针对分布于区域电网不同网络节点的多座储能电站参与电网调频功率调度问题,该文提出一种基于集合经验模态分解（EEMD）和多目标遗传算法（MOGA）的火-多储系统调频功率双层优化策略。该策略包含火-储调频功率优化层和多储能电站调频功率优化层：上层计及火-储调配资源各自优势及剩余调频能力,构建火-储调频功率优化分配模型,完成火-储调频功率的分配;下层引入关于调频成本和荷电状态（SOC）的自适应权重系数,以调频成本最低和SOC均衡为优化目标,完成调频功率在多储能电站之间的分配。仿真结果表明,所提策略可以提升区域电网调频效果并降低调频成本,均衡控制多个储能电站的调频成本和SOC,可以防止经济性较好的储能电站长期处于SOC越限边缘状态,提升储能电站参与调频的积极性和可持续性。

研究背景

近年来，为积极响应绿色低碳发展号召，我国风光等可再生能源装机容量不断增加，电力系统将面临惯性下降、调频容量不足等因素带来的调频压力。随着储能技术发展和国家政策支持，电网侧安装运行的储能电站项目数量和容量激增，成为传统机组之外支撑电网频率安全的重要手段，如何协调区域内各调频资源的联合最优调度，充分发挥传统机组调频成本优势和储能调频性能优势，成为当下亟须解决的工程问题。

研究方法及创新点

针对分布于区域电网不同网络节点的多座储能电站参与电网调频功率调度问题，本文提出一种基于集合经验模态分解和多目标遗传算法的火-多储系统调频功率双层优化策略，包括火-储调频功率优化层和多储能电站调频功率优化层。图1为双层优化控制策略框图。

图1 双层优化控制策略框图

（1）火-储调频功率优化层构建了时空滤波器，将区域总AGC指令在火电机组整体和储能电站整体之间分配，并构建了多台火电机组之间调频功率的经济分配模型，完成调频功率的初次分配。

（2）多储能电站调频功率优化层提出多个储能电站之间调频功率的优化分配模型，将火-多储调频功率优化层分配得到的多储能电站整体需响应的AGC指令在多个储能电站之间进行再分配，综合考虑不同储能电站的调频成本、储能电站自身以及多储能电站整体的SOC约束，以整体调频成本最低和SOC均衡恢复为多目标，实现多座储能电站的最优调频出力分配。

1. 基于时空滤波器的火-储整体调频功率分配策略

基于集合经验模态分解构建时空滤波器，构建了计及区域内火电机组和多储能电站整体剩余调频功率的分配模型，避免了传统滤波器滞后和重复调节的同时提高区域内调频资源的利用水平。

图2 不同策略下火电机组整体AGC指令跟随曲线

图3 不同策略下储能电站整体承担的AGC指令曲线

2. 综合考虑调频经济性和SOC恢复的多储能电站调频功率分配策略

综合考虑多个储能电站的经济性和可持续性，构建计及储能电站调频成本和 SOC 均衡恢复的多储能电站调频功率分配模型，在降低调频成本的同时提高调频可持续性。

图4 不同策略下各储能电站出力构成情况

表1 不同策略下多储能电站的调频成本（单位：元）

3. 计及网络安全约束的调频功率再分配策略

构建计及网络安全约束的调频功率再分配模型及考虑网络运行状态的多目标函数自适应权重系数，基于多目标遗传算法求解，降低了多目标问题Pareto最优解选取的人为影响权重，并保障电网安全稳定运行。

图5 输电线路有功功率曲线

结论

（1）本文所提火-储调频功率分配模型可以将原始AGC指令分解为适合火电机组整体和储能电站整体承担的AGC指令，相较于传统滤波策略，分解后的调频信号跟随原始调频信号的效果更好；

（2）本文所提调频功率双层优化模型能够提升区域电网整体调频经济性，相较于容量比例分配策略火电机组和储能电站调频成本均有所降低；

（3）本文所提多储能电站调频功率分配模型可以均衡控制储能电站调频成本和SOC恢复两个目标，保证调频经济性的同时各储能电站SOC保持效果更好，有利于提升多储能电站参与电力系统调频的持续性。

团队介绍

东北电力大学微通电力系统研究室创建于1991年，主要从事电力系统安全分析与控制、可再生能源联网规划与运行控制、大规模储能运行控制、电力电子化电力系统运行分析与控制、需求侧资源调控与综合能源系统、大数据与人工智能在电力系统中应用等领域的科研工作，已为国家培养了20余名博士、300余名硕士等高级专门人才，带头人为研究室创始人国家首批“万人计划”入选专家、中国电机工程学会会士、IET Fellow、国家级教学名师、“复杂电力系统分析与控制”教育部创新团队负责人穆钢教授，团队获国家科技进步奖二等奖2项、省部级科技进步一等奖3项、省部级科技进步二等奖5项，发表SCI/EI期刊论文300余篇；获授权发明专利60余项，软件著作权20余项。

李翠萍，1982年出生，博士，副教授，硕士生导师，研究方向为新能源发电联网运行关键技术和储能技术的应用。

司文博，1998年出生，硕士研究生，研究方向为储能参与电力系统频率控制。

李军徽，1976年出生，通讯作者，博士，教授，博士生导师，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副主任，中国电机工程学会能源互联网专委会委员，主要从事新能源发电联网运行控制和储能技术等方面的研究工作。

严干贵，1971年出生，博士，教授，博士生导师，主要从事研究方向为新能源发电联网运行关键技术和储能技术的应用。

贾晨，1995年出生，助理政工师，2017年本科毕业于中国农业大学，主要从事知识产权管理。

本工作成果发表在2024年第7期《电工技术学报》，论文标题为“基于集合经验模态分解和多目标遗传算法的火-多储系统调频功率双层优化”。本课题得到国家电网有限公司科技项目的支持。