【中国南方电网】构网型储能技术及其在新型电力系统的应用报告

构网型储能技术及其在新型电力系统的应用总结

核心内容

构网型储能技术是一种新型储能控制策略，通过模拟同步机特性，使储能系统具备对电网提供主动支撑的能力，包括频率、电压、功角稳定等。与传统的跟网型储能相比，构网型储能具有更快的响应速度、更灵活的控制特性，能够在弱电网、高比例新能源接入以及全电力电子化系统中发挥重要作用。

主要观点

1. 构网型储能的功能实现：

   • 构网型储能通过电力电子变流器实现与电网的同步，具备电压源外特性，能够在次暂态时间尺度内维持恒定电压。
   • 采用下垂控制、虚拟同步机控制、匹配控制等策略，实现对电网频率、电压的主动支撑，具有“零延时”响应能力。

2. 构网型储能的系统需求与工程应用：

   • 在新能源装机占比提升的背景下，构网型储能成为保障新型电力系统稳定运行的关键技术。
   • 已有多个国内外构网型储能工程示范，如额济纳“源网荷储”工程、青海宝库高压直挂构网储能、沙特红海项目等，验证了其在弱系统、孤岛运行、电压支撑等方面的有效性。

3. 构网型储能的技术优势：

   • 具备快速的惯量响应能力（动作时间≤5ms）、更长的惯性时间常数（最大可达20s）、宽频振荡抑制能力、黑启动功能等。
   • 与同步调相机相比，构网型储能在动态响应、调节能力、成本等方面更具优势。

4. 构网型储能的工程应用与系统需求：

   • 需要根据系统需求选择储能运行模式（构网/跟网），并因地制宜配置不同类型的构网设备（如储能变流器、SVG、柔直换流阀等）。
   • 高压直挂式储能、共享储能等模式可提升电网的稳定性和调节能力。

5. 构网型储能的发展前景：

   • 在“十五五”规划中，构网型储能的定位和作用将更加明确。
   • 随着电力电子化比例提升，构网型储能将在高比例新能源接入、直流输电系统、孤岛系统中发挥更大作用。

关键信息

政策支持

• 国家政策：国家发改委、国家能源局等多部门发文支持构网型储能技术研发与工程示范，强调其对新能源接入弱电网的电压、频率支撑能力。
• 地方政策：新疆自治区发改委要求构网型储能具备3倍/10s的过载能力，支持其在弱系统下的应用。

技术特性

• 惯量响应：构网型储能可实现零延时响应，惯性时间常数可调，支持频率和电压的快速调节。
• 电压支撑：在暂态过程中，构网型储能可维持电压源特性，有效抑制电压波动。
• 宽频振荡抑制：通过虚拟阻抗控制策略，调节等效阻抗，抑制系统振荡。
• 黑启动能力：构网型储能具备黑启动功能，可在系统故障后快速恢复供电。

工程应用

• 国内外工程案例：
  • 国外：如澳大利亚的Kauai PMRF、Hornsdale Power Reserve，英国的Blackhillock项目，德国的Bordesholm项目，沙特的Red Sea Project等。
  • 国内：如额济纳“源网荷储”工程、湖北荆门新港储能电站、青海宝库高压直挂构网储能、新疆哈密华润咸水泵电站等。
• 工程效果：
  • 验证了构网型储能在弱系统、孤岛运行、频率电压支撑、黑启动等方面的性能。
  • 提升了电网的稳定性、调节能力，改善了新能源发展面临的稳定问题。

技术性能指标对比

构网型储能的接入方式

• 组串式：单元功率0.2MW，无电池簇间并联环流问题。
• 集中式：单元功率5MW，存在簇间并联环流问题。
• 高压直挂式：功率可达25MW以上，无需工频变压器，效率高，支撑能力更强。

能量介质与技术结合

• 超级电容：功率密度高，适合惯量支撑。
• 电化学储能：能量密度高，适合频率调节。
• 混合储能技术：结合超级电容与电化学储能，实现瞬时和长时支撑。

共享储能

• 通过集中布局共享储能电站，可提升电网调节能力，减少调度对象，促进资源集约利用。
• 在800万千瓦直流双极闭锁等场景下，共享储能可有效抑制频率波动，提升系统稳定性。

技术挑战与发展方向

• 过载能力：提升变流器开关器件的过载能力，采用新型拓扑结构、器件封装材料和散热技术。
• 统一标准：亟需制定构网型储能的统一技术标准和规范，以支持其规模化应用。

展望

• 构网型储能将成为新型电力系统的重要组成部分，提升电网稳定性、调节能力和安全运行水平。
• 随着新能源装机占比持续上升，构网型储能的定位和作用将更加明确。
• 未来将更加注重构网型储能与电网的协同运行，提升其在弱系统、孤岛运行、宽频振荡抑制等方面的能力。

总结

构网型储能技术在新能源发展和电力电子化趋势下具有重要战略意义。其具备快速响应、主动支撑、灵活控制等特性，能够有效解决弱系统、频率电压波动、孤岛运行等问题。随着政策支持和技术发展，构网型储能将在新型电力系统中发挥更大作用，成为提升系统安全稳定运行的关键手段。