储能行业：构网型储能系统白皮书

2力大学技术转移转化中心SY TRANSFER AND TRANSFORMATION CENTER毛系统辑。“双碳”目标引领下，可再生能源正在从能源系统的“补充力量”将从2024年的32%升至2030年的43%，风光发电占比翻倍至28%，皮动性，以及电力电子设备“低惯量、弱支撑”的固有特性，正在深刻技术的支撑。1S、PCS、直流舱在构网场景中的协同，实现从“设备级功能”到“系电力生产立情况兄预测2035HydroNatural gas目1.电网稳定概既念与构网技术1.1电网强弱的衡量指标1.2影响电网稳定的关键因素1.2.1 电网规模1.2.2 电源类型1.2.3 负载类型1.3电网波动类型1.3.1频率波动1.3.2电压波动1.3.3 功角扰动1.4 主流构网技术及差异分析1.4.1 小型调相机1.4.2构网型静止上无功补偿器（SVG)1.4.3构网型静止调相机（SSC）1.4.4 构网型储能2.构网型诸能的概既念与挑战2.1构网型诸能的基础出概念：电网的“智能2.1.1 与跟网型储能的比较2.1.2电压源与频率源特性：主动建立2.1.3虚拟惯量与阻尼模拟：为电网注2.1.4强大的过流与短路支撑掌能力：提2.1.5黑启动能力：电网的“生命火种12121313141515172O2427282829313132工电网稳定念与写构风电网稳定是指电力系统在受到扰动后，仍能维持频率、电压、功角等可能导致频率降、电压崩溃等，甚至大面积停电，给电力供应、工！导致跨国输电线路连锁故障，区域电网频率大幅下降，触发低频减载11电网强弱的衡量指标电网强弱是衡量电力系统抵抗扰动、支撑电压和保持同步能力的重量电网强弱的指标主要包括以下内容。短路比短路比（SCR)，是衡量电网强弱的“脉搏指标”，定义为系统中短路劲。此时系统惯量充足，电压支撑稳固，面对扰动从容不迫、韧劲十敏感，轻微波动都可能引发电压与频率的剧烈振荡，甚至导致系统失01统惯量充裕时，频率如平静湖面，波动徐缓悠长，为调频响应留足了度陡增，系统随时面临低频或高频的悬崖风险。向着电压的稳定。当X/R比高时，电网如钢筋铁骨，对电压的支撑能力软泥筑堤，电压可能快速塌，甚至引发振荡连锁，危及系统安全。的影响。发电单元分布，惯量高，扰动影响易被分散。而小型孤网则相反，调节021.2.2电源类型在电力系统中，不同类型的电源对电网稳定性的贡献存在本质差异。流能力，自发支撑频率与电压，是传统电网稳定运行的基石。跟网型电网中可正常运行，但在弱电网下稳定性显著下降，难以主动支撑系统发电机行为主动提供虚拟惯量，支撑功角稳定，尤其适用于弱电网、键支撑力量。12.3负载类型固定大负（如城市群、工业区）负荷总量大、密度高，如同蜘蛛网中/载（如电动汽车快充）则表现为负荷的不规则、突发性增减，持续考验个规模庞大但结构薄弱的电网，如同一个魁梧但骨骼疏松的巨人；者。当前电网的发展，正同时面临结构性薄弱点凸显（高比例新能源并网稳定性问题变得前所未有的复杂和紧迫。03分别反映系统不同方面的稳定性。惯贯量充足，频率波动平缓，调频裕度大。但在新能源高占比时代，系统安全构成了严峻考验。频率波动10时间 Time(s)电压支撑掌便会显得“力不从心”，导致电压跌落。尤其是在远距离输电释现象更为显著。在弱电网架构下，系统电压的“刚性”不足，微小的扰电压波动10时间 Time(s)力持续增长，将导致系统失步。同步机自然提供共功角稳定，但新能源系功角扰动10时间 Time(s)04综宗上可知，当前电网正在经历一一场系统的“基因改造”：稳定基石（同司并非简单的“零件替换”，而是一场深刻的系统性变革。