電科院：儲能構(gòu)網(wǎng)控制及并網(wǎng)測試

儲能構(gòu)網(wǎng)控制及并網(wǎng)測試渠展展中國電力科學(xué)研究院有限公司儲能與電工新技術(shù)研究所2024.03儲能與構(gòu)網(wǎng)1規(guī)范與要求2目錄Contents測試與實踐3相關(guān)工作基礎(chǔ)42/31

儲能是支撐新型電力系統(tǒng)建設(shè)的重要技術(shù)和基礎(chǔ)裝備，對促進新能源消納、保障電力供應(yīng)、提升電網(wǎng)安全具有重要意義，主要在保障電力電量平衡、提高系統(tǒng)安全裕度、促進新能源高效利用方面發(fā)揮重要作用，是實現(xiàn)碳達峰碳中和目標(biāo)的重要支撐。儲能的應(yīng)用需求極端天氣下保障電力供需平衡提升電力系統(tǒng)安全充裕度提供系統(tǒng)虛擬慣量支撐能力“保供應(yīng)、保安全、促消納”是貫穿新型電力系統(tǒng)各發(fā)展階段的核心問題，未來還將長期存在。3/31

儲能不生產(chǎn)能量，只“搬運”能量，通過能量的時間轉(zhuǎn)移、空間轉(zhuǎn)移、快速吞吐、保留備用、零存整取、整存零取等方式，應(yīng)用于電力系統(tǒng)不同節(jié)點，發(fā)揮不同的作用。與源、網(wǎng)、荷協(xié)同發(fā)展是實現(xiàn)電力系統(tǒng)高質(zhì)量發(fā)展的客觀需要。源網(wǎng)荷平滑新能源波動電能質(zhì)量調(diào)節(jié)削峰填谷過載治理應(yīng)急電源光儲充儲能典型應(yīng)用場景4/31國家風(fēng)光儲輸示范工程儲能電站2011年投運裝機總?cè)萘?9MW/83.5MWh2011年，功能驗證2018年，商業(yè)示范江蘇鎮(zhèn)江百兆瓦大規(guī)模電網(wǎng)側(cè)儲能電站示范工程2018年投運裝機總?cè)萘?01MW/202MWh2021年，推廣應(yīng)用碳達峰、碳中和目標(biāo)加快建設(shè)新型電力系統(tǒng)加快新型儲能示范推廣應(yīng)用2030年電化學(xué)儲能裝機將超1億千瓦歷經(jīng)10余年的驗證、示范、試錯，新型儲能進入快速發(fā)展期，應(yīng)用場景及功能不斷豐富儲能發(fā)展階段5/31儲能應(yīng)用新模式構(gòu)

網(wǎng)6/31什么是構(gòu)網(wǎng)跟網(wǎng)跟網(wǎng)型構(gòu)網(wǎng)構(gòu)網(wǎng)型控制構(gòu)網(wǎng)型變流器構(gòu)網(wǎng)型跟網(wǎng)型控制構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)機構(gòu)網(wǎng)型儲能構(gòu)網(wǎng)型光伏“一種電力電子控制技術(shù)”7/31構(gòu)網(wǎng)技術(shù)來源D.Pattabiraman,R.H.Lasseter.andT.M.Jahns,"ComparisonofGridFollowingandGridFormingControlforaHighInverterPenetrationPowerSystem,"2018IEEEPower&EnergySocietyGeneralMeeting(PESGM),2018,pp.1-5,doi:10.1109/PESGM.2018.8586162.Grid-FollowingControl&Grid-FormingControl1993下垂控制(Droop)2007虛擬同步發(fā)電控制(VSG)2010功率同步控制(PSC)2011同步變流器(Synchronverter)2013同步功率控制(SPC)2016虛擬振蕩器(VOC)2018匹配控制(MC)2020混合同步控制8/31構(gòu)網(wǎng)控制功能A公司B公司C公司電壓源特征電壓支撐頻率支撐慣量支撐短路電流故障穿越9/31構(gòu)網(wǎng)控制機理

