8月22-24日，由充換電百人會(huì)、中國充電樁網(wǎng)、中國風(fēng)光儲(chǔ)網(wǎng)、聯(lián)聯(lián)充電、國家電投&融和元儲(chǔ)、充電聯(lián)盟等單位聯(lián)合主辦，上海賀勵(lì)展覽有限公司、上海賀勵(lì)商務(wù)咨詢有限公司承辦的2022中國國際光儲(chǔ)充產(chǎn)業(yè)大會(huì)&2022中國國際社區(qū)充電產(chǎn)業(yè)大會(huì)，簡(jiǎn)稱：金磚光儲(chǔ)充論壇&金磚社區(qū)充電論壇在常州香格里拉大酒店順利召開。本屆大會(huì)設(shè)置“論壇峰會(huì)+展示臺(tái)展示”，既有企業(yè)細(xì)致入微的分析，也有行業(yè)專家為市場(chǎng)發(fā)展提出的設(shè)想與方案，助力落實(shí)國家提出的“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)要求，積極助力構(gòu)建“雙循環(huán)”新發(fā)展格局。

 

南京南瑞繼保電氣有限公司 儲(chǔ)能行業(yè)總監(jiān) 繆楠林出席論壇并發(fā)表主題演講——《面向新型電力系統(tǒng)的構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能技術(shù)》 。

 

以下為演講實(shí)錄：       
    

繆楠林：各位同仁大家好，今天上午給大家匯報(bào)一下南瑞繼保在儲(chǔ)能方面的理解。
 

在“雙碳”目標(biāo)和建設(shè)新型電力系統(tǒng)的大背景下，新能源占比快速提升。新能源發(fā)電具備兩大特性，一個(gè)是間歇性，第二個(gè)是波動(dòng)性。
 

同時(shí)，光伏逆變器、風(fēng)電變流器的兩個(gè)特點(diǎn)，一是裕度比較低，二是快速控制性。也給我們的電網(wǎng)造成了挑戰(zhàn)。
 

新能源受限的因素，從時(shí)間尺度上，整體上可以劃分成對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，以及長(zhǎng)時(shí)間周期的電力電量平衡能力的兩大方面。
 

電力電子器件電網(wǎng)的弱支撐性、器件脆弱性和控制的快速性，帶來了安全穩(wěn)定性問題，時(shí)間尺度上表現(xiàn)的是在毫秒級(jí)和秒級(jí)的時(shí)間尺度上出現(xiàn)的問題。
 

新能源風(fēng)電和光伏的間歇性、波動(dòng)性，以及難以存儲(chǔ)性，會(huì)給電力系統(tǒng)帶來功率和能源平衡的問題。這個(gè)時(shí)間尺度上體現(xiàn)的是在秒級(jí)、小時(shí)級(jí)甚至以在年上的時(shí)間尺度上帶來問題。
 

新能源的時(shí)空分布性、波動(dòng)性和不確定性帶來電力電量的時(shí)序平衡和空間平衡等影響。
 

電力系統(tǒng)的根本任務(wù)是滿足負(fù)荷用電需求，即電源按負(fù)荷曲線進(jìn)行調(diào)整。但是新能源無法存儲(chǔ)，不具備這個(gè)能力，而且會(huì)增加電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)。
 

為了消納新能源，首先我們的需求是有一個(gè)電力電量的平衡，電網(wǎng)需要更多的調(diào)峰資源。但是我們電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力并不是完全局限在電化學(xué)儲(chǔ)能上，它有很多的，包括需求側(cè)響應(yīng)、火電機(jī)組調(diào)峰改造、抽蓄等等。其中比較重點(diǎn)的一個(gè)是抽蓄，抽蓄由于機(jī)組技術(shù)的進(jìn)步，過去很多不具備上抽蓄條件的自然地形，現(xiàn)在又可以上了。
 

氫能其實(shí)業(yè)界也很關(guān)注，但是氫能離產(chǎn)業(yè)化還需要大家做更多的努力。
 

第二個(gè)問題是電網(wǎng)安全穩(wěn)定性問題，由于電網(wǎng)是不可能無限接納新能源的，除了電量的平衡之外，還有穩(wěn)定的問題。新能源大量介入是降低了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。
 

IEEE原來已經(jīng)增加了變流器驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定性、諧振穩(wěn)定性的新分類，之前是完全放在電能質(zhì)量這一環(huán)節(jié)的。
 

電網(wǎng)常規(guī)機(jī)組占比的減少導(dǎo)致系統(tǒng)受到?jīng)_擊，頻率變化加快、電壓變化劇烈、寬頻振蕩問題凸顯，常規(guī)的措施難以解決。
 

放到一個(gè)大的時(shí)間尺度上，我們講新能源對(duì)大電網(wǎng)的影響，隨著它的占比是逐步增加的。當(dāng)前問題還不是太大，如果以很長(zhǎng)的時(shí)間維度看待這個(gè)問題，可能在十年前基本沒有影響，現(xiàn)在可能對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)暫態(tài)調(diào)節(jié)和控制能力提出了一定要求。
 