其结果不是‘性的、“免费”的稳定服务（惯性、电压支撑、短路能力）正在消失，形机实现，而必须依靠新的技术，通过改造新能源使其具备主动支撑能1-4主流构网技术及差异分为解决弱电网问题，目前行业常见的构网支撑方式主要包括小型调相型储能（PCS构网控制）。1.4.1小型调相机本质是一台不带机械负载运行的同步电机，其稳定能力源于物理特性功支撑掌及功角同步能力，扰动舜间无需控空制即可立即参与支撑掌，效果目灰复。作为历经百年验证的成熟技术，其系统行为可领期性强。但其月节，响应速度受机戒限制，不具备灵活部暑能力，难以适应分布式场05功电流实现电压支撑。其优势在于响应速度快、结构紧凑、成本低于无法减缓频率变化率；短路电流能力有限，在严严重障时支撑掌能力不61.4.3构网型静止调相机（SSC）SSC通过控制算法模拟同步机特性，可以主动建立电压、提供虚拟惯量1.4.4构网型储能构网型储能并不是简单“储能+变流器”。其本质是通过PCS控制系统备频率稳定能力、电压稳定能力以及功角稳定能力。ElementaO挑战电网的“智能锚点”电网稳定与调节的新型电力支撑单元。它通过高性能电力电子变流器，考，就像在复杂、动态且可能不稳定的电网环境中设置个“智能锚为电网的“第-一火种”启动整个系统。mpTPPVm源电力电子设备等效电网其与电网的交互逻辑不同。传统的跟网型储能设备工作于电流源模再根据设定的有功与无功功率指令，向系统注入控制电流。其控制目结构稳健建、电压频率信号清晰的条件下运行效果良好，是当前大多数，而是通过内部控制算法直接建立局部电压与频率基准。其控制路径戈为电网稳定的主动力量。构网型储能的推广将使电网在极端运行条网的“节奏与张力”稳态电压，无论外部波动如何，它都通过精密无功功率控制稳定并支有功功率控空制，设定并维持个稳定的系统频率，并自动弓导周围分定的振动信号，让整张网在风雨中依然能保持稳定的组织结构。构网086000500040003000Value20001000OActive-10000123 频率变化（50Hz-49.8Hz600050004000300020001000-10000.20.40.50.61低压突变（1.0p.u.-0.98p.u.-02.1.3虚拟惯量与阻尼模拟：为电网注入同步发电机的转动部件天然具有“惯性”，可以在频率波动时提供缓冲60司步发电机转子的物理惯性，赋予电网动荡时的自我缓冲能力。流水物质，使网丝恢复应有的韧性。同样，构网型储能在系统惯性不足电网频率有功反馈ncy33.23.43.63.850-49.5Hz)电网频率有功反馈ncy44.555.56响应102.1.4强大的过流与短路支撑掌能力：提供在弱电网场景中，短路容量不足是保呆护装置失灵、系统频繁崩溃的重电网。不同于传统电力电子设备的过流保护逻辑，构网型储能可在有阝支撑的任务。如同大昆虫试图挣脱蛛网时，蜘蛛能舜间拉紧经线，爆发正常数倍的拉Guzhangchuanyue_yctp'(,3)Guzhangchuanyue_yctp'(;,4)25.40Guzhangchuanyue_yctp'(;,5)pu25.40Guzhangchuan124.20125.25125.30电网电压跌11并恢复电网。构网型储能在完全失电的情况下，完全不依赖外部电源，电机、关键设施，防止舜时冲击和再次崩溃。迅速建立个电的新网，以此为基础不断扩展，直到恢复整个系统。-153)的电网电压两种模式之间的平滑过渡度。两种模式的控制目标、参考基准和动态响戈为控制算法设计的核心难点。此