火电机组AGC 及深度调峰控制性能优化策略措施

前言

随着我国电网向低碳化和多元化发展，风电、光伏等新能源装机规模不断增加，对电网不确定性和灵活调控的要求日益提高。在此时代背景下，火电机组由原来的稳定供电，逐渐转变为承担调频与备用等辅助服务职能，其 AGC 和深度调峰能力是衡量其适应能力和效益的重要指标。

1. 火电机组AGC 深度调峰控制的重要性

搭建以新能源为主的新型电网建设过程中，电网的稳定协调能力受到了空前的挑战。以风电和光伏为代表的大规模间歇性电源接入电网，使得电网频率波动加剧，负荷调节需求增大。以火电机组为代表的常规可调电源和深度调峰是目前电网安全和经济运行的重要支撑手段，具有重要意义。AGC 函数是保证电力系统频率稳定的重要方法。频率稳定性是保证电网安全可靠运行的基础，它取决于电网侧对电网的快速调节能力。火电机组具有容量大、启停迅速、调节余量大等特点，利用AGC 技术可在秒至分小时范围内进行负载动态调整，有效对冲新能源波动带来的频偏。当新能源出力出现大幅波动时，AGC 的反应能力将直接影响到系统的频率偏离程度，从而影响到整体电网的稳定运行。提高火电机组AGC的响应速率和调整精度，是提高机组调节能力的基础[1]。

2. 火电机组AGC 深度调峰控制工作优化策略

2.1 完善 AGC 系统控制逻辑

在以新能源为主的新型电网建设过程中，电网的稳定与协调能力受到了空前的挑战。以火电机组为代表的常规可调电源（AGC）和深度调峰是目前电网安全和经济运行的重要支撑手段，具有重要意义。提高火电机组 AGC 的响应速率和调整精度，是提高机组调节能力的基础。随着新能源装机快速增加，其发电量表现出明显的随机性和周期性特征，尤其是当风电、光伏发电峰值而电网负荷进入低谷时，调控电源需有充足的调峰能力，便可充分发挥新能源发电的作用。具有较强的深度调峰能力的火电机组，可以将最小稳定燃烧负荷控制在 30% 及以下，在电网用电低谷，也可为电网提供充足的降荷量，从而大幅提升风、光伏发电的实网出力，通过对具体调控工作逻辑的明确，也可为调控工作的后续开展提供有力保障。

火电机组的深调能力直接关系到新能源的实际消纳率，对缓解我国弃风弃光问题有着显著的结构效应。AGC 和深度调峰是火电机组实现灵活调度的重要支持途径。传统火电机组多以高负荷、长时间平稳运行为主，随着新能源替代的不断加剧，火电机组容量虽逐渐下降，但对其调控职能的要求却大幅提升。具有柔性 AGC 响应和深度调峰能力的火电机组，能够在频繁的负荷波动和不断变化的调度需求下维持良好的自适应能力，使其由发电主体变为调节主体。本项目的研究成果将为我国电力系统在电力系统中的应用奠定理论和技术基础。重构 AGC 和深度调峰的调控机制对提高系统的安全性有着重要的意义。在极端天气与大负载干扰等条件下，电网需要能够迅速地调整自身的资源，从而达到动态稳态均衡。由于具有快速响应和稳定输出的特点，火电机组在受到干扰时，成为一种重要的缓冲资源。尤其在新能源高比例接入带来的系统惯性衰减背景下，火电机组 AGC 响应不但关系到调频效果，而且对电网惯性支撑起着至关重要的作用[2]。

2.2 推进执行单元响应能力升级

火电机组在实施 AGC 深度调峰时，其最终调控结果除了取决于系统指令是否科学合理之外，还与执行单元的反应速率和控制精度有直接关系。特别是随着新能源接入比例的不断提高，电网调节需求日趋频繁和快速，如果执行层出现滞后、非线性或不能闭环的问题，将会极大地限制机组 AGC 的响应能力和调峰性能。为此，需要从控制设备、信号传递、执行元件和策略组态等层次，系统性地提升执行单元的响应能力。

