电储能联合调频技术在火电厂中的应用研究

引言

通过合理的功率分配和充放电策略，电储能不仅可以参与一次调频，还能够协助火电机组优化运行状态，减轻机组调节负荷波动的压力，从而提升整体调频精度与系统稳定性。电储能联合调频技术的核心在于协调火电机组与储能系统的功率输出，实现多时间尺度、多资源类型的动态调节。因此，针对火电机组与储能系统的联合调频研究，既具有理论价值，也具有重要的工程应用意义。

1 电储能联合调频技术基础

1.1 火电机组调频原理

火电机组属于传统电网的主要频率调节资源，它的调频原理依赖于机组的惯性响应和调速系统的功率调节能力，当电网负荷发生改变或者频率偏离正常值的时候，机组就会调整蒸汽流量或者燃料输入量，以此来使发电机的输出功率增多或者削减，进而把电网的频率给恢复过来，火电机组的调频步骤可以划分成初级调频，次级调频以及三级调频，初级调频的反应速度比较快，依靠的是机组的机械惯性所提供的瞬时功率支持，可以在毫秒到秒的范围内抑制频率波动，次级调频借助调速系统慢慢调整输出功率，从而把频率调整到正常水平，三级调频则是依靠机组群的联合调度和负荷分配达成长期的平衡状态。

1.2 储能系统调频原理

储能系统以电化学储能、机械储能或混合储能为代表，储能系统参与调频的原理主要是依靠储能单元迅速释放或吸收功率来对电网频率进行瞬间调整，储能系统响应速度快，可在毫秒至秒级完成功率输出变化，与火电机组的缓慢响应特性形成互补，在实际运行中，储能调频会根据电网频率偏差和频率变化率，把偏差信号转变为充放电指令，以动态支撑电网，在实际应用中，储能调频依赖储能容量以及功率额定值决定调频能力上限，储能充放电策略和 SOC 管理也影响着调频持续性与响应精确度。储能参加调频可单独运行，也可与火电机组协同，依靠分担机组调节负荷，做到频率迅速恢复和功率平衡，而且，储能系统在联合调频中还可改进功率分配策略，好比电网存在负荷峰谷波动或者突发扰动时率先响应，以此减轻火电机组的瞬时负荷改变压力，加强系统的整体调频能力和灵活程度。

1.3 电储能联合调频机理

电储能联合调频技术依靠协调火电机组和储能系统的功率输出，做到电网频率的快速调节和长期稳定，它的主要机理是把火电机组持续调节的能力和储能系统高速响应的特点结合起来，从而创建起一种多时间尺度，多资源类型的协同调频体系，在联合调频过程中，火电机组承担负荷的长期调节和大幅功率变化的任务，储能系统则通过瞬时响应来抑制频率的快速波动，二者凭借控制策略和功率分配算法实施即时协同，联合调频机理包含频率偏差检测，功率分配计算，储能充放电指令生成以及机组调节执行这些环节，经过闭环控制达成系统频率的动态稳定。

2 联合调频控制策略研究

2.1 传统 PID 及改进 PID 控制策略

传统 PID 控制策略在电储能联合调频应用较为普遍，它主要是依靠电网频率偏差和偏差变化率来执行火电机组和储能系统的功率输出调整量的计算，从而达成对电网频率的闭环调节，其中比例（P）环节快速反应频率偏差，积分（I）环节消除稳态误差，微分（D）环节防止过冲和振荡，进而达到系统频率的平稳恢复，但是火电机组响应速度慢且惯性大，再加上电网负荷和可再生能源输出存在很大的不确定性，传统的 PID 在实际联合调频过程中或许会出现响应滞后或者过调或者振荡的情况，所以改进 PID 控制策略就产生了，它借助增加自适应调节，增益调度或者模糊调节等手段去动态改变 PID 参数，使得控制器能够按照频率偏差幅值，变化速率以及储能SOC 状态及时调整输出。

