Grid-forming Electricity-Hydrogen Energy Storage Planning for Renewable Energy Base Considering Frequency Regulation Parameter Optimization

ZHANG Yumin; GAO Yehao; YE Pingfeng; JI Xingquan; YANG Ming; WANG Chengfu

doi:10.7500/AEPS20250513003

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Grid-forming Electricity-Hydrogen Energy Storage Planning for Renewable Energy Base Considering Frequency Regulation Parameter Optimization

Basic Research | 更新时间：2026-08-21

- Grid-forming Electricity-Hydrogen Energy Storage Planning for Renewable Energy Base Considering Frequency Regulation Parameter Optimization
- Automation of Electric Power Systems Vol. 50, Issue 16, Pages: 33-42(2026)
- 作者机构：
  
  1.山东科技大学电气与自动化工程学院，山东省青岛市 266590
  2.衢州学院电气与信息工程学院，浙江省衢州市 324000
  3.电网智能化调度与控制教育部重点实验室（山东大学），山东省济南市 250061
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  the National Natural Science Foundation of China(52377108);China Postdoctoral Science Foundation(2023M734092);Shandong Provincial Natural Science Foundation of China(ZR2023QE181)
- DOI：10.7500/AEPS20250513003
  CLC：
- Received：13 May 2025，
  
  Revised：2025-09-16，
  
  Online First：27 October 2025，
  
  Published：25 August 2026
- 稿件说明：
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张玉敏,高业豪,叶平峰等.计及调频参数优化的新能源基地构网型电-氢储能规划[J].电力系统自动化,2026,50(16):33-42.

ZHANG Yumin,GAO Yehao,YE Pingfeng,et al.Grid-forming Electricity-Hydrogen Energy Storage Planning for Renewable Energy Base Considering Frequency Regulation Parameter Optimization[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(16):33-42.
张玉敏,高业豪,叶平峰等.计及调频参数优化的新能源基地构网型电-氢储能规划[J].电力系统自动化,2026,50(16):33-42. DOI： 10.7500/AEPS20250513003.

ZHANG Yumin,GAO Yehao,YE Pingfeng,et al.Grid-forming Electricity-Hydrogen Energy Storage Planning for Renewable Energy Base Considering Frequency Regulation Parameter Optimization[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(16):33-42. DOI： 10.7500/AEPS20250513003.

摘要

针对偏远新能源基地缺乏常规电源支撑导致的频率安全问题，利用电储能快速惯量响应与氢储能长周期大规模能量时移互补的特点，提出一种计及虚拟惯量响应与调频参数优化的电-氢储能规划模型。在规划层，建立直流外送场景下的构网型电-氢储能配置模型，通过解析氢储能系统与电储能系统的虚拟惯量特性，建立多设备协同的惯量支撑模型；在运行层，针对最大频率偏差、频率变化率及准稳态偏差3种安全指标，通过动态优化构网控制虚拟惯性时间常数与一次调频系数，实现不同运行场景下储能系统频率支撑能力的最大化。基于中国西北某新能源基地的仿真研究表明，所提模型通过电-氢储能的协同调频与参数自适应调整，可以提升频率安全指标，降低储能配置成本。

Abstract

Regarding the frequency security issues caused by lack of conventional power generation support in the remote renewable energy bases

this paper proposes an electricity-hydrogen energy storage planning model considering virtual inertia response and frequency regulation parameter optimization. It leverages the complementary advantages of fast inertia response of electric energy storage and long-term large-scale energy time-shifting of hydrogen energy storage. At the planning level

a grid-forming electricity-hydrogen energy storage allocation model in DC transmission scenarios is established. By analyzing the virtual inertia characteristics of hydrogen energy storage systems and electric energy storage systems

a multi-device collaborative inertia support model is formulated. At the operation level

for three safety indicators—maximum frequency deviation

rate of frequency change (RoCoF)

and quasi-steady-state deviation—the virtual inertia time constant and primary frequency regulation coefficient of grid-forming control are dynamically optimized to maximize the frequency support capability of energy storage systems in various operation scenarios. Simulation studies based on a renewable energy base in Northwest China demonstrate that the proposed model improves frequency security indicators and reduces energy storage allocation costs through coordinated frequency regulation and adaptive parameter adjustment of electricity-hydrogen energy storage.

关键词

Keywords

references

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