一、新能源电力系统的 “新宠”—— 构网型储能
在全球能源结构向低碳化转型的浪潮中，新能源发电如风电、光伏发电等得到了迅猛发展。然而，这些新能源发电方式存在着天然的波动性和间歇性问题。比如，风力发电会随着风速的变化而产生不稳定的电力输出，光伏发电则会受到日照强度和时间的限制，白天光照充足时发电量大，夜晚或阴天则发电量骤减。这就使得大量新能源电力接入电网时，会对电网的稳定性造成严重冲击，可能导致电压波动、频率偏差等问题，进而影响电力系统的安全可靠运行。
为了应对这一挑战，构网型储能技术应运而生。构网型储能，简单来说，就是一种能够主动支撑电网稳定运行的储能技术，它可以像 “定海神针” 一样，在新能源发电不稳定时，快速调节电网的电压和频率，使电网保持稳定。与传统的跟网型储能相比，构网型储能具有更强的自主性和主动性，能够更好地适应新能源电力的波动性和间歇性特点，从而为电网提供更加可靠的支撑。
二、构网型储能是何方神圣?
(一)与跟网型储能的区别
跟网型储能和构网型储能在多个方面存在明显区别。
首先是电源属性方面，跟网型储能系统本质上是电流源，它无法独立提供电压和频率的支撑，必须依赖电网的电压和频率来运行。就好比是顺着电网 “指令” 行事的执行者，离开了电网这个 “指挥”，它便难以发挥作用。而构网型储能系统本质上是电压源，它能够内部设定电压参数，输出稳定的电压与频率，有着更强的自主性，可以自行 “掌控” 输出情况，像一个能独立 “发号施令” 的小中心。
在控制方式上，跟网型储能是基于电压定向的电流源，其逆变器跟踪电网的电压、相位以控制其输出，通过捕捉电网的相位信息，实现与电网的同步。但在电网出现扰动时，比如电压波动、频率变化等情况，“跟网型” 逆变器的电池储能往往无法很好应对，通常会关闭输出，直到干扰过去，并且需要在大停电后，先建立系统，然后再重启逆变器的输出。而构网型储能是基于功率定向的电压源，可凭借自身的控制机制，主动根据功率情况来调整输出，面对电网的各种变化，能更灵活地做出反应，不会轻易因扰动就停止工作。
对电网的支撑能力方面，跟网型储能主要在电网存在的情况下工作，用于补充电网的瞬时功率需求，以此提高电网的稳定性和可靠性，自身却无法独立支撑电网系统。构网型储能则能够独立运行，对电网的支撑能力较强，不仅可以并网运行，还能离网运行，尤其可以有效改善新型电力系统的短路容量和转动惯量缺失等问题，在新能源比重较高、电网稳定性较差的地区，比如我国一些风电、光伏资源丰富但电网相对薄弱的西北地区，构网型储能有着重要的应用前景，能像坚强的后盾一样保障电网的稳定运行。
(二)核心技术与工作原理
构网型储能的核心技术之一是虚拟同步发电机技术。虚拟同步发电机技术可以让构网型储能模拟同步发电机的行为，从而增强电网稳定性。
具体来说，在快速调频调压方面，构网型储能通过控制释放直流侧储能能量，等效为同步机惯量机械能或阻尼能量，进而提供惯量响应与振荡抑制。当电网频率出现波动时，它就如同同步发电机一样，能够快速调整输出功率，对频率进行调节，让电网频率尽快恢复稳定。在电压支撑上，构网型储能系统借助功率同步控制机制，可在不依赖外界交流系统的情况下自行构建交流侧电压幅值与相位，为电力系统提供强大的电压支撑。哪怕是在电网出现故障或者处于较为薄弱的状态下，也能依靠自身能力撑起一片 “电压稳定区”。
在增加惯量和短路容量方面，构网型储能能在电力系统发生扰动时，利用虚拟同步发电机控制的转动惯量和阻尼系数等参数发挥作用，使系统频率变化减慢，有助于频率和功角稳定性的提高。并且，其具备的一定过载能力也能较好地在关键时刻为系统增加惯量支撑，提升短路容量，保障电网在面临突发情况时依然能维持基本的运行状态。
在抑制宽频震荡上，一方面可以通过取值灵活的阻尼来降低低频振荡风险，另一方面能够通过引入虚拟阻抗、有源阻尼等方案实现对特征频率的阻抗重塑和振荡抑制，就像是给电网安装了一个 “减震器”，让电网运行更加平稳，避免因各种震荡问题影响电力的正常供应和设备的安全运行。
三、为何构网型储能成为 “刚需”?
