深度调峰下机组安全节能控制策略研究及实施

张林 张航 周传杰

摘要：随着能源的日益短缺和环境问题的不断加剧，光伏及风电等新能源接入电网占比越来越高，由于新能源受环境、天气影响，新能源供电负荷实时变化，接入量占比逐步增长，给电网负荷平衡能力提出了更高要求。在电力系统中，调峰是一项重要的技术手段，目前电力系统调峰主要利用火电机组的负荷能力，以往火电深调下限为50%Pe，随着新能源发电上网占比增加，一些地区要求火电机组深调下限降低，甚至到20%Pe。而对于发电机而言，需要适当调整调峰操作，确保其安全性。因此，本文旨在探讨一种基于深度学习的方法来优化火力发电机组调峰操作，从而实现在电网安全稳定运行前提下更好的新能源消纳能力，以供参考。

关键词：调峰；新能源；火电机组；负荷控制

DOI：10.12433/zgkjtz.20233138

在电力系统中，调峰技术是一种重要的能源管理手段。随着人们对能源需求量的增加，化石能源面临枯竭，为应对能源危机，近年来光伏、风电等新能源快速发展。新能源具有清洁、效益好、可再生等优点，但供应不够稳定。在面对有效消纳新能源方面，火电机组深度调峰是一种行之有效的方法。

一、深度调峰下机组安全节能控制现状

在电力系统中，调峰是一项重要的任务。调峰的目的是优化电网的运行状态，提高系统的稳定性、安全性和可靠性。目前，国内外对调峰的研究已取得了一定进展，相关学者提出了许多有效的调峰方法。其中，基于深度学习的方法备受关注，此方法利用神经网络模型实现对发电机的预测和控制，从而达到调峰的效果。同时，通过调整发电机的输出功率保证系统的稳定性和安全性。然而还存在一些问题有待解决。例如，传统的调峰方法往往过于依赖于人工干预，难以适应复杂的负荷变化情况。而基于深度学习的方法虽然具有较高的精度和鲁棒性，但计算量较大，需要大量数据的支持。因此，如何设计一种高效可靠的调峰控制策略，满足不同情况下的需求成为当前研究的重要方向。

二、深度调峰下机组安全节能控制分析

（一）机组概况

本文涉及的机组位于中部地区某省，是国家“七五”重点能源建设项目，拥有国产引进型机组，是中部电网的骨干电厂之一，机组装机容量为330MW，锅炉由上海锅炉厂制造，为亚临界压力一次中间再热控制循環汽包炉（型号：SG－1025/18.3－M314/836），采用冷一次风直吹式制粉系统和低氮燃烧器装置设计，四角喷燃切圆燃烧，采用受热面回转式空气预热器、静电除尘、悬吊式Π型全露天结构布置。汽轮机由上海汽轮机有限公司制造，额定功率330MW，型式为亚临界参数、一次中间再热、双缸进汽凝汽式（型号：N330－16.7/538/538）。发电机由上海电机厂制造，额定功率330MW，水氢氢冷、无刷。

（二）机组协调控制系统组成

在深度调峰下，需要细致调节和控制机组的运行状态。为了实现这一目标，机组必须采用一种有效的协调控制系统确保稳定高效工作。机组协调控制系统主要包括以下部分：第一，数据采集模块。负责收集并传输机组的各种实时参数的数据，如温度、压力、流量等。这些数据是机组运行过程中的重要参考依据，也是后续处理的基础资料。第二，数据处理模块。主要通过算法对采集到的数据进行预处理和筛选，以便后续的计算和决策。其中，常用方法包括滤波、降噪、去重和平滑化等技术。第三，模型建立与预测模块。主要作用是在数据处理的基础上构建数学模型，描述机组的动态特性。同时，还可以利用历史数据和经验知识，为未来的操作提供可靠的预测结果。第四，优化控制模块。主要是基于模型建立的结果，设计一套合适的控制策略，以实现最佳的工作效果。其中包括传统的PID控制器以及一些更加先进的自适应控制器等。第五，监控与报警模块。作用是监测机组的状态变化情况，及时发现异常现象，并在必要时发出警报或警告信号。同时还提供了各种统计报表和图形显示功能，便于管理人员了解机组的运行状况。