到了2030年的時(shí)候，如果占比進(jìn)一步提升，達(dá)到50%以上，可能挑戰(zhàn)到到電力系統(tǒng)基本的強(qiáng)度。如果到2050年的時(shí)候，我們已經(jīng)建成了以能源為主體的新型電力系統(tǒng)的時(shí)候，交流電網(wǎng)本質(zhì)特征電勢(shì)和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，如何去維持它，或者如何建立它，就提出一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。
 

我們需要建立一個(gè)同步的電壓源，提供一個(gè)電壓源支撐的技術(shù)路線有很多種，隨著新能源、儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展與大量應(yīng)用，以變流器虛擬同步技術(shù)為主的構(gòu)網(wǎng)控制技術(shù)應(yīng)用空間比較大。
 

南瑞繼保提出的構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能技術(shù)。經(jīng)過我們的測(cè)算，綜合的動(dòng)態(tài)特性好于同步電機(jī)的，成本低。通過配置變流系統(tǒng)達(dá)到所需的過載能力。
 

同步電壓源的建立，常規(guī)機(jī)組與電力電子變流器不同，常規(guī)機(jī)組靠慣量維持電壓內(nèi)電勢(shì)，而電力電子變流器靠控制，最終外特性基本接近。
 

我們也可以看到目前新能源并網(wǎng)，各省發(fā)改委能源局也對(duì)新能源配置儲(chǔ)能提出了需求，這主要是為了解決電力電量平衡問題，目前也成為業(yè)內(nèi)強(qiáng)配。除了電力電量問題之外，《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》里面也對(duì)新能源場(chǎng)站轉(zhuǎn)動(dòng)慣量或者短路比提出了明確要求，明確提出新能源場(chǎng)站要提供必要的慣量和短路容量的支撐。我們目前強(qiáng)配的這些儲(chǔ)能，隨著技術(shù)管理的日益完善，后期很有可能對(duì)它的構(gòu)網(wǎng)特性提出一定的要求。
 

總結(jié)一下。新能源高占比的電力系統(tǒng)需要提升新能源對(duì)電網(wǎng)的支撐水平，首先當(dāng)然是電網(wǎng)的電力電量平衡問題，主要借助于儲(chǔ)能；其次要提升新能源場(chǎng)站對(duì)于電網(wǎng)的同步支撐能力，構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能在當(dāng)中肯定會(huì)發(fā)生一個(gè)非常重要的作用。
 

第二個(gè)詳細(xì)講一下，大家可能會(huì)問構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能技術(shù)上如何實(shí)現(xiàn)？構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能，在常規(guī)儲(chǔ)能的基礎(chǔ)上，通過增加過流能力、改進(jìn)控制策略，實(shí)現(xiàn)同步電壓支撐。它在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，變壓器、開關(guān)、刀閘等一致，區(qū)別是過載能力提升，包括整個(gè)系統(tǒng)的散熱設(shè)計(jì)要提升；二是控制策略要改進(jìn)（構(gòu)網(wǎng)控制），同時(shí)保護(hù)配置也是不同的。
 

構(gòu)網(wǎng)(Grid-Forming,GFM)，控制技術(shù)從實(shí)現(xiàn)原理上看，最簡(jiǎn)單的表述就是，我們是通過變流器，經(jīng)過阻抗向系統(tǒng)并網(wǎng)點(diǎn)提供一個(gè)具有一定維持能力的電壓源。它和傳統(tǒng)的儲(chǔ)能比的話，它的優(yōu)點(diǎn)是什么？可以實(shí)現(xiàn)等效慣量和系統(tǒng)強(qiáng)度的支撐，同時(shí)強(qiáng)弱電網(wǎng)可以自適應(yīng)，也可以孤網(wǎng)運(yùn)行，可以在無源網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，如黑啟動(dòng)。2018年南瑞繼保在西北新疆地區(qū)實(shí)現(xiàn)了32臺(tái)變流器電壓源的黑啟動(dòng)，已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行到現(xiàn)在有4、5年了，完全是孤網(wǎng)，整個(gè)效果目前看是非常穩(wěn)定的。
 

構(gòu)網(wǎng)型的控制基礎(chǔ)與常規(guī)的同步機(jī)組類似，可以在擾動(dòng)前、中、后各個(gè)階段，構(gòu)建起電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行必須的電勢(shì)，起到真正“支撐性”作用。
 

當(dāng)前構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)路線有很多，以虛擬同步技術(shù)為基礎(chǔ)的路線占主導(dǎo)地位，其它同步機(jī)+現(xiàn)有變流技術(shù)的混合路線。
 

構(gòu)網(wǎng)控制它的功能是在內(nèi)電勢(shì)多時(shí)間尺度上進(jìn)行控制，包括瞬時(shí)的響應(yīng)、暫態(tài)的響應(yīng)，以及穩(wěn)態(tài)的響應(yīng)。
 

