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(fēng)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(fù)荷實(shí)時(shí)變化，接入量占比逐步增長，給電網(wǎng)負(fù)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(xiàng)重要的技術(shù)手段，目前電力系統(tǒng)調(diào)峰主要利用火電機(jī)組的負(fù)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(jī)組深調(diào)下限降低，甚至到20%Pe。而對(duì)于發(fā)電機(jī)而言，需要適當(dāng)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(xué)習(xí)的方法來優(yōu)化火力發(fā)電機(jī)組調(diào)峰操作，從而實(shí)現(xiàn)在電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行前提下更好的新能源消納能力，以供參考。

關(guān)鍵詞：調(diào)峰；新能源；火電機(jī)組；負(fù)荷控制

DOI：10.12433/zgkjtz.20233138

在電力系統(tǒng)中，調(diào)峰技術(shù)是一種重要的能源管理手段。隨著人們對(duì)能源需求量的增加，化石能源面臨枯竭，為應(yīng)對(duì)能源危機(jī)，近年來光伏、風(fēng)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(diǎn)，但供應(yīng)不夠穩(wěn)定。在面對(duì)有效消納新能源方面，火電機(jī)組深度調(diào)峰是一種行之有效的方法。

一、深度調(diào)峰下機(jī)組安全節(jié)能控制現(xiàn)狀

在電力系統(tǒng)中，調(diào)峰是一項(xiàng)重要的任務(wù)。調(diào)峰的目的是優(yōu)化電網(wǎng)的運(yùn)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(duì)調(diào)峰的研究已取得了一定進(jìn)展，相關(guān)學(xué)者提出了許多有效的調(diào)峰方法。其中，基于深度學(xué)習(xí)的方法備受關(guān)注，此方法利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)的預(yù)測和控制，從而達(dá)到調(diào)峰的效果。同時(shí)，通過調(diào)整發(fā)電機(jī)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(yù)，難以適應(yīng)復(fù)雜的負(fù)荷變化情況。而基于深度學(xué)習(xí)的方法雖然具有較高的精度和魯棒性，但計(jì)算量較大，需要大量數(shù)據(jù)的支持。因此，如何設(shè)計(jì)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(dāng)前研究的重要方向。

二、深度調(diào)峰下機(jī)組安全節(jié)能控制分析

（一）機(jī)組概況

本文涉及的機(jī)組位于中部地區(qū)某省，是國家“七五”重點(diǎn)能源建設(shè)項(xiàng)目，擁有國產(chǎn)引進(jìn)型機(jī)組，是中部電網(wǎng)的骨干電廠之一，機(jī)組裝機(jī)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(hào)：SG－1025/18.3－M314/836），采用冷一次風(fēng)直吹式制粉系統(tǒng)和低氮燃燒器裝置設(shè)計(jì)，四角噴燃切圓燃燒，采用受熱面回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器、靜電除塵、懸吊式Π型全露天結(jié)構(gòu)布置。汽輪機(jī)由上海汽輪機(jī)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(jìn)汽凝汽式（型號(hào)：N330－16.7/538/538）。發(fā)電機(jī)由上海電機(jī)廠制造，額定功率330MW，水氫氫冷、無刷。

（二）機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)組成

在深度調(diào)峰下，需要細(xì)致調(diào)節(jié)和控制機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，機(jī)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(jī)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(fù)責(zé)收集并傳輸機(jī)組的各種實(shí)時(shí)參數(shù)的數(shù)據(jù)，如溫度、壓力、流量等。這些數(shù)據(jù)是機(jī)組運(yùn)行過程中的重要參考依據(jù)，也是后續(xù)處理的基礎(chǔ)資料。第二，數(shù)據(jù)處理模塊。主要通過算法對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和篩選，以便后續(xù)的計(jì)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(shù)。第三，模型建立與預(yù)測模塊。主要作用是在數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，描述機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性。同時(shí)，還可以利用歷史數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，為未來的操作提供可靠的預(yù)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(shè)計(jì)一套合適的控制策略，以實(shí)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(jìn)的自適應(yīng)控制器等。第五，監(jiān)控與報(bào)警模塊。作用是監(jiān)測機(jī)組的狀態(tài)變化情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，并在必要時(shí)發(fā)出警報(bào)或警告信號(hào)。同時(shí)還提供了各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表和圖形顯示功能，便于管理人員了解機(jī)組的運(yùn)行狀況。

