中國儲能網訊：近日，中國電力企業(yè)聯(lián)合會發(fā)布了電化學儲能行業(yè)創(chuàng)新與應用典型案例，旨在進一步推動行業(yè)安全、高質量發(fā)展，總結、交流并推廣成功經驗與有益做法，發(fā)揮典型引領作用。以下為第十七個典型案例——“構網型儲能主動支撐技術研究與示范應用”。相關案例集還將在2026年3月25日—27日舉辦的“第四屆中國儲能大會”上發(fā)布，敬請關注。
構網型儲能主動支撐技術研究與示范應用
華潤新能源投資有限公司新疆分公司
華潤電力技術研究院有限公司
一、典型案例簡介
在“雙碳”目標指引下，我國能源結構正經歷深刻變革。國家發(fā)展改革委、能源局聯(lián)合發(fā)布的《"十四五"現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》明確指出，要加快構建適應高比例可再生能源發(fā)展的新型電力系統(tǒng)。截至2023年底，我國新能源裝機突破10億kW，占全國發(fā)電總裝機的36%，但新能源固有的波動性、隨機性特征導致電網平衡矛盾突出，新能源的弱支撐性導致系統(tǒng)慣量支撐能力持續(xù)下降，電網安全穩(wěn)定運行面臨嚴峻挑戰(zhàn)。
華潤電力積極響應國家戰(zhàn)略部署，在“三北”等新能源資源富集區(qū)域，加大力度策劃與獲取風光基地項目，積極開展源網荷儲一體化和多能互補項目試點示范；在廣東、福建、浙江等沿海地區(qū)著力打造海上風電集群示范；在中東部、南部地區(qū)統(tǒng)籌推進分布式光伏和分散式風電開發(fā)。在這些場景中，都面臨著如何提升電網支撐能力的行業(yè)共性難題，經過審慎研究，華潤電力認為構網型儲能技術符合源網協(xié)同發(fā)展要求，有助于提升新能源場站友好并網性能，是進一步提升電力系統(tǒng)新能源滲透率的有效路徑。華潤電力確定以構網型儲能技術作為攻關突破口，依托自身發(fā)電業(yè)務規(guī)模及場景優(yōu)勢，聯(lián)手國內頭部科研企業(yè)開展技術攻關。
2023年7月10日，新疆維吾爾自治區(qū)發(fā)展改革委出臺了《關于組織上報2023年獨立新型儲能建設方案的通知》，鼓勵積極探索建設構網型儲能，并提出《構網型新型儲能并網技術要求》。華潤三塘湖1000MW風電配套250MW/1000MWh儲能項目位于新疆哈密電網區(qū)域，風力發(fā)電單元機端短路比為1.96，35kV匯集母線短路比約為2.7，短路容量偏低；同時處于特高壓直流外送近區(qū)，存在暫態(tài)過電壓快速平抑的需求，是構網型儲能典型應用場景。
在項目籌備階段，我們聯(lián)合華為數(shù)字能源、中國電科院、青海電科院等單位，在華潤青海共和光伏電站完成了全球首次子陣級構網型光儲系統(tǒng)并網性能測試，證明了構網型新能源發(fā)電系統(tǒng)與傳統(tǒng)跟網型新能源發(fā)電系統(tǒng)相比，在加強電網安全運行特性和實現(xiàn)高比例可再生能源上網方面可以發(fā)揮關鍵作用。
在此基礎上，由多部門專業(yè)技術骨干成立攻關項目組，與項目現(xiàn)場、設備廠家和電網管理部門進行詳細技術交流，召開了8次技術研討會，邀請內外部專家進行評審，完成華潤電力重大項目“構網型儲能主動支撐技術研究與示范應用”立項，確定了采用“DC/DC+DC/AC雙級架構儲能裝備構網控制”的技術路線，打造構網型儲能科研示范基地，研究并實證構網型儲能對于弱電網的主動支撐特性，攻關弱電網高比例新能源接入與穩(wěn)定運行難題。
二、解決方案
項目采用智能組串式構網型儲能技術路線，將直流電池側智能組串式拓撲與構網控制技術有機融合，實現(xiàn)對電網主動支撐功能。
