jī)組，最小技術(shù)出力為40%額定功率，通過配80 MW高壓電極鍋爐形成聯(lián)合機(jī)組提供調(diào)頻服務(wù)功能。案例調(diào)節(jié)過程中實(shí)時(shí)調(diào)頻補(bǔ)償價(jià)格、電價(jià)、熱價(jià)以及煤價(jià)如表1所示。根據(jù)表中價(jià)格可知，在能量市場中，僅考慮能量直接市場價(jià)值時(shí)，煤電機(jī)組“煤轉(zhuǎn)電”為收益過程，高壓電極鍋爐“電轉(zhuǎn)熱”為損失過程。

分別以系統(tǒng)存在上調(diào)、下調(diào)需求為例，假設(shè)聯(lián)合機(jī)組接受到的單次調(diào)頻信號(hào)幅值變化量分別為2 MW和-2 MW，其中負(fù)號(hào)僅代表系統(tǒng)下調(diào)需求，設(shè)置t=10 s，則通過本文方法進(jìn)行優(yōu)化經(jīng)濟(jì)調(diào)度，并在經(jīng)濟(jì)性上將本文方法結(jié)果與原始AGC信號(hào)變化量在機(jī)組間平均分配、按調(diào)節(jié)速率比例分配的情況進(jìn)行對比，如表2所示。

表1 調(diào)頻過程中的市場價(jià)格Table 1 Market price during the frequency regulation

由對比結(jié)果可知，無論聯(lián)合機(jī)組響應(yīng)給定上調(diào)指令還是下調(diào)指令的需求，在3種調(diào)度方式中，利用本文優(yōu)化經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法可在保證調(diào)頻性能的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。此外，由表2可知，按平均分配與按調(diào)節(jié)速率比例分配之間不存在經(jīng)濟(jì)性絕對最優(yōu)的方式。

利用本文方法，對不同方向、大小的單次AGC指令進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度分配，圖3為機(jī)組在系統(tǒng)正向、負(fù)向調(diào)節(jié)需求下響應(yīng)不同調(diào)頻信號(hào)變化量的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)調(diào)度運(yùn)行圖，相應(yīng)調(diào)節(jié)收益對比如圖4所示，其中正負(fù)號(hào)僅代表調(diào)節(jié)方向。

表2 不同調(diào)度方式經(jīng)濟(jì)性對比結(jié)果Table 2 Comparison result of different dispatching mode

圖3 調(diào)頻信號(hào)優(yōu)化調(diào)度圖Fig.3 Optimization dispatching results of AGC signal variation

在正向調(diào)節(jié)過程中，聯(lián)合機(jī)組通過響應(yīng)調(diào)頻服務(wù)產(chǎn)生調(diào)頻補(bǔ)償收益，同時(shí)，煤電機(jī)組提升出力，增加“煤轉(zhuǎn)電”過程使得收益增加，同時(shí)高壓電極鍋爐降低運(yùn)行功率，減少“電轉(zhuǎn)熱”過程使得損失降低。由圖3(a)可知，當(dāng)下調(diào)頻信號(hào)變化量在0～0.3 MW時(shí)，由于信號(hào)幅值小，使得機(jī)組相應(yīng)調(diào)頻里程及對應(yīng)調(diào)頻補(bǔ)償收益小，此時(shí)，電極鍋爐單獨(dú)響應(yīng)系統(tǒng)上調(diào)需求的凈收益大于聯(lián)合機(jī)組共同上調(diào)凈收益，故此時(shí)調(diào)頻全部由高壓電極鍋爐承擔(dān)。聯(lián)合機(jī)組在調(diào)頻信號(hào)變化量為4.17 MW時(shí)達(dá)到上限，即為聯(lián)合機(jī)組響應(yīng)上限點(diǎn)。在上限點(diǎn)之前，隨著調(diào)頻信號(hào)變化量逐漸增大，高壓電極鍋爐信號(hào)分配比例逐漸增大，煤電機(jī)組信號(hào)分配比例逐漸減小，運(yùn)營商凈收益逐漸增加，這是由于高壓電極鍋爐調(diào)節(jié)速率較高且同等時(shí)間內(nèi)凈收益較煤電機(jī)組大，提高其調(diào)節(jié)比例有助于增加運(yùn)營商凈收益。當(dāng)調(diào)頻信號(hào)達(dá)到4.17 MW時(shí)，聯(lián)合機(jī)組達(dá)到調(diào)節(jié)上限，故調(diào)頻信號(hào)變化量繼續(xù)增大時(shí)二者在t內(nèi)只能按照爬坡上限出力，無法完全響應(yīng)調(diào)頻信號(hào)，此時(shí)運(yùn)營商凈收益隨著調(diào)頻信號(hào)變化量增大保持不變(圖4)。