構(gòu)網(wǎng)控制通過改變變流器輸出電壓相位/幅值以調(diào)節(jié)有功/無功功率輸出，從而為系統(tǒng)提供頻率/電壓支撐。模擬同步發(fā)電機電壓源特性，瞬時響應(yīng)時保持內(nèi)電勢恒定，構(gòu)網(wǎng)控制借助功率同步策略實現(xiàn)同步，不依賴外部電網(wǎng)相位信息，在孤網(wǎng)和并網(wǎng)模式下均能工作。構(gòu)網(wǎng)控制與同步發(fā)電機對比構(gòu)網(wǎng)控制與跟網(wǎng)控制對比10/31構(gòu)網(wǎng)技術(shù)需求可再生能源大量接入，電力電子發(fā)電設(shè)備在電力系統(tǒng)中占比不斷提升。低慣量、低阻尼、弱電壓支撐已成為新型電力系統(tǒng)的顯著特征，電力系統(tǒng)出現(xiàn)新的穩(wěn)定性問題；構(gòu)網(wǎng)控制技術(shù)能夠模擬同步發(fā)電機運行特性，理論上可以提升新能源電站暫態(tài)支撐能力及系統(tǒng)穩(wěn)定性。電力電子化電力系統(tǒng)新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題11/31規(guī)范與要求2儲能與構(gòu)網(wǎng)1目錄Contents測試與實踐3相關(guān)工作基礎(chǔ)412/31國外構(gòu)網(wǎng)技術(shù)規(guī)范國家/地區(qū)機構(gòu)名稱發(fā)布時間及相關(guān)信息美國美國國家可再生能源實驗室（NREL）《ResearchRoadmaponGrid-Forminginverters》2020年11月發(fā)布，詳述構(gòu)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展路線圖美國北美電力可靠性公司（NERC）《GridFormingTechnology-BulkPowerSystemReliabilityConsiderations》2021年12月發(fā)布，構(gòu)網(wǎng)逆變器在大容量電力系統(tǒng)中的運行規(guī)范美國北美電力可靠性公司（NERC）《GridFormingFunctionalSpecificationsforBPS-ConnectedBatteryEnergyStorageSystems》2023年6月發(fā)布，電池儲能系統(tǒng)構(gòu)網(wǎng)功能規(guī)范美國構(gòu)網(wǎng)技術(shù)通用性聯(lián)盟（UNIFI）《SpecificationsforGrid-formingInverter-basedResources》Version12022年12月發(fā)布，逆變器構(gòu)網(wǎng)技術(shù)規(guī)范歐盟歐盟最優(yōu)系統(tǒng)靈活性解決方案(OSMOSE)《AnalysisoftheSynchronisationCapabilitiesofBESSPowerConverters》2022年3月發(fā)布，推薦所有新并網(wǎng)的電網(wǎng)側(cè)儲能項目均采用構(gòu)網(wǎng)型控制歐盟歐洲輸電系統(tǒng)運營商聯(lián)盟(ENTSO-E)《HighPenetrationofPowerElectronicinterfacedPowerSourcesandthePotentialContributionofGridFormingConverters》2020年發(fā)布，闡述構(gòu)網(wǎng)技術(shù)對系統(tǒng)安全運行的潛在貢獻澳大利亞澳大利亞能源市場運營商（AEMO）《VoluntarySpecificationforGrid-formingInverters》2023年3月發(fā)布，構(gòu)網(wǎng)型逆變器自愿性規(guī)范13/31國外構(gòu)網(wǎng)技術(shù)要求相位跳變有功功率(響應(yīng)時間<5ms)固有慣量支撐功率(響應(yīng)時間<5ms，對相位和頻率變化的響應(yīng))RoCoF響應(yīng)功率(包括系統(tǒng)慣性和功率缺額)阻尼有功功率(響應(yīng)時間<5ms，對振蕩的響應(yīng))電壓階躍無功功率(響應(yīng)時間<5ms）短路電流注入(電壓下降到0.9p.u.以下時，5ms內(nèi)無功電流響應(yīng)，30ms內(nèi)達到1p.u.)GC0137