同時(shí)，在直流發(fā)生換相失敗的時(shí)候，導(dǎo)致交流系統(tǒng)出現(xiàn)暫態(tài)過電壓，針對(duì)常規(guī)的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償響應(yīng)滯后存在反調(diào)等問題，構(gòu)網(wǎng)儲(chǔ)能能夠快速平抑電壓的變化。
 

在電網(wǎng)出現(xiàn)功率缺額的時(shí)候，構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能可以發(fā)揮電壓源的作用，可以瞬時(shí)自然分擔(dān)電網(wǎng)不平衡功率，減少電網(wǎng)頻率變化速度。
 

南瑞繼保針對(duì)構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能也做了很多研究，也有各種技術(shù)載體。其中包括集中式儲(chǔ)能、液冷儲(chǔ)能一體柜低壓儲(chǔ)能、高壓直掛儲(chǔ)能、光儲(chǔ)一體裝置、柔直系統(tǒng)。
 

集中式儲(chǔ)能，由集中式的PCS加上電池的直流系統(tǒng)。我們發(fā)展了從電池底層BMS到最上級(jí)控制EMS的完整設(shè)備體系（4S一體化架構(gòu)），全部是南瑞繼保自主研發(fā)的，基于同一個(gè)平臺(tái)，整個(gè)響應(yīng)時(shí)間非常快，目前實(shí)際可以做到30個(gè)毫秒之內(nèi)（閉環(huán)響應(yīng)），這個(gè)參數(shù)在業(yè)內(nèi)是有明顯優(yōu)勢(shì)的。
 

第二個(gè)是戶外型液冷一體柜。
 

如圖所示，整個(gè)柜子里面我們是交流輸出的，交流可以輸出可以380V，也可以輸出690V，集成的電池、PCS，以及液冷的冷卻系統(tǒng)，包括儲(chǔ)能變流器也是采用液冷的，整體集成在戶外柜里面。
 

我們尺寸做到1.3m×1.5m×2.45米，能量密度可以做到200千瓦/400千瓦時(shí)，能量密度業(yè)內(nèi)領(lǐng)先。
 

它的安全性方面：柜體只有交流接口，直流不出柜，同時(shí)我們支持?jǐn)?shù)千臺(tái)交流側(cè)并聯(lián)。百兆瓦級(jí)，甚至吉瓦級(jí)的都可以用這個(gè)柜子拼接起來，現(xiàn)場(chǎng)的模塊化非常容易擴(kuò)展。同時(shí)，單簇精細(xì)控制和管理，無電池并聯(lián)，電池容量利用率和壽命得到提升。另外，柜體、模組雙重消防，安全性有非常好的保證。
 

這個(gè)產(chǎn)品我非常看好，一是它可以在大型的儲(chǔ)能電站（百兆瓦級(jí)以上）也可以用，提升了安全性。

今天主題是“光儲(chǔ)充”，很多的用戶側(cè)，我們?cè)谡憬徒K都有這種產(chǎn)品在推廣，業(yè)主非常看好。包括充電站我放這個(gè)產(chǎn)品，因?yàn)槟芰棵芏缺容^高，而且全部液冷之后是免維護(hù)的，給客戶帶來的體驗(yàn)非常好。
 

還有一個(gè)是高壓直掛的方案，現(xiàn)在這個(gè)方案也比較火，有一定的先進(jìn)性，在技術(shù)上面難度比較高一點(diǎn)，目前有百兆瓦級(jí)的高壓直掛項(xiàng)目會(huì)落地。它的優(yōu)點(diǎn)是，電壓等級(jí)可以做到35千伏，和主網(wǎng)電氣距離會(huì)更近，從構(gòu)網(wǎng)角度，給電網(wǎng)的支撐更好。同時(shí)避免了傳統(tǒng)的傳統(tǒng)低壓儲(chǔ)能較為分散的特點(diǎn)，單體可以做到25兆瓦/50兆瓦時(shí)，單個(gè)體量這么大，這樣協(xié)同性就會(huì)更優(yōu)，構(gòu)網(wǎng)特性也會(huì)更好。
 

還有光儲(chǔ)一體的構(gòu)網(wǎng)技術(shù)。它的儲(chǔ)能和光伏直流側(cè)進(jìn)行耦合設(shè)計(jì)，在并網(wǎng)側(cè)變流器采用構(gòu)網(wǎng)控制，實(shí)現(xiàn)靜止同步發(fā)電機(jī)的特性，節(jié)約變壓器、并網(wǎng)變流器，投資會(huì)少一點(diǎn)。
 

此外，我們?cè)谀硞€(gè)柔直現(xiàn)場(chǎng)，利用成熟技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更高電壓等級(jí)直接儲(chǔ)能的同步并網(wǎng)，儲(chǔ)能接入之后，可以完全解耦柔直兩側(cè)控制，這樣應(yīng)用場(chǎng)景會(huì)更廣，在柔性直流線路上擴(kuò)展儲(chǔ)能的場(chǎng)景，當(dāng)然這個(gè)目前還處在前期項(xiàng)目階段，沒有完全產(chǎn)業(yè)化。