深度調(diào)峰下機組安全節(jié)能控制策略研究及實施

張林 張航 周傳杰

摘要：隨著能源的日益短缺和環(huán)境問題的不斷加劇，光伏及風電等新能源接入電網(wǎng)占比越來越高，由于新能源受環(huán)境、天氣影響，新能源供電負荷實時變化，接入量占比逐步增長，給電網(wǎng)負荷平衡能力提出了更高要求。在電力系統(tǒng)中，調(diào)峰是一項重要的技術手段，目前電力系統(tǒng)調(diào)峰主要利用火電機組的負荷能力，以往火電深調(diào)下限為50%Pe，隨著新能源發(fā)電上網(wǎng)占比增加，一些地區(qū)要求火電機組深調(diào)下限降低，甚至到20%Pe。而對于發(fā)電機而言，需要適當調(diào)整調(diào)峰操作，確保其安全性。因此，本文旨在探討一種基于深度學習的方法來優(yōu)化火力發(fā)電機組調(diào)峰操作，從而實現(xiàn)在電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行前提下更好的新能源消納能力，以供參考。

關鍵詞：調(diào)峰；新能源；火電機組；負荷控制

DOI：10.12433/zgkjtz.20233138

在電力系統(tǒng)中，調(diào)峰技術是一種重要的能源管理手段。隨著人們對能源需求量的增加，化石能源面臨枯竭，為應對能源危機，近年來光伏、風電等新能源快速發(fā)展。新能源具有清潔、效益好、可再生等優(yōu)點，但供應不夠穩(wěn)定。在面對有效消納新能源方面，火電機組深度調(diào)峰是一種行之有效的方法。

一、深度調(diào)峰下機組安全節(jié)能控制現(xiàn)狀

在電力系統(tǒng)中，調(diào)峰是一項重要的任務。調(diào)峰的目的是優(yōu)化電網(wǎng)的運行狀態(tài)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和可靠性。目前，國內(nèi)外對調(diào)峰的研究已取得了一定進展，相關學者提出了許多有效的調(diào)峰方法。其中，基于深度學習的方法備受關注，此方法利用神經(jīng)網(wǎng)絡模型實現(xiàn)對發(fā)電機的預測和控制，從而達到調(diào)峰的效果。同時，通過調(diào)整發(fā)電機的輸出功率保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。然而還存在一些問題有待解決。例如，傳統(tǒng)的調(diào)峰方法往往過于依賴于人工干預，難以適應復雜的負荷變化情況。而基于深度學習的方法雖然具有較高的精度和魯棒性，但計算量較大，需要大量數(shù)據(jù)的支持。因此，如何設計一種高效可靠的調(diào)峰控制策略，滿足不同情況下的需求成為當前研究的重要方向。

二、深度調(diào)峰下機組安全節(jié)能控制分析

（一）機組概況

本文涉及的機組位于中部地區(qū)某省，是國家“七五”重點能源建設項目，擁有國產(chǎn)引進型機組，是中部電網(wǎng)的骨干電廠之一，機組裝機容量為330MW，鍋爐由上海鍋爐廠制造，為亞臨界壓力一次中間再熱控制循環(huán)汽包爐（型號：SG－1025/18.3－M314/836），采用冷一次風直吹式制粉系統(tǒng)和低氮燃燒器裝置設計，四角噴燃切圓燃燒，采用受熱面回轉(zhuǎn)式空氣預熱器、靜電除塵、懸吊式Π型全露天結(jié)構(gòu)布置。汽輪機由上海汽輪機有限公司制造，額定功率330MW，型式為亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、雙缸進汽凝汽式（型號：N330－16.7/538/538）。發(fā)電機由上海電機廠制造，額定功率330MW，水氫氫冷、無刷。

（二）機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)組成

在深度調(diào)峰下，需要細致調(diào)節(jié)和控制機組的運行狀態(tài)。為了實現(xiàn)這一目標，機組必須采用一種有效的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)確保穩(wěn)定高效工作。機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)主要包括以下部分：第一，數(shù)據(jù)采集模塊。負責收集并傳輸機組的各種實時參數(shù)的數(shù)據(jù)，如溫度、壓力、流量等。這些數(shù)據(jù)是機組運行過程中的重要參考依據(jù)，也是后續(xù)處理的基礎資料。第二，數(shù)據(jù)處理模塊。主要通過算法對采集到的數(shù)據(jù)進行預處理和篩選，以便后續(xù)的計算和決策。其中，常用方法包括濾波、降噪、去重和平滑化等技術。第三，模型建立與預測模塊。主要作用是在數(shù)據(jù)處理的基礎上構(gòu)建數(shù)學模型，描述機組的動態(tài)特性。同時，還可以利用歷史數(shù)據(jù)和經(jīng)驗知識，為未來的操作提供可靠的預測結(jié)果。第四，優(yōu)化控制模塊。主要是基于模型建立的結(jié)果，設計一套合適的控制策略，以實現(xiàn)最佳的工作效果。其中包括傳統(tǒng)的PID控制器以及一些更加先進的自適應控制器等。第五，監(jiān)控與報警模塊。作用是監(jiān)測機組的狀態(tài)變化情況，及時發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，并在必要時發(fā)出警報或警告信號。同時還提供了各種統(tǒng)計報表和圖形顯示功能，便于管理人員了解機組的運行狀況。