(一)新能源并网的挑战
随着全球能源转型的加速，新能源发电在电力系统中的占比不断提高，大规模新能源接入电网带来了 “双高” 问题，即高比例可再生能源和高比例电力电子设备对电网稳定性的冲击。
新能源发电的随机性和波动性，使得发电功率难以精准预测和控制。风电的出力会随着风速的变化而剧烈波动，光伏发电也会受到日照强度、云层遮挡等因素的影响，发电功率不稳定。这就导致了电力系统中的电力平衡难以维持，在某些时段可能出现电力过剩，而在其他时段又可能面临电力短缺的情况，严重影响电网的稳定运行。
新能源机组通常采用电力电子变换器进行并网，这些变换器与传统同步发电机相比，具有低惯量、低阻尼的特性。在电网发生故障或受到扰动时，无法像同步发电机那样提供足够的惯性响应和阻尼作用，容易引发电网的频率和电压稳定问题。例如，当电网出现短路故障时，新能源机组可能无法迅速响应，导致电压快速下降，甚至引发大面积停电事故。
在一些新能源富集地区，如我国的西北、西南等地，新能源发电的大规模集中接入，使得当地电网的结构和运行特性发生了显著变化。原本的电网设计和运行方式难以适应新能源的高比例接入，导致电网的稳定性和可靠性面临严峻挑战。
(二)政策东风助力
面对新能源并网带来的挑战，国家和地方政府纷纷出台政策支持构网型储能的发展，为构网型储能产业的崛起提供了有力的政策保障。
国家层面，相关部门制定了一系列推动储能技术发展和应用的政策措施，明确了储能在提升电力系统稳定性、促进新能源消纳等方面的重要作用，并鼓励开展构网型储能技术的研发和示范应用。
在地方层面，许多地区结合自身的能源结构和电网特点，出台了具体的构网型储能发展政策。例如，新疆在 2023 年发布的《关于组织上报 2023 年独立新型储能建设方案的通知》中，鼓励各地新建共享储能，积极探索建设构网型储能，并对构网型储能的技术指标和应用场景提出了明确要求。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独立新型储能规模的 20%。西藏也在《关于积极推动西藏电力系统构网型储能项目试点示范应用的通知》中，提出要积极推进构网型储能项目试点示范应用，鼓励在阿里地区、那曲市、日喀则市、拉萨市等地区先行先试，支持在其他地市稳妥推进，并对构网型储能试点项目实行优先调度保障措施，鼓励试点项目参与电力市场交易，支持申报国家新型储能示范项目。
这些政策的出台，为构网型储能的发展指明了方向，提供了政策支持和市场机遇，吸引了众多企业和科研机构加大对构网型储能技术的研发投入和项目建设，推动了构网型储能产业的快速发展，使其成为新能源电力系统中不可或缺的重要组成部分，助力能源转型和可持续发展目标的实现。
四、构网型储能的 “超能力”
(一)稳定电网频率与电压
在电网运行过程中，频率和电压的稳定至关重要。当电力系统中的负荷突然增加或减少时，比如夏季高温时段大量空调同时开启，或者工业生产中的大型设备突然停机，都会导致电力需求的急剧变化，从而引起电网频率的波动。如果频率波动超出允许范围，会对电力设备的正常运行产生严重影响，甚至可能导致设备损坏，引发大面积停电事故。
构网型储能能够快速响应这些变化，通过控制其充放电过程，迅速调整输出功率，补偿电力供需的差额，从而将电网频率稳定在规定范围内。当检测到频率下降时，构网型储能可以迅速释放储存的电能，增加电力供应;而当频率上升时，它又能快速吸收多余的电能，减少电力输出，就像一个精准的 “频率调节器”，时刻维持着电网频率的稳定。
在电压稳定性方面，构网型储能同样发挥着关键作用。在电网的某些薄弱区域，如偏远地区的配电网或者新能源发电集中接入的区域，由于线路阻抗较大、无功补偿不足等原因，容易出现电压波动的情况。当电压下降时，构网型储能可以通过向电网注入无功功率，提升电压水平;当电压升高时，它又能吸收无功功率，降低电压，有效防止电压崩溃的发生，保障电力系统的安全稳定运行。
(二)增强电网惯量支撑
