文 |張丞
編輯 |石亞瓊
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封面來(lái)源｜Pexels
2023年3月31日，陽(yáng)光電源在“PAT2023愛(ài)光伏一生一世”先進(jìn)技術(shù)研討會(huì)上發(fā)布了《陽(yáng)光電源干細(xì)胞電網(wǎng)技術(shù)白皮書》。陽(yáng)光電源光儲(chǔ)集團(tuán)副總裁徐清清首次公開(kāi)介紹了推出干細(xì)胞電網(wǎng)技術(shù)的緣由及其技術(shù)核心功能和價(jià)值。
今年國(guó)內(nèi)大型獨(dú)立儲(chǔ)能電站、分布式微電網(wǎng)的發(fā)展將呈現(xiàn)加速趨勢(shì)，構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)將成為一種剛需。陽(yáng)光電源此時(shí)推出干細(xì)胞電網(wǎng)技術(shù)，無(wú)論是在安全性還是在未來(lái)儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)性方面都將提升產(chǎn)品的吸引力，有利于其變流器和儲(chǔ)能系統(tǒng)等核心業(yè)務(wù)的進(jìn)一步拓展。
陽(yáng)光電源干細(xì)胞電網(wǎng)技術(shù)是以構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)為核心基礎(chǔ)的電網(wǎng)技術(shù)，可以為高比例新能源接入、高比例電子電力設(shè)備、高比例特高壓直流輸電的“三高”新型電力系統(tǒng)注入穩(wěn)定性。
新型電力系統(tǒng)由于受到新能源發(fā)電不確定性強(qiáng)、現(xiàn)有變流器無(wú)法提供主動(dòng)支撐、極端天氣誘發(fā)等方面的影響，電網(wǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定受到很大挑戰(zhàn)。電力系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生電壓、頻率不穩(wěn)定，電網(wǎng)系統(tǒng)慣量減少、易產(chǎn)生振蕩等現(xiàn)象。
圖片來(lái)源：陽(yáng)光電源發(fā)布會(huì)
為了解決新型電力系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的問(wèn)題，保障大量新能源并網(wǎng)消納的同時(shí)提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性，避免發(fā)生大規(guī)模區(qū)域停電事件，陽(yáng)光電源在自身儲(chǔ)能系統(tǒng)、變流器及其控制技術(shù)儲(chǔ)備基礎(chǔ)上推出“干細(xì)胞電網(wǎng)技術(shù)”。
干細(xì)胞電網(wǎng)技術(shù)的核心是構(gòu)網(wǎng)型變流器及其控制技術(shù)。當(dāng)前主流的跟網(wǎng)型變流器技術(shù)無(wú)法提供與大型旋轉(zhuǎn)同步發(fā)電機(jī)相當(dāng)?shù)膽T量以及負(fù)載穩(wěn)定性。跟網(wǎng)型變流器無(wú)法主動(dòng)調(diào)節(jié)自身狀態(tài)，只能跟隨并依賴于電網(wǎng)提供的穩(wěn)定電壓和頻率才能將新能源并入電網(wǎng)。變流器數(shù)量比例的上升將導(dǎo)致電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和抗干擾能力的下降。
而構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)使得變流器自身就具備主動(dòng)調(diào)節(jié)能力，通過(guò)模擬同步發(fā)電機(jī)的特性為電網(wǎng)注入強(qiáng)度和慣量。搭載構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)的儲(chǔ)能系統(tǒng)就能如同人體內(nèi)的干細(xì)胞可以主動(dòng)對(duì)人體組織進(jìn)行修復(fù)、凈化和造血一樣，在消納并網(wǎng)新能源的基礎(chǔ)上，主動(dòng)產(chǎn)生頻率和電壓，快速響應(yīng)電網(wǎng)頻率變化，為整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定性起到關(guān)鍵支撐作用。
一、基于構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)，干細(xì)胞電網(wǎng)技術(shù)可提供微秒級(jí)電壓構(gòu)建和毫秒級(jí)慣量支撐
過(guò)去我們國(guó)家電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性都是依托同步發(fā)電機(jī)來(lái)提供的。交流電網(wǎng)的核心基礎(chǔ)是依靠同步發(fā)電機(jī)來(lái)提供穩(wěn)定的電壓，并通過(guò)同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械慣量參與電網(wǎng)頻率和電壓的調(diào)節(jié)，維持電網(wǎng)穩(wěn)定，保障供電質(zhì)量。
