Page 79 - 2025年第56卷第10期

水 利 学 报

2025 年 10 月 SHUILI XUEBAO 第 56 卷 第 10 期

文章编号：0559-9350（2025）10-1326-12

基于模糊分频控制的飞轮储能辅助水电机组一次调频控制研究

张 浩 ，张 田 ，李琛玺 ，郭鹏程 1，2
1
1
1
（1. 西安理工大学 水利水电学院，陕西 西安 710048；
2. 西安理工大学 旱区水工程生态环境全国重点实验室，陕西 西安 710048）
摘要：随着风、光等新能源渗透比例不断提高，电网频率质量受到更大冲击，水电机组作为调频电源也面临更严
峻的频率调节挑战。飞轮储能凭借响应速度快、短时输出功率大的优势为辅助水电机组一次调频提供了新思路。
本文通过建立飞轮储能辅助水电机组一次调频仿真模型，并结合模糊控制理论提出可变滤波时间常数的一次调频
指令分解方法，同时引入 Logistic 函数对不同荷电状态下的飞轮储能出力输出功率进行约束，设计了基于模糊分
频控制的飞轮储能辅助水电一次调频控制策略。仿真结果验证了所提策略的有效性，同时与无储能方案相比，本
文策略在阶跃扰动下的最大频率偏差减小 76.02%，稳态频率偏差减小 13.48%，水电出力更加平滑；在连续扰动
下，模糊分频策略进一步发挥了飞轮储能作为“功率型”储能的优势，既提升了水电对电力系统的调频支撑能
力，又改善了水电机组的运行条件。
关键词：一次调频；水电机组；飞轮储能；模糊分频；协调控制
中图分类号：TV736 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20250180

1 研究背景

2024 年 7 月，国家发展改革委、国家能源局、国家数据局三部门正式对外公布了 《加快构建新型
电力系统行动方案（2024—2027 年）》 ［1］ ，随着风电、光伏发电等清洁能源大规模接入电网，水电的功
能定位已由传统的“电量供应为主”转变为“电量供应与灵活调节并重”，为可再生能源并网消纳与
［2］
新型电力系统稳定运行提供更多的电力支撑 。水电机组需要承担更多的调频任务，考核要求也进一
［3］
步提高 。部分水电站为满足考核指标要求，通过调节控制参数提高响应速度，反而加剧了机组的功
［4］
率反调节特性，造成电网频率恶化 。因此，水电机组亟需提升调频效果，降低调频成本和自身损
耗，避免电网处罚。
水电机组一次调频是利用调速器自身的频率调节特性，在电网频率发生变化时进行自动调整。国
内外学者围绕水电机组调节方法与控制参数优化等方面已开展了大量研究并取得丰硕成果。如程远楚
等 通过提出变前馈+反馈功率控制方法和开度与功率双 PID 控制方法，有效提升水电机组在不同运行
［5］
水头和不同频率偏差下的一次调频性能；汪旻等 采用分数阶 PID 控制器设计调速系统，并对控制器
［6］
［7］
参数进行优化，所建模型能够准确反映水轮机的动态特性并有效抑制超低频振荡；程诗明等 通过选
取不同水头的工况进行一次调频仿真试验，得出必须根据水轮机工作水头变化整定相应的控制参数，
［8］
以获得良好的一次调频效果；许贝贝等 基于一次调频电气特征参数的机组运行分级体系，明确了混

收稿日期：2025-03-27；网络首发日期：2025-09-04
网络首发地址：https：/link.cnki.net/urlid/11.1882.TV.20250904.1022.001
/
基金项目：国家自然科学基金项目（52309119，52306051，U2443226）
作者简介：张浩（1992—），讲师，主要从事水电机组、新型储能优化运行与协同调控研究。E-mail：hzhang@xaut.edu.cn
通信作者：郭鹏程（1975—），教授，主要从事水风光储多能互补、清洁能源高效利用与运行安全研究。E-mail：guoyicheng@xaut.
edu.cn
— 1326 —