（三）機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)運(yùn)行方式

在深度調(diào)峰下，機(jī)組的負(fù)荷變化較大，需要采取相應(yīng)的措施確保機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的運(yùn)行方式是其中的重要組成部分。機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)主要通過實(shí)時(shí)監(jiān)測和調(diào)節(jié)機(jī)組各部件，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)主要包括：第一，機(jī)組狀態(tài)監(jiān)控模塊。主要功能是實(shí)時(shí)監(jiān)測和反饋機(jī)組各部分的狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理異常情況。同時(shí)，記錄設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析提供基礎(chǔ)資料。第二，機(jī)組參數(shù)調(diào)整模塊。主要用于實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)機(jī)組的各種參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最佳的工作效率。例如，根據(jù)負(fù)荷的變化調(diào)整機(jī)組的進(jìn)汽流量、蒸汽壓力等參數(shù)，從而提高機(jī)組的發(fā)電能力。第三，故障診斷與修復(fù)模塊。主要用于檢測和排除機(jī)組中的各種故障現(xiàn)象，確保機(jī)組正常工作。如果出現(xiàn)問題，該機(jī)構(gòu)會(huì)自動(dòng)報(bào)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(jī)組的能源利用率，降低能耗，通過預(yù)測和分析機(jī)組運(yùn)行狀況，制定最優(yōu)的操作方案，減少能源浪費(fèi)。

（四）機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化

為了確保機(jī)組的穩(wěn)定和安全性能，需要進(jìn)行一定的優(yōu)化工作。機(jī)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(jī)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(luò)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(diǎn)是簡單易懂、操作方便。但是，也存在一些缺點(diǎn)，容易出現(xiàn)過擬合現(xiàn)象等。因此，在實(shí)際應(yīng)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(shè)置機(jī)組協(xié)調(diào)控制參數(shù)。對(duì)于不同的機(jī)組類型和負(fù)荷情況，采用的協(xié)同控制參數(shù)也會(huì)有所不同。

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

三、深度調(diào)峰下機(jī)組安全節(jié)能控制存在問題

傳統(tǒng)的機(jī)組控制方法主要基于單機(jī)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(jī)組協(xié)調(diào)控制方法實(shí)現(xiàn)深度調(diào)峰的目標(biāo)。然而，目前現(xiàn)有的機(jī)組協(xié)調(diào)控制方案存在著問題，會(huì)影響機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)效益。首先，傳統(tǒng)機(jī)組協(xié)調(diào)控制方案中，各機(jī)組之間的相互關(guān)系不夠緊密，導(dǎo)致機(jī)組之間存在較大的能量浪費(fèi)現(xiàn)象。其次，由于各個(gè)機(jī)組都有自己的自控能力，響應(yīng)速度也不盡相同，會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。此外，由于機(jī)組之間的聯(lián)動(dòng)程度不高，在某些情況下，個(gè)別機(jī)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(jī)組協(xié)調(diào)控制方案——機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（ICCS）。該系統(tǒng)通過將多臺(tái)機(jī)組聯(lián)合管理，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組之間的協(xié)作，提高了系統(tǒng)的整體效率。同時(shí)，ICCS還采用了先進(jìn)的數(shù)學(xué)模型預(yù)測技術(shù)，能實(shí)時(shí)監(jiān)測各機(jī)組的狀態(tài)變化，并及時(shí)調(diào)整機(jī)組的參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最佳的工作效果。

四、深度調(diào)峰下機(jī)組安全節(jié)能控制策略實(shí)施

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

為了確保機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性，需要有效控制機(jī)組。因此，首先，分析機(jī)組的發(fā)電量需求。通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，得到機(jī)組發(fā)電量的規(guī)律性和波動(dòng)性。在此基礎(chǔ)上，制定發(fā)電負(fù)荷目標(biāo)，確保機(jī)組滿足電力系統(tǒng)的需求。同時(shí)，考慮機(jī)組的故障率等因素，以便于在實(shí)際操作中更好地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)優(yōu)化。

其次，針對(duì)機(jī)組的不同工況，設(shè)計(jì)一套基于模糊邏輯的機(jī)組協(xié)調(diào)控制算法。該算法采用模糊數(shù)學(xué)理論，將機(jī)組的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行量化處理，并利用模糊推理的方法確定最佳的工作點(diǎn)。此外，結(jié)合遺傳算法的思維，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)優(yōu)化的目的。

最后，為了提高機(jī)組的效率和穩(wěn)定性，還要對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)節(jié)。為此，采用先進(jìn)的傳感器技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)，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(jī)組的各種關(guān)鍵參數(shù)，并將其反饋到中央控制中心進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和調(diào)整。