構(gòu)網(wǎng)型變流器可以通過(guò)虛擬同步控制技術(shù)來(lái)建立穩(wěn)定的頻率和電壓。構(gòu)網(wǎng)型變流器通過(guò)嚴(yán)密的軟件控制模擬同步發(fā)電機(jī)組的物理特性，內(nèi)部設(shè)定電壓參考信號(hào)，通過(guò)調(diào)節(jié)輸出的有功與無(wú)功功率，從而控制變流器輸出的電壓和頻率，增強(qiáng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。
慣量是衡量電網(wǎng)穩(wěn)定性的重要量化指標(biāo)。通過(guò)虛擬同步控制技術(shù)這種軟件控制策略所形成的慣量被稱為虛擬慣量。虛擬同步機(jī)控制技術(shù)中的虛擬慣性參數(shù)可自適應(yīng)調(diào)整，響應(yīng)速度更快，頻率響應(yīng)速度甚至快于同步發(fā)電機(jī)。
陽(yáng)光電源利用這一技術(shù)特性，可以實(shí)現(xiàn)小于5毫秒的系統(tǒng)慣量響應(yīng)，快速輸出功率，響應(yīng)電網(wǎng)頻率變化。
圖片來(lái)源：陽(yáng)光電源發(fā)布會(huì)
在高比例新能源的新型電力系統(tǒng)中，基于虛擬同步控制技術(shù)，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以模擬同步發(fā)電機(jī)特性，在正常運(yùn)行時(shí)表現(xiàn)為低阻抗電壓源，可提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。可以看到下圖中電壓源模式下電壓波動(dòng)幅度更小，電壓調(diào)節(jié)效果更好。
圖片來(lái)源：陽(yáng)光電源干細(xì)胞電網(wǎng)技術(shù)白皮書
在不影響有功調(diào)度的情況下，陽(yáng)光電源可以實(shí)現(xiàn)電壓的暫態(tài)波動(dòng)小于2%，穩(wěn)態(tài)波動(dòng)為0。
具備構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)的儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠更好地實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)響應(yīng)，暫態(tài)控制（電網(wǎng)狀態(tài)變化過(guò)程中的控制）和穩(wěn)態(tài)控制（電網(wǎng)穩(wěn)定狀態(tài)下的控制），參與調(diào)頻、調(diào)峰、慣量響應(yīng)等電力輔助服務(wù)市場(chǎng)的能力更強(qiáng)。在電力交易市場(chǎng)化的進(jìn)程中，未來(lái)基于構(gòu)網(wǎng)型變流器的儲(chǔ)能電站能夠賺取的電力輔助服務(wù)收益也就更為可觀。
基于構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)的干細(xì)胞電網(wǎng)技術(shù)還可以應(yīng)用于GW級(jí)別的黑啟動(dòng)場(chǎng)景。通過(guò)多臺(tái)變流器同步啟動(dòng)控制技術(shù)、動(dòng)態(tài)下垂均流控制、并離網(wǎng)快速切換、分區(qū)異步組網(wǎng)等多項(xiàng)控制技術(shù)，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)零電壓構(gòu)網(wǎng)，協(xié)同多機(jī)同時(shí)零電壓起步、勵(lì)磁主變等功能。
由于在不同運(yùn)行環(huán)境下，新能源類型、新能源比例、儲(chǔ)能容量和種類、新能源并網(wǎng)位置、并網(wǎng)位置的氣象條件、電網(wǎng)強(qiáng)度等方面都存在不同程度的差異，所以對(duì)構(gòu)網(wǎng)型控制技術(shù)的具體要求也不盡相同。可以看到陽(yáng)光電源在針對(duì)不同運(yùn)行環(huán)境下如黑啟動(dòng)場(chǎng)景，開(kāi)發(fā)出了更加富有針對(duì)性的控制策略。
此外，陽(yáng)光電源還將電流源和電壓源（跟網(wǎng)型和構(gòu)網(wǎng)型）兩類技術(shù)結(jié)合起來(lái)，開(kāi)發(fā)出了虛擬雙源疊控技術(shù)，使變流器和儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠動(dòng)態(tài)發(fā)揮兩類技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，更好地支撐新型電力系統(tǒng)運(yùn)行。
二、干細(xì)胞電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)對(duì)故障穿越和穩(wěn)定性的挑戰(zhàn)
