中國儲能網(wǎng)訊：“雙碳”目標驅動下，我國光伏、風電等新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展提速，預計到2030年，我國光伏、風電裝機規(guī)模將突破12億千瓦。從電力系統(tǒng)運行的角度來看，可再生能源的高滲透率導致新型電力系統(tǒng)面臨兩個主要挑戰(zhàn)，即：太陽能和風能發(fā)電的隨機性與波動性，導致用電需求高峰期時電力系統(tǒng)面臨平衡和資源充足性的挑戰(zhàn)；傳統(tǒng)的同步發(fā)電機被分布式電力電子裝備大量取代，帶來低慣量的挑戰(zhàn)。
新型電力系統(tǒng)低慣量的挑戰(zhàn)亟待解決
傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)由許多的同步發(fā)電機構成，由于同步發(fā)電機的轉子具有轉動慣量與阻尼特性，在系統(tǒng)發(fā)生頻率事件時，提供或吸納多余的能量?？迫A數(shù)能技術中心總經(jīng)理曾春保分析說，新能源大規(guī)模接入，擠占常規(guī)機組開機空間，系統(tǒng)轉動慣量降低、調頻能力下降，給電力系統(tǒng)帶來一系列問題：
1、系統(tǒng)慣量降低，調頻能力下降，導致頻率變化加快、波動幅度增大、穩(wěn)態(tài)頻率偏差增大，頻率越限風險增加。
2、無功支撐不足，新能源機組動態(tài)無功支撐能力較常規(guī)電源弱，隨著新能源占比快速提高，系統(tǒng)動態(tài)無功儲備及支撐能力急劇下降，系統(tǒng)電壓穩(wěn)定問題突出。
3、新能源高占比地區(qū)暫態(tài)過電壓嚴重，新能源大規(guī)模接入導致系統(tǒng)短路容量下降，電壓支撐能力降低，使暫態(tài)過電壓問題突出，可能超過設備耐受水平，造成新能源大規(guī)模脫網(wǎng)或設備損壞。
4、新能源大規(guī)模接入使功角穩(wěn)定特性復雜，新能源的控制方式、故障穿越策略、接入位置等都會影響系統(tǒng)功角穩(wěn)定；慣量下降導致穩(wěn)定問題時間尺度縮短，暫態(tài)過程加快，不確定性增加，影響電網(wǎng)穩(wěn)定。
5、寬頻振蕩現(xiàn)象相繼出現(xiàn)。基于電力電子裝置的新能源發(fā)電設備具有快速響應特性，在傳統(tǒng)同步電網(wǎng)以工頻為基礎的穩(wěn)定問題之外(功角穩(wěn)定、低頻振蕩等問題)，出現(xiàn)了中頻帶、高頻帶的電力電子裝置涉網(wǎng)穩(wěn)定性問題。近年來，我國河北和新疆等風電匯集地區(qū)相繼出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象。寬頻振蕩問題嚴重危害設備安全和電網(wǎng)運行安全。
科華數(shù)能構網(wǎng)控制策略助力新型電力系統(tǒng)構建
針對上述問題，目前國內外學者提出了多種構網(wǎng)控制策略，近幾年學術界基本達成一個共識就是要把儲能變流器都改造成構網(wǎng)變流器。當前，我國包括西藏、新疆、青海等多地也提出鼓勵按比例強制配置構網(wǎng)型儲能變流器。2023年5月，西藏發(fā)改委首次提出風電光伏新能源項目配套儲能需“加裝構網(wǎng)型裝置”的要求。未來行業(yè)發(fā)展過程中，利用構網(wǎng)型儲能來彌補“雙高”電網(wǎng)下系統(tǒng)的慣量降低是新型儲能領域的長期技術發(fā)展趨勢，成為行業(yè)熱點也是一種必然現(xiàn)象。
