中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：以典型的27國(guó)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)為例，對(duì)于歐洲，其可再生能源的裝機(jī)量在整個(gè)電網(wǎng)裝機(jī)量中的占比不斷增長(zhǎng)，尤其像荷蘭、希臘這些國(guó)家，將近一半以上的電力由可再生能源提供，這給傳統(tǒng)電網(wǎng)的穩(wěn)定性帶來了巨大的挑戰(zhàn)。
面臨挑戰(zhàn)的主要原因是傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)是以火電、水電、核電等同步發(fā)電機(jī)組為主力，通過旋轉(zhuǎn)切割磁感線提供所需要的能量，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生一定故障的時(shí)候，整套機(jī)組能夠?qū)﹄娋W(wǎng)起慣性支撐作用。
但是，隨著越來越多由半導(dǎo)體技術(shù)制造的可再生能源電力被納入電網(wǎng)，將會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)將缺乏慣性。同時(shí)，當(dāng)可再生能源設(shè)備容量逐漸增加，相應(yīng)的電網(wǎng)短路容量比SCR①系數(shù)值減小，使得電網(wǎng)的穩(wěn)定性逐漸降低，極易產(chǎn)生無法并網(wǎng)或頻繁斷網(wǎng)等問題。
此時(shí)就需要Grid Forming構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能逆變器系統(tǒng)為高比例可再生能源電力系統(tǒng)注入穩(wěn)定的機(jī)械慣性。
Grid Forming構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能系統(tǒng)
高比例可再生能源電力系統(tǒng)穩(wěn)定的關(guān)鍵
在新型電力系統(tǒng)中，以儲(chǔ)能逆變器為核心部件的儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)量逐漸增加，為電網(wǎng)提供著有功或無功支撐、參與調(diào)峰調(diào)頻、故障期間短時(shí)供電等多種能量支撐。
當(dāng)前儲(chǔ)能逆變器主要有兩種典型的控制技術(shù): Grid Following跟網(wǎng)型控制技術(shù)與Grid Forming構(gòu)網(wǎng)型控制技術(shù)。
目前并網(wǎng)儲(chǔ)能逆變器通常采用Grid Following跟網(wǎng)型控制模式，即逆變器根據(jù)電網(wǎng)的電壓頻率產(chǎn)生相應(yīng)的有功功率和無功功率。它們自身無法提供電壓與頻率的支撐，輸出與電網(wǎng)的電壓波形保持同步，必須依賴于電網(wǎng)提供的穩(wěn)定電壓和頻率才能將可再生能源饋入電網(wǎng)。
當(dāng)Grid Following逆變器接入電網(wǎng)的數(shù)量不斷增大時(shí)，即使微小的負(fù)荷波動(dòng)也會(huì)觸發(fā)逆變器產(chǎn)生過度反應(yīng)，導(dǎo)致并網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)大面積脫網(wǎng)，甚至引發(fā)連鎖反應(yīng)，造成電網(wǎng)崩潰。
而基于Grid Forming構(gòu)網(wǎng)型控制技術(shù)的逆變器運(yùn)行于電壓源模式下。逆變器模擬同步發(fā)電機(jī)組，內(nèi)部設(shè)定電壓參考信號(hào)，通過調(diào)節(jié)輸出的有功與無功功率，從而控制逆變器輸出的電壓和頻率，增強(qiáng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。其既可以并網(wǎng)運(yùn)行，也可以不依賴電網(wǎng)，獨(dú)立運(yùn)作。
下圖是Grid Following和Grid Forming的對(duì)比。在左圖中，Grid Following跟網(wǎng)型儲(chǔ)能逆變器輸出的能量和電網(wǎng)所產(chǎn)生的信號(hào)沒有交集，電網(wǎng)僅僅提供參考電壓。一旦光伏電站進(jìn)行工作，組件就會(huì)向電網(wǎng)注入恒定的有功功率。
而在Grid Forming模式下，可再生能源的功率輸出和電網(wǎng)容量是互補(bǔ)關(guān)系。當(dāng)電網(wǎng)的輸出變高，Grid Forming逆變器無需提供過強(qiáng)的功率支持；當(dāng)Grid Forming逆變器輸出功率逐漸上升，電網(wǎng)的功率支持也會(huì)相應(yīng)下降。整個(gè)電網(wǎng)提供的負(fù)載容量處于總體平衡狀態(tài)。
Grid Forming構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能逆變器在電力系統(tǒng)中的主要優(yōu)勢(shì)是提供同步電壓電流，為電網(wǎng)提供虛擬慣性。無論可再生能源占比高低，都可通過增加Grid Forming機(jī)組容量實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)穩(wěn)定。此外，Grid Forming構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能逆變器可在極端的環(huán)境下提供故障穿越、黑啟動(dòng)及有功無功穩(wěn)定功能，同時(shí)減少備用線路的改造需求，保障電網(wǎng)穩(wěn)定，最終實(shí)現(xiàn)100%可再生能源供電。
行業(yè)領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢(shì)
