Primary Frequency Regulation Control Strategy for Flywheel-Thermal Power Joint System Based on Fuzzy Adaptive Command Decomposition

CHEN Biao; WANG Wei; GAO Song; HONG Feng; FANG Fang

doi:10.7500/AEPS20221130007

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Primary Frequency Regulation Control Strategy for Flywheel-Thermal Power Joint System Based on Fuzzy Adaptive Command Decomposition

Application Research | 更新时间：2025-06-16

- Primary Frequency Regulation Control Strategy for Flywheel-Thermal Power Joint System Based on Fuzzy Adaptive Command Decomposition
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 19, Pages: 128-137(2023)
- 作者机构：
  
  1.新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学），北京市 102206
  2.国网山东省电力公司电力科学研究院，山东省济南市 250003
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  State Grid Corporation of China(52060021N00P)
- DOI：10.7500/AEPS20221130007
  CLC：
- Received：30 November 2022，
  
  Revised：2023-05-26，
  
  Published Online：05 September 2023，
  
  Published：10 October 2023
- 稿件说明：
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陈彪,王玮,高嵩等.基于模糊自适应指令分解的飞轮-火电一次调频控制策略[J].电力系统自动化,2023,47(19):128-137.

CHEN Biao,WANG Wei,GAO Song,et al.Primary Frequency Regulation Control Strategy for Flywheel-Thermal Power Joint System Based on Fuzzy Adaptive Command Decomposition[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(19):128-137.
陈彪,王玮,高嵩等.基于模糊自适应指令分解的飞轮-火电一次调频控制策略[J].电力系统自动化,2023,47(19):128-137. DOI： 10.7500/AEPS20221130007.

CHEN Biao,WANG Wei,GAO Song,et al.Primary Frequency Regulation Control Strategy for Flywheel-Thermal Power Joint System Based on Fuzzy Adaptive Command Decomposition[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(19):128-137. DOI： 10.7500/AEPS20221130007.

摘要

随着风电等波动性新能源电力渗透率的不断提高，电力系统对火电等主力电源的调频性能提出了更高要求，储能辅助调频是实现火电机组调频性能提升、促进新能源规模化发展的有效手段。以飞轮储能为研究对象，建立了飞轮-火电联合系统一次调频模型，提出了基于滤波时间常数模糊自适应调节的一次调频指令分解方法，设计了基于飞轮-火电分频协同支撑的一次调频控制策略，实现了飞轮-火电联合系统对电网频率的灵活响应。基于构建的等调频容量的飞轮-火电联合系统进行了仿真验证，结果表明，所提策略进一步提升了飞轮-火电联合系统的调频性能。

Abstract

With the continuous increase in the penetration rate of fluctuating renewable energy such as wind power

the power system has put forward higher requirements for the frequency regulation performance of main power sources such as thermal power. Energy storage assisted frequency regulation is an effective means to improve the frequency regulation performance of thermal power units and promote the large-scale development of renewable energy. Taking flywheel energy storage as the research subject

a primary frequency regulation model of the flywheel-thermal power joint system is established

and a method for decomposing primary frequency regulation instructions based on fuzzy adaptive adjustment of filtering time constant is proposed. A primary frequency regulation control strategy based on flywheel-thermal power frequency division collaborative support is designed

achieving a flexible response of the flywheel-thermal power joint system to grid frequency. Simulation verification is conducted on a flywheel-thermal power joint system with equal frequency modulation capacity

and the results show that the proposed strategy further improves the frequency regulation performance of the flywheel-thermal power joint system.

关键词

Keywords

references

卓振宇，张宁，谢小荣，等 . 高比例可再生能源电力系统关键技术及发展挑战［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 9 ）： 171 - 191 .

ZHUO Zhenyu ， ZHANG Ning ， XIE Xiaorong ， et al . Key technologies and developing challenges of power system with high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 9 ）： 171 - 191 .

吴珊，边晓燕，张菁娴，等 . 面向新型电力系统灵活性提升的国内外辅助服务市场研究综述［J］. 电工技术学报， 2023 ， 38 （ 6 ）： 1662 - 1677 .