要把核心调控机制作为主要目标，推动数字化转型。主蒸汽阀、电液执行机构和调速器伺服系统是调节机组负载的最主要通路，其调节精度与响应速度直接关系到 AGC 系统的动态特性。传统机电一体化控制结构中，信号获取精度低、响应延迟长、执行误差补偿机理不够理想，无法满足小振幅频繁调整指令精确执行的要求。本项目拟采用高精度的位移传感器、压力传感器和数字滤波器等方法，对主气门开启量进行实时采集和动态修正，从而达到微秒量级的闭环控制，缩短负载响应时间，提升调节的线性和灵敏度。作为负载调控的源- 端支持平台，锅炉系统中各个执行器的联动速率和精度也是调控品质的关键因素。在实际操作过程中，由于磨煤机的启动时序延迟、风煤比例不平衡和锅炉负压脉动等原因，导致了常规燃烧系统的响应滞后。

2.3 科学界定机组调峰运行边界

随着新能源高比例接入，火电机组的深度调峰已经成为提高电网调节能力的重要支撑。调峰过程中包含了负荷波动、设备热负荷、燃烧和温压等多个动态因素，如果没有对调峰策略进行科学划分，很容易引起锅炉爆管、再热汽温剧烈波动、低负荷稳定燃烧和金属构件的疲劳破坏。对机组调峰工作范围进行科学划分，是保证机组正常工作与机组长期安全稳定运行的前提。根据电网的历史数据和典型工况，建立电网调峰界限辨识模型。在此基础上，构建包含燃烧稳定性、汽温波动率、再热器热应力梯度、主蒸汽压力恢复时间等多个维度的参量矩阵，实现对不同调峰深度工况的稳定特性的定量表征。在此基础上，融合操作事件数据库和故障溯源信息，对典型故障发生之前的运行迹象进行辨识，并抽取趋近于深层调峰边界的关键状态特征，建立灵敏度高的判别判据。本项目的研究成果可为电网调峰调度决策的采纳和实施提供经验支持，降低经验决策的不确定性。建立与机组热力响应特征相适应的调峰边界模拟平台，并以此为基础，建立与机组热力响应特征相适应的调峰边界模拟平台。本项目拟将锅炉炉膛结构模型、蒸汽温度控制模型、金属热应力分析模型和燃烧稳定性计算模型相结合，实现在给定负载调节条件下，对各个关键装备的热力响应进行预测和计算。在模拟过程中，通过输入给定的负荷变化率、目标调峰深度、当前运行状态等参数，实现系统的最大允许调节率、再热蒸汽温度梯度变化、壁面温度上升速率等边界条件，并生成动态负荷约束曲线。采用历史数据建模、热力模拟计算、状态辨识和边界动态校正等多维度协同方法，科学确定火电机组调峰运行边界。在此基础上，实现单元在可控与高效的调控空间内高效工作，在确保装置安全稳定的前提下，提高调控任务的完成重量，为新一代电网中火电灵活资源的可持续利用提供重要的保障，对于火电机组的后续发展具有重要意义。

3 结语

随着电网复杂性的提高和市场化的深入，火电机组的调控能力不再只是技术难题，同时作为重要的节点而存在。通过对智能调度和辅助服务市场化机制的研究，促进 AGC 控制体系向智能预测方向演化，为新型能源体系下火电机组的转型重构和持续供能提供对应的技术支撑。本项目在电力系统调控能力评估体系与火电- 储能协调控制等方面进行深入研究。

参考文献

[1] 赵子泰 . 火电机组深度调峰调频性能评价研究 [D]. 华北电力大学 ( 北京 ),2024.

[2] 苏玉强 .330MW 火电机组深度调峰下 AGC 控制及优化 [J]. 应用能源技术 ,2023,(11):18- 22.

[3] 肖振江 . 火电机组深度调峰全负荷协调控制系统优化 [J]. 中国高新科技 ,2023,(12):12- 13+19.