惯量是电力系统的一个重要特性，它决定了系统在面对扰动时抵抗频率变化的能力。传统的同步发电机由于其旋转部件具有较大的惯性，在电网受到扰动时，能够自然地提供惯量支撑，减缓频率的变化速度，为系统的稳定运行提供保障。
然而，随着新能源发电的大规模接入，尤其是风力发电和光伏发电等采用电力电子变换器并网的方式，使得电力系统的惯量大幅降低。在这种情况下，当电网发生故障或受到较大扰动时，频率可能会迅速变化，超出安全范围，严重威胁电网的稳定性。
构网型储能可以通过虚拟惯量响应等技术手段，模拟同步发电机的惯量特性，为电网提供额外的惯量支撑。当电网频率发生变化时，构网型储能能够迅速调整输出功率，就像传统发电机的转子在惯性作用下继续转动一样，暂时维持电网的功率平衡，减缓频率的下降速度，为系统的保护装置和其他调节措施争取宝贵的时间，从而增强电网的抗扰动能力，提高电力系统的稳定性和可靠性。
(三)助力新能源消纳
新能源发电的间歇性和波动性是制约其大规模消纳的关键因素。风力发电的出力随风速的变化而剧烈波动，光伏发电的功率则受到日照强度、云层遮挡等因素的影响，这种不稳定性使得新能源电力难以与电网的负荷需求精准匹配，导致部分新能源电力无法被有效利用，出现弃风、弃光现象，造成能源的浪费。
构网型储能可以有效地平抑新能源发电的功率波动，将不稳定的新能源电力转化为相对稳定的电能输出，使其更易于被电网接纳和消纳。在新能源发电功率过剩时，储能设备将多余的电能储存起来;而在发电功率不足时，储能设备则释放储存的电能，补充电力供应，从而实现新能源电力的 “削峰填谷”，提高新能源发电的稳定性和可预测性，减少弃风、弃光现象的发生，提升新能源在电力系统中的占比，促进能源结构的优化升级，推动清洁能源的高效利用。
五、构网型储能的 “实战” 场景
(一)新能源发电基地
在新疆、西藏等地区，新能源发电资源丰富，大规模的风电、光伏电站不断涌现。例如，新疆的某大型风电基地，总装机容量达到数百兆瓦，其配套的构网型储能系统，能够在风电出力不稳定时，迅速调整输出功率，稳定电网的电压和频率。当风速突然增大，风电出力瞬间飙升时，构网型储能系统可以快速吸收多余的电能，防止电压升高;而当风速骤减，风电出力下降时，储能系统又能及时释放储存的电能，补充电力缺口，确保电力的稳定输出，避免因风电功率波动对电网造成冲击，保障了新能源发电的高效并网和可靠运行，提升了整个发电基地的电能质量和稳定性，也为当地新能源电力的大规模开发和外送提供了有力支撑，促进了清洁能源在能源结构中的占比提升，助力当地能源转型和可持续发展目标的实现。
(二)电网调峰调频
在电网的日常运行中，负荷需求随时间不断变化，存在明显的高峰和低谷时段。在夏季用电高峰期，大量空调等制冷设备集中运行，电网负荷急剧攀升，供电压力增大。此时，构网型储能系统可以迅速释放储存的电能，补充电网的电力供应，缓解供电紧张局面。而在夜间等用电低谷时段，电网负荷较低，电力供应相对充裕，构网型储能系统则可以吸收多余的电能进行储存，起到 “削峰填谷” 的作用，优化电网的负荷曲线，提高电力系统的运行效率，降低发电成本和能源浪费。
当电网受到突发事件影响，如某条输电线路故障跳闸，导致局部地区电力供应中断时，构网型储能系统能够在短时间内快速响应，提供紧急电力支撑，维持重要负荷的正常运行，避免大面积停电事故的发生，为电网的抢修和恢复争取时间，保障了社会生产生活的基本用电需求，维护了电网的安全稳定运行和社会的正常秩序。
(三)微电网与离网系统
在一些配电网的末端区域，由于距离主电网较远，供电可靠性相对较低。构网型储能系统可以与分布式能源发电设备(如小型风力发电机、光伏发电板等)相结合，组成微电网系统。当主电网出现故障或停电时，微电网可以依靠储能系统和分布式能源的协同运行，实现孤岛运行，继续为当地用户提供电力供应，确保医院、通信基站、交通枢纽等重要场所的不间断供电，保障了居民的基本生活用电和关键公共服务设施的正常运行，提升了配电网的供电可靠性和抗灾能力，增强了电力系统的韧性。