WU Shan ， BIAN Xiaoyan ， ZHANG Jingxian ， et al . A review of domestic and foreign ancillary services market for improving flexibility of new power system ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2023 ， 38 （ 6 ）： 1662 - 1677 .

赵源筱，耿光超，江全元，等 . 考虑功率变化速率的储能辅助单机调频控制策略［J］. 电力自动化设备， 2020 ， 40 （ 1 ）： 141 - 147 .

ZHAO Yuanxiao ， GENG Guangchao ， JIANG Quanyuan ， et al . Frequency control strategy of single-generator supporting by energy storage considering power change rate ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2020 ， 40 （ 1 ）： 141 - 147 .

王凯丰，谢丽蓉，乔颖，等 . 电池储能提高电力系统调频性能分析［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 1 ）： 174 - 181 .

WANG Kaifeng ， XIE Lirong ， QIAO Ying ， et al . Analysis of frequency regulation performance of power system improved by battery energy storage ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 1 ）： 174 - 181 .

李建林，袁晓冬，郁正纲，等 . 利用储能系统提升电网电能质量研究综述［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 8 ）： 15 - 24 .

LI Jianlin ， YUAN Xiaodong ， YU Zhenggang ， et al . Comments on power quality enhancement research for power grid by energy storage system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 8 ）： 15 - 24 .

李进，张钢，刘志刚，等 . 城轨交通用飞轮储能阵列控制策略［J］. 电工技术学报， 2021 ， 36 （ 23 ）： 4885 - 4895 .

LI Jin ， ZHANG Gang ， LIU Zhigang ， et al . Control strategy of flywheel energy storage array for urban rail transit ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2021 ， 36 （ 23 ）： 4885 - 4895 .

郭强，陈崇德，胡阳，等 . 飞轮和锂电池储能联合光伏发电一次调频控制［J/OL］. 电力系统及其自动化学报［ 2023-05-25 ］. https：//doi.org/10.19635/j.cnki.csu-epsa.001208 https://doi.org/10.19635/j.cnki.csu-epsa.001208 .

GUO Qiang ， CHEN Chongde ， HU Yang ， et al . Flywheel and lithium battery energy storage combined with photovoltaic power generation participate in primary frequency regulation control ［J/OL］. Proceedings of the CSU-EPSA ［ 2023-05-25 ］. https：//doi.org/10.19635/j.cnki.csu-epsa.001208 https://doi.org/10.19635/j.cnki.csu-epsa.001208 .

KHEAWCUM M ， SANGWONGWANICH S . A case study on flywheel energy storage system application for frequency regulation of islanded Amphoe Mueang Mae Hong Son microgrid ［C］// 2020 17th International Conference on Electrical Engineering/Electronics ， Computer， Telecommunications and Information Technology （ECTI-CON）， June 24-27， 2020 ， Phuket， Thailand ： 1 - 4 .

张兴，阮鹏，张柳丽，等 . 飞轮储能在华中区域火电调频中的应用分析［J］. 储能科学与技术， 2021 ， 10 （ 5 ）： 1694 - 1700 .

ZHANG Xing ， RUAN Peng ， ZHANG Liuli ， et al . Application analysis of flywheel energy storage in thermal power frequency modulation in central China ［J］. Energy Storage Science and Technology ， 2021 ， 10 （ 5 ）： 1694 - 1700 .

马汀山，王妍，吕凯，等 . “双碳”目标下火电机组耦合储能的灵活性改造技术研究进展［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （增刊1 ）： 136 - 148 .

MA Tingshan ， WANG Yan ， LYU Kai ， et al . Research progress on flexibility transformation technology of coupled energy storage for thermal power units under the “dual-carbon” goal ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ Supplement 1 ）： 136 - 148 .

U.S. Department of Energy . 20 MW flywheel frequency regulation plant ［EB/OL］. ［ 2023-03-27 ］ https：//www.osti.gov/servlets/purl/1351296 https://www.osti.gov/servlets/purl/1351296 .

陈海生，李泓，马文涛，等 . 2021年中国储能技术研究进展［J］. 储能科学与技术， 2022 ， 11 （ 3 ）： 1052 - 1076 .

