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| 編輯推薦： |
本书由能源电力专家刘吉臻院士作序，作者团队均是能源领域的专家。
本书通过深入探讨飞轮储能技术与火力发电系统在电网调频领域的结合应用，为当下同行科技工作者提供一个全面的理论和实践指导，帮助读者了解飞轮储能技术联合火力发电系统在电网调频领域的相关技术，并为飞轮储能联合火电机组参与调频的控制策略及容量配置等方面提供了研究思路。
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| 內容簡介： |
新能源的大规模并网给新型电力系统的频率安全带来了严峻挑战，充分挖掘电源侧调频资源对提升电网支撑能力具有重要意义。新型储能是构建新型电力系统的重要技术和基础装备，是实现碳达峰、碳中和目标的重要支撑之一，作为一种新兴的物理储能，飞轮储能系统在电力系统调频领域广受关注。飞轮储能火电机组联合参与调频能够较好地提升新型电力系统频率稳定性以及火电机组运行安全性和经济性。本书旨在总结作者在飞轮储能联合火电机组参与电网调频运行控制方面取得的研究成果，为推进飞轮储能在新型电力系统中的相关理论研究与技术应用提供了研究思路。本书第1章介绍了新型电力系统背景下火电机组调频现状及挑战;第2章介绍了飞轮储能系统基本原理与控制技术;第3章介绍了飞轮储能系统阵列控制技术;第4章和第5章分别介绍了飞轮储能火电机组联合系统参与电网一次、二次调频控制;第6章介绍了飞轮储能火电机组联合系统调频容量优化配置。
本书适合从事飞轮储能技术应用、火电机组调频优化以及电网一次、二次调频优化控制等方面研究的科技工作者阅读，也适合高等院校储能工程、能源动力工程以及自动化等专业的高年级本科生、研究生和教师阅读。
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| 關於作者： |
作者简介
洪烽，1991年3月出生，浙江绍兴人，现任华北电力大学副教授。主持国家自然科学基金面上项目1项、青年项目1项、中央高校基本科研面上项目1项、国家重点研发计划子课题1项、国家电网科技项目及企业横向项目多项，作为研究骨干参与973计划项目1项、国家重点研发计划2项、中国工程院重点咨询项目1项、国家自然科学基金面上项目2项。发表高水平论文70余篇，其中作为第一作者/通讯作者发表SCI/EI论文40余篇，多次参加国际会议，受邀担任部分分会场主持人并作报告，授权发明专利20余项，获2023年度电力科学技术进步一等奖，2023年度电力科技创新二等奖，2022年度电力科学技术进步三等奖。入选北京市科协青年人才托举工程、中国电机工程学会青年人才托举工程。
房方，1976年3月出生，河南开封人，现任华北电力大学副校长，兼控制与计算机工程学院院长，教授，博士生导师。IET Fellow/IET国际特许工程师，中国电力优秀科技工作者，北京市教学名师，享受国务院政府特殊津贴专家。担任“111”创新引智基地负责人、新能源发电国家工程研究中心主任、中国电机工程学会海上风电技术专委会副主任委员、中国电工技术学会能源智慧化专委会副主任委员，主持国家重点研发计划项目2项、国家重大专项课题1项、国家自然科学基金项目3项，获得国家科技进步二等奖1项、省部级科技成果一等奖5项、省部级教学成果一等奖3项。
郝俊红，1988年9月出生，山西晋中人，现任华北电力大学储能科学与工程教研室副主任，副教授，博士生导师。主要从事储能与燃料电池、分布式能源系统中跨尺度建模的平衡与耗散、能量流法等理论方法与用能企业能效碳效诊断应用研究。近年来主持国家自然科学基金面上/青年项目、国家电网总部科技项目等10余项，重点参与国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目等基础研究项目及国电投等众多单位技术合作项目。迄今已发表SCI/EI论文100余篇，申请/授权国内外发明专利30余项，出版专著1部，入选华北电力大学“青年骨干培育计划”，中国电科院期刊中心青年专家团第二届成员、北京市碳中和学会会员、北京市科学技术协会产业特派员等，《中国电机工程学报》2021—2023年优秀审稿专家，担任清华大学专业硕士校外导师等。
