Page 169 - 《中国电力》2026年第5期

李永斌等：考虑 SOC 约束和有功调频系数的构网型储能一次调频方法 2026 年第 5 期

0 引言 频的数学模型；进而推导系统闭环传递函数，并
利用轨迹灵敏度辨识影响暂态频率稳定的关键参
随着全球能源结构转型与“双碳”目标的推 数；在此基础上，提出一种兼顾 SOC 约束与有功
进，高比例可再生能源加速接入电力系统，与此 调频系数的构网型储能一次调频方法，以实现调
同时，大量低惯量电力电子设备逐步替代传统同 频性能与运行安全性的平衡；最后通过仿真验证
步发电机，导致系统等值惯量下降，对电网安全 所提方法的有效性。本研究有助于对构网型储能
稳定运行构成严峻挑战 [1-4] 。在此背景下，储能系 调频机理的分析，为其参数整定与优化运行提供
统 因 具 有 响 应 快 速 、 调 节 精 准 、 功 率 双 向 等 特 理论依据。

点，被视为提升电网频率稳定性的重要手段。其
中，构网型储能（grid-forming，GFM）凭借其电 1 含构网型储能的电力系统频率响应模型
压源外特性，能够自主构建电压与频率，具备类
同步机的稳定支撑能力，已成为新型电力系统领 随着可再生能源装机规模持续扩大，电力系
域的研究热点 [5-9] 。 统整体惯量水平呈下降趋势，扰动后的频率动态
目前，国外研究主要集中在构网型变流器的 特性愈加复杂，传统一次调频机制面临新的挑战。
基本机理与控制结构 [10-11] ，及其在弱电网、海上 构网型储能作为具备虚拟同步特性的电源，依托
风电等高比例新能源系统中的运行适应性与动态 电压源外特性构建自主频率与电压基准，并通过
性能 [12-13] ，但对构网型储能与同步发电机之间的 其虚拟惯性与阻尼机制模拟同步机的响应规律，
协同运行机理，尤其在动态交互、功角耦合与惯 使其能够实时跟踪系统频率变化调配有功输出，
量 协 调 等 方 面 ， 仍 缺 乏 系 统 性 的 建 模 与 理 论 分 从而在频率下跌阶段提供有效支撑，并在振荡衰
析。同时，现有研究多针对特定场景进行验证， 减过程中发挥抑制作用。

在如何通过参数协同优化提升系统整体稳定性方 1.1 构网型储能控制特性

面，尚缺乏机理层面的量化分析与通用设计方法。 1.1.1 构网型储能控制策略
文献 [14-16] 针对混合构网型储能、海上油田群及 构 网 型 储 能 系 统 能 够 像 传 统 同 步 发 电 机 那

配电网光伏等多种场景，探讨了构网型储能的电 样，自主生成电网所需的频率与电压。常规虚拟
网支撑能力。然而，构网型储能的调频效果不仅 同步机（virtual synchronous generator，VSG）控制
受接入场景影响，更与其控制参数密切相关 [17-18] 。 策略下，构网型储能并网结构如图 1 所示。其通
参数配置不当可能导致调频效果不佳甚至引发有 过功率计算环节，储能实时获取并网点的电压、
功振荡，威胁电网安全。为此，文献 [19-23] 通过 功率及角频率信息，并据此调整自身输出。
优化控制策略、容量配置及关键参数，以应对高 有功控制部分通过比较额定角频率 ω 0 与实际
比例新能源系统面临的频率稳定、小干扰稳定及 电网角频率 ω g 的偏差，经滤波与比例微分环节的
电网强度不足等问题。 调节后生成有功功率参考值 P ref ，再通过计算 P ref
现有研究在优化构网型储能时，普遍忽略了 与有功功率 P e 之间的差值，进一步得到构网型储
储能电池荷电状态（state of charge，SOC）这一实 能用于调节相角的参考量 θ ref ，从而实现类似于同
际物理约束 [24] 。SOC 须维持在合理范围内，以避 步发电机的有功-频率耦合过程。图 1 中， K f 与 K v
免 过 度 充 放 电 损 害 设 备 寿 命 或 导 致 调 频 功 能 中 分别为有功调频系数和虚拟惯性系数； T B 为滤波
断。因此，如何在计及 SOC 等多重运行约束的条 时间常数； D U 为电压-无功调节系数； K PQ 、 K iQ
件下 [25-30] ，协同优化构网型储能控制参数，充分 分别为电压外环的比例和积分调节系数； V ref 、 Q ref
挖掘其调频潜力并保障系统安全稳定运行，成为 分别为网侧电压、无功功率参考值。在虚拟阻抗
一个亟待解决的关键问题。 控制环节中， E d 、 E q 分别为内电势在 d、q 轴方
针对上述问题，本文开展考虑 SOC 约束与有 向上的参考值； i gd 、 i gq 分别为电网侧在 d、q 轴方
功调频系数的构网型储能一次调频方法研究。首 向上的电流； V Vd 、 V Vq 为电压环输出的参考电压；
先建立构网型储能与同步发电机协同参与一次调 虚拟阻抗通常等效为储能与并网点之间串联的阻

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