在一些工商业园区的微电网中，构网型储能系统可以根据园区内企业的生产用电规律，对电力进行优化调度。在企业生产高峰期，储能系统放电补充电力;在低谷期，储能系统充电储存电能，降低企业的用电成本，提高能源利用效率，同时也增强了园区微电网的稳定性和可靠性，为企业的生产经营提供了更加稳定可靠的电力保障，促进了园区的可持续发展和节能减排目标的实现。
对于海岛等离网系统而言，构网型储能更是不可或缺。海岛通常依赖柴油发电机等传统能源供电，但柴油运输成本高且供应不稳定。引入构网型储能系统后，可与风力发电、光伏发电等新能源发电设备配合，实现海岛电力的自给自足。白天，利用太阳能和风能发电并储存多余电能;夜晚或恶劣天气时，储能系统释放电能保障用电需求，减少对柴油发电机的依赖，降低碳排放和能源成本，为海岛居民提供清洁、稳定的电力供应，改善海岛的生活和生产条件，推动海岛的经济发展和生态保护。
六、构网型储能的未来蓝图
(一)技术突破方向
在未来，构网型储能技术有望在多个方面实现突破。
控制算法优化是关键的发展方向之一。研究人员将致力于改进构网型储能的控制算法，使其能够更加精准地响应电网的变化，进一步提高其稳定性和可靠性。通过引入先进的智能控制技术，如模型预测控制、分布式协同控制等，构网型储能系统将能够更好地适应复杂多变的电网运行工况，实现对电压、频率等参数的快速、准确调节，有效应对各种电网扰动和故障，为电力系统提供更加可靠的支撑。
硬件性能提升也是重要的发展趋势。一方面，储能 PCS 的过载能力将进一步增强。目前，行业普遍要求储能系统在 3 倍过载时能够提供 10 秒的支撑能力，未来有望在此基础上进一步提高过载倍数和持续时间，以更好地应对电网突发故障时的大功率支撑需求。这将需要在功率器件的选型、散热设计、电路拓扑结构等方面进行创新和优化，确保 PCS 在高过载工况下能够稳定可靠运行。
另一方面，研发更高效的功率模组和控制芯片将成为提升构网型储能性能的核心任务之一。随着半导体技术的不断进步，新一代的功率模组和控制芯片将具备更高的功率密度、更低的损耗和更强的运算能力，能够大幅提升储能系统的转换效率、响应速度和控制精度，从而增强构网型储能在电网中的支撑能力和稳定性，推动其在更广泛的场景中得到应用。
(二)市场前景展望
随着新能源产业的持续发展和电力系统对稳定性要求的不断提高，构网型储能市场前景广阔。
在国内市场，政策的大力推动将促使构网型储能市场规模快速增长。国家能源局及各地政府纷纷出台相关政策，明确了构网型储能在电力系统中的重要地位，并制定了具体的发展目标和支持措施。例如，新疆、西藏等地对构网型储能项目的建设提出了明确的规划和要求，鼓励企业加大投入，推动了当地构网型储能产业的发展。预计未来几年，国内构网型储能项目的建设数量和装机容量将大幅增加，市场规模有望实现快速扩张，成为新能源电力领域的重要增长点。
从全球市场来看，构网型储能也呈现出良好的发展态势。根据 GGII 的预测，未来五年内，全球构网型储能的渗透率有望达到 20%。在澳大利亚、欧洲、美国等国家和地区，构网型储能已经得到了一定程度的应用和推广。澳大利亚凭借其丰富的自然资源和积极的推广政策，构网型储能市场占比达到 23%，处于领先地位。欧洲地区由于对可再生能源的高度依赖和对能源转型的迫切需求，构网型储能市场也展现出强劲的增长潜力。随着全球各国对能源安全和可持续发展的重视程度不断提高，以及新能源在电力系统中占比的持续上升，构网型储能将在全球范围内迎来更广阔的市场空间，为构建更加稳定、高效、清洁的能源体系发挥重要作用。
七、迎接构网型储能新时代
构网型储能作为新能源电力系统中的关键技术，正逐渐崭露头角，成为推动能源转型和可持续发展的重要力量。它在应对新能源并网挑战、保障电网稳定运行、促进新能源消纳等方面发挥着不可或缺的作用，具有广阔的应用前景和巨大的发展潜力。
随着技术的不断突破和创新，构网型储能将在未来的能源领域中扮演更加重要的角色。我们应积极关注构网型储能技术的发展动态，加大研发投入，完善政策支持体系，推动其在更多场景中的应用和推广，共同迎接构网型储能新时代的到来，为构建清洁、低碳、安全、高效的能源体系贡献力量。
