火电厂AGC 与一次调频协同控制策略的热工优化研究

一、引言

在现代电力系统中，维持电网频率的稳定是保障电力可靠供应的关键。火电厂作为电力系统的重要组成部分，其机组的自动发电控制（AGC）和一次调频功能对于电网频率调节起着核心作用。AGC 主要负责根据电网调度指令，调整机组出力，以满足系统负荷需求并维持联络线功率平衡；一次调频则是当电网频率出现偏差时，机组通过调速系统快速自动调整有功出力，抑制频率的进一步变化 。两者虽功能不同，但紧密相关、相互影响。然而，在实际运行中，由于火电机组被控对象具有非线性、大惯性和强耦合等特点，AGC 与一次调频协同控制面临诸多挑战，如响应速度慢、调节精度低、相互干扰等问题，严重影响机组的运行性能和电网的稳定性。因此，开展火电厂 AGC 与一次调频协同控制策略的热工优化研究具有重要的现实意义 。

二、AGC 与一次调频基本原理

2.1 AGC 基本原理

AGC 系统通过接收电网调度中心下达的负荷指令，综合考虑机组当前运行状态、发电能力等因素，计算出适合机组的目标负荷。然后，将目标负荷指令分配到锅炉和汽机控制系统。在锅炉侧，通过调整燃料量、风量、给水量等参数，改变锅炉的热功率输出；在汽机侧，调节汽轮机调节阀开度，控制进汽量，从而改变机组的有功功率输出，实现对电网负荷需求的跟踪 。AGC 的控制目标是使机组实际出力快速、准确地跟随调度指令，同时保证机组运行的安全性和稳定性，维持主蒸汽压力、温度等关键参数在合理范围内 。

2.2 一次调频基本原理

一次调频的核心是基于机组调速系统的频率调节作用。当电网频率偏离额定值时，安装在发电机组上的调速器会感知到频率偏差。根据频率偏差的大小和方向，调速器自动调整汽轮机的进汽量（对于水轮机则是调整导叶开度）。若电网频率下降，调速器增大进汽量，使汽轮机转速上升，从而增加发电机的有功出力；反之，若电网频率上升，调速器减小进汽量，降低发电机出力 。一次调频的特点是响应速度快，能够在数秒内对频率偏差做出反应，但其调节能力有限，只能在一定范围内维持电网频率的稳定 。

2.3 AGC 与一次调频的关系

AGC 和一次调频在电网频率调节中属于不同层次的控制手段，二者相互补充、协同工作 。一次调频主要应对电网频率的快速、小幅度变化，凭借其快速响应特性，在短时间内抑制频率偏差，为电网频率稳定提供第一道防线 。而AGC 则侧重于对电网负荷的长期、大幅度变化进行跟踪调节，通过精确控制机组出力，实现系统功率的平衡和频率的长期稳定 。在实际运行中，当一次调频动作后，机组出力发生变化，可能导致机组偏离 AGC设定的目标负荷，此时AGC 系统会根据新的机组运行状态，调整控制策略，使机组重新回到目标负荷运行 。因此，实现AGC 与一次调频的有效协同，能够充分发挥两者的优势，提高电网频率调节的效果和可靠性 。

三、火电厂AGC 与一次调频协同控制存在的问题

3.1 响应速度与调节精度的矛盾

在传统的 AGC 与一次调频控制策略中，难以同时兼顾响应速度和调节精度。为了快速响应电网负荷变化或频率偏差，往往会加大控制量的调节幅度，这可能导致机组运行参数波动过大，影响调节精度，甚至威胁机组的安全稳定运行；而若过于追求调节精度，采用较小的控制量变化，则会使机组响应速度变慢，无法满足电网对快速调节的要求 。例如，在负荷快速增加时，为了尽快提升机组出力，可能会大幅度增加燃料量，但这可能引起主蒸汽压力下降过快、汽温波动等问题 。

3.2 控制策略的不匹配

AGC 和一次调频各自的控制策略在设计时可能没有充分考虑两者的协同工作需求，导致在实际运行中出现控制策略不匹配的情况 。如一次调频动作时，由于其控制逻辑与 AGC 控制逻辑缺乏有效协调，可能会使 AGC 系统误判机组运行状态，进而发出不合理的控制指令，干扰一次调频的正常调节过程 。同时，不同机组的AGC 和一次调频控制参数设置也可能存在差异，使得在电网中各机组之间的协同效果不佳 。

3.3 机组动态特性影响

火电机组的动态特性较为复杂，具有大惯性、大迟延和非线性等特点 。在 AGC 与一次调频协同控制过程中，这些特性会对控制效果产生显著影响 。例如，锅炉从增加燃料量到蒸汽产量增加存在较大的迟延时间，这使得在负荷变化时，机组出力不能及时响应，影响一次调频的快速性和 AGC的跟踪精度 。此外，机组在不同负荷工况下的动态特性也有所不同，传统的固定参数控制策略难以适应这种变化，导致控制性能下降 。

