不久前，西藏自治區發展和改革委員會下發關于印發《2023年風電、光伏發電等新能源項目開發建設方案》的通知，明確要求保障性并網光伏項目+儲能項目配置儲能規模不低于光伏裝機容量的20%，儲能時長不低于4小時，并按要求加裝構網型裝置。這也是西藏自治區首次明確要求加裝構網型儲能系統。

　　那么，什么是構網型儲能?

　　在整個儲能系統中，電池決定著儲能系統的容量，超50%的成本占比，也讓其在儲能產業鏈中備受各方關注。隨著我國能源電力綠色低碳轉型的深入推進、新能源裝機占比快速增長，在儲能電池之外，可以提供同步電壓、電流并為電網提供慣量支撐的構網型儲能技術開始受到關注。

穩定是電力系統的關鍵

　　隨著我國“雙碳”目標的提出，以風電、光伏發電為主的新能源裝機占比呈逐年上漲趨勢。然而風電、光伏發電所具有的間歇性、波動性等特征給電網的穩定性帶來了一定挑戰。為此，多地發布了新能源配儲的相關政策。據《儲能產業研究白皮書2023》的不完全統計，截至2022年年底，我國新型儲能繼續高速發展，累計裝機規模首次突破10吉瓦，達到13.1吉瓦。

　　作為保障國民經濟正常運轉的源源動力，電力供應的穩定性極為重要。

　　“電網作為一個巨大的慣性系統，需要時刻保持慣性和有功功率平衡。過去，在以火力發電為主的年代，同步發電機是保障電力系統穩定的關鍵。”國網冀北電力有限公司電力科學研究院相關專家表示。

　　在現代電力工業中，同步發電機廣泛用于水力發電、火力發電、核能發電以及柴油機發電。由于同步發電機一般采用直流勵磁機，當其單機獨立運行時，通過調節勵磁電流，能方便地調節發電機的電壓，并為電網提供慣量和一次調頻。根據轉子運動方程，當電網有功功率缺額時，發電機轉子加速，電網頻率升高，反之電網頻率降低。以煤炭、燃氣為主的同步發電機之所以被稱為能源安全的“壓艙石”，也是因為其可以快速響應，對電網的慣量起到支撐作用。

　　但隨著新能源發電占比的增大，維持電網穩定性的難度也逐漸加大。

　　“新能源發電與同步發電機發電有著本質區別，現有的新能源基本不具備慣量支撐能力。”專家表示，“風、光等新能源發電需要依靠逆變器并入電網，這些電力電子逆變器設備具有控制靈活、響應迅速等優點，但隨著電力系統中電力電子設備的增多，這些裝置本身低慣量、低阻尼、弱電壓支撐的特點會對電力系統的穩定運行造成影響。”

　　我國2020年7月實施的新版強制性國家標準《電力系統安全穩定導則》(以下簡稱“導則”)，對新能源場站應具備的功能提出了新的要求。導則明確，新能源場站需具備一次調頻、快速調壓和調峰等能力，在新能源并網發電比重較大的地區，新能源場站應提供必要的慣量支撐，必要時可配置儲能等靈活性調節資源。

　　4月24日，國家能源局發布《關于加強新型電力系統穩定工作的指導意見(征求意見稿)》，其中再次強調：穩定工作是電力系統健康發展的基礎;要充分發揮電化學儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能、氫儲能、熱(冷)儲能等各類新型儲能的優勢，探索儲能融合發展新場景，提升電力系統安全保障水平和系統綜合效率。

　　為解決電力系統安全穩定問題，讓大電網回歸到同步發電機占主導的形態，即采用構網電壓源技術，讓原本的電力系統“三道防線”體系可以適應新型電力系統的發展，“構網+儲能”的構網型儲能技術應運而生。

　　國網新疆經研院院長王曉斌告訴記者，構網型儲能可以讓儲能實現類似同步發電機的運行特性，在電力系統發生擾動的前、中、后各階段，主動構建起系統穩定運行必需的電勢，對電網有四層重要意義——