（三）機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)運行方式

在深度調(diào)峰下，機組的負荷變化較大，需要采取相應的措施確保機組的穩(wěn)定運行。機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的運行方式是其中的重要組成部分。機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)主要通過實時監(jiān)測和調(diào)節(jié)機組各部件，實現(xiàn)機組的高效運轉(zhuǎn)。機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)主要包括：第一，機組狀態(tài)監(jiān)控模塊。主要功能是實時監(jiān)測和反饋機組各部分的狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)并處理異常情況。同時，記錄設備的歷史數(shù)據(jù)，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析提供基礎資料。第二，機組參數(shù)調(diào)整模塊。主要用于實時調(diào)節(jié)機組的各種參數(shù)，以實現(xiàn)最佳的工作效率。例如，根據(jù)負荷的變化調(diào)整機組的進汽流量、蒸汽壓力等參數(shù)，從而提高機組的發(fā)電能力。第三，故障診斷與修復模塊。主要用于檢測和排除機組中的各種故障現(xiàn)象，確保機組正常工作。如果出現(xiàn)問題，該機構(gòu)會自動報警并給出解決方案。第四，能源管理模塊。主要作用是優(yōu)化機組的能源利用率，降低能耗，通過預測和分析機組運行狀況，制定最優(yōu)的操作方案，減少能源浪費。

（四）機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化

為了確保機組的穩(wěn)定和安全性能，需要進行一定的優(yōu)化工作。機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的優(yōu)化方案包括：

首先，確定合適的機組協(xié)調(diào)控制方式。目前，常用方法包括基于PID控制器的方法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡的方法以及基于模糊控制器的方法等。其中，基于PID控制器的方法是較常見的方法，優(yōu)點是簡單易懂、操作方便。但是，也存在一些缺點，容易出現(xiàn)過擬合現(xiàn)象等。因此，在實際應用中，還要結(jié)合具體情況選擇最優(yōu)的協(xié)調(diào)控制方式。

其次，合理設置機組協(xié)調(diào)控制參數(shù)。對于不同的機組類型和負荷情況，采用的協(xié)同控制參數(shù)也會有所不同。

最后，監(jiān)測與評估機組協(xié)調(diào)控制效果。通過實時控機組協(xié)調(diào)控制的效果，及時發(fā)現(xiàn)問題并作出調(diào)整措施，從而提高機組的穩(wěn)定性和安全性。同時，利用數(shù)據(jù)挖掘技術分析機組協(xié)調(diào)控制結(jié)果，找出存在的問題并提出改進建議。

三、深度調(diào)峰下機組安全節(jié)能控制存在問題

傳統(tǒng)的機組控制方法主要基于單機的調(diào)節(jié)和優(yōu)化，并不能完全滿足需求。因此，需要采用一種新的機組協(xié)調(diào)控制方法實現(xiàn)深度調(diào)峰的目標。然而，目前現(xiàn)有的機組協(xié)調(diào)控制方案存在著問題，會影響機組的安全性和經(jīng)濟效益。首先，傳統(tǒng)機組協(xié)調(diào)控制方案中，各機組之間的相互關系不夠緊密，導致機組之間存在較大的能量浪費現(xiàn)象。其次，由于各個機組都有自己的自控能力，響應速度也不盡相同，會影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。此外，由于機組之間的聯(lián)動程度不高，在某些情況下，個別機組可能出現(xiàn)故障或異常。

為了解決上述問題，本文提出了一種新型的機組協(xié)調(diào)控制方案——機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（ICCS）。該系統(tǒng)通過將多臺機組聯(lián)合管理，實現(xiàn)了機組之間的協(xié)作，提高了系統(tǒng)的整體效率。同時，ICCS還采用了先進的數(shù)學模型預測技術，能實時監(jiān)測各機組的狀態(tài)變化，并及時調(diào)整機組的參數(shù)，以實現(xiàn)最佳的工作效果。

四、深度調(diào)峰下機組安全節(jié)能控制策略實施

（一）優(yōu)化深度調(diào)峰下機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為了確保機組的安全性和經(jīng)濟性，需要有效控制機組。因此，首先，分析機組的發(fā)電量需求。通過對歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，得到機組發(fā)電量的規(guī)律性和波動性。在此基礎上，制定發(fā)電負荷目標，確保機組滿足電力系統(tǒng)的需求。同時，考慮機組的故障率等因素，以便于在實際操作中更好地實現(xiàn)目標優(yōu)化。

