2026新型电力系统下新能源构网型储能：建设方案

背景简介-新型电力系统发展形态 《“十五五”现代能源体系规划》明确“可再生能源发电2035年将成为主体电源”。在以新能源为主体的新型电力系统中，并网变流器作为新能源发电的核心装备取代了大部分旋转式发电机组，系统呈现出“低惯量、低阻尼、弱电压支撑”的特性，导致新能源发电系统事故频发，给变流器及其主导的电网稳定运行带来了严峻挑战。为提升“双高”系统稳定性，可发挥储能变流器灵活可控的优势，补偿系统缺失的固有惯性、阻尼特性，实现电网电压、频率的可靠支撑。 背景简介-构网型储能在国家政策支持下快速发展 ·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；选择典型场景应用构网型控制肢术；研究完善储能价格机制和财政金融政策，等 ·相关文件对于构网型储能的定位：显著提高新能源接入弱电网的电压、频率等稳定支撑能力，大幅提升风电光伏大基地项目输电通道的安全稳定送电能力；具备主动支撑电网电压、频率、功角稳定能力 2023 2024 2026 2025 关于组织开展可再生能源发展试点示范的通知 加快构建新型电力系统行动方案国家发展改革委国家能源局国家数据局·选择典型场景应用构网型控制技术，具备主动支撑电网电压、频率、功角稳定能力，提升系统安全稳定运行水平 国家能源局 ·支持构网型风电、构网型光伏发电、构网型储能、新能源低频组网送出等技术研发与工程示范 ·探索应用构网型新能源、各类新型储能等新技术，提升新能源功率预测精度和主动支撑能力 背景简介-新型电力系统分析 以新能源为主体的新型电力系统是实现碳达峰、碳中和目标的重要载体。与同步发电机组相比，新能源具有低可控和低转动惯量等特性，发生故障时传统新能源系统无法像同步发电机组一样，主动进行电压和频率支撑，给电力系统的安全稳定运行带来了极大挑战。 惯量响应是维持电网暂态频率稳定最关键的环节，其时间尺度一般在6s~10s左右 高比例新能源送端低惯量系统导致频率稳定控制难度加大 高比例新能源经特高压直流送出加剧送端暂态过电压问题 背景简介-新型电力系统需要构网型储能技术支撑 科学安排储能建设： 完善合理的电源结构、柔性电网平台、灵活性负荷侧全过程夯实新型电力系统稳定基础。提出要科学安排储能建设。 按需建设储能，有序建设抽水蓄能，积极推进新型储能建设； 2023年4月24日，国家能源局 发 布 了 关 于 公 开 征 求《 关 于 加强 新 型 电 力 系 统 稳 定工 作 的 指 导意见（征求意见稿）》意见的通知 ，提 出 新 型 电 力 系 统 稳 定 发 展27条。 多元化储能科学配置，充分发挥电化学储能、压缩空气储能、飞轮储能、氢储能、热（冷）储能等各类新型储能的优势，探索储能融合发展新场景，提升电力系统安全保障水平和系统综合效率。 背景简介-新型电力系统需要构网型储能技术支撑 建立健全市场价格机制 2 0 2 4年0 2月0 7日 国 家发 改 委 能 源 局 共 同 发 文 《关于 建 立 健 全 电 力 辅 助 服 务 市场 价 格 机 制 的 通 知》 （ 发 改价 格 〔2 0 2 4〕1 9 6号 ） 一、优化调峰辅助服务交易和价格机制 二、健全调频辅助服务交易和价格机制 规 范 调 频 市 场 交 易 机 制 。 调 频 市 场 原 则 上 采 用 基 于 调 频 里程 的 单 一 制 价 格 机 制 。 合 理 确 定 调 频 服 务 价 格 上 限 。 调 频 性 能 系 数 由 调 节 速 率 、调 节 精 度 、 响 应 时 间 三 个 分 项 参 数 乘 积 或 加 权平 均 确 定 ，分 项参 数 以 当 地 性 能 最 优 煤 电 机 组 主 机 （ 不 含 火 储 联合 机 组 ）对 应的 设 计 参 数 为 基 准 折 算 。