當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生短路故障時(shí)，構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能變流器需要做到限流保護(hù)，以便支撐儲(chǔ)能系統(tǒng)保持并網(wǎng)狀態(tài)，向電網(wǎng)提供無(wú)功功率，調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓，支持電網(wǎng)恢復(fù)并“穿越”故障區(qū)域。
圖片來(lái)源：陽(yáng)光電源發(fā)布會(huì)
陽(yáng)光電源在這方面采用了動(dòng)態(tài)虛擬阻抗控制的限流方法。當(dāng)系統(tǒng)短路或過(guò)載，PCS產(chǎn)生過(guò)電流之后將自動(dòng)切換為虛擬阻抗自適應(yīng)模式，通過(guò)模擬限流器的電阻和電感作用，自動(dòng)調(diào)節(jié)虛擬阻抗值，降低端電壓幅值以實(shí)現(xiàn)限流。PCS能實(shí)時(shí)參與構(gòu)建電網(wǎng)電壓，自動(dòng)輸出無(wú)功，平穩(wěn)完成連續(xù)電網(wǎng)電壓故障穿越。
快速檢測(cè)技術(shù)、實(shí)時(shí)正負(fù)序解耦算法和動(dòng)態(tài)虛擬阻抗控制共同組成了陽(yáng)光電源增強(qiáng)型連續(xù)高低穿技術(shù)，有助于故障穿越能力的提高。
隨著新型電力系統(tǒng)的發(fā)展，構(gòu)網(wǎng)型變流器將逐漸成為舞臺(tái)上的主角，取代同步發(fā)電機(jī)的地位。但是構(gòu)網(wǎng)型變流器在不同電網(wǎng)強(qiáng)度、不同電網(wǎng)擾動(dòng)形式下會(huì)產(chǎn)生不同程度的穩(wěn)定性變化，會(huì)發(fā)生低頻振蕩、次同步振蕩、工頻振蕩、高頻/諧波振蕩等失去穩(wěn)定性的風(fēng)險(xiǎn)。
圖 多層次寬頻振蕩抑制技術(shù) 來(lái)源：陽(yáng)光電源發(fā)布會(huì)
這就對(duì)基于構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)的儲(chǔ)能系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力提出了更高的要求。在應(yīng)對(duì)此問(wèn)題方面，可以看到陽(yáng)光電源是從檢測(cè)、分析和抑制策略三方面入手，研發(fā)了快速時(shí)域算法、頻域分析算法和自適應(yīng)寬頻振蕩抑制技術(shù)。
基于高性能數(shù)字控制器的公共連接點(diǎn)（PCC）電壓、電流快速頻域/時(shí)域諧振分析，通過(guò)多維度寬頻振蕩的智能感知，提取關(guān)鍵特征信息識(shí)別振蕩，利用電壓源構(gòu)網(wǎng)技術(shù)，重塑并網(wǎng)阻抗，將容易導(dǎo)致振蕩的設(shè)備輸出阻抗特性重塑為不易導(dǎo)致振蕩的阻抗特性，達(dá)到快速抑制振蕩的效果，穩(wěn)定電網(wǎng)。
圖 儲(chǔ)能采用電壓源抑制寬頻振蕩效果 來(lái)源：陽(yáng)光電源干細(xì)胞電網(wǎng)技術(shù)白皮書
這其中的頻域分析方法具體是采用了特征分析法和阻抗分析法、亦或是基于電磁-機(jī)電的數(shù)值仿真方法，陽(yáng)光電源并沒(méi)有詳細(xì)展開(kāi)。
不過(guò)從發(fā)布會(huì)徐清清副總裁演講的后半部分中強(qiáng)調(diào)了陽(yáng)光電源在系統(tǒng)級(jí)仿真的自主研發(fā)能力來(lái)看，這里很有可能采用了數(shù)值仿真方法，因?yàn)殡娮与娏υO(shè)備的動(dòng)作速度非常快，需要兼顧數(shù)值穩(wěn)定性、模型精度及仿真效率的實(shí)時(shí)仿真方法。
圖片來(lái)源：陽(yáng)光電源發(fā)布會(huì)
振蕩抑制控制方法方面，現(xiàn)有的三大類控制策略即優(yōu)化控制參數(shù)、附加控制方法和替換原有控制，在自適應(yīng)性上還存在不足。陽(yáng)光電源提到的阻抗重塑屬于附加控制方法中的一種，其自適應(yīng)性特點(diǎn)是否源自加入了AI相關(guān)的技術(shù)尚不得知，36氪將會(huì)持續(xù)跟進(jìn)陽(yáng)光電源后續(xù)的更多披露。
尾聲
總體來(lái)看，陽(yáng)光電源對(duì)構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)有著系統(tǒng)性的規(guī)劃和布局。核心是運(yùn)用構(gòu)網(wǎng)型控制技術(shù)來(lái)應(yīng)對(duì)接下來(lái)電網(wǎng)穩(wěn)定性的挑戰(zhàn)，其次是在電力交易市場(chǎng)化后，應(yīng)用該技術(shù)提供更優(yōu)質(zhì)的輔助服務(wù)來(lái)提升儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)一步推動(dòng)儲(chǔ)能的發(fā)展。陽(yáng)光電源已經(jīng)將該項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用在西藏、湖北、北美等多地儲(chǔ)能項(xiàng)目中。