2.2 预测控制与模型参考控制策略

预测控制、模型参考控制策略在联合调频里主要针对负荷和频率波动的不确定性，依靠提前计算和预测来达成功率优化分配的目的，预测控制依靠未来负荷变动和电网频率走向，运用滚动优化算法或者模型预测算法提前生成储能和火电机组的功率调节指令，削减频率波动幅度和反应时延，这种办法可以依照不同时间尺度的负荷和可再生能源出力波动开展功率分配，做到储能系统优先快速反应和火电机组持续调节协调，模型参考控制凭借创建理想频率响应模型当作参考，即时改变火电机组和储能系统的输出，使得系统频率的动态特性尽可能接近理想模型，改良频率恢复速度和稳态误差。预测控制和模型参考控制能结合负荷预测、频率扰动预测以及储能 SOC 状态，做到多目标优化，包含响应速度、频率精度和储能利用效率，同传统 PID 相比，这种策略能更好地应付复杂电网环境下的联合调频需求，尤其适合高比例可再生能源接入和负荷快速改变的情形，达成调频的前瞻性与智能化。

3 电储能联合调频运行模式分析

3.1 峰谷负荷调节模式

峰谷负荷调节模式是电储能联合调频在火电厂中的基础运行模式，主要目标是利用储能系统对电网负荷日内波动进行快速响应，维持功率平衡，减轻火电机组调节压力。储能单元按照负荷预测或者实时测量的负荷曲线进行充放电操作，在负荷低谷期，储能系统吸收多余功率，降低火电机组输出，达到峰谷能量平衡；在负荷高峰期，储能系统释放储能功率，补充火电机组调节不足，快速满足负荷需求。该模式充分发挥了储能系统响应速度快的优势，弥补了火电机组惯性大、调节慢的缺点，同时降低了机组频繁调节造成的机械和热力应力。

3.2 频率扰动快速响应模式

频率扰动快速响应模式主要应对电网频率突然偏离的情况，侧重于系统在毫秒到秒级别时间内对频率波动的快速抑制能力，储能系统在这种模式下担当瞬时功率调节的主要角色，它的高速响应特性能在火电机组完全加入调节之前就立刻发出或者吸取功率，快速削减频率偏差，火电机组在储能响应的支撑下，依照自身的调节特点慢慢参与到功率调整当中，从而把频率调整到额定值，联合调频系统一般选用频率偏差以及频率改变率信号当作输入，利用闭环控制算法达成储能和机组的功率协同分配。快速响应模式能有效地抑制频率超调与振荡，改良系统动态稳定性，并减轻储能功率波动给机组带来的冲击，此模式适合于突然出现的负荷变动，可再生能源输出陡然下降或者电网短暂遭遇扰动的情形，为电网赋予高可靠度和高精准度的频率支撑，从而改善电储能联合调频技术在现代火电厂中的实用性和适用性 [4]。

4 结论

本文围绕电储能联合调频技术在火电厂的应用展开研究，从技术原理、控制策略、运行模式以及应用效果这四个方面开展，得出火电机组属于传统电网的主要调频资源，其具备持续输出能力，也拥有负荷调节优势，储能系统凭借自身高速响应和灵活的功率调节能力，在毫秒到秒级内就能迅速对频率偏差作出反应，从而同火电机组互相补充，对频率波动实施即时抑制，并做到负荷平衡，进而有效优化系统的动态性能，未来还可以借助大数据分析，智能预测和调度方式来加强联合调频系统的自适应性和智能化程度，使得火电厂在复杂电网环境下实现高效稳定灵活的调频运作。

参考文献：

[1] 陈华杰 , 李少波 . 电储能联合调频技术在火电厂中的应用研究 [J]. 仪器仪表用户 ,2025,32(04):97-99.

[2] 张博 . 南方电网储能联合火电调频技术应用探讨 [J]. 中国高新科技 ,2024,(01):50-52.