引子

　　在“雙高”電力系統中，即高比例可再生能源和高比例電力電子設備接入的電網，故障發生時確實存在一些特殊的挑戰。由于可再生能源發電(如風能和太陽能)通常不具備傳統同步發電機的慣性響應和電壓支撐能力，一旦發生電網故障，可能會導致電壓和頻率的快速變化，從而影響到電網的穩定性。

　　新能源發電系統在故障發生時不能脫網運行，是因為脫網可能會導致發電與用電之間的不平衡加劇，這種不平衡如果得不到及時控制，可能會引發連鎖脫網事故，即所謂的“雪崩效應”，最終可能導致大規模停電事故。為了應對這種情況，電力系統需要采取一些措施來提高電網的韌性和可靠性。例如：故障穿越控制：是指在電網發生故障時，新能源發電系統能夠維持連接并繼續運行的能力;儲能系統：通過儲能系統(如電池儲能)來平衡供需，提供快速響應的無功功率支撐;電網互聯：通過電網互聯，可以分散和平衡不同區域的電力供需，提高整體系統的穩定性;需求側管理：通過需求側響應來調整用電負荷，以適應電網的供需變化。

　　構網型并網技術(Grid-Forming Inverter Technology)是一種用于電力系統的技術，它允許分布式能源資源(如太陽能光伏、風能、儲能系統等)通過逆變器以一種自主和協調的方式形成局部電網。這種技術使得在沒有傳統中央電網的情況下，分布式能源資源能夠獨立運行，同時在需要時與主電網并網運行。

獨舞者的節奏

　　構網型并網技術，可以想象成一支擁有高度協調能力的現代舞蹈團，在這個比喻中，每個舞者代表一個可再生能源發電單元，比如風力發電機或太陽能板，而整個舞臺則是電網。

　　傳統電網好比一場編排嚴謹的古典芭蕾舞，舞者(發電單元)動作統一，嚴格按照指揮(傳統大型電站)的節奏行動。但隨著更多可再生能源的加入，這些新舞者動作不那么規律，因為風力和陽光是變化無常的，這就像是突然讓一群街舞選手加入到芭蕾舞劇中，如果沒有好的協調，舞臺(電網)上很容易出現混亂。

　　構網型并網技術就像是引入了一個超級編舞指導，他不僅懂得如何引導傳統舞者，還能巧妙地融合新加入的街舞選手，讓他們即便動作不一，也能和諧共舞。這位編舞指導通過先進的控制技術和算法，讓每個舞者(發電單元)在保持個性的同時，能夠根據舞臺整體需要即時調整自己的動作力度和速度，確保演出(電網運行)既充滿活力又井然有序。

　　具體來說，在電力系統中，構網型并網技術允許分布式能源(如太陽能光伏、風能等)通過電力電子設備(如變流器)直接與電網連接，而不是依賴于傳統的同步發電機來維持電網的穩定性。每個分布式能源單元就像一個獨立的舞者，能夠自主地響應電網的需求，提供必要的電力支持，如頻率調節、電壓支撐等，從而增強電網的穩定性和可靠性。這種技術特別適用于高比例可再生能源接入的現代電力系統，能夠有效應對因可再生能源的波動性和不確定性帶來的挑戰。

　　在構網型并網系統中，不同的構網單元雖然具有一定的獨立性和自主性，但它們仍然需要保持同步運行，以確保整個電網的穩定性。這里的“同步”與常規意義上的同步發電機所維持的同步有所不同，但基本概念是一致的，即構網型單元需要協同工作以維持電網的統一頻率和相位。

構網型電網的核心要素與裝備

　　構網型并網技術涉及多個核心設備，但重要的是依靠構網型逆變器，儲能與能量管理系統。

　　構網型逆變器：它是構網型并網技術的基礎，它們使得風電，光伏與儲能的直流電源能夠與交流電網相連，并且能夠在電網中執行雙向功率流動控制。高級的電力電子變換器能夠快速響應電網變化，實現電壓和頻率的動態調節。同時，它還具備電網支撐功能，如電壓和頻率控制，以及低電壓穿越能力，確保在電網故障時維持穩定運行。

　　儲能系統：特別是大容量儲能裝置，如鋰離子電池儲能，它們與電力電子變換器配合，可以在電網需要時快速釋放或吸收電能，幫助平衡供需，提升電網的穩定性和可靠性。

　　能量管理系統(EMS)：負責監控和控制整個電網的運行，包括預測可再生能源發電量、調度儲能資源、優化電網運行策略等，是實現智能電網管理的關鍵。

　　當然，在微電網中的微電網控制器也很重要，它負責協調各個分布式能源(DERs)、儲能系統和負載之間的交互，確保微電網能夠獨立運行或與主電網順利并網。

構網型逆變器的現狀

　　構網型并網技術是通過構網型逆變器來實現的。構網型逆變器與傳統的跟隨型逆變器不同，它們能夠主動控制電力系統的電壓和頻率，而不是簡單地跟隨電網的這些參數。構網型逆變器能夠形成電網電壓和頻率的逆變器，它不僅可以將直流電源轉換為交流電源，還能夠支撐整個電網的穩定運行。

