群雄逐鹿风云起！谁将夺得构网型储能“金钥匙”？
发布日期：2024/11/15
“‘又弃又缺’的现象，需要引入新的类似于储能等举措才可以保障新型电力系统消纳平衡。”
中国电力科学研究院有限公司首席技术专家惠东近日在2024世界储能大会表示，以风电、光伏为主体的新能源设备具有高装机、低电量、弱保障性，约等于同等容量发电和火电约为不到三分之一。未来电力系统必然将面临两大挑战：第一用电高峰时段存在的电力供应缺口的风险；第二是低谷时段调峰能力短缺，弃风弃光与短缺风险并存。
南京南瑞继保公司研究院副总工程师刘为群亦认为，构网储能的作用主要有三点：一是，可以支撑电力系统的电压稳定，升高、下降时可抵抗电压的变化，在大直流外送换向失败时，构网可以稳定电压；二是支撑电力系统频率稳定，当系统频率变化的时候，有功主动变化抵抗电压频率的变化，即惯量响应；三是增强电网强度，当新能源短路比不足时，构网设备可以提高短路比，支撑电网稳定运行，保障储能系统原有削峰填谷，一二次调频、调压等功能。
伴随构网需求逐渐涌现，储能系统构网设备主要有两种，一是低压储能系统的构网，二是高压储能系统的构网。
在高压构网领域，当前主要有南瑞继保、易事特、新风光、智光储能、为光能源等相继推出了高压直挂储能系统。
在低压构网中，阳光电源、华为数字能源、科华数能、南瑞继保、远景能源、明阳瑞源等均在项目中展示了构网能力。其中，PCS环节也将目光聚焦到构网储能上来，盛弘股份、上能电气、索英电气、为光能源等相继推出构网型PCS。
12月11-13日，2024高工储能年会将进一步就构网型储能等话题进行深度研讨。届时，高工储能将邀请惠东、阳光电源、南瑞继保、华为数字能源、为光能源、科华数能、易事特、新风光、智光储能、明阳瑞源、远景能源、海博思创、中车株洲所、盛弘股份、上能电气、索英电气等就构网型储能进一步技术探讨、主题演讲等。
同步机构网or支撑性构网？
构网是用电力电子模拟电压源一种形态的控制方式，是指电子设备的控制技术，既要满足系统的要求又要保持自身的内电接近恒定或者接近恒定的特征。
惠东认为，对构网型储能来讲，不仅可参与短暂主动支撑环节，还可以同时间尺度下参与灵活性调节。
“主动支撑短暂的30秒、20秒也可再分为三个阶段。”惠东认为，第一阶段0-10毫秒，虽然很短暂，但很很重要，可称之为自然响应支持。构网型可以自然响应支持，但是定功率型不响应支持。
第二阶段属于惯量分配阶段，同步机、构网型设备可以有效支撑，但是定功率设备亦不参加响应。
第三阶段属于则为功率调配，相当于一次调频阶段，同步机构网、支撑型构网均可参加。构网型储能在新能源设备、电力电子设备中间，发挥了故障响应、支撑能力等不能相比的作用。
惠东指出，如果构网型储能搭载的是长时间储能电池，则相当于过去一个常规的发电机，不仅可以实现主动支撑，甚至可以实现长时间调节。
从研究电力系统稳定和控制角度出发，南瑞继保提出基于储能打造理想同步电源的控制理念，并将可以实现电网支撑的技术命名为理想同步电压源构网技术。
刘为群介绍，南瑞继保已经成功打造了涵盖构网储能同步调换机等多元构网装备体系，其中构网型储能具备理想同步电源特性，可以发挥传统同步机的作用，实现同步运行、瞬时响应、有功无功变化、换量支撑调频跳崖等等。
核心有点在于，相较同步发电机，理想同步电压源构网技术支撑能力更强、稳定能力更强、调节能力速度更快、系统黑启动更快，可以助力实现以理想同步电源塑造新能源电力系统支撑的传统电力系统向新型电力系统平稳过渡。
