构网型并网技术

随着电力系统中可再生能源的比例不断增加，构网型并网技术的应用将变得越来越重要。

构网型并网技术原理及特点

构网型并网技术是指一种使可再生能源发电系统或储能系统能够主动控制电网电压和频率的技术。这种技术对于维持电力系统的稳定性和可靠性至关重要，尤其是在高比例可再生能源接入的情况下。

传统与构网型并网的区别

传统并网：传统的可再生能源发电系统（如风力发电机、光伏逆变器等）通常采用跟随模式，这意味着它们会跟踪电网的频率和相位，并向电网输送功率。在电网出现故障时，这些设备可能会立即断开以保护自身。

构网型并网：相比之下，构网型并网技术允许设备通过其内部的控制系统来形成和维持电网的频率和电压。这意味着即使在没有其他电源支持的情况下，构网型并网设备也能保持电网稳定。

构网型并网技术的特点

主动频率和电压控制：构网型并网设备可以像同步发电机一样提供主动的频率和电压支撑，有助于提高电网稳定性。

虚拟惯性：通过模拟同步发电机的行为，构网型并网设备可以提供虚拟惯性，帮助电网在遇到扰动时更加稳定。

黑启动能力：构网型并网设备可以在电网完全停电后重新启动电网，即所谓的“黑启动”能力。

改善电能质量：构网型并网设备可以通过快速响应来改善电能质量，减少电压波动和频率偏差。

增强灵活性：通过软件配置，构网型并网设备可以根据需要调整其运行模式，适应不同的电网条件。

应用场景

微电网：在孤立的微电网中，构网型并网技术特别重要，因为没有大电网可以依靠来维持稳定的频率和电压。

大型可再生能源电站：在大规模风电场或光伏电站中，使用构网型并网技术可以帮助更好地整合这些资源到主电网中。

储能系统：储能系统通过构网型并网技术可以提供快速的功率调节服务，从而支持电网的平衡。

构网型并网主要设备

构网型逆变器：

功能：构网型逆变器是构网型并网技术的基础，它负责将来自可再生能源（如太阳能光伏板或风力发电机）产生的直流电转换成交流电，并将其注入电网。

特点：构网型逆变器能够自主设定电压参数，并输出稳定的电压和频率，与传统的跟随型逆变器不同，它不需要依赖外部电网来维持电压和频率稳定。

控制策略：构网型逆变器采用先进的控制策略，如虚拟同步机（VSG）控制，模拟同步发电机的行为，提供惯量和阻尼支持，以及主动频率和电压控制。

储能系统：

功能：储能系统可以储存多余的电能并在需要时释放，这有助于平衡电网的供需，并提供频率响应和支持。

类型：储能系统可以是电池储能系统、飞轮储能、超级电容器或其他形式的能量存储技术。

作用：储能系统可以迅速响应电网的变化，提供快速的功率调节，这对于维持电网稳定至关重要。

能量管理系统 (EMS)：

功能：能量管理系统负责监控和优化能源的使用，确保电力系统的高效运行。

特点：EMS 可以集成多个能源资源，包括可再生能源、储能和其他分布式能源，并对其进行协调控制。

作用：通过EMS，可以实现对整个系统的最优调度，确保电力的可靠供应和经济运行。

其他辅助设备：

智能变压器：可以提供额外的控制功能，帮助调节电压和电流。

静态无功补偿器 (SVC) 或静止无功发生器 (SVG)：用于提供无功功率补偿，改善电能质量。

柔性直流输电 (HVDC) 技术：在某些情况下，可能需要使用HVDC技术来传输电力，特别是在长距离输电或者连接不同频率的电网时。

构网型逆变器与传统逆变器的区别

构网型逆变器与传统逆变器之间存在一些重要的区别。这些差异主要体现在它们的工作原理、控制策略以及对电网的影响上。以下是构网型逆变器与传统逆变器的主要区别：

工作原理

构网型逆变器：主动形成电网的电压和频率。不依赖于外部电网来维持电压和频率稳定。模拟同步发电机的行为，提供类似的传统发电机特性，例如惯性和阻尼。

传统逆变器：跟随电网的电压和频率。当电网电压和频率变化时，逆变器会自动调整输出以匹配电网条件。在电网故障时，可能会从电网中脱离以保护设备本身。

控制策略

构网型逆变器：使用虚拟同步机 (Virtual Synchronous Generator, VSG) 控制策略或其他类似方法。提供虚拟惯性，有助于减缓电网频率的变化率。能够主动调节有功功率和无功功率，以维持电网的稳定。

传统逆变器：使用锁相环 (PLL) 控制策略，跟随电网频率和相位。通常不提供惯性支持，也不会主动控制电网的频率和电压。在电网异常时，可能会执行快速解列以保护设备。

对电网的影响

构网型逆变器：改善电网稳定性，尤其是在高渗透率的可再生能源接入情况下。增强了电网的灵活性，能够更好地应对快速变化的负载和发电条件。具备黑启动能力，在电网完全停电后能够重新启动电网。