當(dāng)負(fù)向調(diào)節(jié)，聯(lián)合機(jī)組響應(yīng)調(diào)頻服務(wù)產(chǎn)生調(diào)頻補(bǔ)償收益，同時(shí)，煤電機(jī)組降低出力，減少“煤轉(zhuǎn)電”過程使得收益降低，高壓電極鍋爐提升運(yùn)行功率，增加“電轉(zhuǎn)熱”過程使得損失升高。根據(jù)圖3(b)結(jié)果，聯(lián)合機(jī)組在調(diào)頻信號(hào)變化量在0～1.5 MW區(qū)間時(shí)，由于信號(hào)幅值小，機(jī)組相應(yīng)調(diào)頻里程及對應(yīng)調(diào)頻補(bǔ)償收益小，此時(shí)，電極鍋爐單獨(dú)響應(yīng)系統(tǒng)下調(diào)需求的成本較煤電機(jī)組單獨(dú)響應(yīng)時(shí)大，故此時(shí)調(diào)頻應(yīng)全部由煤電機(jī)組承擔(dān)；當(dāng)調(diào)頻信號(hào)變化量在1.5～2.23 MW時(shí)，此時(shí)煤電機(jī)組按t內(nèi)自身最大減負(fù)荷量響應(yīng)調(diào)頻需求，剩余需求由電極鍋爐響應(yīng)；繼續(xù)增大聯(lián)合機(jī)組下調(diào)信號(hào)，在2.23～2.67 MW區(qū)間時(shí)，由于信號(hào)幅值大，使得機(jī)組相應(yīng)調(diào)頻里程及對應(yīng)調(diào)頻補(bǔ)償收益大，此時(shí)，電極鍋爐單獨(dú)響應(yīng)系統(tǒng)下調(diào)需求的成本較煤電機(jī)組小，故此時(shí)調(diào)頻全部由電極鍋爐承擔(dān)調(diào)頻；調(diào)頻信號(hào)變化量在2.67～4.17 MW時(shí)，此時(shí)電極鍋爐按t內(nèi)對系統(tǒng)最大減負(fù)荷量響應(yīng)調(diào)頻需求，剩余需求由煤電機(jī)組響應(yīng)；當(dāng)調(diào)頻信號(hào)變化量大于4.17 MW時(shí)，此時(shí)由于調(diào)頻信號(hào)變化量超過兩類機(jī)組t內(nèi)最大調(diào)節(jié)量，聯(lián)合機(jī)組無法完全響應(yīng)調(diào)頻信號(hào)，故電極鍋爐和煤電機(jī)組均按t內(nèi)自身最大減負(fù)荷量響應(yīng)系統(tǒng)調(diào)頻需求。此外，負(fù)向調(diào)節(jié)時(shí)，運(yùn)營商凈收益隨調(diào)頻信號(hào)變化量增大而增加，當(dāng)調(diào)頻信號(hào)變化量等于4.17 MW時(shí)，運(yùn)營商凈收益增至最大值，隨后繼續(xù)增加調(diào)頻信號(hào)變化量時(shí)收益因機(jī)組到達(dá)調(diào)節(jié)上限而保持不變。由于聯(lián)合機(jī)組響應(yīng)系統(tǒng)下調(diào)需求屬于損失過程，對比正、負(fù)調(diào)節(jié)方向下運(yùn)營商凈收益可知，在響應(yīng)相同調(diào)頻信號(hào)變化量時(shí)下調(diào)收益小于上調(diào)收益。

圖4 正負(fù)向調(diào)節(jié)優(yōu)化調(diào)度收益結(jié)果Fig.4 Net income of optimization dispatching between positive and negative regulation

實(shí)際運(yùn)行時(shí)，可根據(jù)調(diào)頻統(tǒng)計(jì)信息獲取調(diào)頻信號(hào)幅值變化量取值范圍，結(jié)合實(shí)時(shí)價(jià)格信息以及煤電機(jī)組和高壓電極鍋爐參數(shù)，利用本文調(diào)頻優(yōu)化經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法生成聯(lián)合機(jī)組響應(yīng)單次調(diào)頻信號(hào)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度圖或經(jīng)濟(jì)調(diào)度表，例如圖3所示，以供聯(lián)合機(jī)組運(yùn)行時(shí)按既定表或圖進(jìn)行調(diào)頻信號(hào)調(diào)度分配，由此提供快速、經(jīng)濟(jì)的調(diào)頻服務(wù)。

5 結(jié)論

通過靈活能源設(shè)施高壓電極鍋爐聯(lián)合煤電機(jī)組提高煤電平臺(tái)參與調(diào)頻服務(wù)的靈活性。針對單次AGC指令，根據(jù)煤電機(jī)組和高壓電極鍋爐調(diào)頻特性，建立了聯(lián)合機(jī)組的調(diào)頻優(yōu)化經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，由此提出高壓電極鍋爐聯(lián)合煤電機(jī)組參與調(diào)頻服務(wù)優(yōu)化經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法。根據(jù)方法的案例應(yīng)用結(jié)果可知，在AGC信號(hào)幅值、機(jī)組爬坡和容量等約束下，正向調(diào)節(jié)時(shí)，在達(dá)到聯(lián)合機(jī)組調(diào)節(jié)限值前，高壓電極鍋爐分配信號(hào)比例隨著AGC信號(hào)幅值變化量增大而逐漸升高，從而保證聯(lián)合機(jī)組調(diào)頻的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)性；負(fù)向調(diào)節(jié)時(shí)，對不同幅值的AGC信號(hào)，調(diào)頻承擔(dān)機(jī)組呈現(xiàn)單一性和差異性。同時(shí)，相比AGC信號(hào)在不同機(jī)組間平均分配、按調(diào)節(jié)速率比例分配的方式，本文方法經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。由此可知，利用本文優(yōu)化經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法可將高效、靈活能源設(shè)施電極鍋爐與煤電平臺(tái)合理聯(lián)合，在保證電力系統(tǒng)安全性和可靠性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)調(diào)頻服務(wù)經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)，從而高質(zhì)量提升電力系統(tǒng)靈活性。