（三）机组协调控制系统运行方式

在深度调峰下，机组的负荷变化较大，需要采取相应的措施确保机组的稳定运行。机组协调控制系统的运行方式是其中的重要组成部分。机组协调控制系统主要通过实时监测和调节机组各部件，实现机组的高效运转。机组协调控制系统主要包括：第一，机组状态监控模块。主要功能是实时监测和反馈机组各部分的状态，及时发现并处理异常情况。同时，记录设备的历史数据，为后续的数据分析提供基础资料。第二，机组参数调整模块。主要用于实时调节机组的各种参数，以实现最佳的工作效率。例如，根据负荷的变化调整机组的进汽流量、蒸汽压力等参数，从而提高机组的发电能力。第三，故障诊断与修复模块。主要用于检测和排除机组中的各种故障现象，确保机组正常工作。如果出现问题，该机构会自动报警并给出解决方案。第四，能源管理模块。主要作用是优化机组的能源利用率，降低能耗，通过预测和分析机组运行状况，制定最优的操作方案，减少能源浪费。

（四）机组协调控制系统优化

为了确保机组的稳定和安全性能，需要进行一定的优化工作。机组协调控制系统的优化方案包括：

首先，确定合适的机组协调控制方式。目前，常用方法包括基于PID控制器的方法、基于神经网络的方法以及基于模糊控制器的方法等。其中，基于PID控制器的方法是较常见的方法，优点是简单易懂、操作方便。但是，也存在一些缺点，容易出现过拟合现象等。因此，在实际应用中，还要结合具体情况选择最优的协调控制方式。

其次，合理设置机组协调控制参数。对于不同的机组类型和负荷情况，采用的协同控制参数也会有所不同。

最后，监测与评估机组协调控制效果。通过实时控机组协调控制的效果，及时发现问题并作出调整措施，从而提高机组的稳定性和安全性。同时，利用数据挖掘技术分析机组协调控制结果，找出存在的问题并提出改进建议。

三、深度调峰下机组安全节能控制存在问题

传统的机组控制方法主要基于单机的调节和优化，并不能完全满足需求。因此，需要采用一种新的机组协调控制方法实现深度调峰的目标。然而，目前现有的机组协调控制方案存在着问题，会影响机组的安全性和经济效益。首先，传统机组协调控制方案中，各机组之间的相互关系不够紧密，导致机组之间存在较大的能量浪费现象。其次，由于各个机组都有自己的自控能力，响应速度也不尽相同，会影响整个系统的稳定性。此外，由于机组之间的联动程度不高，在某些情况下，个别机组可能出现故障或异常。

为了解决上述问题，本文提出了一种新型的机组协调控制方案——机组协调控制系统（ICCS）。该系统通过将多台机组联合管理，实现了机组之间的协作，提高了系统的整体效率。同时，ICCS还采用了先进的数学模型预测技术，能实时监测各机组的状态变化，并及时调整机组的参数，以实现最佳的工作效果。

四、深度调峰下机组安全节能控制策略实施

（一）优化深度调峰下机组协调控制系统结构

为了确保机组的安全性和经济性，需要有效控制机组。因此，首先，分析机组的发电量需求。通过对历史数据的统计分析，得到机组发电量的规律性和波动性。在此基础上，制定发电负荷目标，确保机组满足电力系统的需求。同时，考虑机组的故障率等因素，以便于在实际操作中更好地实现目标优化。

其次，针对机组的不同工况，设计一套基于模糊逻辑的机组协调控制算法。该算法采用模糊数学理论，将机组的各个参数进行量化处理，并利用模糊推理的方法确定最佳的工作点。此外，结合遗传算法的思维，实现多目标优化的目的。

最后，为了提高机组的效率和稳定性，还要对其进行实时监控和调节。为此，采用先进的传感器技术和通信网络，建立一套完整的监测与控制系统，通过无线传输方式收集机组的各种关键参数，并将其反馈到中央控制中心进行实时监测和调整。