构网型六大典型应用场景
在当前产业情况，构网型储能并不是万能的。惠东指出，并非所有的场景下都需要去配置构网型场景，如果电网比较坚强，构网型在那里实际上起到负作用。
弱网环境如果没有构网型储能将会造成极大危害。南京南瑞继保公司研究院副总工程师刘为群举例称，2016年以的澳大利亚的电网雷击之后，风机多次击，导致南澳洲对外联络器严重超负荷，跳闸，于是变成孤网，造成50小时大停电。2019年英国819大停电也是恶劣天气雷击电网造成风电破网和燃击，在一秒多钟从标准赫兹掉到48.8赫兹，触发低频减载，造成极大的公共危害。我们国内也有，西北的新能源也发生了大量破网的事情。
惠东具体把弱电网场景细分为若干场景。
第一，大型微网和孤立电网不依赖于主网情况 ，具有惯量低、短路比的特征，储能需承担整个系统的电压构建、电流构建、频率支撑还有长时间的续航灵活调节。
典型的就是华为在沙特构建的400MW光伏加1.3GWh的红海项目，就是一个典型的微网项目。
第二，电网末端高比例新能源开发。比如在新能源富集地区，需要构网型承担故障支撑、一次调频等对电网主动支撑甚至消纳提升支撑能力。据惠东介绍，基于此场景，我国目前已开展60多个构网型示范项目。
第三个场景就是高比例新能源特高压外送。新能源波动大，短路比偏低，网架非常复杂，需采用配置高压构网提升短路比、维持运行。在此场景，可以还要配置长时储能，提高新能源利用率和受端新端的需求，保障新能源送出，这是将来对构网型储能需求较大的场景。
第四，百分之百可再生能源系统下，长距离化、电力电子化问题并存，需要构网型高压储能保证长电力、弱支撑能力的不足，并承担运行过程中负荷和电压频率的支撑问题，长时储能也是必不可少的。惠东预计，这种场景可能在我国西北相当多地区将有比较多的应用场景。
第五，高比例、分布式资源的省域电网。以中东部为主力，主要的问题是光伏容易造成峡谷曲线，电力平衡困难。同时分布式发电，增加局部电网的不安全因素，需要构网型储能去解决某个时段弱电网问题。
第六，特高压接入之后，接入到高密度符合电网，保障和供给并存、短路电流和电压问题并存，需要高压储能解决空心化受制的电压问题，以及快速响应解决紧急支撑的问题。
惠东认为，其介绍的六个典型场景下较多场景需要高压储能。这也是未来低压储能、高压储能场景分野的重要原因之一。
如何突破高压构网储能核心难点？
区域解决规模化的新能源的接入和保障安全的过程中，高压储能和低压储能相比，高压储能协调性更强、自主能力更强、作用范围更广。惠东认为，这也是高压储能驱动力所在。
以青海特高压输送场景项目案例为例，惠东认为，同等容量的高压直挂储能相当于同等容量低压储能作用半径更大、支撑能力可提升50%以上、应用效率高，如果根网型、构网型联合支撑，则既可以兼顾电网支撑又可以兼顾运行。
惠东提到，高压直挂储能最重要的是，如何在高压情况下解决电池的安全问题？采用绝缘配合以及局部防护、定点防护等来解决高压引发的电池的安全问题。
目前来看，高压储能装置、安装结构等与传统低压储能有较大差异。其中，高压直挂储能技术或将在长寿、安全、可靠以及转换效率等方面均有突破。
刘为群也认为，高压直挂型储能，可在系统发生短路时提供过载电流，功率器件输出能力都要提升。最近，南瑞继保高压直挂104.8MW/430MWh宝库储能电站并网，相较常规储能，在控制性能、占地面积、循环效率、自用能耗以及电芯寿命延长上都有全面的提升，对惯量支撑、稳定控制、快速调频调压等对储能控制性能要求较高。
来源：高工储能
