中國儲能網訊：“雙碳”目標驅動下，我國光伏、風電等新能源產業(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數能技術中心總經理曾春保分析說，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，影響電網穩(wěn)定。
5、寬頻振蕩現象相繼出現。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)，出現了中頻帶、高頻帶的電力電子裝置涉網穩(wěn)定性問題。近年來，我國河北和新疆等風電匯集地區(qū)相繼出現振蕩現象。寬頻振蕩問題嚴重危害設備安全和電網運行安全。
科華數能構網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“加裝構網型裝置”的要求。未來行業(yè)發(fā)展過程中，利用構網型儲能來彌補“雙高”電網下系統(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象。
構網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)，科華數能是最早從事構網型儲能研發(fā)設計的企業(yè)之一。據悉，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，并在同年實現了儲能變流器電壓源模式并網。作為構網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，科華數能在寧夏百MW級共享儲能項目開展構網型儲能技術應用，應對寧夏弱網地區(qū)實現構網型電力支撐，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，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、主動支撐等涉網能力，積極創(chuàng)新構網型儲能技術，推動新能源從并網向構網轉變。
構網型儲能應用——科華數能寧夏區(qū)域共享儲能項目
2022年，科華數能為伊拉克石油部電力部提供光儲柴構網型微網解決方案，系統(tǒng)采用構網型儲能結合弱電網特征的光伏逆變器+柴發(fā)構建微電網系統(tǒng)。此外，科華數能近年在新疆油田、密克羅海島光儲柴微網等項目中均驗證了其儲能產品的構網技術性能。
構網型儲能應用——科華數能伊拉克光儲柴充項目
2021年，采用構網控制技術的科華數能PCS，在深圳熱電廠助力全國首個9E級機組實現黑啟動，現場所有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9E級機組黑啟動的項目。
構網型支撐能力應用——科華數能深圳南山電廠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阻尼特性等特性，用于實現對電網的支撐。儲能技術快速發(fā)展，科華數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，通過工程實踐的經驗積累夯實該項技術的應用，提升科華數能儲能產品的技術實力，加速構網型儲能技術的全面應用，在實現“雙碳目標”前進的道路上對構建更加穩(wěn)定的電網貢獻力量。