　　一是提升頻率穩定水平。提供真實的慣量支撐，在外電網發生頻率擾動后，自然無延時地輸出功率，降低電網頻率變化速度。二是平抑電壓變化。尤其是新能源集中的特高壓直流近區，發生換相失敗將導致交流系統出現暫態過電壓，構網型儲能通過及時響應能夠平抑電壓快速變化，避免常規跟網型動態無功補償裝置的響應滯后和反調問題。三是提升新能源多場站短路比。構網型儲能呈現獨立電壓源的外特性，等價于主網側并聯電壓源，可以間接改變系統側短路阻抗，增加短路電流，進而增大短路容量，支持更多新能源接入。四是提高新型電力系統下“三道防線”的適應性。隨著新能源的持續接入，跟網型的新能源機組呈現電流源特性，故障期間存在短路容量不足等問題，傳統電流保護無法適應，通過配置構網型儲能，等效提升系統內同步發電機這樣的電壓源設備占比，傳統“三道防線”可以沿用。

　　3月15日，國網新疆電科院工作人員在新疆阿克陶縣龍源奧依塔克光伏儲能電站進行構網型儲能系統并網性能調試及現場測試。(攝影 / 唐毅軒)

從“跟網”到“構網”

　　在電化學儲能系統中，儲能變流器是僅次于電池的重要元件。儲能變流器(PCS)包括整流器和逆變器，決定著輸出電能的質量與特征。并網模式下，在負荷低谷時，儲能變流器把電網中的交流電整流成直流電給電池組充電;在負荷高峰時，儲能變流器把電池組中的直流電逆變成交流電反送到電網中。因此，在新能源規模化并網的背景下，逆變器的控制技術是構網型儲能的關鍵所在。

　　逆變器主要有兩種控制技術，即跟網型(Grid Following)控制技術和構網型(Grid Forming)控制技術。當前，并網儲能逆變器通常采用跟網型控制技術。

　　據王曉斌介紹，跟網型逆變器通過跟蹤電網的電壓、相位來控制其輸出，由于跟網型逆變器依賴于電網的實際電壓和頻率，需要慣性源提供穩定支撐，如旋轉質量，因此跟網型儲能無法應對電網的擾動。在系統發生擾動時，這些逆變器通常會關閉輸出，直到干擾過去，并且需要在大停電后先建立系統，然后重啟逆變器的輸出。

　　隨著越來越多的新能源和電力電子設備接入，電力系統慣性減小、系統強度變弱趨勢明顯，穩定性問題越發嚴重，構網型逆變器逐步受到青睞。

　　前述專家表示，構網型儲能技術的核心是通過儲能逆變器構建起支撐大電網穩定運行的電壓源，以起到快速調頻調壓、增加慣量和短路容量支撐、抑制寬頻振蕩等作用。“與跟網型控制技術相比，構網型技術具有可提供同步電壓電流，為電網提供虛擬慣性等優勢;在極端環境下，還可以提供故障穿越、黑啟動及有功、無功穩定功能，同時減少備用線路的改造需求，保障電網穩定。”他說。

　　相較于常規發電機組，構網型儲能在過載能力和控制靈活性方面也更具優勢。

　　王曉斌表示，從過載能力方面來看，當輸出視在電流即將超過3倍過載能力時，需投入虛擬阻抗進行快速限流，此時外特性與理想電壓源將存在差距，而構網型控制技術可以保證有足夠的過載能力，滿足電網側大部分故障情況下的需要。從控制靈活性程度來看，構網型控制技術的函數中有眾多可變參數，因此構網型儲能可以實現比同步發電機更靈活的參數控制，對不同場景的適應性更強。

