随着风电等新能源的大规模接入，电网的频率稳定性面临严峻挑战。虽然储能系统以响应速度快著称，已成为稳定频率的重要手段之一，但仍存在容量损耗大、功率分配不合理、协同不充分等问题。当前的研究多关注调频性能，却容易忽略两个关键点：风能利用率下降； 储能荷电状态（SOC）恢复不足。为此，南京工程学院研究团队提出了一种考虑功率匹配的风储联合一次调频控制策略，通过自适应下垂系数和六种工况规则，实现风机与储能的协调控制，提高风能利用率和系统频率稳定性。以下是此次推文的主干内容，详情请见《电气传动》2025年第55卷第1期。
张小莲，武启川，郝思鹏
覃世球，胡淇，张金华
南京工程学院 电力工程学院
摘要：风储联合参与电网一次调频能够较好地利用风电和储能的优势进行调频控制，逐渐成为一种新的趋势。然而，风储在协调过程中存在储能利用不充分、风储功率不匹配的问题。针对上述问题提出一种改进风储联合一次调频控制策略。通过频率分离、设计六种工况切换规则、设置风电和储能自适应下垂系数，优化了储能电池的充放电功能，改善了电池的荷电状态，解决了工况切换过程中的功率不匹配问题，避免了由此导致的功率缺额过度补偿。最后通过仿真与风储实验平台对比了所提控制策略与现有控制策略的风能利用率和调频效果，验证了所提控制策略的有效性和优越性。
张小莲，武启川，郝思鹏,等. 考虑功率匹配的风储联合一次调频控制策略[J].电气传动, 2025,55(01)：81-89. ZHANG Xiaolian，WU Qichuan，HAO Sipeng,et al. Wind-storage combined primary frequency regulation control strategy considering power matching [J].Electric Drive, 2025,55(01)：81-89.
1 控制策略设计思路
（1）风储系统结构
研究的风储系统主要由风电场、用于频率调节的储能装置、功率变流器以及负荷构成，如图1所示。系统采用双向DC/AC 变流器控制储能装置充放电，将风电场发出的有功功率和蓄电池组内蓄电池的充电功率经双向DC/AC变流器控制并接入交流电网。
（2）频率分离与功率指令分配
为应对风速和负荷的随机波动，系统通过频率分离方法区分由风速与负荷波动引起的频率偏差，并据此生成不同的功率指令信号（图3）分别分配给风机控制器和储能控制器，实现精准调频。
2 功率不匹配的难点分析
现有控制中下垂系数Kdrop与KSCSS不一致，带
来功率指令计算不准确、与实际调频需求功率不
匹配的问题，从而导致补充的功率缺额过多以及
工况切换不准确，即为功率不匹配问题。
当设置Kdrop与KSCSS相等时，与系数不一致时的储能出力对比（工况四出力）如图5所示。
由图5可知，当使用的系数不一致时，出力明显增多，即计算得到的ΔP 不准确，弥补的功率缺额过多，导致频率偏差增大，其频率偏差对比如图6所示。
图5、图6表明，当系数不一致时，储能出力和频率偏差均明显增大，造成系统过度调频 。
除了上述功率不匹配的问题，现有控制策略还没有充分利用储能的充放电特性，其次放电将很快达到电池的下限，对储能的初始容量需求较高，成本也随之增加。
3 考虑功率匹配的改进控制策略
3.1 改进控制策略
改进风储联合调频控制策略原理框图如图8所示。
考虑到负荷与风速同时随机波动的不确定性，本文从源端和荷端的变化情况出发，将其细分为六种不同的工况。
•工况一：负荷减小且风速增大 → 储能充电；
•工况六：负荷增大且风速减小 → 储能放电；
•其他工况根据功率比较选择风机或储能参与调频。
3.3 功率不匹配的改进策略
针对工况二与工况四要进行功率比较时存在系数不一致导致补充的功率缺额过多，以及工况切换不准确的问题，本文为储能设置与风机匹配的自适应下垂系数Kcn，即让风机的下垂控制系数与储能的下垂系数保持一致，即Kcn=Kp。这样在进行功率比较时，避免出现因为系数不同而导致储能或者风机多出力造成过度弥补功率缺额以及切换不准确的情况，改进后的功率指令如下式所示：
为了防止储能的SOC 快速达到上、下限，影响储能的调频效果，本文对其原有的自适应下垂系数进行改进，采用Sigmod型函数（简称S型函数）曲线，可以使得SOC 维持在适中范围内，以最优出力参与调频。
当储能SOC 偏高时，把储能放电系数设置为最大值，使电池SOC 减缓达到上限的速度，同理，当储能SOC 偏低时，把储能充电系数设置为最大值，使电池SOC 能更快恢复，随着SOC 增大充电系数随之减小[18]。将SOC 划分为三个区域，设定下限Smin为0.1，适中值也是初始值Slow为0.5，上限Smax为0.9。
4 案例仿真与实验验证
4.1 仿真结果
为验证所提的风储联合系统参与电网一次调频的改进控制策略的可行性和有效性，使用含有风机和储能装置系统作为研究对象，在Matlab/Simulink 中进行效果验证。总仿真时长设置为200 s，相关的参数如表3所示。
从图10可以看出，在风速和负荷同时随机波动的情况下，传统储能定下垂系数控制策略的频率偏差最大波动范围为-0.053~0.052 Hz；而采用所提出的改进控制策略下的频率偏差的最大波动范围为-0.048~0.047 Hz；从表4可以看出，本文所提改进控制策略的频率偏差平均值最小，仅有0.002 5 Hz，并且风能利用系数平均值最大，为0.458 8。
4.3 实验验证
实验平台主要由以下几部分组成：风机模拟器、磷酸铁锂电池、电池并网系统、PLC、上位机等，如图14所示。
分别采用本文改进控制策略和传统控制策略运行200 s，两种策略下的验证表明：
•改进策略频率偏差范围缩小至 -0.138~1.61 Hz；
•风能利用系数平均值由0.4559提升至0.4576；
•储能SOC恢复更平稳，调频效果更优 。
研究提出的考虑功率匹配的风储联合一次调频控制策略，通过频率分离、自适应下垂控制及储能充放电优化，显著改善了调频性能和风能利用率：
1.储能利用率提升，频率偏差降低31.19%；
2.风能利用率提升0.37%；
3.系数匹配与SOC控制使储能更加高效、寿命更长。
这项研究为高比例新能源电力系统的频率稳定与能量优化提供了新的思路，为未来“源-网-荷-储”协同控制奠定了基础。
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