1.采用智能組串式拓撲結構
基于組串式拓撲和能量優(yōu)化器，配置硬件控制器實現(xiàn)對電池包和電池簇的精細控制管理，將能量管理精細化到電池模組級，最大化程度減小模組串聯(lián)失配影響；通過額外配置DC/DC電池簇控制器，在充放電過程中均衡電池簇容量，最大程度消除電池簇間并聯(lián)失配，解決電芯“木桶效應”問題，從根源上杜絕了簇間環(huán)流的產生，提升整個儲能系統(tǒng)的可用容量，實現(xiàn)單簇能量管理。
基于將數(shù)字信息技術與光伏、儲能技術進行跨場景融合的設計思路，將AI、云BMS等先進ICT技術應用于內短路檢測，精準定位、實時識別故障，及時預警電池火災隱患；利用AI技術搭建電池SoX參數(shù)預測模型，提前預測電池健康度，降低初始電池超配；應用電池壽命、電池行為、環(huán)境預測等多模型聯(lián)動智能溫控策略，在電池衰減量與溫控能耗間找到最優(yōu)平衡點，實時保證度電成本最優(yōu)，實現(xiàn)儲能系統(tǒng)全生命周期內更高放電、更優(yōu)投資、極簡運維、安全可靠的全方位價值提升。
2.變流器采用虛擬同步發(fā)電機控制技術
通過模擬同步發(fā)電機機械和電磁部分，使變流器具備了同步發(fā)電機的慣性阻尼特征和電網支撐能力。VSG控制的基本方式是模擬同步發(fā)電機搖擺方程，主要考慮機電暫態(tài)過程，對交流側電壓、電流和功率檢測的依賴性較強。VSG的有功—頻率控制模擬了同步發(fā)電機的轉子運動和一次調頻過程，用于表征有功—頻率下垂特性。VSG的無功—電壓控制模擬了同步發(fā)電機的勵磁調節(jié)過程，用于表征無功—電壓下垂特性。傳統(tǒng)同步發(fā)電機通過改變勵磁電流來改變感應電動勢幅值，VSG則根據(jù)檢測無功功率偏差和電壓偏差來調節(jié)輸出電壓。此外，在積分控制器之前加入一階慣性環(huán)節(jié)，以模擬同步發(fā)電機磁通量引起的時延。變流器采用DC/DC+DC/AC雙級架構，與虛擬同步發(fā)電機控制技術進行聯(lián)合設計，儲能系統(tǒng)運行過程中電池電壓與電網電壓解耦，保證了高電壓穿越等極端工況下的電網支撐能力。
3.構網型儲能并網點電流在110%額定電流下應能長期持續(xù)運行
在120%額定電流下，持續(xù)運行時間應不少于2min；在150%額定電流下，持續(xù)運行時間應不少于1min；支持300%額定電流不小于10秒短時過載能力。本案例通過功率半導體芯片特征晶圓優(yōu)化技術，提升整機過流能力；結合系統(tǒng)方案2.4倍PCS超配設計，實現(xiàn)構網儲能系統(tǒng)3倍10s無功電流過載能力，相較于同步發(fā)電機性能更優(yōu)，具備更強的電網支撐能力。系統(tǒng)設計全面進行電氣一次系統(tǒng)的優(yōu)化設計及部件選型論證，確保從系統(tǒng)及場站角度滿足構網型儲能工況要求；項目現(xiàn)場測試實證表明，所有部件均滿足儲能系統(tǒng)3倍額定電流10s過載的技術要求。
4. 采用“4級主動安全保護＋2級被動安全保護”
主動識別并預警電池包級、簇級安全風險，實現(xiàn)儲能系統(tǒng)全面的電氣安全防護。熔絲和斷路器構成2級被動保護；軟件限流保護作為1級主動保護；DC—DC過流保護保護智能電池簇控制器設備本身，不讓DCDC模塊被損壞或者燒掉，實現(xiàn)2級主動保護；優(yōu)化器過流保護通過電池包優(yōu)化器硬件保護實現(xiàn)3級主動保護；母線短路保護，通過加入防反模塊，不管充電還是放電，不會影響到直流側，形成4級主動保護。同時，通過DC/DC+DC/AC雙級架構，有效解決電池放電末端電網高電壓反灌導致的電池短路失效風險。