刘吉臻，1951年8月出生，山西岚县人，能源电力专家，中国工程院院士，现任华北电力大学教授，新能源电力系统国家重点实验室主任。曾任武汉水利电力大学校长、华北电力大学校长。长期从事发电厂自动化、新能源电力系统理论与技术研究，取得了具有开创性、系统性的研究成果。获国家科技进步一等奖1项、二等奖2项。培养指导博士、硕士研究生200余名。
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| 目錄：
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目录
序言
前言
作者简介
第1章新型电力系统背景下火电机组调频
现状及挑战1
1.1电力系统频率控制技术基础1
1.1.1电力系统频率波动1
1.1.2电力系统频率一次调节2
1.1.3电力系统频率二次调节15
1.2在新型电力系统下火电机组调频面临的
挑战28
1.2.1低惯量给频率稳定带来的冲击28
1.2.2电源侧在低碳转型阶段频率安全稳定
面临的挑战29
1.3火电机组调频研究现状31
1.3.1火电机组灵活运行下调节特性差异化
分析35
1.3.2电力系统负荷频率优化控制研究现状39
1.4火电机组一次调频极限响应特性分析43
1.4.1火电机组一次调频能力理论分析43
1.4.2火电机组一次调频评估算法描述45
1.5火电机组二次调频蓄能应用与控制策略47
1.5.1火电机组蓄能系统特性分析47
1.5.2火电机组多蓄能协同调度控制技术53
1.5.3多蓄能协同调度控制技术工程应用62
1.6本章小结72
参考文献72
第2章飞轮储能系统基本原理与控制技术81
2.1飞轮储能系统研究现状概述81
2.1.1储能技术发展概况81
2.1.2飞轮储能系统运行控制技术发展83
2.1.3飞轮储能系统辅助调频研究现状87
2.2飞轮储能系统介绍89
2.2.1工作原理89
2.2.2物理结构89
2.2.3飞轮储能系统的特点91
2.2.4飞轮储能系统的其他相关技术92
2.3飞轮储能系统单元模型97
2.3.1异步电机动态模型97
2.3.2网侧电路动态模型102
2.4飞轮储能系统控制105
2.4.1宽转速范围内异步电机控制105
2.4.2飞轮储能单元网侧功率控制120
2.4.3飞轮储能单元直流电压控制127
2.5飞轮储能系统的工程应用与发展趋势132
2.5.1飞轮储能系统的工程应用132
2.5.2飞轮储能系统技术发展趋势140
2.6本章小结141
参考文献141
第3章飞轮储能系统阵列控制技术149
3.1飞轮储能系统阵列控制概述149
3.1.1阵列控制的基本概念152
3.1.2飞轮阵列储能系统拓扑结构153
3.2传统的阵列控制管理方法154
3.2.1飞轮储能阵列等功率分配154
3.2.2飞轮储能阵列等时间分配155
3.2.3飞轮储能阵列“能者多劳”分配155
3.3用于电网调频的飞轮储能阵列优化控制156
3.3.1飞轮储能阵列功率协调控制策略157
3.3.2飞轮储能阵列自适应双层控制策略160
3.3.3大容量飞轮储能阵列宏观一致性控制策略168
3.4基于分布式控制的飞轮储能阵列管理177
3.4.1分布式控制概述177
3.4.2转速一致性控制178
3.4.3分布式协同控制策略180
3.4.4分布式优化策略181
3.5本章小结182
参考文献183
第4章飞轮储能火电机组联合系统参与电网一次调频控制185
4.1飞轮储能火电机组联合系统一次调频研究现状及问题概述185
4.2基于自适应协同下垂的飞轮储能联合火电机组一次调频控制策略186
4.2.1基于自适应协同下垂的一次调频控制策略设计186
4.2.2控制策略评价指标190
4.2.3仿真结果与讨论191