構網(wǎng)型變流器是基于功率定向的電壓源。曾春保表示，在構建新型電力系統(tǒng)中引入構網(wǎng)控制技術可以有效提升系統(tǒng)短路電流水平，提高系統(tǒng)強度；為系統(tǒng)提供阻尼和慣性，改善系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性；當系統(tǒng)失步解列時快速響應，提升系統(tǒng)的第一搖擺周期穩(wěn)定性，主動支撐系統(tǒng)恢復；削弱電力系統(tǒng)間諧波和不平衡電壓帶來的影響。
作為儲能行業(yè)龍頭企業(yè)，科華數(shù)能是最早從事構網(wǎng)型儲能研發(fā)設計的企業(yè)之一。據(jù)悉，早在2018年科華就開始布局研究儲能系統(tǒng)的虛擬同步發(fā)電機控制策略，并在同年實現(xiàn)了儲能變流器電壓源模式并網(wǎng)。作為構網(wǎng)控制策略的關鍵技術之一，虛擬同步發(fā)電機控制本質是通過控制變流器產(chǎn)生基于功率定向的電壓源，從而獲得類似同步發(fā)電機一樣的運行特性。
2023年，科華數(shù)能在寧夏百MW級共享儲能項目開展構網(wǎng)型儲能技術應用，應對寧夏弱網(wǎng)地區(qū)實現(xiàn)構網(wǎng)型電力支撐，采用虛擬同步發(fā)電機技術，可以通過復制同步電機的行為和性能來加強電網(wǎng)，可以起到快速調頻調壓、增加慣量和短路容量、抑制寬頻震蕩等作用。提升新能源和新型儲能抗干擾、主動支撐等涉網(wǎng)能力，積極創(chuàng)新構網(wǎng)型儲能技術，推動新能源從并網(wǎng)向構網(wǎng)轉變。
構網(wǎng)型儲能應用——科華數(shù)能寧夏區(qū)域共享儲能項目
2022年，科華數(shù)能為伊拉克石油部電力部提供光儲柴構網(wǎng)型微網(wǎng)解決方案，系統(tǒng)采用構網(wǎng)型儲能結合弱電網(wǎng)特征的光伏逆變器+柴發(fā)構建微電網(wǎng)系統(tǒng)。此外，科華數(shù)能近年在新疆油田、密克羅海島光儲柴微網(wǎng)等項目中均驗證了其儲能產(chǎn)品的構網(wǎng)技術性能。
構網(wǎng)型儲能應用——科華數(shù)能伊拉克光儲柴充項目
2021年，采用構網(wǎng)控制技術的科華數(shù)能PCS，在深圳熱電廠助力全國首個9E級機組實現(xiàn)黑啟動，現(xiàn)場所有PCS通過電壓源模式并機在帶載情況下完成2次同期調相、調壓，單次啟動完成2次不同母線的無縫切換。該技術路線填補了多項黑啟動領域的國內空白，成為全球首例采用儲能系統(tǒng)實現(xiàn)9E級機組黑啟動的項目。
構網(wǎng)型支撐能力應用——科華數(shù)能深圳南山電廠9E級機組黑啟動項目
在新能源發(fā)電側配儲領域，構網(wǎng)型儲能主要提升系統(tǒng)慣量、增強頻率與電壓支撐能力、控制短路容量和改善電網(wǎng)阻尼特性等特性，用于實現(xiàn)對電網(wǎng)的支撐。儲能技術快速發(fā)展，科華數(shù)能始終牢牢把握客戶價值訴求，引領行業(yè)發(fā)展趨勢，持續(xù)開展技術創(chuàng)新研發(fā)。
曾春保告訴記者，科華數(shù)能還將對平抑新能源發(fā)電波動、提升系統(tǒng)慣量、增強頻率與電壓支撐能力、控制短路容量和改善電網(wǎng)阻尼特性等技術有效性進行驗證與試點，通過工程實踐的經(jīng)驗積累夯實該項技術的應用，提升科華數(shù)能儲能產(chǎn)品的技術實力，加速構網(wǎng)型儲能技術的全面應用，在實現(xiàn)“雙碳目標”前進的道路上對構建更加穩(wěn)定的電網(wǎng)貢獻力量。
