本发明公开了一种基于多模型预测控制的火电机组深度调峰一次调频控制方法，包括建立深度调峰状态下一次调频被控对象多区间子预测模型；分别进行对应的子预测函数控制器设计；各个子预测函数控制器联合，得出多个子预测函数控制器的最终控制增量输出值。本发明通过结合改进的多模型自适应策略，解决了由于阀门流量特性以及压力影响造成的流量系数非线性的问题；基于简化的预测函数控制策略设计子预测函数控制器，降低了预测控制设计的复杂性问题；在设定值跟踪以及系统鲁棒性方面均优于传统功率调节方法；本发明的改进功率调节算法计算量小，计算简单且易于通过DCS平台进行组态实施，具有更大的工程应用价值。