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构网型储能技术“比武” “四大挑战”待解
伴随西藏、新疆等地构网型储能需求频繁构网型储能技术逐渐获得关注。构网型技术一定程度上指的是，PCS的核心能力。
构网型储能技术最核心的点在于，它以电池作为能量载体，以功率变换单元也就是储能变流器作为传递媒介，辅以构网控制核心，来虚拟大型的同步发电机，为电网提供惯性，帮助解决调峰调频能力不足、电压稳定裕度低、暂态过电压、宽频振荡等问题，确保电网的稳定性和安全性。其显著特征在于需要能量，以及输出由传统的电流源型变为电压源型。
2023年5月，西藏发改委首次提出风电光伏新能源项目配套储能需“加装构网型装置”的要求。未来行业发展过程中，利用构网型储能来弥补“双高”电网下系统的惯量降低是新型储能领域的长期技术发展趋势。
无独有偶。7月10日，新疆自治区发改委发布《关于组织上报2023年独立新型储建设方案的通知》，提出积极探索建设构网型储能，喀什、和田、克州、塔城、阿勒泰、巴州等地构网型储能比例原则上不低于年度新型储能规模的20%。
新型电力系统对于构网型变流器的需求也逐步在增加。具体来看，需要构网型储能主动提供电网电压，能够提供电网惯量支撑，根据系统需要自主提供系统惯量，具备故障穿越能力和阻尼可控能力。
构网型储能逐渐成为行业关注热点。截至目前，阳光电源、华为数字能源、远景能源、科华数能、盛弘电气、南瑞继保、科陆电子、中储科技、南网科技等企业均储备或在项目中对外展示了构网型储能的技术能力。尤其今年Q1，盛弘储能、科华数能、中车株洲所、禾望电气、华为数字能源、特变电工新能源等众多企业首次发布了或者更新迭代了构网型储能的产品。
构网型储能“争锋”
构网型储能相比微网，难度大很多。构网型储能需要解决新型电力系统里电网短路容量、改善系统转动惯量、优化频率电压控制、提供故障穿越支撑等难题。
当前，构网技术处于发展初期。但面向越来预告新能源高比例接入，构网技术成为建设高质量电网的重要“通路”。
阳光电源、华为数字能源、远景能源、科华数能、盛弘电气、南瑞继保、科陆电子、特变电工新能源等不断在构网型储能领域“秀肌肉”。
凭借10多年在直流输电、柔性设备、控制保护和电力系统分析等领域的技术积累，南瑞继保开发了包括包括低压集中式构网储能、低压一体柜构网储能、高压级联构网储能、储能型构网柔性直流等不同路线的构网储能装备，还延伸出电网支撑型SVG(GSSVG)、静止同步调相机(SCC)等构网装备，开辟了构网型技术在以新能源为主体的新型电力系统中提升电网短路容量、改善系统转动惯量、优化频率电压控制、提供故障穿越支撑等应用场景。
南瑞继保构网型储能已经在湖北、新疆、西藏、内蒙古等地大量投运，超30个项目。近期，南瑞继保还中标了沙特500MW构网型项目，投运之后将是全球最大的构网型储能项目。
而储能龙头企业——阳光电源在海内外均积累了构网型储能项目。2月，由中国海油建设的全球首个海上构网型储能项目——涠洲岛5MW/10MWh储能电站成功投运，由于高比例新能源的接入，以及不与大电网相连，涠洲孤网不仅要解决电压频率波动、惯量不足等问题，还需要在发生失电情况时，依靠“黑启动”快速恢复供电。借助阳光电源的构网型储能技术，打造出中国首个源网荷储一体、多能互补的海上油田群智慧电力系统。
在2023年夺得PCS出货量冠军的科华数能，早在2018年就开始布局研究储能系统的虚拟同步发电机控制策略，并在同年实现了储能变流器电压源模式并网。2021年，采用构网控制技术的科华数能PCS，在深圳热电厂助力全国首个9E级机组实现黑启动。2022年，科华数能为伊拉克石油部电力部提供光储柴构网型微网解决方案，系统采用构网型储能结合弱电网特征的光伏逆变器+柴发构建微电网系统。2023年，科华数能在宁夏百MW级共享储能项目开展构网型储能技术应用，应对宁夏弱网地区实现构网型电力支撑;科华数能还中标全球最大构网型与中国最大电化学储能项目——新疆克州300MW/1200MWh构网型独立储能项目。