　　目前，在技術研究上，關于構網型逆變器的研究主要集中在控制策略、穩定性分析、故障穿越能力、多逆變器并聯運行等方面。研究人員正在探索更加高效和穩定的控制算法，以提高逆變器的動態響應速度和抗干擾能力。

　　產品化進展，許多企業已經開始將構網型逆變器技術產品化，推出了一系列的商業產品。這些產品不僅包括單一的逆變器單元，還包括集成了能量管理系統的整體解決方案。

　　一些知名的電力電子制造商，如SMA、Siemens、ABB等，已經推出了自己的構網型逆變器產品。例如：SMA的Sunny Island：這是一個集成了儲能和太陽能光伏發電的微電網解決方案，可以實現獨立于主電網的運行。

　　Siemens的Sivacon 8PS：這是一款高壓直流配電柜，可以用于連接構網型逆變器和其他電力電子設備。

　　ABB的PVS系列：這是一系列光伏逆變器，其中一些型號支持構網型運行。

　　國內企業如華為、陽光電源等也在積極研發和推廣構網型逆變器技術，并在國內外多個項目中成功應用。

　　五、特點及拓撲接線

　　構網型并網技術是實現智能電網和提高電力系統靈活性、可靠性的重要技術之一。它有以下特點：自主性，微電網能夠在沒有中央電網的情況下自主運行，維持電力供應的穩定性;協調性，逆變器之間可以相互通信，協調電力輸出，以維持電壓和頻率的穩定;可擴展性,可以根據需要增加或減少分布式能源資源，以適應電力需求的變化;靈活性，在電力供應過剩或不足時，微電網可以靈活地與主電網斷開或連接;可靠性，在主電網發生故障時，微電網可以保持運行，提高電力供應的可靠性。

　　針對不同的應用場景及項目的具體技術要求，構網型并網的拓撲接線方式具有多種類型：

　　(1)全功率轉換器系統：在這種系統中，所有的發電單元或儲能單元都通過電力電子接口(如變流器)連接到電網。每個單元都可以獨立控制，提供有功和無功功率支持。

　　(2)混合轉換器系統：這種系統結合了全功率轉換器和部分通過變壓器直接并網的單元。一些發電單元通過電力電子設備并網，而其他單元可能直接通過變壓器連接到電網。

　　(3)多端直流系統：在這種系統中，多個發電單元或儲能單元通過直流鏈路連接，并通過一個或多個電力電子接口接入交流電網。這種方式適合于大規模的可再生能源基地。

　　(4)微電網：微電網是一種小型的、局部的電力供應網絡，它可以包含多個分布式發電單元和儲能單元，通過電力電子設備控制并網。微電網在必要時可以與主電網隔離運行。

　　(5)虛擬同步機：這是一種模擬傳統同步發電機行為的電力電子設備，能夠提供電網頻率和電壓的支持，增強電網的穩定性。

　　(6)環形接線：在這種接線方式中，各個發電單元或儲能單元通過環形的電力電子設備連接，形成一個閉環，可以提高系統的靈活性和可靠性。

　　(7)星形接線：這是一種常見的接線方式，其中所有的發電單元或儲能單元都通過電力電子設備連接到一個共同的節點，類似于星形拓撲。

　　(8)鏈式接線：在這種接線方式中，各個單元按鏈式順序連接，每個單元的輸出連接到下一個單元的輸入，形成一個串聯的系統。

　　六、工程案例

　　湖北隨州廣水的高比例新能源縣域電網項目：項目位于湖北省隨州市廣水地區，核心供電區面積為418平方公里，服務人口超過20萬人。該區域總計擁有244MW的新能源裝機容量，最大負荷為61MW，100%新能源裝機，該系統設計為可長期獨立運行，無需依賴外部電源供應。該項目對62MW的風電和32MW的光伏進行了電壓源改造，新能源設備具備了慣量支撐、調頻調壓以及快速有功無功調節的能力，配合構網型儲能技術并投建高壓大容量能源路由器，提升了電網運行的穩定性和可靠性。2020年底開始施工，在2022年11月投入運營，2023年10月進入常態化運行階段。

　　澳大利亞電池儲能項目：提到，澳大利亞可再生能源局劃撥資金支持了8個電池儲能項目，這些項目全部為構網型儲能新建或改造項目，儲能規模共計2GW/4.2GWh。

　　美國UNIFI構網型逆變器聯盟：根據，美國能源部投資支持建立的通用構網型逆變器聯盟(UNIFI)，由美國國家可再生能源實驗室、美國電力科學研究院和華盛頓大學主導，旨在推動構網型技術的發展和應用。

　　國家能源集團寧夏電力寧東復合光伏基地項目：該項目配套的儲能電站是目前國內最大的構網型儲能電站，總容量為100兆瓦/200兆瓦時，已經成功并網。

　　華潤電力控股有限公司與華為數字能源技術有限公司合作的項目：在青海共和華潤濟貧光伏電站，雙方共同完成了構網型光儲系統的現場測試，驗證了基于構網型主動支撐技術的新能源配套儲能系統在加強電網運行特性方面的關鍵作用。

　　西藏開投集團索縣50MW光伏儲能項目：該項目是全國清潔能源項目中最大的新型構網型儲能光伏發電項目，也是西藏自治區首座該類型項目。

　　文章來源于智見能源，作者智小智