如何提升电网调频精度与储能安全性、经济性？湖南大学研究者提出一种火电机组-储能系统协同调控的新思路

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储能系统应用于电网调频时通常与火电机组协同调控以提升频率稳定性，但当前侧重于储能与火电机组间的调频信号分配以优化两者出力，往往忽略了火电机组自身滞后特性对调频的影响，以及在负荷快速扰动时出现反向调节的错误动作，难以适应高精度的调频需求。

研究背景

为实现“双碳”战略，近年来新能源大规模并网，给电网频率稳定带来巨大挑战。火电机组因具有惯性环节，其出力滞后于负荷扰动，不利于频率快速恢复，当负荷快速扰动时，火电机组甚至出现反向出力调节的错误动作。储能系统因快速响应特性、配置灵活等特点电网调频提供新思路，目前被广泛应用于协同火电机组共同参与调频，以提升电力系统频率稳定性。此外，储能系统的安全问题也不容忽视。

论文所解决的问题及意义

采用传统调频方式时存在以下两方面问题：

1、为应对短周期负荷扰动带来的频率问题，常规调频机组需频繁调整出力，加剧了机组的机械损耗，损害其寿命；

2、火电机组响应时滞较长，参与调频时受机械惯性影响较大，出力往往滞后于负荷扰动，在负荷变化较快时甚至出现火电机组出力与负荷变化反向的错误调节动作（如图1），将导致电网频率的进一步恶化。

图1 火电机组出力、负荷扰动曲线

此外，储能系统由多个储能单元组成，调频过程中储能单元间SOC差异将形成内部环流，影响其运行安全。当前研究往往以安全为目标进行SOC一致性控制，忽略了控制的经济成本，限制了储能系统的广泛应用。因此，探索兼顾储能调控安全性与经济性的新方式具有重要意义。

论文方法及创新点

1、为解决火电机组时滞特性导致调频精度不足的问题，提出基于全通滤波的储能系统-火电机组协同调频控制新思路及控制模型，并提出基于实际负荷数据的模型参数辨识方法，使储能系统作为相移器保持负荷扰动与火电机组相位基本一致，显著提升了储能系统-火电机组协同调频的精度。电池储能系统-火电机组联合调频模型如图2所示。

图2 电池储能系统-火电机组联合调频模型

2、提出一种兼顾储能调控安全性与经济性的新思路，通过对调频周期内储能功率分配权重进行动态修正，并根据SOC值差异依次投入储能单元，解决了SOC差异较小时储能单元SOC一致性维持和调频功率响应的矛盾，同时，减小了储能单元频繁投切对其使用寿命的影响。储能系统SOC一致性控制框架如图3所示。

图3 储能系统SOC一致性控制框架

结论

1）将储能系统作为相移器协同火电机组调频，能够有效解决火电机组自身特性导致的响应时滞甚至反向错误调节的问题，为新型电力系统的高精度调频提供新思路。

2）调频周期内通过对储能单元功率分配权重进行动态调整，可实现SOC一致性维持并完全响应调频功率，通过顺序调控储能单元动作方式，显著减小了储能单元参与SOC一致性维持的动作次数，有效延长其使用寿命。

3）对比典型储能调频策略，所提策略对区域电网频率提升效果高达23.47%，储能单元的平均寿命提升了8.9%。

团队介绍

团队由湖南大学李培强教授领衔，在校博士、硕士20余人，主要致力于电力系统负荷建模与电压稳定、大规模储能及其在电网中的应用、分布式能源与新能源预测等方面的研究。

承担国家重点研发计划课题3项、国家自然科学基金面上项目3项、湖南省自然科学基金等纵向项目10余项，完成国家电网公司、南方电网公司、湖南省电力公司等横向项目20余项。获授权国家发明专利、实用新型专利30余项，发表学术论文150余篇。获省部科技进步一等奖1项、二等奖4项。

肖家杰

硕士研究生，主要研究方向：储能建模及参与电网调频控制。

E-mail: 1030982997@ qq.com

李培强

教授，博士生导师，主要研究方向：电力系统运行分析与控制、分布式发电、负荷建模等。

E-mail: lpqcs@hotmail.com

毛志宇

硕士，主要研究方向：储能建模及其在电力系统中的应用。

E-mail: 1832372430@qq.com（通信作者）

涂春鸣

教授，博士生导师，主要研究方向：电网新型调控技术与装备、分布式能源与微能源网、电能质量与高效利用，

E-mail: chunming_tu@263.net

本工作成果发表在2025年第3期《电工技术学报》，论文标题为“考虑火电时滞特性的电池储能集群调频综合控制策略研究“。本课题得到国家自然科学基金和国家重点基础研究发展计划项目的支持。

引用本文

肖家杰, 李培强, 毛志宇, 涂春鸣. 考虑火电时滞特性的电池储能集群调频综合控制策略研究[J]. 电工技术学报, 2025, 40(3): 689-704. Xiao Jiajie, Li Peiqiang, Mao Zhiyu, Tu Chunming. Research on Integrated Control Strategy of Battery Energy Storage Cluster for Frequency Regulation Considering Thermal Power Time Lag Characteristic. Transactions of China Electrotechnical Society, 2025, 40(3): 689-704.

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