4.3基于划分电量的小规模储能参与电网一次调频控制策略196
4.3.1各区域不同电网一次调频考核指标196
4.3.2考虑电网调频指标及划分电量的飞轮储能控制策略201
4.3.3仿真结果与讨论203
4.4基于机组实时出力增量预测的火电飞轮储能系统协同
调频控制策略206
4.4.1机组实时出力增量的动态预测及量化表征207
4.4.2基于机组调频能力预测的飞轮储能运行控制策略214
4.4.3运行效果验证216
4.5本章小结221
参考文献221
第5章飞轮储能火电机组联合系统参与电网二次调频控制224
5.1火电机组参与电力现货市场现状与概述224
5.1.1储能系统参与电力现货市场现状与机制224
5.1.2山西现行现货交易市场下的调频辅助服务细则226
5.1.3国内其他地区现行调频辅助服务细则233
5.1.4辅助服务市场竞价的不完全信息博弈模型与分析236
5.2基于提升AGC性能指标的飞轮储能系统二次调频控制策略238
5.2.1火储耦合AGC调频控制238
5.2.2AGC爬坡性能指标239
5.2.3飞轮储能耦合AGC调频控制策略239
5.2.4爬坡性能提升244
5.3基于模态匹配的飞轮/锂电池混合储能耦合火电AGC
控制策略及应用247
5.3.1混合储能辅助火电机组调频辅助服务248
5.3.2基于模态匹配的混合储能系统协调控制254
5.3.3混合储能SOC的动态区间管理策略258
5.3.4仿真验证与现场运行效果260
5.4本章小结268
参考文献268
第6章飞轮储能火电机组联合系统调频容量优化配置272
6.1储能系统配置的必要性分析272
6.1.1储能辅助火电机组调频的优势272
6.1.2火储联合系统容量配置研究现状273
6.2辅助火电机组一次调频的飞轮储能容量配置275
6.2.1火储耦合系统一次调频控制275
6.2.2飞轮储能系统容量配置模型278
6.2.3仿真验证与讨论281
6.3基于EMD分解的混合储能辅助火电机组一次调频容量规划289
6.3.1火电机组调频现状分析289
6.3.2容量规划基础原理290
6.3.3仿真验证与讨论295
6.4飞轮储能系统控制策略与容量协同优化配置298
6.4.1协同优化配置方案及控制策略298
6.4.2仿真验证与讨论301
6.5本章小结308
参考文献308
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| 內容試閱：
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前言
规模化新能源高效利用是实现碳达峰、碳中和的关键。大规模可再生能源并网给电网频率安全稳定带来了巨大冲击和挑战，亟需快速高效的大型频率支撑设备。火力发电是构建新能源体系下保障我国电力安全稳定供应的“压舱石”，然而，火电机组灵活性运行过程中存在长期偏离设计工况运行、频繁变负荷等问题，机组涉网调频能力将进一步减弱。提升火电机组的运行灵活性是能源转型关键时期改善新能源接入带来电网频率波动的有效途径之一。
随着新型储能技术的快速发展，近年来，“火电 储能”调频模式进入行业视野，迅速成为热点研究领域。飞轮储能系统作为一种新兴物理储能技术，通过将电能转换为转子动能的方式储存，具有响应速度快、功率密度高等优势，此外飞轮的运行寿命更长，循环充电次数可达百万次，具有良好的设备安全性。对火电机组侧进行灵活性改造、耦合飞轮储能技术参与调频，可以有效增强火电机组灵活调节能力和提高电力系统频率稳定性。通过飞轮储能系统和火电机组联合运行，构成新的调频电源，既解决了传统火电机组调节速率慢、折返延迟和误差大的缺点，又弥补了飞轮储能系统容量有限的劣势。