而远景是又一家在海内外具备构网型案例的典型企业。在国内，远景在鄂尔多斯打造了风光储的构网型基地示范工程，包括构网风机30MW、构网储能10MW/20MWh，光伏600kWp及负荷20MW，能够实现整个源网荷储系统的离网长时间运行、并网/离网无缝切换与黑启动。在海外，远景中标毛里求斯光储混合虚拟同步电站项目，该项目供应着当地30%的电力，能实现弱并网运行、离网运行、并网/离网无缝切换、随网/构网无缝切换、光储黑启动等所有场景，将于2024年建成投运。
2023年，华为数字能源在更多大基地、弱电网场景，开展更大规模的构网型储能验证，持续推进这一关键技术的成熟与规模应用，推动光伏从纯光走向光储融合，储能从配套储能走向构网型储能，光储发电从跟随电网走向主动支撑电网。而早在沙红海新城1.3GWh微网项目中，华为数字能源构网技术在这个可号称全球首个GW级光储构网型项目得到验证。
而作为电气装备国企，许继电气深耕构网型储能十余年，实现了全系储能产品集成构网功能，产品形式覆盖集中式储能系统、模块化储能系统、高压级联式储能系统、移动储能车、工商业储能一体机等。世界首个县域100%新能源新型电力系统科技示范工程——随州100%可再生能源电力系统，许继电气提供构网型集中式储能系统;全国首个电网侧储能项目——江苏镇江东部电网侧储能项目，许继电气提供构网型集中式储能系统。
另一家在构网型储能具备积累的则是科陆电子。早在2013年，科陆电子磷酸铁锂储能电站进入雪域高原，容量为2MW/5MWh，PCS作为独立微电网的V/F电压源，实现了虚拟转动惯量、高海拔降容设计、 极寒温控系统三大技术创新，保障了独立微电网运行。科陆电子1.725MW PCS ANPC三电平拓扑可支持构网型储能系统。
作为中国能建旗下的子公司，中储科技也在西藏应用了构网型储能技术。今年1月，由中储科技开发的西藏日喀则岗巴一座10MW/40MWh光储电站储能项目，已完成并网。在此项目中，实现了VSG(虚拟同步电机)和旋转备用功能，支持以构网电压源模式并网运行。
南网科技之前透露，已完成1250kW、1750kW构网型储能变流器样机研制及第三方测试工作。最终目标是：在弱电网或无电网支撑条件下，可自主构网并维持系统的电压、频率稳定;支持多机并联运行;具备故障电压穿越能力。
除了越来越多企业大秀“肌肉”的同时，在今年Q1，盛弘储能、华为数字能源、中车株洲所、科华数能、奇点能源、禾望电气、特变电工新能源等发布了构网型储能系统或 PCS新品。
盛弘PWS1-2500KTL-H储能变流器可灵活适配直流侧600~1500V宽电压范围，和交流侧400V、630V、690V等多种电压制式，满足不同场景的接入需求。产品具备VSG(虚拟同步发电机)、PQ(有功无功控制)、VF(电压频率控制)以及黑启动等功能，兼备构网型GFM(Grid-Forming Mode)功能，不仅能够主动支撑电网，更能灵活参与电力市场服务，精准且快速响应调峰、调频、AGC、AVC等调度，助力电网安全稳定运行。
华为数字能源推出全球首款风液直冷工商业储能新品华为LUNA2000-215-2S12通过构网型并网算法，可实现 1.3 倍过载，降低初始投资;通过智能谐波算法，有效抑制谐波，可满足行业最高的Class B等级。
中车株洲所推出的0.25C和0.5C构网型储能系统以最小的硬件超配和最佳整站配置满足3倍过载10S的构网需求，可构建大容量、高集成、高性价比的构网型储能系统。
科华数能全新一代S³-EStation 2.0 5MW/10MWh智慧液冷储能系统具备惯量、有功/无功功率调节功能和主动支撑电网的能力。目前已率先通过全项构网测试，性能卓越。它的系统短路容量比(SCR)低于1.1，能够在电网故障时迅速恢复稳定，显著减少停电时间。同时，该系统拥有ms级功率响应和μs级电压构建能力，能有效平抑电网波动，显著提升电能质量，确保电力供应的连续性和稳定性。
奇点能源以构网型技术为基础，对电芯、BMS、PCS、消防系统等进行全面升级，顶部集成光伏组件，重磅推出新一代长时储能产品eBlock-836，4h系统，全面提升系统效率和经济收益的同时，满足系统构网要求。