传统逆变器：可能在电网故障期间断开连接，降低系统的整体稳定性。通常不具备黑启动能力，需要等待其他电源恢复电网运行。

构网型储能与跟网型储能的区别

构网型储能与跟网型储能之间的区别主要在于它们如何与电网交互以及它们提供的服务类型。下面是这两种类型的储能系统的主要区别：

构网型储能

定义：构网型储能系统是一种能够主动控制电网电压和频率的储能解决方案。

控制策略：采用类似于构网型逆变器的控制逻辑，如虚拟同步机控制策略。

功能：提供频率支撑，模拟同步发电机的惯性行为。在电网故障或不稳定时能够形成电网，提供电压和频率参考。支持黑启动能力，即在电网完全停电后能够重新启动电网。能够主动调节有功功率和无功功率，帮助稳定电网。

跟网型储能

定义：跟网型储能系统是一种跟随电网电压和频率的储能解决方案。

控制策略：通常采用锁相环控制，以跟踪电网的频率和相位。

功能：主要用于提供快速的功率调节服务，如频率响应。在电网正常运行时，可以进行充放电操作以平滑可再生能源的输出。通常不具备黑启动能力，需要外部电网的支持。

主要区别总结

控制逻辑：

构网型储能：能够独立形成电网，不需要依赖外部电网来维持电压和频率。

跟网型储能：依赖外部电网的电压和频率，不能独立形成电网。

频率和电压支撑：

构网型储能：能够提供主动频率和电压支撑，模拟同步发电机的行为。

跟网型储能：只能被动地跟随电网的频率和电压。

黑启动能力：

构网型储能：具备黑启动能力，能够在电网完全停电后重新启动电网。

跟网型储能：不具备黑启动能力，需要依赖其他电源来恢复电网运行。

应用场景：

构网型储能：适用于微电网、偏远地区的独立供电系统或高比例可再生能源接入的电网。

跟网型储能：适用于需要快速响应的场合，如电网频率调节、削峰填谷等。

灵活性和稳定性：

构网型储能：增加了电网的灵活性和稳定性，特别是在可再生能源渗透率较高的情况下。

跟网型储能：主要用于提高电力系统的灵活性，但对电网的稳定性贡献较小。

构网型储能技术的发展对于未来高比例可再生能源的电力系统来说尤为重要，因为它能够帮助维持电网的稳定性和可靠性。随着技术的进步和成本的降低，构网型储能系统有望在未来的电力市场中发挥更加重要的作用。

构网型储能应用案例

4月1日，位于宁东能源基地的国能曙光第一储能电站并网运行，这是宁夏电网首个同时也是目前国内投运规模最大的构网型储能电站。7月1日，宁夏第二座构网型储能电站——国能皓月第一储能电站也顺利投运。面对日益增长的新能源发电并网装机给电网安全运行带来的挑战，国网宁夏电力有限公司加快建设新型电力系统，强化新型储能技术研究，丰富并网储能电站类型，提升源网荷储互动能力。

宁夏是我国首个新能源综合示范区，风光资源丰富。截至6月底，宁夏新能源发电装机容量超过3826万千瓦，占比达55.9%。目前，宁夏已并网的储能电站达40座，并网总容量376万千瓦/754万千瓦时，最大充电电力306万千瓦，可提供最大顶峰能力331万千瓦，相当于11台30万千瓦火电机组。但这40座储能电站中有38座都是传统的跟网型储能电站。这类储能对于电网来说相当于电流源，只能跟随电网的电压、相位来控制其输出，虽然可以提升新能源电量消纳能力，但必须依赖电网提供的稳定电压和频率才能稳定运行，无法为电网提供“强度支撑”。

随着新能源发电占比快速提升，电力系统逐渐呈现“双高”特征，电力系统生产结构、运行机理、功能形态等正在发生深刻变化，低惯量、低阻尼、弱电压支撑等问题凸显，而构网型储能正是解决这些问题的一种方案。构网型储能以电池作为能量载体，以储能变流器作为传递媒介，辅以构网控制核心，为电网提供惯性，帮助解决电网调峰调频能力不足、电压稳定裕度低、暂态过电压、宽频振荡等问题。与传统跟网型储能相比，它是储能服务于电力系统的一种更为灵活的解决方案。

宁夏电力调度控制中心系统运行处处长祁鑫介绍，凭借更完备的支撑功能、更灵活的涉网参数、更快的响应速度，构网型储能电站能主动参与电网调节，同时还兼具惯量支撑、一次调频、一次调压、快速黑启动等主动支撑功能。

国网宁夏电力牵头，联合相关发电企业、设备制造企业成立工作组，编制《构网型电化学储能系统接入电力系统技术规范》《构网型储能系统接入电网测试规范》等技术规范，并通过“调控云”储能并网一站式服务，持续跟踪储能场站建设进度，及时协调解决并网中存在的问题，规范、有序、高效开展并网前期服务，全力保障构网型储能项目早并网、早投运。据测算，国能曙光第一储能电站并网后，可提升电网新能源送出能力超20万千瓦。这也是构网型技术在“沙戈荒”大型风电光伏基地的首次成功应用，形成了提升特高压直流送端新能源电压主动支撑能力、改善“双高”系统转动惯量的全新应用场景。

值得一提的是，目前构网型储能技术仍属于前沿技术，仅有少数国家掌握，我国是其中之一。宁夏陆续投运两座构网型储能电站，国网宁夏电力持续监测电站运行情况。下半年，宁东地区的苏步井等风电场将陆续投运多个分布式调相机及静止型调相机。该公司将继续做好构网型储能建模仿真、并网测试、试验验证等，积极探索多元储能建设布局，助力新型电力系统建设。（案例来自：国家电网报，作者包兆鑫）