近年来，随着世界各国对清洁能源需求的增长，微电网作为一种能有效整合各种分布式电源的小型电力系统得到了学术界和工业界的极大关注。微电网孤岛运行时，失去了外界电网的支撑，同时考虑到风机、光伏等新能源出力随机且用电负荷不确定，当微电网发生功率扰动后其频率往往难以稳定，对安全运行十分不利。

此外，分布式电源在参与独立微电网的调频时，如何有效提高新能源的利用率，提升储能装备的使用寿命，以及充分发挥新能源与储能装置的协同优势，是助力实现我国碳达峰、碳中和目标过程中的重要环节。

频率稳定是表征独立微电网功率动态性能的重要指标。目前，微电网的一次调频策略主要包括：①基于分布式电源的传统控制，如下垂控制、恒功率控制等；②利用储能快速响应能力以提高独立微电网惯性的虚拟同步发电机技术等。然而，独立微电网的惯性较小且网内负荷波动较为剧烈，一次调频作为有差调节，难以满足其孤岛运行的频率品质需求。因而，针对独立微电网的二次调频研究显得尤为重要。

随着风力发电的广泛应用，风机和储能装置已成为微电网的重要组成部分，二者在参与微电网调频时，往往需对风机和储能装置的出力进行联合控制以响应频率的变化。但是风速具有时变特性，且储能装置的荷电状态又直接影响着充、放电功率，这大幅增加了建模和控制的难度。模型预测控制以滚动向前的方式求解有限时域优化目标，能较好地削弱可再生能源“时变性”和模型参数与真值的偏差等不确定性因素对控制产生的不利影响，鲁棒性较好，目前已在工业过程控制和电力系统领域获得了较好的应用。

针对独立微电网中的风机和储能装置协同参与调频的关键技术，湖南大学电气与信息工程学院、规模化电池储能应用技术湖南省工程研究中心的科研人员提出了一种功率柔性分配策略。期望综合考虑参与调频的风机和储能装置的工作状态，并以此为基础优化各自的“出力”配置，在确保各子系统安全的前提下，提高可再生能源在调频中的能量利用率，同时保证调频效果。

图1 风储功率柔性分配策略控制架构

他们首先分析多种分布式电源在独立微电网中的运行及控制方式；其次，建立独立微电网中风机和储能装置联合参与调频的状态空间模型；然后，以频率偏差最小和能源利用率最高为指标构建滚动时域内的优化目标函数，并根据频率变化实时调整目标函数中风机和储能出力项的权重以优化各自出力。

此外，所提策略能够参考风速和储能装置荷电状态的时变特性，在每个时间断面柔性调整约束条件的边界，提高其安全运行水平。最后通过搭建独立微电网的仿真模型，并与传统控制策略在多种工况下进行仿真研究。

图2 风储调频流程

研究人员指出，研究结果表明，新策略具有三个重要特征：①可根据频率对优化目标的权系数进行自适应调整，合理分配风机和储能装置的有功出力，在确保调频效果的同时进一步提高新能源参与调频的“份额”，降低弃风率；②根据风机与储能装置的运行状态在线调整约束条件的边界，提高二者在参与调频时的安全运行水平；③对模型参数准确性的依赖度低，具有较好的鲁棒性。

本文编自2022年第15期《电工技术学报》，论文标题为“独立微电网风储协同调频的功率柔性分配策略”。本课题得到国家重点研发计划政府间国际科技创新合作重点项目、国家自然科学基金项目、湖南省科技重大专项项目、湖湘高层次人才聚集工程项目、长沙市杰出创新青年计划和中央高校基本科研业务费资助的支持。