四、热工优化策略

4.1 先进控制算法的应用

为解决响应速度与调节精度的矛盾以及适应机组复杂的动态特性，引入先进的控制算法 。例如，采用预测控制算法，通过建立机组的动态模型，对未来一段时间内的负荷变化和参数变化进行预测，提前调整控制量，使机组能够更快速、准确地响应负荷需求和频率变化，同时减少参数波动 。此外，自适应控制算法可以根据机组实时运行状态和工况变化，自动调整控制参数，提高控制策略对不同工况的适应性 。将神经网络控制算法应用于 AGC 与一次调频协同控制中，利用神经网络强大的非线性映射能力和自学习能力，对复杂的热工系统进行建模和控制，优化控制效果 。

4.2 控制策略的优化与协调

对AGC 和一次调频的控制策略进行全面优化和协调设计 。在AGC 控制策略中，增加对一次调频动作的判断和跟踪环节，当一次调频动作时，AGC系统能够及时调整目标负荷和控制参数，避免与一次调频产生冲突 。同时，优化一次调频的控制逻辑，使其在满足频率调节要求的前提下，尽量减少对AGC 控制的干扰 。通过设置合理的优先级和协调机制，确保在不同工况下AGC 和一次调频能够有序工作，共同实现电网频率和功率的稳定控制 。例如，在频率偏差较小时，以 AGC 控制为主，保证机组按计划跟踪负荷指令；当频率偏差超过一定阈值时，优先发挥一次调频的快速调节作用，待频率恢复稳定后，AGC 再进行精确的负荷调整 。

在具体协调机制设计上，可在 DEH 系统中增设调频深度量化模块，实时计算一次调频所需的功率补偿量，并将其作为修正值动态叠加至 AGC 的负荷指令中。例如，当电网频率偏差为±0.1Hz 时，一次调频优先投入 20% 额定功率的调节裕量，此时AGC 将目标负荷冻结在当前值并跟踪调频动态；待频率偏差缩小至±0.05Hz 以内，调频模块自动退出并向AGC 发送负荷补偿信号，由AGC 在30 秒内完成剩余0.5%额定功率的精确修正。

同时，在协调控制系统中植入“调频-AGC”切换死区，当一次调频动作持续时间不足 5 秒时，AGC 不触发目标负荷重设，避免频繁调节导致的主汽压力波动；若动作持续超10 秒，则自动激活AGC 的“追加减”模式，按 5%/min 的速率平滑衔接负荷曲线，确保锅炉燃烧率与汽轮机调门开度的协同过渡。

五、结论

本文针对火电厂 AGC 与一次调频协同控制策略展开研究，分析了其基本原理、存在的问题，并从热工角度提出了一系列优化策略 。通过引入先进控制算法、优化控制策略、考虑机组动态特性进行参数优化以及实施热工系统解耦控制等措施，有效解决了 AGC 与一次调频协同控制中响应速度与调节精度的矛盾、控制策略不匹配、机组动态特性影响和热工系统耦合干扰等问题 。案例分析结果表明，优化后的协同控制策略显著提升了机组的运行性能，提高了 AGC 负荷跟踪精度和一次调频效果，增强了电网的稳定性和可靠性 。

参考文献

[1]褚云龙.程松.李云，火电机组一次调频及 AGC 全网试验分析.[J]电网与清洁能源.2013，9，(14):184-186.

[2]李洪辉.600MW 机组的 AGC 及一次调频性能优化策略[J].自动化应用,2022,3(6):85-87.

[3]刘海杰,王冬浩．330MW 循环流化床机组 AGC 控制策略分析及优化[J]．维普期刊,2023,10(11):23-23.

作者简介 ：

姓名：王涛，出生年月：1990.05，性别：男，籍贯{省市}：山东省德州市，学历学位：大学本科、工学学士学位、职称：工程师，研究方向：控制。

姓名：刘书杰，出生年月：1971.11，性别：男，籍贯{省市}：山东省德州市，学历学位：大专、职称：高级工程师，研究方向：自动控制。

姓名：王爱成，出生年月：1975.03，性别：男，籍贯{省市}：山东省德州市，学历学位：大学本科、工学学士学位、职称：高级工程师，研究方向：自动控制。

姓名：窦志，出生年月：1991.09，性别：男，籍贯{省市}：山东省济宁市，学历学位：大学本科，工学学士学位，职称：初级工程师，研究方向：自动控制。

姓名：王德诚，出生年月：1994.01，性别：男，籍贯{省市}：山东省淄博市，学历学位：研究生、工学硕士学位、职称：工程师，研究方向：自动控制。