一、项目背景

随着国家绿色能源政策的全面推进，绿色能源发电机装机容量得到迅猛发展，但同时绿色能源消纳问题突出，电网需要增加更多的调峰和调频容量。为激励发电企业提供更优质的调频辅助服务，2018年8月广东电网率先推行了电力辅助服务市场试点实施工作，其规则为以发电单元的调频里程（MW）为交易标的, 其排序价格机制为：申报价格*Kmax/K，其中综合调频性能K=0.25×（2×k1+k2+k3），k1为调节速率指标，k2为响应时间指标，k3为调节精度指标；Kmax为广东省调频控制区综合调频性能最大的发电单元K值。K值大于0.5为交易准入门槛。因此影响发电企业调频辅助服务市场收入的关键因素之一为机组综合调频性能指标K值(以下简称K值)。

二、项目研究内容

项目围绕大型火电机组提升K值，提出了一种基于内反馈控制结构的惯性组合滤波器新型串联型先进控制技术，有效解决大型火电机组辅助调频大工况变化时大时滞对象特性；提出了组合关键参数的智能前馈技术和多变量非线性预测控制补偿技术，提升了机组负荷响应速率和平稳性；提出了智能煤水比、风煤比、主蒸汽压力跟踪等控制技术，有效解决火电机组辅助调频中超温超压的安全控制问题。

主要研究内容包括：

1）针对大型火电机组的大时滞特性和时滞不确定性，构造了惯性组合滤波器，提出了基于惯性组合滤波器的新型积分微分控制器技术，并给出了新型积分控制器、新型微分控制器的具体控制结构，并提出了一种新型新型串级控制器，这些新型控制器形成了一种新型基础控制技术，显著提高了反馈控制性能，这些新型控制器在火电机组控制中完全可以替代常规PID控制器。

2）自主设计了火电机组的整体智能前馈方案，满足火电机组辅助调频时高负荷变化速率运行。通过智能识别、拟合历史数据和不同负荷段特性，组合了非线性、神经网络技术和数据驱动模型，实现了状态监测、动态前馈、反向变负荷优化、参数在线修正和调节功能，自适应地给定锅炉和汽机主控，提升了机组负荷响应速率。

3）自主设计了一种过热汽温智能前馈技术，拟合历史数据，得到不同负荷段所对应的给水主控非线性函数，快速响应负荷变化和快速调节，维持主蒸汽温度。根据机组运行的新数据，不断优化神经网络函数，保证前馈的准确性。减温水最佳阀位自适应设定实现给水流量维持平衡。

4）自主提出一种再热气温智能前馈技术，基于负荷指令、负荷率、启停磨煤和锅炉壁温，形成智能前馈的烟气挡板控制方案。通过流量特性神经网络函数修正减温喷水流量，减少误差影响。

5）提出了多变量约束预测控制（MCPC）补偿控制技术，对火电机组多变量智能前馈辅助微调，在锅炉主控和汽机主控施加偏置量实现补偿控制，对机组大工况不同运行点特性差异进行补偿，实现了火电机组变负荷时的平稳性。

6）针对火电机组辅助调频中超温超压的安全问题，提出了面向辅助调频的智能煤水比控制技术，智能判断中间点蒸汽的温度、过热度和减温喷水流量，自适应获得锅炉的给水流量附加控制指令和给煤率附加控制指令。

7）提出了面向辅助调频的智能风煤比控制技术，基于闭锁功能的惯性组合滤波器控制器技术，叠加智能前馈指令值，实现了锅炉风烟自动控制系统执行机构的自适应控制。

8）设计了主蒸汽压力跟踪智能自适应控制技术，基于主蒸汽压力控制偏差、机组负荷延迟环节后的变化方向和主蒸汽压力经延迟环节后的变化方向，对机组负荷指令和主蒸汽压力设定值的延迟时间进行在线自适应修正，使压力实时控制在设定值附近，保证机组安全稳定运行。

三、研究成果及应用

3.1关键技术及创新点

1）针对大型火电机组全工况范围运行的大时滞特性，提出了基于惯性组合滤波器的新型串联型先进控制技术，对大迟延对象控制稳定性能更好、效率更高。

2）通过机组运行主要参数的智能预测，综合机组关键参数的智能前馈以及多模型切换的预测补偿控制，提出来多变量的智能控制技术，实现了机组负荷的快速准确响应，提高了机组高的快速调频能力。

3）针对火电机组辅助调频中超温超压的安全问题，提出了智能煤水比、风煤比、主蒸汽压力跟踪等控制技术，有效解决火电机组辅助调频中超温超压的安全问题。

3.2实施应用前后效果（益）情况对比

项目实施后两台百万机组实际负荷变化率提高，调频响应延时时间缩短，调频精度提高，综合调频性能K值由原来的0.4~0.7，提升到均值超过1.0, 最大超过1.5，AGC综合调频性能指标明显提升，为机组储能调频获得竞争优势打下了良好基础。

表1是项目实施前两台机组2018年10月5日00:00~7:00的调频综合k值统计值；3号机组的K值均值为0.71，4号机组中标的时间仅为一个小时；表2是项目实施后两台机组2019年10月19日00:00~7:00的调频综合k值统计值，3号机组调频综合K值均值为1.28，4号机组调频综合K值均值为1.13。

表1 连续8小时调频综合K值（日期：2018年10月05日）

时间\K值

00:00

1:00

2:00

3:00

4:00

5:00

6:00

7:00

均值

3号机组

0.76

0.78

0.57

0.76

0.55

0.72

0.59

0.70

0.61

4号机组

-

-

-

-

-

-

-

0.7

-

-表示未中标，无K值

表2 连续8小时调频综合K值（日期：2019年10月19日）

时间\K值

00:00

1:00

2:00

3:00

4:00

5:00

6:00

7:00

均值

3号机组

1.44

1.39

1.23

1.30

1.03

1.30

1.26

1.27

1.28

4号机组

1.1

1.25

1.09

1.06

0.99

1.04

1.47

1.05

1.13

图3-1是项目实施前后同时间段三个月两台百万机组辅助调频市场收益对比表。

图3-1项目实施前后调频收益对比图

通过上述可以看出项目实施后，两台百万机组的K值得到明显提升，机组调频收益获得显著增加。自系统正式投入运行以来，截止到2020年3月底，两台机组通过合理的报价创造调频里程补偿和容量补偿收益累计超过5000万元，取得了良好的经济效益和社会效益。