融合动态频率约束的混合储能系统优化配置研究及其在电网稳定性中的应用

针对高比例可再生能源并网导致的频率失稳问题，研究人员提出了一种集成电化学储能(BESS)与先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)的混合储能系统(ESS)规划模型。通过解析频率安全约束（包括RoCoF和频率最低点），该研究实现了四川电网案例中10%-50%可再生能源渗透率下频率稳定（RoCoF<0.5 Hz/s，频率最低点>49.5 Hz），为多类型ESS协同优化提供了兼具经济性与技术可行性的解决方案。

　　

随着风电、光伏等可再生能源(RES)在电力系统中的占比快速提升，电网正面临前所未有的频率稳定挑战。传统同步发电机的旋转惯性被弱化，系统频率响应能力下降，可能导致频率变化率(RoCoF)超标或频率最低点跌破安全阈值。尤其在四川等可再生能源富集区域，如何通过混合储能系统(ESS)的协同配置来维持电网动态稳定性，成为亟待解决的科学问题。

中国某高校团队在《Journal of Energy Storage》发表的研究中，创新性地将电化学储能(BESS)的快速响应特性与先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)的大容量优势相结合，构建了首个考虑动态频率约束的混合ESS规划模型。该研究通过解析推导将复杂的频率动态转化为可嵌入优化问题的代数约束，避免了传统动态仿真的计算瓶颈。基于四川电网2650 MW测试系统的案例表明，在50%可再生能源渗透率下，优化配置的混合ESS能将RoCoF控制在0.39 Hz/s，同时保证频率最低点高于49.5 Hz，显著优于单一储能方案的性能。

关键技术方法包括：1) 建立AA-CAES的热力学-电力耦合模型，量化其惯性支持能力；2) 基于摇摆方程推导频率安全约束的解析表达式；3) 构建随机规划框架处理RES出力不确定性；4) 采用混合整数线性规划求解ESS容量-位置联合优化问题。

【Modeling of energy storage systems】
通过精细化建模AA-CAES的充放热过程与BESS的退化成本，研究首次量化了AA-CAES提供的等效惯性时间常数(5-10s)，揭示其与水电惯性的互补特性。

【Dynamic frequency requirements】
建立的解析约束表明，ESS需同时满足RoCoF^max=0.5 Hz/s和Δf_nadir>0.5 Hz双重标准，其中BESS主要抑制初始RoCoF，而AA-CAES对维持频率最低点效果更显著。

【Case studies】
四川电网案例显示，30%RES渗透时混合ESS方案比单一BESS降低12%成本，且将频率波动幅度缩减38%。AA-CAES的储热系统贡献了约40%的惯性支持能力。

结论指出，该研究首次实现了多类型ESS在频率稳定约束下的协同规划，提出的解析约束方法将计算效率提升20倍以上。特别值得注意的是，AA-CAES在300MW规模下展现的"虚拟同步机"特性，为未来高比例可再生能源电网提供了新的稳定调节手段。作者建议后续研究应拓展至含氢储能等多能互补系统，并探索频率约束与电压稳定的耦合机制。