SMA Grid Forming構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能系統(tǒng)
SMA成立于1981年，擁有超過40年太陽(yáng)能及儲(chǔ)能逆變器研發(fā)制造經(jīng)驗(yàn)，在全球超過190多個(gè)國(guó)家，有超過120GW的安裝應(yīng)用，其中Grid Forming構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能技術(shù)擁有長(zhǎng)達(dá)20多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與成功案例，具備行業(yè)領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
SMA構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能系統(tǒng)主要由電池、Sunny Central Storage UP儲(chǔ)能變流器及數(shù)據(jù)管理器組成。
SMA Grid Forming方案可應(yīng)用于并網(wǎng)和微網(wǎng)系統(tǒng)。并網(wǎng)應(yīng)用即為電網(wǎng)提供相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)慣性；微網(wǎng)部分主要是實(shí)現(xiàn)黑啟動(dòng)，離網(wǎng)孤島微電網(wǎng)和備用及UPS不間斷電源。
其次，SMA Grid Forming構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能系統(tǒng)可應(yīng)用于以上多種商業(yè)場(chǎng)景，助力電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商實(shí)現(xiàn)削峰填谷，移峰移石，電網(wǎng)調(diào)頻，以及電網(wǎng)穩(wěn)定。
海外經(jīng)典案例
澳大利亞西穆雷太陽(yáng)能電站
2020年澳大利亞West Murray（西穆雷）地區(qū)五個(gè)大型發(fā)電站因雷擊、森林大火引發(fā)的連續(xù)電網(wǎng)事故出現(xiàn)電壓波動(dòng)，整個(gè)澳洲電網(wǎng)的穩(wěn)定性受到威脅。澳大利亞能源監(jiān)管機(jī)構(gòu)（AEMO）為確保供電穩(wěn)定，下令對(duì)這五個(gè)電站執(zhí)行發(fā)電限額上網(wǎng)，造成了電站業(yè)主巨大的收益損失。
為解決當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)穩(wěn)定性差的難題，AEMO決定啟動(dòng)Grid Forming儲(chǔ)能項(xiàng)目。該項(xiàng)目（250 MW/250 MWh）位于南澳大利亞州托倫斯島，是AGL Energy (澳大利亞最大的電力生產(chǎn)商) 的首個(gè)電網(wǎng)級(jí)電池儲(chǔ)能項(xiàng)目，也是全球最大的Grid Forming構(gòu)網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)。系統(tǒng)集成商W?rtsil? Energy(瓦錫蘭集團(tuán))負(fù)責(zé)為該項(xiàng)目提供電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，SMA則向該系統(tǒng)提供109臺(tái)中壓箱變一體機(jī)（MVPS SCS4200）。
SMA的109臺(tái)SMA MVPS SCS4200中壓箱變一體機(jī)可有效平衡可再生能源電能供應(yīng)，維持電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性，為大型儲(chǔ)能系統(tǒng)提供了整體解決方案。憑借性能可靠的新款集中式儲(chǔ)能逆變器（Sunny Central Storage UP）以及完美適配的中壓組件，有助于提高電力密度，亦適用于全球范圍內(nèi)的大型儲(chǔ)能電站。
該儲(chǔ)能電站初期采用Grid Following電網(wǎng)跟隨方式運(yùn)行，后續(xù)轉(zhuǎn)換為Grid Forming構(gòu)網(wǎng)模式（虛擬同步發(fā)電機(jī)VSG）。該儲(chǔ)能電站將有效提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，維持電網(wǎng)穩(wěn)定。
Sunny Central Storage UP構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能逆變器
項(xiàng)目計(jì)劃于2023年建成，屆時(shí)將成為全球Grid Forming構(gòu)網(wǎng)型模式運(yùn)行的最大儲(chǔ)能電站，為南澳大利亞州發(fā)電站提供電力支持，其中包括傳統(tǒng)的火力發(fā)電站及可再生能源發(fā)電站。同時(shí)也助力澳大利亞實(shí)現(xiàn)100%可再生能源的碳減排目標(biāo)，為澳大利亞能源從傳統(tǒng)化石能源轉(zhuǎn)型為更清潔的可再生能源發(fā)揮重要作用。
SCR
①
電網(wǎng)容量短路比(short circuit ratio)，即饋入可再生能源設(shè)備的電網(wǎng)總?cè)萘颗c待饋入的可再生能源設(shè)備容量之比。若短路比大，指可再生能源設(shè)備接到一個(gè)強(qiáng)的電力系統(tǒng)中，則表明設(shè)備的投切對(duì)系統(tǒng)影響不大，電力系統(tǒng)強(qiáng)度高。反之，電網(wǎng)系統(tǒng)脆弱。
