适应电力市场化的火电机组管理模式探讨

王娟

摘要：随着我国电力市场新能源倍速增长，西北地区新能源发电一直存在限电、弃电等消纳难题。本文介绍了某电厂将火电企业安全生产与市场服务深度融合，利用技术创新项目提高机组性能，积极参与电网新能源消纳，获得显著经济效益的管理思路和方法。

关键词：辅助服务市场新能源消纳AGC

引言：

2021年是实现碳达峰和碳中和的“3060”目标倒计时的开始，也是我国迈入绿色可持续绿色发展新时代新格局的起点。我国电力市场正处于快速向清洁能源转型期，截止2021年9月底风电、光伏平价上网项目装机达5.75亿千瓦，火电机组年利用小时数逐年下降，标煤单价不断飙升，火电企业如何在举步维艰的逆境中寻找突破，提升火电机组的市场竞争力成为企业发展的第一要务。

一、机组概况：

陕西省某电厂#1-4机组装机容量为4*300MW湿冷机组，三大主机全部采用东方系列设备，运行周期最长的机组已达二十年以上，设备服役期长，自动化水平较低。#5-6机组装机容量2*660MW海勒式间接空冷机组，采用上锅、上汽系列主机设备，由于按照国家节水政策设计为间接空冷机组，存在供电煤耗相对于同级别机组偏高、夏季真空差影响机组带负荷能力等突出问题。

二、电力市场环境分析：

碳达峰、碳中和目标明确后，我国能源电力转型提速，新能源迎来大规模发展。高比例新能源波动需通过实时电力平衡进行消纳，各火电企业应加快市场衔接，积极参辅助服务市场和容量市场建设，保障电力供应、支撑新能源消纳。目前，西北地区电力辅助服务市场机制日趋成熟，交易机制进一步优化，在西北地区已开展跨省调峰辅助服务市场、各省内调峰辅助服务市场、备用辅助服务市场。同时为进一步加强火电机组运行管理，火电机组均纳入电网“两个细则”调度管理。火电机组不但面临新能源电量和治霾减排的双重电量挤压，更需要应对电网快速发展带来的机遇和挑战，在电力市场化进程中不仅仅成为参与者，也要成为受益者，为企业适应市场发展调整管理思路。

三、火电企业应对措施：

1.为电网提供优质电能服务，响应国家低碳经济和节能减排政策的要求，积极推进技术革新。针对某火电厂机组设备服役期长，自动化调整策略不完善，机组深调煤耗高等问题，火电企业联合电网进行厂级AGC控制改造、加装精准深度调峰控制系统、燃煤科学掺配、优化网频调整策略等四方面着手，提高机组涉网性能、经济性，降低煤耗。

（1）自动发电控制（Automatic Generation Control，简称AGC）是电力系统频率控制的主要手段之一，主要功能是维持发电功率和负载功率的平衡，保证电网的电能质量。目前，电网对发电厂的调度方式绝大多数采用单机AGC直调方式，电厂网控远动系统（RTU）接收调度的单机遥调指令，经过协议转换后转发给AGC接口模块或专用测控装置。某电厂联合电网调度系统进行厂级AGC控制系统改造，接收调度全厂负荷总指令，由厂级AGC控制系统进行厂内负荷最优化分配。首先以快速满足调度全厂负荷指令为前提，对发电机组进行最佳经济分配组合。在接收调度中心下达的全厂负荷指令后，自动根据各台机组的煤耗率、响应速率、调节范围、上网电价、辅机运行方式等参数，自动、合理地进行全厂机组的优化组合和分配，從而实现机组负荷的自动增减，用最少的煤发最多量的电，有效降低发电成本，促进机组高效、经济运行。厂级负荷的优化分配可节约0.1%-1.5%的燃料消耗，提高机组使用寿命、降低检修成本，实现真正意义上的节能减排。