　　“例如，傳統常規機組的同步發電機功率輸出必須經過轉子的加速，爬坡率為1%～1.5%，而構網型儲能可以通過在輸出端疊加偏差量，實現功率不經過構網控制的快速調節。因此，控制參數的靈活性使構網型儲能兼具同步發電機穩定電壓源和電力電子靈活快速控制的優勢。此外，同步發電機為旋轉設備，損耗相較于靜止設備的構網型儲能更大。從同步電壓支撐方面看，構網型儲能未來可以部分替代火電廠，尤其在火電廠建設有困難的地區，可以作為局部電網的同步電壓源運行。”王曉斌說。

　　不過他也特別指出，從能量角度來看，構網型儲能不能替代火電廠，因為儲能是先儲后放，自身并不能產生電能，而火電廠可以發電。

　　今年3月15日，國網新疆電力有限公司在阿克陶縣龍源奧依塔克光伏儲能電站完成了全疆首套構網型儲能系統并網性能調試及現場測試。阿克陶50兆瓦光伏項目通過配置一套3倍過載能力的5兆瓦/10兆瓦時構網儲能，有效提升了接入點阿克陶光伏匯集母線近區的新能源多場站短路比，在導則規定的機端短路比不低于1.5、并網點短路比不低于2.0的標準下，可以滿足阿克陶當地更多的新能源接入需要，提升了當地的新能源消納水平。

　　為有力推動南疆千萬千瓦級光伏發電在更大范圍開發和消納，2019年6月，750千伏大電網首次延伸到新疆最南端的和田地區，大電網已全部覆蓋新疆南部四地州。

　　國網新疆電力有限公司經濟技術研究院新型電力系統規劃研究中心副主任辛超山表示：“阿克陶地處南疆電網，南疆750千伏網架輸電距離長、電壓支撐較薄弱，通過配置阿克陶構網型儲能系統，可以在其過載能力范圍內提升近區的電壓支撐水平，改善近區交流故障后的暫態電壓問題，提升對南疆電網的同步支撐能力。”

協調運轉仍是難點

　　從“被動跟網”到“主動構網”，構網型儲能系統不僅能為電網提供穩定的電壓源，還可主動平抑電網中各類大小擾動，緩解電力系統的暫態電壓、頻率等穩定問題，有效提升新能源消納能力。在近期的儲能行業會議上，不少專家都提到構網型儲能“新能源電站+儲能+合適的算法控制”模式建立以后，將具有與火電廠類似的功能。

　　不過據不完全統計，截至目前，構網型儲能電站的數量在我國僅為個位數。

　　當前，我國的構網型儲能尚處于起步階段，構網型儲能作為電壓源，若多臺電壓源設備并列運行，可能存在環流、搶功率等問題，影響系統的穩定性。國網冀北電力有限公司電力科學研究院儲能組組長表示，和儲能電站已有的其他模擬電壓源“搶活兒”是當前構網型儲能發展亟待解決的問題。

　　“構網型技術既可以提供有功功率，也可以提供無功功率。從無功角度來說，一般儲能電站或新能源電站中都會配有諸如靜止無功補償裝置(SVC)、有源電力濾波器(APF)、靜止無功發生器(SVG)等設備，構網型設備如何與這些已有的無功源設備相互協調是個問題。比如電路出現故障后，這些設備都可以去支撐，但是誰先誰后呢?”

　　王曉斌也表示，構網型儲能多臺設備并列運行也將面臨穩定性的問題，該問題是制約構網型儲能應用于大電網的技術難點。

　　他認為，為進一步挖掘構網型儲能在大電網層面的應用潛力，后續可從以下四方面發力：一是推進基于國內主流大電網仿真平臺的構網型設備模型開發工作，支撐工程實踐應用;二是圍繞構網型儲能過流能力選取、對傳統繼電保護適應性等方面，完善構網型技術在大電網層面應用的相關標準體系建設;三是探索構網型儲能參與電力輔助服務市場的創新機制，建立構網型儲能參與系統調峰、調頻、轉動慣量等輔助服務及評價體系;四是聚集政府、企業、權威科研機構力量，積極探索產學研創新聯合體、產業技術研究院、產學研穿行戰略聯盟等多樣性產學研融通平臺，加快構網型儲能技術突破及推廣應用。