中國儲能網訊：以典型的27國電網結構為例，對于歐洲，其可再生能源的裝機量在整個電網裝機量中的占比不斷增長，尤其像荷蘭、希臘這些國家，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)電機組為主力，通過旋轉切割磁感線提供所需要的能量，當電網發(fā)生一定故障的時候，整套機組能夠對電網起慣性支撐作用。
但是，隨著越來越多由半導體技術制造的可再生能源電力被納入電網，將會導致電網系統(tǒng)將缺乏慣性。同時，當可再生能源設備容量逐漸增加，相應的電網短路容量比SCR①系數值減小，使得電網的穩(wěn)定性逐漸降低，極易產生無法并網或頻繁斷網等問題。
此時就需要Grid Forming構網型儲能逆變器系統(tǒng)為高比例可再生能源電力系統(tǒng)注入穩(wěn)定的機械慣性。
Grid Forming構網型儲能系統(tǒng)
高比例可再生能源電力系統(tǒng)穩(wěn)定的關鍵
在新型電力系統(tǒng)中，以儲能逆變器為核心部件的儲能系統(tǒng)數量逐漸增加，為電網提供著有功或無功支撐、參與調峰調頻、故障期間短時供電等多種能量支撐。
當前儲能逆變器主要有兩種典型的控制技術: Grid Following跟網型控制技術與Grid Forming構網型控制技術。
目前并網儲能逆變器通常采用Grid Following跟網型控制模式，即逆變器根據電網的電壓頻率產生相應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，輸出與電網的電壓波形保持同步，必須依賴于電網提供的穩(wěn)定電壓和頻率才能將可再生能源饋入電網。
當Grid Following逆變器接入電網的數量不斷增大時，即使微小的負荷波動也會觸發(fā)逆變器產生過度反應，導致并網儲能系統(tǒng)大面積脫網，甚至引發(fā)連鎖反應，造成電網崩潰。
而基于Grid Forming構網型控制技術的逆變器運行于電壓源模式下。逆變器模擬同步發(fā)電機組，內部設定電壓參考信號，通過調節(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，增強電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。其既可以并網運行，也可以不依賴電網，獨立運作。
下圖是Grid Following和Grid Forming的對比。在左圖中，Grid Following跟網型儲能逆變器輸出的能量和電網所產生的信號沒有交集，電網僅僅提供參考電壓。一旦光伏電站進行工作，組件就會向電網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容量是互補關系。當電網的輸出變高，Grid Forming逆變器無需提供過強的功率支持；當Grid Forming逆變器輸出功率逐漸上升，電網的功率支持也會相應下降。整個電網提供的負載容量處于總體平衡狀態(tài)。
Grid Forming構網型儲能逆變器在電力系統(tǒng)中的主要優(yōu)勢是提供同步電壓電流，為電網提供虛擬慣性。無論可再生能源占比高低，都可通過增加Grid Forming機組容量實現電網穩(wěn)定。此外，Grid Forming構網型儲能逆變器可在極端的環(huán)境下提供故障穿越、黑啟動及有功無功穩(wěn)定功能，同時減少備用線路的改造需求，保障電網穩(wěn)定，最終實現100%可再生能源供電。
行業(yè)領先的技術優(yōu)勢
SMA Grid Forming構網型儲能系統(tǒng)
SMA成立于1981年，擁有超過40年太陽能及儲能逆變器研發(fā)制造經驗，在全球超過190多個國家，有超過120GW的安裝應用，其中Grid Forming構網型儲能技術擁有長達20多年的實踐經驗與成功案例，具備行業(yè)領先的技術優(yōu)勢。
SMA構網型儲能系統(tǒng)主要由電池、Sunny Central Storage UP儲能變流器及數據管理器組成。
SMA Grid Forming方案可應用于并網和微網系統(tǒng)。并網應用即為電網提供相對應的系統(tǒng)旋轉慣性；微網部分主要是實現黑啟動，離網孤島微電網和備用及UPS不間斷電源。
其次，SMA Grid Forming構網型儲能系統(tǒng)可應用于以上多種商業(yè)場景，助力電網運營商實現削峰填谷，移峰移石，電網調頻，以及電網穩(wěn)定。
海外經典案例
澳大利亞西穆雷太陽能電站
2020年澳大利亞West Murray（西穆雷）地區(qū)五個大型發(fā)電站因雷擊、森林大火引發(fā)的連續(xù)電網事故出現電壓波動，整個澳洲電網的穩(wěn)定性受到威脅。澳大利亞能源監(jiān)管機構（AEMO）為確保供電穩(wěn)定，下令對這五個電站執(zhí)行發(fā)電限額上網，造成了電站業(yè)主巨大的收益損失。
為解決當地電網穩(wěn)定性差的難題，AEMO決定啟動Grid Forming儲能項目。該項目（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商) 的首個電網級電池儲能項目，也是全球最大的Grid Forming構網儲能系統(tǒng)。系統(tǒng)集成商W?rtsil? Energy(瓦錫蘭集團)負責為該項目提供電池儲能系統(tǒng)，SMA則向該系統(tǒng)提供109臺中壓箱變一體機（MVPS SCS4200）。
SMA的109臺SMA MVPS SCS4200中壓箱變一體機可有效平衡可再生能源電能供應，維持電網的穩(wěn)定性和可靠性，為大型儲能系統(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的大型儲能電站。
該儲能電站初期采用Grid Following電網跟隨方式運行，后續(xù)轉換為Grid Forming構網模式（虛擬同步發(fā)電機VSG）。該儲能電站將有效提高系統(tǒng)響應速度，維持電網穩(wěn)定。
Sunny Central Storage UP構網型儲能逆變器
項目計劃于2023年建成，屆時將成為全球Grid Forming構網型模式運行的最大儲能電站，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。同時也助力澳大利亞實現100%可再生能源的碳減排目標，為澳大利亞能源從傳統(tǒng)化石能源轉型為更清潔的可再生能源發(fā)揮重要作用。
SCR
①
電網容量短路比(short circuit ratio)，即饋入可再生能源設備的電網總容量與待饋入的可再生能源設備容量之比。若短路比大，指可再生能源設備接到一個強的電力系統(tǒng)中，則表明設備的投切對系統(tǒng)影響不大，電力系統(tǒng)強度高。反之，電網系統(tǒng)脆弱。