（二）掌握深度调峰下机组协调控制系统工作原理

为了确保机组的安全性和经济性，需要采取相应的控制措施实现机组协调工作。深度调峰下机组协调控制系统主要由两个部分组成：第一，基于模型预测控制的方法对机组实时优化控制；第二，基于模糊逻辑控制器的方法对机组定时调节控制。这两种控制方式可以相互配合，以达到最佳效果。具体而言，深度调峰下机组协调控制系统通过建立数学建模，利用MPC技术对机组进行实时优化控制，有效解决机组运行过程中出现的负荷波动、发电量不稳定等问题，提高机组的经济效益，降低能源成本。另外，深度调峰下机组协调控制系统还采用了模糊逻辑控制器的方式对机组进行定时调节控制，通过分析机组参数的变化情况，实现对机组的高效管理和维护。

（三）建立深度调峰下机组协调控制系统数学模型

采取相应的控制措施实现深度调峰的目标，其中，机组协同控制是一项重要的技术手段，是指通过对多台机组联合控制，提高发电效率和机组利用率，降低机组损耗，实现深度调峰的目标。因此，机组协同控制的研究具有重要意义。机组协同控制的基本原理是在多个机组之间建立通信网络，并采用一些算法实现对各机组的联合控制。具体而言，通过调节各个机组的功率输出实现对机组的协同控制，同时考虑不同机组之间的负荷均衡问题，更好地满足电力系统的需求。笔者提出一种基于深度调峰的机组协同控制方法，采用多目标优化理论，结合机组协同控制的特点，建立综合优化模型，以此更好地解决机组协同控制中的各种约束条件和目标函数之间的关系。

五、深度调峰下机组安全节能控制研究前景

为了实现机组的高效运转和节约能源，可以优化机组负荷配比、调整机组参数以及采用智能化监控系统等。具体来说，在机组负荷配比方面，采用先进控制算法，实际多台机组负荷安全经济分配，最大限度上降低机组的运行成本和能耗。同时，针对不同的机组类型和工况条件，制定机组参数设置方案，以确保机组的稳定运行和安全性。此外，为了提高机组的自动化程度和监测精度，引入一套智能化监控系统，实现对机组状态的实时监测和故障预警的功能。经过实验验证，该深度调峰技术得到了很好的应用效果。在实际操作中，机组的运行效率得到有效提升，降低能源消耗。同时，在实践过程中还存在一些不足，需要进一步探讨和解决，以便更好地推广和发展协同深度调峰技术的应用。基于此，本文提出的深度调峰技术为机组的安全和节能提供了一种新的思路和方法，具有一定的理论价值和社会意义，未来可以继续探索深度调峰技术的应用，结合其他新技术，不断完善和改進深度调峰技术，使其更加满足现代工业生产的需求。

六、结语

综上所述，随着技术的不断进步和人们环保意识的不断增强，新能源的应用范围和开发水平将不断提升，由于新能源发电量属于被动调节，未来火电机组将面临更高的调峰需求。因此，火电机组必须具备一定的调峰能力。现阶段，我国多数超临界火电机组均进行了深度调峰改造。总之，深度调峰下火电机组协调控制系统是一种有效的控制手段，在保证机组安全的同时，可以提高机组的经济效益。未来，将继续探索更加先进的控制方法，为深度调峰下的机组提供更好的保障。

参考文献：

[1]姜英伟，庄伟，张寅卯.深度调峰模式下超临界机组控制策略研究[J].现代制造技术与装备，2021，57（04）：113-116.

[2]陈国震.协调控制模式下20%负荷深度调峰研究[J].现代工业经济和信息化，2021，11（07）：221-222.

[3]杨仕强.新电力市场环境下火力发电厂运行技术的创新实践——600MW超临界“W”火焰锅炉燃煤机组深度调峰技术研究与应用[A].2017火电灵活性与智慧热电技术研讨会，2017.

[4]周瑞志，李晓宇，李恒.350MW超临界机组干湿态自动转换研究[J].机电信息，2020（21）：13-14.

[5]宁福军.基于凝结水节流的超临界机组协调系统智能优化[D].北京：华北电力大学，2015.