其次，針對機組的不同工況，設計一套基于模糊邏輯的機組協(xié)調(diào)控制算法。該算法采用模糊數(shù)學理論，將機組的各個參數(shù)進行量化處理，并利用模糊推理的方法確定最佳的工作點。此外，結(jié)合遺傳算法的思維，實現(xiàn)多目標優(yōu)化的目的。

最后，為了提高機組的效率和穩(wěn)定性，還要對其進行實時監(jiān)控和調(diào)節(jié)。為此，采用先進的傳感器技術和通信網(wǎng)絡，建立一套完整的監(jiān)測與控制系統(tǒng)，通過無線傳輸方式收集機組的各種關鍵參數(shù)，并將其反饋到中央控制中心進行實時監(jiān)測和調(diào)整。

（二）掌握深度調(diào)峰下機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)工作原理

為了確保機組的安全性和經(jīng)濟性，需要采取相應的控制措施實現(xiàn)機組協(xié)調(diào)工作。深度調(diào)峰下機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)主要由兩個部分組成：第一，基于模型預測控制的方法對機組實時優(yōu)化控制；第二，基于模糊邏輯控制器的方法對機組定時調(diào)節(jié)控制。這兩種控制方式可以相互配合，以達到最佳效果。具體而言，深度調(diào)峰下機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)通過建立數(shù)學建模，利用MPC技術對機組進行實時優(yōu)化控制，有效解決機組運行過程中出現(xiàn)的負荷波動、發(fā)電量不穩(wěn)定等問題，提高機組的經(jīng)濟效益，降低能源成本。另外，深度調(diào)峰下機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)還采用了模糊邏輯控制器的方式對機組進行定時調(diào)節(jié)控制，通過分析機組參數(shù)的變化情況，實現(xiàn)對機組的高效管理和維護。

（三）建立深度調(diào)峰下機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)數(shù)學模型

采取相應的控制措施實現(xiàn)深度調(diào)峰的目標，其中，機組協(xié)同控制是一項重要的技術手段，是指通過對多臺機組聯(lián)合控制，提高發(fā)電效率和機組利用率，降低機組損耗，實現(xiàn)深度調(diào)峰的目標。因此，機組協(xié)同控制的研究具有重要意義。機組協(xié)同控制的基本原理是在多個機組之間建立通信網(wǎng)絡，并采用一些算法實現(xiàn)對各機組的聯(lián)合控制。具體而言，通過調(diào)節(jié)各個機組的功率輸出實現(xiàn)對機組的協(xié)同控制，同時考慮不同機組之間的負荷均衡問題，更好地滿足電力系統(tǒng)的需求。筆者提出一種基于深度調(diào)峰的機組協(xié)同控制方法，采用多目標優(yōu)化理論，結(jié)合機組協(xié)同控制的特點，建立綜合優(yōu)化模型，以此更好地解決機組協(xié)同控制中的各種約束條件和目標函數(shù)之間的關系。

五、深度調(diào)峰下機組安全節(jié)能控制研究前景

為了實現(xiàn)機組的高效運轉(zhuǎn)和節(jié)約能源，可以優(yōu)化機組負荷配比、調(diào)整機組參數(shù)以及采用智能化監(jiān)控系統(tǒng)等。具體來說，在機組負荷配比方面，采用先進控制算法，實際多臺機組負荷安全經(jīng)濟分配，最大限度上降低機組的運行成本和能耗。同時，針對不同的機組類型和工況條件，制定機組參數(shù)設置方案，以確保機組的穩(wěn)定運行和安全性。此外，為了提高機組的自動化程度和監(jiān)測精度，引入一套智能化監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對機組狀態(tài)的實時監(jiān)測和故障預警的功能。經(jīng)過實驗驗證，該深度調(diào)峰技術得到了很好的應用效果。在實際操作中，機組的運行效率得到有效提升，降低能源消耗。同時，在實踐過程中還存在一些不足，需要進一步探討和解決，以便更好地推廣和發(fā)展協(xié)同深度調(diào)峰技術的應用?；诖耍疚奶岢龅纳疃日{(diào)峰技術為機組的安全和節(jié)能提供了一種新的思路和方法，具有一定的理論價值和社會意義，未來可以繼續(xù)探索深度調(diào)峰技術的應用，結(jié)合其他新技術，不斷完善和改進深度調(diào)峰技術，使其更加滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的需求。

六、結(jié)語

綜上所述，隨著技術的不斷進步和人們環(huán)保意識的不斷增強，新能源的應用范圍和開發(fā)水平將不斷提升，由于新能源發(fā)電量屬于被動調(diào)節(jié)，未來火電機組將面臨更高的調(diào)峰需求。因此，火電機組必須具備一定的調(diào)峰能力?，F(xiàn)階段，我國多數(shù)超臨界火電機組均進行了深度調(diào)峰改造。總之，深度調(diào)峰下火電機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是一種有效的控制手段，在保證機組安全的同時，可以提高機組的經(jīng)濟效益。未來，將繼續(xù)探索更加先進的控制方法，為深度調(diào)峰下的機組提供更好的保障。

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