原 则 上 性 能 系 数 最 大 不 超 过2，调 频 里程 出 清 价 格 上 限 不 超 过 每千 瓦0 . 0 1 5元 。 背景简介-新型电力系统需要构网型储能技术支撑 成为主力电源吗？ •公司经营区新能源新增装机2.27亿千瓦，占各类电源新增装机的。 •公司经营区新能源累计装机8.66亿千瓦，占总电源装机的。 •国家电网个省级电网统计序列中，有14个新能源装机容量超过万千瓦。新能源装机占比远超30%，动态运行发电功率更是超过全省发电实时功率(开机容量)。集中在华北、西北、华东、华中的资源和经济大省。 新型电力系统需要构网型储能技术支撑 构网型新型储能：服务于大系统(电网）、并以提升系统安全稳定支撑能力，丰富系统调节手段或能力为主。 主要包括：提供调节功能的参与系统调频调压工作、日前日内调峰和紧急事故备用。 u:-------- 新型储能具备功能：存储与调节 应用场景：服务用户，服务电源、服务大系(电网） 服务大系统（电网）分类：调峰、调频、备用 减少对备用输电线路的使用或降低电力线路的改造需求 实现多能源稳定地馈入电网 保障电力安全供应获得稳定的投资收益 实现100%可再生能源供电 建设方案设计|构网型储能解决方案 二、硬件架构方案 一、软件算法架构方案 无功过载：超配PCS配置，具备3倍无功电流支撑能力。有功过载：电池倍率提升，满足暂态有功输出（支持短时1.25倍，可提供25%惯量响应功率）。 模拟同步发电机组，自主产生内电势，具备虚拟惯量控制、无功电压控制能力弱电网毫秒级快速功率响应 建设方案设计|构网型储能解决方案设计图 建设方案设计|构网型储能解决方案 ·构网型储能通过对现有同步机制的模拟，如模拟成同步机等，可实现变流器与电网的同步，无需新的同步机制 ·构网型储能无需锁相环，可避免弱电网系统下锁相环导致的失稳问题，并可自主响应瞬时提供对电网的惯量/频率、电压支撑 突破构网型储能系统中的高短路耐受能力变流器拓扑、宽频振荡抑制与暂态稳定控制和装备工程优化设计等关键技术。 建设方案设计|大容量储能系统系统组成 单机容量大50MW~100MW，构网，黑启动，快速频率响应可具备虚拟同步机兼容无功SVG功能，提供有功、无功支撑 建设方案设计|典型构网型设备 构网型储能系统集成了构网型PCS、电池、PMS、二级协控、同期装置、防孤岛装置等,可以实现场站级构网运行、黑启动等功能。 建设方案设计|构网型技术核心功能要求 典型控制方式 构网型变流器的有功功率环和无功功率环分别模拟同步发电机的转子运 动 方 程、调 速 和 励磁 环 节,控制 输 出 内 电 势相 位 和 幅 值参 考 值再经过虚拟阻抗计算及电流控制环生 成调 制 波 。 通过上述控制方式,构网型变流器可以获得与同步发电机类似的响应过程和输出特性。 建设方案设计|构网型储能原理 构网控制技术 变流器的同步动态特性完全由其控制算法决定，可分为跟网型(grid-following，GFL)和构网型(grid-forming，GFM)同步发电机的构网特性：顶梁柱，可在扰动前-中-后，构建电力系统稳定运行的必须内电势，具有转动惯量，稳定频率。 建设方案设计|构网型储能原理 构网型储能技术 国家能源局发布《电力系统安全稳定导则》明确提出新能源场站短路比应达到合理水平；同时电力系统需具备惯量和短路容量支撑能力。 构网型储能应运而生，可以提高变流器的电压、频率支撑能力,增强电力系统稳定性，新型电力系统中有广阔的应用前景。 建设方案设计|构网型储能原理 构网型储能在系统中作用 构网型控制策略构网型储能关键技术 构网网控制策略：下垂特性，虚拟同步机控制，匹配控制，虚拟振荡器控制。 关键控制技术： 1、如何提升多电压源同步稳定性问题，解决强电网下，干扰稳定裕度降低，易失步问题。 3、如何在系统动态特性复杂的条件下实现变流器的协同控制，多台电压源并列运行，容易带来环流和抢功率问题。 