（2）国内火电机组的AGC控制策略主要采用国外各大DCS厂商提供的组态逻辑，采用了负荷指令前馈+PID反馈的调节方案，这种方案要求前馈控制回路的参数必须整定得非常精确，但对于煤种多变、机组控制及测量设备不精确、运行参数经常与设计参数存在较大偏差的国内机组，控制效果明显变差。某电厂通过新增独立于DCS系统的一套机组深度调峰优化控制系统，来实现机组的深度调峰改造的优化目标，并通过应用神经网络、智能前馈及模型自适应、基于智能寻优的多模型协同预测控制等多种现代控制技术使机组最低稳定负荷达到 25%Pe，同时保证机组深度调峰期间机组AGC、一次调频、主再热汽温、汽压及脱硝等重要性能指标达到调度、环保要求。

（3）随着标煤单价日益上升，煤炭成本占比不断增加，火电厂必须深入分析煤炭市场结构，不断创新配煤掺烧方法。在安全环保参数保障的前提下，通过强化生产、经营、市场部协调合作能力，从提高皮带混配比例到原煤仓纯上，优化配煤混煤入炉混烧方法。首先调整采购结构，合理规划来煤接卸方式、煤场存煤结构、输煤混合，根据负荷计划制粉系统运行方式，科学精确调配适合机组带不同负荷安全环保运行的入炉煤种。通过综合煤源、采购、调运、存输、掺烧各环节生产设备和人员状况，统一协调，精细管理，保障机组稳发、安全、经济、环保，保证经济煤最佳比例掺烧，降低煤耗的同时提高经济性。

（4）为保证电网频率调整的精准可靠，对一次调频控制思路进行调整，一次调频控制量采用高精度频率变送器，并在调频控制系统中加入汽轮机小幅度转速动作修正电气功率输出，根据锅炉主汽压力与额定偏差增设修正逻辑。定期对汽机转速与电网频率之间的偏差进行校正，根据偏差值对一次调频函数进行动态调整优化。

2.根据西北能监局电力市场发展进程，营销与生产协同应对，挖掘机组调峰潜力，落实为电网解忧、为客户服务的市场意识，优化客户关系。

（1）协助电网完善省内辅助服务竞价和出清规则，积极组织技术人员分析评估火电机组调峰成本和盈利空间，参与区域内电网企业调峰成本测算工作。

（2）全面开展机组灵活性改造，配合电网开展启停调峰工作，实施机组全程AGC方式30%-100%调峰试验、制定相关的安全技术措施和启停深调标准作业卡。目前，某电厂六台机组已全部具备全程AGC控制30%额定容量深度调峰能力，成为首批参与西北地区省间辅助调峰服务市场的火电机组。

（3）积极参与西北调峰辅助服务市场，适应新规的各项考核补偿机制，做好负荷预测和对比，合理报价。不断摸索报价方式和方法，针对天气情况、网内机组运行方式，了解自身和其他厂调用水平，分析对比，提高辅助服务被调用的频次。

四、实施情况及经济收益

1.通过聚焦核心问题、不断技术革新，六台火电机组负荷的响应能力大幅提升，实现了变负荷阶段主汽压力和蒸汽温度的精确控制，有效的改善锅炉制粉系统的迟延和惯性，提升汽轮机的流量负荷特性。机组深度调峰期间的AGC、一次调频性能得到大幅提高，机组可长时间超低负荷运行，保证了电网的可靠稳定运行，减少发电企业碳排放量。

2.某电厂通过市场机制高效、健康的挖掘火电机组调频、调峰潜力，不仅为电网解决了新能源消纳的难题，而且通过参与电网调峰辅助服务市场和“两个细则”工作经济效益显著。

五、结语

随着新能源电源侧供给快速增长，以燃煤发电为基础的电网为应对风电、光伏带来的网频波动，未来会不断加快电力辅助服务市场，逐步推进电力现货市场的开展，进一步完善电力市场化建设。火电企业必须转变管理思路，顺应市场需求，不断挖掘机组涉网性能和调峰调频能力，符合国家低碳经济和节能减排政策的要求，方可冲出困境得到长足的发展。

参考文献：

[1]《超临界机组协调控制系统设计新方法及其工程应用》 中国电机工程学报.2009.29（8）：75-81.作者：韩忠等

[2]《AGC机组分群控制策略》 电网技术. 2013/03： 307-312    作者：陈铭等