“双碳”目标驱动下，我国光伏、风电等新能源产业发展提速，预计到2030年，我国光伏、风电装机规模将突破12亿千瓦。从电力系统运行的角度来看，可再生能源的高渗透率导致新型电力系统面临两个主要挑战，即：太阳能和风能发电的随机性与波动性，导致用电需求高峰期时电力系统面临平衡和资源充足性的挑战；传统的同步发电机被分布式电力电子装备大量取代，带来低惯量的挑战。
新型电力系统低惯量的挑战亟待解决
传统的电力系统由许多的同步发电机构成，由于同步发电机的转子具有转动惯量与阻尼特性，在系统发生频率事件时，提供或吸纳多余的能量。科华数能技术中心总经理曾春保分析说，新能源大规模接入，挤占常规机组开机空间，系统转动惯量降低、调频能力下降，给电力系统带来一系列问题：
1、系统惯量降低，调频能力下降，导致频率变化加快、波动幅度增大、稳态频率偏差增大，频率越限风险增加。
2、无功支撑不足，新能源机组动态无功支撑能力较常规电源弱，随着新能源占比快速提高，系统动态无功储备及支撑能力急剧下降，系统电压稳定问题突出。
3、新能源高占比地区暂态过电压严重，新能源大规模接入导致系统短路容量下降，电压支撑能力降低，使暂态过电压问题突出，可能超过设备耐受水平，造成新能源大规模脱网或设备损坏。
4、新能源大规模接入使功角稳定特性复杂，新能源的控制方式、故障穿越策略、接入位置等都会影响系统功角稳定；惯量下降导致稳定问题时间尺度缩短，暂态过程加快，不确定性增加，影响电网稳定。
5、宽频振荡现象相继出现。基于电力电子装置的新能源发电设备具有快速响应特性，在传统同步电网以工频为基础的稳定问题之外(功角稳定、低频振荡等问题)，出现了中频带、高频带的电力电子装置涉网稳定性问题。近年来，我国河北和新疆等风电汇集地区相继出现振荡现象。宽频振荡问题严重危害设备安全和电网运行安全。
科华数能构网控制策略助力新型电力系统构建
针对上述问题，目前国内外学者提出了多种构网控制策略，近几年学术界基本达成一个共识就是要把储能变流器都改造成构网变流器。当前，我国包括西藏、新疆、青海等多地也提出鼓励按比例强制配置构网型储能变流器。2023年5月，西藏发改委首次提出风电光伏新能源项目配套储能需“加装构网型装置”的要求。未来行业发展过程中，利用构网型储能来弥补“双高”电网下系统的惯量降低是新型储能领域的长期技术发展趋势，成为行业热点也是一种必然现象。
构网型变流器是基于功率定向的电压源。曾春保表示，在构建新型电力系统中引入构网控制技术可以有效提升系统短路电流水平，提高系统强度；为系统提供阻尼和惯性，改善系统频率稳定性；当系统失步解列时快速响应，提升系统的第一摇摆周期稳定性，主动支撑系统恢复；削弱电力系统间谐波和不平衡电压带来的影响。
作为储能行业龙头企业，科华数能是最早从事构网型储能研发设计的企业之一。据悉，早在2018年科华就开始布局研究储能系统的虚拟同步发电机控制策略，并在同年实现了储能变流器电压源模式并网。作为构网控制策略的关键技术之一，虚拟同步发电机控制本质是通过控制变流器产生基于功率定向的电压源，从而获得类似同步发电机一样的运行特性。
2023年，科华数能在宁夏百MW级共享储能项目开展构网型储能技术应用，应对宁夏弱网地区实现构网型电力支撑，采用虚拟同步发电机技术，可以通过复制同步电机的行为和性能来加强电网，可以起到快速调频调压、增加惯量和短路容量、抑制宽频震荡等作用。提升新能源和新型储能抗干扰、主动支撑等涉网能力，积极创新构网型储能技术，推动新能源从并网向构网转变。
构网型储能应用——科华数能宁夏区域共享储能项目
2022年，科华数能为伊拉克石油部电力部提供光储柴构网型微网解决方案，系统采用构网型储能结合弱电网特征的光伏逆变器+柴发构建微电网系统。此外，科华数能近年在新疆油田、密克罗海岛光储柴微网等项目中均验证了其储能产品的构网技术性能。
构网型储能应用——科华数能伊拉克光储柴充项目
2021年，采用构网控制技术的科华数能PCS，在深圳热电厂助力全国首个9E级机组实现黑启动，现场所有PCS通过电压源模式并机在带载情况下完成2次同期调相、调压，单次启动完成2次不同母线的无缝切换。该技术路线填补了多项黑启动领域的国内空白，成为全球首例采用储能系统实现9E级机组黑启动的项目。
构网型支撑能力应用——科华数能深圳南山电厂9E级机组黑启动项目
在新能源发电侧配储领域，构网型储能主要提升系统惯量、增强频率与电压支撑能力、控制短路容量和改善电网阻尼特性等特性，用于实现对电网的支撑。储能技术快速发展，科华数能始终牢牢把握客户价值诉求，引领行业发展趋势，持续开展技术创新研发。
曾春保告诉记者，科华数能还将对平抑新能源发电波动、提升系统惯量、增强频率与电压支撑能力、控制短路容量和改善电网阻尼特性等技术有效性进行验证与试点，通过工程实践的经验积累夯实该项技术的应用，提升科华数能储能产品的技术实力，加速构网型储能技术的全面应用，在实现“双碳目标”前进的道路上对构建更加稳定的电网贡献力量。
来源：国际能源网/储能头条
