随着构建以新能源为主体的新型电力系统目标的提出，可再生能源发电装机容量占比快速增加，提升电网综合调频能力的迫切性进一步提升。建设"储能+火电"联合调频系统是一种有效的方式。在国内已启动的"火电+储能"联合调频建设工程中，锂离子电池是最常用的储能方式，但是在调频应用实践中，锂离子电池的安全性和寿命问题逐渐显现。飞轮储能因为其安全、高效、免维护、寿命长等优点受到广泛关注。飞轮储能装置的单体容量相对较小，要与大型煤电机组匹配，满足电网的调频需求，通常要以群组的方式配置多台飞轮储能装置联合运行，涉及多个单体储能装置的联合运行问题。同时，“飞轮+火电”联合调频系统整体结构复杂、能量转换过程多样、涉及部件众多。因此，要充分发挥“飞轮+火电”联合调频系统的潜能，实现不同容量配比及调频约束下的飞轮群组-火电联合联合调频策略优化，构建灵活可靠的协调控制系统至关重要。

刘吉臻院士课题组针对飞轮储能群组控制及火-储协同调频能力提升的技术瓶颈，深入分析飞轮储能单体输出特性，建立飞轮单体能量状态与响应充放电指令优先级的关系，结合分布式算法和参数自适应控制技术，提出了基于多模态下参数自适应的飞轮群组功率控制方法，完善模态切换及单体故障下飞轮群组自治控制，研发了面向厂级应用的飞轮群组控制器，实现了厂级应用下的飞轮群组可靠性控制，群组内飞轮储能单体总小频次动作次数减小15%、处于最优运行状态下的飞轮平均数量提升6%、不同模态下切换的功率波动小于0.2MW；建立了燃煤发电机组的热力部件的热阻、热动势、热容模型，设计了火电机组-飞轮储能系统耦合协同调频控制策略，开发2×660MW火电+22MW飞轮系统联合调频控制系统，实现了火电+大容量飞轮系统联合调频在电力系统的成功应用，一次调频合格率由 50%-70%提高到92%以上，全容量投运年收益超过3500万元，机组储能耦合AGC实际平均负荷变化率相较于机组自身调节速度提升4.3倍。

图1-飞轮阵列控制系统图

 图二-飞轮储能-火电联合调频控制框架

2022年10月-2023年4月，该研究工作的系列成果“A new energy state-based modeling and performance assessment method for primary frequency control of thermal power plants”和“Cross-scale modeling and optimization analysis of the solid oxide fuel cell cogeneration system based on the heat current method”发表在国际顶级一区SCI期刊Energy和Energy Conversion and Management，论文《基于机组实时出力增量预测的火电-飞轮储能系统协同调频控制研究》发表中国电机工程学报上，新能源电力系统全国重点实验室是论文唯一通讯单位。

2022年11月，“500kW/125kWh磁悬浮储能飞轮关键技术研究与应用”通过国家工信部国家工业信息安全发展研究中心组织的科学技术成果评价，核心技术达到国际领先水平；2023年5月，“大功率磁悬浮飞轮储能及火储联合调频关键技术、装备与工程应用”通过中国电机工程学会技术成果鉴定，评价为成果属国内首创，处于国际领先水平。

该研究工作得到了国家重点研发计划课题、国家自然科学基金等项目资助，论文的试验和验证得到了国家能源集团宁夏电力有限公司、华驰动能（北京）科技有限公司、国能宁夏灵武发电有限公司的支持。

Reference：

[1] Hong F, Ji W, Pang Y, Hao J, Du M, Fang F, et al. A new energy state-based modeling and performance assessment method for primary frequency control of thermal power plants. Energy. 2023;276:127594. https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.127594

[2] Hao J, Hao T, Lu Z, Hong F, Du X, Ge Z. Cross-scale modeling and optimization analysis of the solid oxide fuel cell cogeneration system based on the heat current method. Energy Conversion and Management. 2023;280:116828. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2023.116828

[3]洪烽,梁璐,逄亚蕾,房方,刘吉臻.基于机组实时出力增量预测的火电-飞轮储能系统协同调频控制研究[J].中国电机工程学报:1-14[2023-06-01].DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.222304. https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=3uoqIhG8C45S0n9fL2suRadTyEVl2pW9UrhTDCdPD65djwFi6aRxPexqRTb9u-nMeTPZOkvBxhIfrSuJREcKSEhyIm9y_F32&uniplatform=NZKPT&src=copy

初审：林忠伟

审核：牛玉广

责任编辑：张洪