CHEN Haisheng ， LI Hong ， MA Wentao ， et al . Research progress of energy storage technology in China in 2021 ［J］. Energy Storage Science and Technology ， 2022 ， 11 （ 3 ）： 1052 - 1076 .

隋云任，梁双印，黄登超，等 . 飞轮储能辅助燃煤机组调频动态过程仿真研究［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 8 ）： 2597 - 2606 .

SUI Yunren ， LIANG Shuangyin ， HUANG Dengchao ， et al . Simulation study on frequency modulation process of coal burning plants with auxiliary of flywheel energy storage ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 8 ）： 2597 - 2606 .

何林轩，李文艳 . 飞轮储能辅助火电机组一次调频过程仿真分析［J］. 储能科学与技术， 2021 ， 10 （ 5 ）： 1679 - 1686 .

HE Linxuan ， LI Wenyan . Simulation of the primary frequency modulation process of thermal power units with the auxiliary of flywheel energy storage ［J］. Energy Storage Science and Technology ， 2021 ， 10 （ 5 ）： 1679 - 1686 .

刘海山，徐宪龙，魏书洲，等 . 基于提升华北电网考核指标的飞轮储能参与调频划分电量控制策略［J］. 储能科学与技术， 2023 ， 12 （ 4 ）： 1176 - 1184 .

LIU Haishan ， XU Xianlong ， WEI Shuzhou ， et al . Flywheel energy storage participates in frequency modulation power division control based on improving power grid assessment index of North China power grid ［J］. Energy Storage Science and Technology ， 2023 ， 12 （ 4 ）： 1176 - 1184 .

洪烽，梁璐，逄亚蕾，等 . 基于自适应协同下垂的飞轮储能联合火电机组一次调频控制策略［J］. 热力发电， 2023 ， 52 （ 1 ）： 36 - 44 .

HONG Feng ， LIANG Lu ， PANG Yalei ， et al . Primary frequency regulation of flywheel energy storage combined thermal power unit based on adaptive coordinated droop control ［J］. Thermal Power Generation ， 2023 ， 52 （ 1 ）： 36 - 44 .

JIALE Y ， JINGYANG F ， YI T . Inertia emulation by flywheel energy storage system for improved frequency regulation ［C］// 2018 IEEE 4th Southern Power Electronics Conference（SPEC）， December 5-13 ， 2018 ， Singapore ： 1 - 8 .

洪烽，梁璐，逄亚蕾，等 . 基于机组实时出力增量预测的火电-飞轮储能系统协同调频控制研究［J/OL］. 中国电机工程学报［ 2023-03-27 ］. https：//doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.222304 https://doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.222304 .

HONG Feng ， LIANG Lu ， PANG Yalei ， et al . Research on coordinated frequency control of thermal power-flywheel energy storage system based on the real-time prediction of output increment ［J/OL］. Proceedings of the CSEE ［ 2023-03-27 ］. https：//doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.222304 https://doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.222304 .

罗耀东，田立军，王垚，等 . 飞轮储能参与电网一次调频协调控制策略与容量优化配置［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 9 ）： 71 - 82 .

LUO Yaodong ， TIAN Lijun ， WANG Yao ， et al . Coordinated control strategy and optimal capacity configuration for flywheel energy storage participating in primary frequency regulation of power grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 9 ）： 71 - 82 .

SILVA-SARAVIA H ， PULGAR-PAINEMAL H ， MAURICIO J M . Flywheel energy storage model， control and location for improving stability： the Chilean case ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2017 ， 32 （ 4 ）： 3111 - 3119 .

火力发电机组一次调频试验及性能验收导则： GB/T 30370—2013 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2015 .

Guide of primary frequency control test and performance acceptance for thermal power generating units ： GB/T 30370—2013 ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 2015 .

王琦，郭钰锋，万杰，等 . 适用于高风电渗透率电力系统的火电机组一次调频策略［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 4 ）： 974 - 984 .

WANG Qi ， GUO Yufeng ， WAN Jie ， et al . Primary frequency regulation strategy of thermal units for a power system with high penetration wind power ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 4 ）： 974 - 984 .

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