本文由严干贵、李永越、沙千理、宋大彬、乔馨、范煜星、石铭森、张皓程共同撰写，他们均来自东北电力大学现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室。该研究于2025年1月13日在《电网技术》期刊上网络首发，DOI为10.13335/j.1000-3673.pst.2024.1322。

学术背景

随着电力系统向绿色低碳转型，风电、光伏等新能源装机容量快速增长。然而，新能源发电的间歇性和不确定性对电力系统频率安全提出了严峻挑战。传统火电机组作为主要的调频资源，因其响应速度慢、爬坡速率低等固有局限性，难以满足现代电网的调频需求。储能系统（Energy Storage System, ESS）作为新型电力系统的重要组成部分，具有快速响应的能力，能够有效辅助火电机组进行调频。然而，储能系统成本高昂，且电池储能寿命较短，如何优化火-储联合调频策略，提升系统经济性，成为亟待解决的问题。

研究目标

本研究旨在提出一种基于改进自适应完备集合经验模态分解（Improved Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise, ICEEMDAN）的混合储能辅助火电机组调频的协同控制策略，以降低火电机组的爬坡损耗，延长电池储能寿命，提升火-储联合调频系统的经济效益。

研究流程

1. 火-储功率分配层控制策略
   该层基于火电机组和储能系统的不同响应特性，利用ICEEMDAN将电网调频AGC指令信号分解为不同频率的指令信号，并通过多尺度排列熵（Multiscale Permutation Entropy, MPE）量化各信号的复杂度。高频分量由储能系统承担，低频分量由火电机组承担，从而减少火电机组的频繁爬坡，降低调频损耗。

2. 混合储能功率分配层控制策略
   该层提出了一种飞轮-电池储能系统多模态协调动作策略，根据储能系统的荷电状态（State of Charge, SOC）对输出功率进行自适应调整，确保各储能系统工作在合理运行区间。具体策略包括飞轮储能的优先充放电、电池储能的补充出力等，以延长电池储能寿命。

3. 火-储联合系统经济性评估
   本研究建立了火-储联合调频系统的经济性模型，评估了混合储能系统的全寿命周期成本以及火-储联合系统的综合收益。通过仿真验证，对比了不同策略下的经济性表现，验证了所提策略的优越性。

主要结果

1. 火-储功率分配层结果
   通过ICEEMDAN-MPE策略，火电机组承担的调频指令更加平缓，日均火电机组出力深度较满功率补偿策略和EMD分解策略分别减少了1597.25 MW和370.45 MW，有效降低了机组爬坡损耗。

2. 混合储能功率分配层结果
   多模态协调控制策略下，飞轮储能和电池储能协调配合，互补出力，电池储能的SOC变化更加平滑，减少了电池寿命损耗。仿真结果表明，所提策略下电池储能的年均损耗显著降低。

3. 经济性评估结果
   所提策略的年均成本较满功率补偿策略降低了28.73%，且年净收益较其他方案分别增加了25%、9.85%和10.69%。此外，飞轮储能与电池储能的功率比为1:1时，火-储联合系统的综合效益最高。

结论

本研究提出的基于ICEEMDAN的混合储能辅助火电机组调频协同控制策略，能够有效降低火电机组的爬坡损耗，延长电池储能寿命，提升火-储联合调频系统的经济效益。该策略通过优化功率分配和协调储能系统运行，为火-储联合调频提供了新的解决方案。

研究亮点

1. 创新性方法：提出了基于ICEEMDAN-MPE的功率分配策略，有效解决了传统方法中模态混叠和残余噪声的问题。
2. 多模态协调控制：首次提出飞轮-电池储能系统多模态协调动作策略，充分发挥了飞轮储能的优势，缓解了电池储能的调频压力。
3. 经济性评估：建立了全面的火-储联合系统经济性模型，为混合储能系统的优化配置提供了理论依据。

研究意义

本研究不仅为火-储联合调频系统的优化控制提供了新的技术路径，还为混合储能系统的经济性评估提供了重要参考。研究成果对提升电力系统调频能力、降低系统运行成本具有重要的科学价值和实际应用价值。