特变电工新能源推出的构网型储能系统构具有自主支撑电压和频率的能力，可实现SCR≤1.0极弱电网下的主动支撑能力，保障系统在弱网等恶劣环境下稳定运行。采用混合同步技术，虚拟导纳控制跟网构网自由重构，ms级切换，虚拟导纳控制有效解决多机并联谐振问题。系统具备构网、黑启动、惯量支撑、离网运行、SCR≤1.0条件下故障穿越，可连续高低穿、构网低穿快速无功响应、3倍无功电流支撑等功能。
禾望电气3.45MW储能变流器二代机型具备PQ、VF、VSG、黑启动等功能;实现超高的过流能力和控制能力，满足构网型储能需求;支持升压变流一体化设计，功率可扩容至6.9MW，干变、油变可定制。
构网型储能“四大挑战”
构网型储能玩家增多的同时，不容忽视的是构网型储能仍处于初期发展阶段。具体表现，当前构网型储能的功能定位、并网和调度运行管理及技术要求均尚不明确。而来自技术、协调、标准体现、成本等均具备不少挑战。
第一大挑战，正式来自技术的挑战，主要体现在单机过载、过流能力，同时还要适应具备差异化的电网环境。
从技术角度看，首先，构网型储能技术具有较高的技术壁垒，核心考验的PCS能力，可构建起支撑电网稳定运行的电压源。短时过载成为“刚需”。
目前，行业普遍采用“超配”2-2.5倍PCS的方式来满足储能系统在3倍过载时能够提供10秒的支撑能力。
如何加强变流器的过流能力，从而有效降低因变流器电流快速增长带来的过流风险危及变流器硬件组件，是当前对于构网型设备面临的主要技术挑战之一。
具体来看，如何提高构网型储能过流能力、单机过载能力仍是当前重要难题;而由于不同电网或地区差异化的构网要求，使得构网型储能控制算法、仿真建模要不断积累创新，方能适应不同的电网。
第二个挑战：如何与其他设备协调。和储能电站已有的其他模拟电压源“抢活儿”是当前构网型储能发展亟待解决的问题。
构网型储能作为电压源，若多台电压源设备并列运行，可能存在环流、抢功率等问题，影响系统的稳定性。构网型设备如何与这些已有的无功源设备相互协调也是当前构网型储能需要技术突破的重点方向。
第三大挑战，在于标准体系亟待完善。构网型储能硬件还缺乏相应的标准和规范，比如技术定位、技术规范、功能要求、测试规范、验收标准等亟待出台。
具体来看，首先，构网型储能技术的应用逐渐增多要求储能系统及涉网的保护定值需重新设定，比如BMS、断路器等设备的过电流保护定值需调整以躲过短时过载电流等;其次，构网型储能应用于大电网工况下的功率分配标准和在未来电网中装机占比等问题开展研究。
现阶段，构网型储能硬件标准缺乏，而PCS缺乏型式试验报告和制造标准。有专家呼吁，要建议加快制定相应规程规范，明确主要构网技术指标，完善构网型技术在大电网层面应用的相关标准体系建设。
华能清能院去年牵头了全球第一个关于构网型变流器的完整标准《构网型储能变流器技术规范》，吸引了华为、阳光电源、西门子、汇川技术等20余家企业参与标准讨论，目前已于2023年12月26日发布。同时，国网新疆电力有限公司电力科学研究院牵头制定电工技术学会标准《构网型储能系统并网技术规范》《构网型储能系统并网测试规范》，于2023年12月27日发布。当前，目前国内构网国标未出，正由中国电科院牵头准备申请国标。
实际应用方面，以新疆为例，当地发布了电网地方标准，要求3倍过载10秒的需求。为满足3倍过载能力，构网型储能系统需要考虑PCS的最大过载能力、升压变过载能力、开关柜内断路器的最大过载能力、电流汇流柜内熔断器和负荷开关的过载能力、高压盒内熔断器及接触器或隔离开关的过载能力、动力线缆和铝排的过载能力，根据单个部件的过载能力选配不同的储能设备配置方案。
第四个困局则是如何解决构网型储能成本较高的难题。
为了满足短时扩展能力，PCS需要具备较大的容量冗余，这直接增加了系统成本。构网型储能设备过流能力由1.5倍提升至3.0倍，整套储能系统设备超配，成本相应“上涨”。而在盈利模式方面，构网型参与惯量支撑，频率，黑启动等辅助服务的评价和回报机制尚不明确。
以上述新疆案例来看，目前方案还是在0.25C系统内需要PCS及变流器超配来实现，对整体系统成本要求高，需要针对实际需求研发适用于构网应用的专用储能系统设备。
总体而言，从构网型储能投运项目运行经验来看，构网型储能需要设备企业、研究机构、业主单位、规划设计、并网调度等多方力量共同推动，才能不断提升构网型储能技术突破及大规模推广应用。