三、關鍵點與創(chuàng)新點
項目遵循理論研究服務工程應用的核心原則，設置仿真分析、測試試驗、電池能效管理和技術經濟性比選的完善研究體系，全面深入地研究構網型儲能技術的電網支撐特性和技術經濟性，助力構網型儲能技術標準制定與推廣。
1.多尺度電網仿真驗證，論證構網型儲能技術優(yōu)勢
通過對設備單機、構網型儲能系統(tǒng)、新能源場站以及新疆大電網系統(tǒng)進行ADPASS軟件仿真分析，論證構網型儲能在增加電網強度、提高新能源接入容量方面的技術優(yōu)勢。仿真結果表明項目構網型儲能系統(tǒng)可以穩(wěn)定運行，且具備主動支撐能力，為構網型儲能推廣應用提供依據(jù)。
2.三級驗證體系突破技術難點，引領入網測試標準建設
通過構建“設備-場站-系統(tǒng)”三級驗證體系，重點突破三大技術難點：①構網型儲能系統(tǒng)主動支撐特性；②弱電網暫態(tài)工況下穩(wěn)定運行能力；③全站設備故障穿越性能。完成“全球首個百兆瓦時級組串式構網型儲能電站涉網性能測試”，開展了相角跳變、頻率跳變、低頻振蕩阻尼抑制等構網特性全場景覆蓋測試，實證了大規(guī)模構網型儲能系統(tǒng)功能特性，為明確構網型儲能電站入網測試的項目和技術規(guī)范提供數(shù)據(jù)依據(jù)，推動了構網型儲能電站入網測試技術標準建設。完成華潤三塘湖100MWh構網型儲能示范工程35kV人工三相短路試驗，驗證了構網型儲能系統(tǒng)的主動支撐特性，考核了全站設備的故障穿越能力。
3.能效壽命對比分析，支撐儲能技術路線優(yōu)選
利用對比試驗手段，結合數(shù)據(jù)建模，以詳細數(shù)值化分析方法，給出組串式與集中式中電池能效和壽命的對比結果，并長期觀測和分析構網型儲能技術路線對電池能效和壽命的影響，為行業(yè)企業(yè)儲能項目技術路線選擇提供參考依據(jù)。
4.多維度技術經濟性比選，賦能投資決策與成本優(yōu)化
通過包含前期建設成本、運行維護成本、運營盈利能力等多維度的構網型儲能與分布式調相機的技術經濟性對比研究，為新能源項目投資開發(fā)與技術改造的技術路線選取提供支撐依據(jù)；規(guī)范化儲能投資運營、優(yōu)化控股新能源發(fā)電成本，為國家能源局、行業(yè)企業(yè)提供參考。
四、實際成效
為落實國家“雙碳”目標，華潤電力針對新能源高比例接入引發(fā)的電網穩(wěn)定性難題，依托國家能源局《“十四五”能源領域科技創(chuàng)新規(guī)劃》重點任務，以構網型儲能技術作為攻關突破口，在新疆哈密三塘湖風電基地開展百兆瓦時級構網型儲能示范工程。
項目采用"智能組串式構網型儲能"技術路線，通過構建"設備—場站—系統(tǒng)"三級驗證體系，攻關弱電網環(huán)境下高比例新能源并網技術難題。
項目歷時14個月，克服極寒沙塵等惡劣環(huán)境，完成基礎建設、系統(tǒng)調試、實證測試以及正式投運。先后完成“全球首次百兆瓦時級構網型儲能電站性能測試”和人工短路試驗，于2024年12月31日正式轉構網模式掛網運行，標志著華潤電力構網型儲能示范工程圓滿完成，為推動構網型儲能規(guī)模化應用奠定了堅實的基礎。
示范工程的成功建設，引領著構網型儲能技術的創(chuàng)新突破，項目成果獲得行業(yè)層面和國家層面的高度認可，獲得了中國電機工程學會"國際領先水平"技術鑒定，并入選國家能源局第四批能源領域首臺（套）重大技術裝備名錄。
該案例的成功實施，標志著我國在構網型儲能技術工程化應用領域取得重大突破，為構建新型電力系統(tǒng)提供可復制解決方案，對構建新型電力系統(tǒng)建設、推動新型儲能規(guī)?；l(fā)展具有重要實踐意義。