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

為了確保機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性，需要采取相應(yīng)的控制措施實(shí)現(xiàn)機(jī)組協(xié)調(diào)工作。深度調(diào)峰下機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)主要由兩個(gè)部分組成：第一，基于模型預(yù)測控制的方法對(duì)機(jī)組實(shí)時(shí)優(yōu)化控制；第二，基于模糊邏輯控制器的方法對(duì)機(jī)組定時(shí)調(diào)節(jié)控制。這兩種控制方式可以相互配合，以達(dá)到最佳效果。具體而言，深度調(diào)峰下機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)通過建立數(shù)學(xué)建模，利用MPC技術(shù)對(duì)機(jī)組進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化控制，有效解決機(jī)組運(yùn)行過程中出現(xiàn)的負(fù)荷波動(dòng)、發(fā)電量不穩(wěn)定等問題，提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益，降低能源成本。另外，深度調(diào)峰下機(jī)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(duì)機(jī)組進(jìn)行定時(shí)調(diào)節(jié)控制，通過分析機(jī)組參數(shù)的變化情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組的高效管理和維護(hù)。

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

采取相應(yīng)的控制措施實(shí)現(xiàn)深度調(diào)峰的目標(biāo)，其中，機(jī)組協(xié)同控制是一項(xiàng)重要的技術(shù)手段，是指通過對(duì)多臺(tái)機(jī)組聯(lián)合控制，提高發(fā)電效率和機(jī)組利用率，降低機(jī)組損耗，實(shí)現(xiàn)深度調(diào)峰的目標(biāo)。因此，機(jī)組協(xié)同控制的研究具有重要意義。機(jī)組協(xié)同控制的基本原理是在多個(gè)機(jī)組之間建立通信網(wǎng)絡(luò)，并采用一些算法實(shí)現(xiàn)對(duì)各機(jī)組的聯(lián)合控制。具體而言，通過調(diào)節(jié)各個(gè)機(jī)組的功率輸出實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組的協(xié)同控制，同時(shí)考慮不同機(jī)組之間的負(fù)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(jī)組協(xié)同控制方法，采用多目標(biāo)優(yōu)化理論，結(jié)合機(jī)組協(xié)同控制的特點(diǎn)，建立綜合優(yōu)化模型，以此更好地解決機(jī)組協(xié)同控制中的各種約束條件和目標(biāo)函數(shù)之間的關(guān)系。

五、深度調(diào)峰下機(jī)組安全節(jié)能控制研究前景

為了實(shí)現(xiàn)機(jī)組的高效運(yùn)轉(zhuǎn)和節(jié)約能源，可以優(yōu)化機(jī)組負(fù)荷配比、調(diào)整機(jī)組參數(shù)以及采用智能化監(jiān)控系統(tǒng)等。具體來說，在機(jī)組負(fù)荷配比方面，采用先進(jìn)控制算法，實(shí)際多臺(tái)機(jī)組負(fù)荷安全經(jīng)濟(jì)分配，最大限度上降低機(jī)組的運(yùn)行成本和能耗。同時(shí)，針對(duì)不同的機(jī)組類型和工況條件，制定機(jī)組參數(shù)設(shè)置方案，以確保機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行和安全性。此外，為了提高機(jī)組的自動(dòng)化程度和監(jiān)測精度，引入一套智能化監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和故障預(yù)警的功能。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該深度調(diào)峰技術(shù)得到了很好的應(yīng)用效果。在實(shí)際操作中，機(jī)組的運(yùn)行效率得到有效提升，降低能源消耗。同時(shí)，在實(shí)踐過程中還存在一些不足，需要進(jìn)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(shù)的應(yīng)用?；诖?，本文提出的深度調(diào)峰技術(shù)為機(jī)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(jià)值和社會(huì)意義，未來可以繼續(xù)探索深度調(diào)峰技術(shù)的應(yīng)用，結(jié)合其他新技術(shù)，不斷完善和改進(jìn)深度調(diào)峰技術(shù)，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(shù)的不斷進(jìn)步和人們環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，新能源的應(yīng)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(dòng)調(diào)節(jié)，未來火電機(jī)組將面臨更高的調(diào)峰需求。因此，火電機(jī)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(jī)組均進(jìn)行了深度調(diào)峰改造?？傊?，深度調(diào)峰下火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是一種有效的控制手段，在保證機(jī)組安全的同時(shí)，可以提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益。未來，將繼續(xù)探索更加先進(jìn)的控制方法，為深度調(diào)峰下的機(jī)組提供更好的保障。

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