Page 88 - 2025年第56卷第10期

图 14 连续扰动下水电机组输出功率曲线 图 15 连续扰动下飞轮储能输出功率曲线

由图 13 可以看出，在连续扰动下，无储能、虚
拟下垂、模糊分频三种控制下的频率最高值分别为
50.554、 50.196、 50.161 Hz， 频 率 最 低 值 分 别 为
49.187、49.812、49.833 Hz，频率的均方根误差分别
为 0.2888、0.1011、0.0835 Hz，说明飞轮储能的加入
在平抑连续波动方面也有明显的控制效果，本文提出
的模糊分频策略进一步降低系统频率的波动。
由图 14 可知，飞轮储能的加入明显降低水电机

组的出力波动，水电输出功率变化量峰值由 11.604 MW
降 低 至 5.706 MW， 均 方 根 误 差 由 5.2116 MW 降 低 至 图 16 连续扰动下飞轮 SOC 曲线
2.1882 MW，降低了 58.01%。在模糊分频策略下，连
续扰动下的水电机组只有在飞轮储能的 SOC 较低时出现明显的出力变化（70 ~ 100 s），水电出力变化量
峰值为 1.309 MW，其余时间水电出力波动很小。说明在连续负荷扰动下，模糊分频策略可明显平滑
水电机组输出功率，避免出现大幅出力波动，缓解调频压力，减少机组磨损，延长使用寿命与检修
周期。

通过对图 15 和图 16 的信息整合，在模糊分频控制下，飞轮储能输出功率变化量峰值由 6.901 MW
提升至 9.918 MW，同时 SOC 变化更加剧烈。说明在连续扰动下，由于扰动信号的快速变化进一步发
挥了模糊分频策略的优势，飞轮储能凭借其快速响应能力，尽可能满足调频需求，只有在飞轮储能
SOC 较低时，水电机组出力以补充调频需求。

5 结论

本文通过建立飞轮储能辅助水电机组一次调频模型，提出一种模糊分频控制策略，在阶跃和连续
扰动两种条件下验证飞轮储能辅助水电机组一次调频运行的有效性，研究结论如下：
（1）飞轮储能的参与可有效提高水电机组的一次调频能力。与水电机组独立调频相比，在阶跃扰
动下，本文提出的模糊分频策略可使最大频率偏差降低 76.02%，稳态频率提升 13.48%，与传统虚拟
下垂控制相比也呈现更好的调频性能；在连续扰动下，飞轮储能的加入既可以有效平抑频率波动，又
能在模糊分频控制策略下显著提升水电机组一次调频效果。
（2）飞轮储能可以改善水电机组的运行条件。在阶跃扰动下，飞轮储能通过模糊分频策略发挥快
速响应能力，避免水电机组出力发生瞬时大幅变化；在连续扰动下，水电机组只在飞轮储能荷电状态
较低时补充出力，有效减少设备损耗，延长水电机组的使用寿命与检修周期。在飞轮储能辅助作用
下，电站可承担更多频率支撑任务，增强电力辅助服务作用，增加电厂经济收益。

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