构网型储能关键技术高过载能力实现 构网型变流器配置框图 国内尚无构网型储能过载能力的明确规范要求，新疆自治区《关于组织上报2023年独立新型储建设方案的通知》要求，构网型储能具备300%额定电流10秒短时过载能力。 现阶段，一般通过超配PCS数量达到过载要求。例如，某50MW/100MWh构网型储能项目，PCS单机过载能力为1.25倍，配置数量为跟网型的2.4倍，实现3倍过载能力。 PCS成本急剧提高，如何降本？ 构网型储能关键技术系统仿真+定容分析 根据基地建设规划，建立整个发电系统仿真模型。在考虑电源侧、负荷侧曲线以及送出通道约束的条件下，开展电力电量平衡分析，暂态稳定计算分析，来明确灵活可调的构网型储能需求。 构网型储能关键技术主动电压、短路电流支撑能力 主动电压支撑能力： 构网型储能系统具备类似同步发电机有功功率调节特性，具备内电势和无功调压能力，其调压公式满足： ΔQ为构网型储能电站无功功率变化量，ΔU为并网点电压幅值变化量，SN为构网型储能变流器的视在功率构网型储能无功启动时间不应超过5ms、无功响应时间不应超过10ms，最大无功电流能力应不低于3倍额定电流。 短路电流支撑能力 提升弱电网地区新能源厂站的短路容量比，构网型储能应提供一定的短路电流。其过载能力应不低于3倍，过载持续运行时间应不低于10s。 构网型储能的短路支撑能力可通过变流器器件的能力提升以及多机并联等多种方式实现。多机并联运行时，并机环流小于5%。 构网型储能关键技术主动频率支撑能力 惯量支撑能力： 构网型储能系统具备类似同步发电机有功功率调节特性，等效惯量时间常数应灵活可设，按照《虚拟同步机第1部分：总则》，其惯量公式满足： 储能惯量响应启动时间不应超过50ms，响应时间不应超过150ms，调节时间不应超过500ms，控制偏差应在±1.0%Pn以内。 一次调频能力： 构网型储能系统具备主动一次调频能力。其一次调频系数应满足下式：式中：ΔP为构网型储能电站有功功率变化量，Δf为系统频率变化量。一次调频功能在与惯量响应、AGC等功能协调，宜设定一定的死区(0.033HZ~0.1HZ），控制偏差应在±1.0%Pn以内。 构网型储能技术特点 解决大容量构网型储能系统的关键问题1——大容量构网型储能变流器拓扑研究及优化设计 结合混合拓扑、多重化均流、器件复用等手段，解决高短路耐受能力、高功率密度、高可靠性构网型储能变流器拓扑设计关键问题； 研究基于图论和人工智能算法的构网型储能变流器拓扑优化设计方法，建立优化拓扑搜索空间，并利用环路特性筛选算法获取优化拓扑；结合人工智能算法，设计多目标优化函数进行参数迭代，获取普适性参数组合，形成系统化构网型储能变流器参数优化方法。 构网型储能技术特点 解决大容量构网型储能系统的关键问题2——储能变流器构网控制、宽频振荡抑制及暂态稳定研究 “矫正-抑制”两级振荡抑制方法，实现对并网振荡风险的主动控制和对异常起振情况的自适应抑制，解决构网型储能变流器宽频振荡主动风险控制与抑制技术难题； 限流作用下构网型储能变流器暂态稳定的机理，构建基于参数调整和状态轨迹重构的稳定控制方法，实现对暂稳特性的递进式控制，解决涉及限流作用的构网型储能变流器暂态稳定控制技术难题。 构网型储能技术特点 解决大容量构网型储能系统的关键问题3——大容量高压液冷储能变流装置系统化开发与集成 研究多维度统一结构优化布局设计，优化整体散热布局及单元散热设计，解决适配高短路耐受能力的构网型储能变流器结构与散热设计难题；01建设背景 从保护、冗余和故障隔离三个方面出发，解决大容量构网型储能变流装备的高可靠性设计技术难题。 建设背景 01 解决方案 02 关键技术及特点 03 应用场景的优势 单机百兆瓦级构网型储能系统 •并网场景下：能提供虚拟惯量、提升短路容量、提高系统强度、虚拟输电、实现系统快速响应；•微网场景下：能实现黑启动，可用于离网孤岛微电网，也可作为备用电源及UPS不间断电源。 具