陽(yáng)光電源所取的干細(xì)胞電網(wǎng)技術(shù)這個(gè)名字蘊(yùn)含著對(duì)構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)的比喻，也非常符合這一技術(shù)對(duì)電網(wǎng)支撐作用的特點(diǎn)。
干細(xì)胞電網(wǎng)技術(shù)將進(jìn)一步提升陽(yáng)光電源PowerTitan大型儲(chǔ)能系統(tǒng)、PowerStack分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)產(chǎn)品的性能，為陽(yáng)光電源儲(chǔ)能業(yè)務(wù)發(fā)展提供推動(dòng)力。
圖片來(lái)源：陽(yáng)光電源發(fā)布會(huì)
近年來(lái)，陽(yáng)光電源在儲(chǔ)能領(lǐng)域動(dòng)作頻頻，覆蓋大型儲(chǔ)能和戶用儲(chǔ)能多個(gè)細(xì)分市場(chǎng)，儲(chǔ)能系統(tǒng)集成方面的市場(chǎng)占有率也名列前茅。根據(jù)CNESA數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，陽(yáng)光電源在中國(guó)儲(chǔ)能系統(tǒng)集成商 2021 年度海外市場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)出貨量排名第一，超過(guò)2000MWh。2021年中國(guó)新增投運(yùn)的新型儲(chǔ)能項(xiàng)目中儲(chǔ)能系統(tǒng)集成裝機(jī)規(guī)模和國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能系統(tǒng)出貨量均名列第四。
隨著可再生能源滲透率的持續(xù)提升，為了解決新能源消納問(wèn)題，儲(chǔ)能系統(tǒng)走向了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前沿。而高比例新能源和儲(chǔ)能系統(tǒng)可能帶來(lái)的穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)，則需要新一代的構(gòu)網(wǎng)型并網(wǎng)技術(shù)來(lái)解決，使得新能源及儲(chǔ)能從適應(yīng)電網(wǎng)到支撐電網(wǎng)，再到構(gòu)建電網(wǎng)階段邁進(jìn)。
未來(lái)新能源的發(fā)展離不開(kāi)參與電網(wǎng)頻率、電壓、慣量調(diào)節(jié)的主動(dòng)支撐控制、自同步控制、寬頻帶振蕩抑制等關(guān)鍵技術(shù)的突破，這也是《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》中提到的重要能源科技創(chuàng)新技術(shù)。
國(guó)際知名儲(chǔ)能系統(tǒng)集成商和變流器企業(yè)如Fluence、Tesla、SMA等等也都在積極布局構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)，國(guó)內(nèi)推廣該類技術(shù)的還有南瑞繼保等公司，都在為高比例新能源和高比例電子電力設(shè)備的新型電力系統(tǒng)的到來(lái)做好前沿技術(shù)的儲(chǔ)備和先行應(yīng)用。
相關(guān)閱讀：36氪將在能源數(shù)字化、智能化領(lǐng)域持續(xù)推出系列深度研究，關(guān)于更多構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)介紹可以點(diǎn)擊閱讀下方文章鏈接：
數(shù)智前瞻·能源 | 誰(shuí)是下一代智能電網(wǎng)的首席執(zhí)行官？（上）
參考資料：
1.陽(yáng)光電源先進(jìn)技術(shù)研討會(huì)
2.陽(yáng)光電源干細(xì)胞電網(wǎng)技術(shù)白皮書
3. 數(shù)智前瞻能源|誰(shuí)是下一代智能電網(wǎng)的首席執(zhí)行官？
4. 詹長(zhǎng)江,吳恒,王雄飛,田杰,王新寶,盧宇.構(gòu)網(wǎng)型變流器穩(wěn)定性研究綜述[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2023,43(06):2339-2359
5. 馬寧寧,謝小榮,賀靜波,王衡.高比例新能源和電力電子設(shè)備電力系統(tǒng)的寬頻振蕩研究綜述[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2020,40(15):4720-4732
6. 許詰翊,劉威,劉樹,常富杰,謝小榮.電力系統(tǒng)變流器構(gòu)網(wǎng)控制技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].電網(wǎng)技術(shù),2022,46(09):3586-3595.
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