五、經濟效益及推廣前景
本案例成功研制“100MWh級智能組串式構網型儲能系統(tǒng)”，并依托華潤電力1000MW風電配儲250MW/1000MWh風電項目，將1/10儲能容量設計為智能組串式構網型儲能系統(tǒng)，打造100MWh級構網型儲能示范項目。項目歷時24個月，完成基礎建設、系統(tǒng)調試、實證測試以及正式投運。
項目團隊克服時間緊、任務重、極端嚴寒天氣等挑戰(zhàn)，頂風冒雪、只爭朝夕奮戰(zhàn)在項目現(xiàn)場，僅用時五個月就完成了項目建設，于2024年1月順利實現(xiàn)全球首個百兆瓦時級組串式構網型儲能電站并網。認真開展構網型儲能系統(tǒng)靜態(tài)調試、動態(tài)調試、通信聯(lián)調和運行調試，為現(xiàn)場測試驗證工作和長期可靠運行奠定了堅實基礎。
2024年5月30日，由中國電科院、新疆電科院、華潤電力、華為數(shù)字能源組成的試驗團隊完成了完成“全球首次百兆瓦時級構網型儲能電站性能測試”，共計826個測試用例，開展了相角跳變、頻率跳變、低頻振蕩阻尼抑制等構網特性全場景覆蓋測試，驗證了大規(guī)模構網型儲能電站功能特性。
人工短路試驗是一項實施難度大、風險挑戰(zhàn)高的極端電氣測試方法，項目團隊詳細收集分析各類設備技術參數(shù)，對主變壓器開展了全面檢測、評估確認短路電流安全承受范圍，先后開展3次評審會議，電網調度部門充分溝通，優(yōu)化試驗方案，降低試驗中潛在的風險。于2024年12月1日，成功完成華潤三塘湖100MWh構網型儲能示范工程35kV人工三相短路試驗，驗證了構網型儲能系統(tǒng)的主動支撐特性，考核了全站設備的故障穿越能力。
2024年12月31日，該工程正式轉構網模式掛網運行，標志著華潤電力構網型儲能示范工程圓滿完成，為推動構網型儲能規(guī)?；瘧玫於藞詫嵉幕A。
示范工程的成功建設，引領著構網型儲能技術在電力行業(yè)應用的創(chuàng)新突破，項目成果獲得行業(yè)和國家層面高度認可。
2024年7月28日，中國電機工程學會組織召開“適用于高比例新能源多場景的智能組串式構網型儲能系統(tǒng)關鍵技術及應用”項目技術鑒定會，與會專家對于包含本項目在內的構網型儲能系統(tǒng)相關實證研究成果給予了高度評價，一致認為項目研究成果整體處于國際領先水平。
2025年1月7日，依托本項目實施的“100MWh智能組串式構網型儲能系統(tǒng)”入選國家能源局第四批能源領域首臺（套）重大技術裝備名錄；第二屆中國國際供應鏈促進博覽會上，“構網型儲能技術及示范”項目代表華潤電力清潔能源鏈成果成功展出，標志著華潤電力在提升對新型電力系統(tǒng)的主動支撐能力，推動構網型儲能技術發(fā)展方面取得了階段性成果。
接下來將持續(xù)推動構網型變流器技術規(guī)范、構網型儲能工程設計規(guī)范等標準的落地，并計劃進一步打造吉瓦時級構網型儲能示范標桿。
六、團隊介紹
項目團隊由華潤電力新疆新能源公司、華潤電力技術研究院有限公司、中國電科院、新疆電科院、華為數(shù)字能源組成。試驗團隊克服時間緊、任務重、極端嚴寒天氣等挑戰(zhàn)，于2024年1月順利實現(xiàn)全球首個百兆瓦時級組串式構網型儲能電站并網。2024年5月30人，團隊完成了完成“全球首次百兆瓦時級構網型儲能電站性能測試”，共計826個測試用例，開展了相角跳變、頻率跳變、低頻振蕩阻尼抑制等構網特性全場景覆蓋測試，驗證了大規(guī)模構網型儲能電站功能特性。2025年12月，完成35kV人工短路試驗和系統(tǒng)小擾動試驗，對構網型儲能對電力系統(tǒng)主動支撐特性進行系統(tǒng)級驗證。