近年来，我国出台了一系列相关文件和指导意见，推动新型储能的规模化发展。《国家发展改革委 国家能源局关于加快推动新型储能发展的指导意见》(发改能源规〔2021〕1051号)提出新型储能的发展目标:到2025年，实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变，到2030年，实现新型储能全面市场化发展。《国家发展改革委 国家能源局关于印发〈“十四五”新型储能发展实施方案〉的通知》(发改能源〔2022〕209号)提出了更高要求，到2025年，新型储能技术创新能力显著提高，核心技术装备自主可控水平大幅提升，标准体系基本完善，产业体系日趋完备，市场环境和商业模式基本成熟。《国家发展改革委 国家能源局关于加强新形势下电力系统稳定工作的指导意见》(发改能源〔2023〕1294号)中指出要夯实电力系统稳定基础，科学安排储能建设，按需科学规划与配置储能，积极推进新型储能建设。发挥新型储能的优势，构建储能多元融合发展模式，提升安全保障水平和综合效率，最后推动新型储能技术向高安全、高效率、主动支撑方向发展。
本书通过深入探讨飞轮储能技术与火力发电系统在电网调频领域的结合应用，为当下同行科技工作者提供一个全面的理论和实践指导，帮助读者了解飞轮储能技术联合火力发电系统在电网调频领域的相关技术，并为飞轮储能联合火电机组参与调频的控制策略及容量配置等方面提供了研究思路。希望通过本书的出版，对推动飞轮储能火力发电联合系统的相关理论和技术研究起到积极的作用。作者编写本书主要出于以下5个目的:
1)推动能源转型:为了减少碳排放和应对气候变化，许多国家正在逐渐减少对火力发电等高碳能源的依赖，并增加可再生能源的比例。本书出版的目的之一是探讨如何将飞轮储能与火力发电系统相结合，以促进电力系统的可持续发展和能源转型。
2)提高电网稳定性:电网调频是维护电力系统稳定性和频率的关键要素。本书探讨了飞轮储能如何参与电网调频，以确保电力系统在大规模可再生能源集成的情况下仍然能够维持稳定的频率，实现碳达峰、碳中和下电力系统的安全稳定运行。
3)提供实际应用指南:本书中包含部分应用于工程实践的技术实例，可以为电力系统工程师、运营商和决策者提供有关如何设计、部署和操作飞轮储能火力发电联合系统的详细指南。这将有助于专业工程师在实际工程中更好地理解和利用这项技术。
4)促进研究和创新:本书内容包括作者团队的最新研究成果、案例研究和创新技术，以鼓励学者、工程师和科学家继续研究飞轮储能系统在电网调频领域的应用，提升电力系统安全可靠性。希望本书能够起到抛砖引玉的作用，推动未来相关方面的技术进步。
5)贡献知识和经验分享:编写这本书的目的之一是分享作者在关于飞轮储能在电网调频中的实践经验和相关成果，通过整合前人的杰出贡献，以帮助其他人更好地理解相关理论，并在日后的研究实践上加以运用。
本书第1章由刘吉臻院士执笔，第2章由郝俊红副教授执笔，第3章由房方教授执笔，第4章由房方教授、洪烽副教授执笔，第5章由郝俊红副教授、洪烽副教授执笔，第6章由洪烽副教授执笔，全书由洪烽副教授统稿。本书在写作过程中，参考了高耀岿、杜鸣、陈玉龙、梁璐等的学位论文以及李佳玉、宋杰、逄亚蕾、贾欣怡、孙风东、罗志炜等的研究成果，他们为这本书的呈现做了很多相关的研究工作，并且季卫鸣、赵璐、赵宇峥、魏宽畅、杜浩、左文淏、梁博洋、费聿浩、丁明志、杨正广等对各部分内容进行了整理，在此对为本书做出贡献的各位老师和学生表示衷心感谢。
本书在编写过程中，刘吉臻院士对全书内容的组织架构进行了深入剖析，在各章节撰写的关键节点上提出了许多富有洞察力的建议，提供了很多专业的技术指导，使得本书在学术性和可读性上均达到了较高的水平，在此对刘吉臻院士表示诚挚的感谢。
飞轮储能系统在电力系统调频领域的研究与工程应用还处于起步阶段，本书中的很多研究内容虽然对近年来规模化飞轮储能系统在电网调频中的工程实践进行了一定的应用和验证，但其中飞轮储能系统的本体建模还不够深入，飞轮的应用场景还不够广阔，本书内容仅作为一次飞轮储能系统在火电机组侧应用研究的探索，希望可以对飞轮储能行业的发展起到一定的促进作用。此外，由于作者水平有限，书中难免存在疏漏和不足之处，敬请读者批评指正。
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