電網(wǎng)規(guī)范（英國）構(gòu)網(wǎng)型逆變器自愿性規(guī)范（澳大利亞）電壓階躍響應(yīng)小于5ms相位跳變瞬時響應(yīng)，固有慣量瞬時響應(yīng)可在低短路比穩(wěn)定運行可為振蕩現(xiàn)象提供阻尼電壓階躍相位跳變慣量響應(yīng)阻尼控制短路電流14/31GB38755-2019電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則GB/T40581-2021電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定計算規(guī)范國內(nèi)相關(guān)技術(shù)要求15/31GB/T40594-2021電力系統(tǒng)網(wǎng)源協(xié)調(diào)技術(shù)導(dǎo)則電源：包含了接入35kv及以上電壓等級的儲能電站；儲能電站涉網(wǎng)試驗：電能質(zhì)量測試、有功功率控制能力測試、無功/電壓控制能力測試、慣量響應(yīng)和一次調(diào)頻測試、場站建模與模型驗證、故障穿越能力仿真驗證、電壓頻率適應(yīng)能力驗證以及保障電力系統(tǒng)安全的其他測試。GB/T40595-2021并網(wǎng)電源一次調(diào)頻技術(shù)規(guī)定及試驗導(dǎo)則一次調(diào)頻動態(tài)指標(biāo)儲能電站在充電及放電狀態(tài)下均應(yīng)具備一次調(diào)頻能力。頻率階躍擾動試驗中，儲能電站一次調(diào)頻動態(tài)指標(biāo)應(yīng)滿足下列要求：一次調(diào)頻有功功率的滯后時間應(yīng)不大于1s；一次調(diào)頻有功功率的上升時間應(yīng)不大于1s；一次調(diào)頻有功功率的調(diào)節(jié)時間應(yīng)不大于2s；一次調(diào)頻達到穩(wěn)定時的有功功率調(diào)節(jié)偏差不超過±1%額定有功功率。國內(nèi)相關(guān)技術(shù)要求16/31《電化學(xué)儲能電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》內(nèi)容修訂更改了文件的適用范圍；更改了電化學(xué)儲能電站有功功率控制要求；更改了電化學(xué)儲能電站過載能力要求；更改了電化學(xué)儲能電站高電壓穿越的要求；更改了電化學(xué)儲能電站電網(wǎng)適應(yīng)性中的頻率范圍要求；更改了電化學(xué)儲能電站保護和安全自動裝置的要求；更改了電化學(xué)儲能電站接入電網(wǎng)測試的內(nèi)容。增加了電化學(xué)儲能電站故障穿越、低電壓穿越、高電壓穿越、一次調(diào)頻、慣量響應(yīng)、防孤島等技術(shù)相關(guān)的術(shù)語和定義；增加了電化學(xué)儲能電站接入電網(wǎng)的總體要求；增加了電化學(xué)儲能電站無功功率控制要求；增加了電化學(xué)儲能電站一次調(diào)頻的技術(shù)要求；增加了電化學(xué)儲能電站慣量響應(yīng)的技術(shù)要求；增加了電化學(xué)儲能電站低電壓穿越期間的動態(tài)無功支撐能力要求；增加了電化學(xué)儲能電站連續(xù)故障穿越的要求；增加了電化學(xué)儲能電站的仿真模型和參數(shù)要求?！驹黾觾?nèi)容】【更改內(nèi)容】17/31儲能構(gòu)網(wǎng)控制相關(guān)政策政策名稱構(gòu)網(wǎng)型儲能相關(guān)內(nèi)容國家層面《國家能源局關(guān)于組織開展可再生能源發(fā)展試點示范的通知》主要支持構(gòu)網(wǎng)型風(fēng)電、構(gòu)網(wǎng)型光伏發(fā)電、構(gòu)網(wǎng)型儲能等技術(shù)研發(fā)與工程示范。地方層面西藏《2023年風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源項目開發(fā)建設(shè)方案》并網(wǎng)光伏項目+儲能項目配置儲能，儲能時長不低于4小時，并按要求加裝構(gòu)網(wǎng)型裝置?！蛾P(guān)于積極推動西藏電力系統(tǒng)構(gòu)網(wǎng)型儲能項目試點示范應(yīng)用的通知》鼓勵在阿里地區(qū)、那曲市、日喀則市、拉薩市等地區(qū)先行先試構(gòu)網(wǎng)型儲能。新疆《關(guān)于組織上報2023年獨立新型儲建設(shè)方案的通知》積極探索建設(shè)構(gòu)網(wǎng)型儲能，喀什、和田、克州等地構(gòu)網(wǎng)型儲能比例原則上不低于年度新型儲能規(guī)模的20%。構(gòu)網(wǎng)控制功能慣量響應(yīng)能力過載能力黑啟動功能過載能力頻率電壓耐受能力涉網(wǎng)參數(shù)現(xiàn)場實測新疆《關(guān)于組織上報2023年獨立新型儲建設(shè)方案的通知》-構(gòu)網(wǎng)型新型儲能并網(wǎng)技術(shù)要求一次調(diào)頻能力主動電壓調(diào)節(jié)能力自主阻尼抑制功能18/31國家/行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編制19/312023年11月，申報并通過了全國電力儲能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（SAC/TC550）國家標(biāo)準(zhǔn)《電化學(xué)儲能構(gòu)網(wǎng)型變流器技術(shù)規(guī)范》的立項，目前已經(jīng)形成了標(biāo)準(zhǔn)初稿，為國標(biāo)委標(biāo)準(zhǔn)立項答辯做準(zhǔn)備。《構(gòu)網(wǎng)型儲能電站接入電網(wǎng)技術(shù)要求和測試規(guī)程》也正在申請國標(biāo)階段。兩項標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)定了電化學(xué)儲能變流器、儲能電站構(gòu)網(wǎng)控制技術(shù)要求、儀器設(shè)備、測試方法等。《電化學(xué)儲能系統(tǒng)建模導(dǎo)則》、《電化學(xué)儲能系統(tǒng)模型參數(shù)測試規(guī)程》兩項行標(biāo)也在編制過程，涉及電化學(xué)儲能系統(tǒng)構(gòu)網(wǎng)控制模型構(gòu)建及參數(shù)測試方法。測試與實踐3儲能與構(gòu)網(wǎng)1目錄Contents規(guī)范與要求2相關(guān)工作基礎(chǔ)420/31儲能構(gòu)網(wǎng)控制及測試技術(shù)研究針對構(gòu)網(wǎng)型儲能應(yīng)用評價需求，中國電科院儲能所創(chuàng)新開展了電化學(xué)儲能系統(tǒng)的構(gòu)網(wǎng)能力技術(shù)指標(biāo)體系、構(gòu)網(wǎng)型電化學(xué)儲能系統(tǒng)接入電網(wǎng)的檢測技術(shù)及方法研究；建立構(gòu)網(wǎng)型變流器、儲能電站“模型仿真+半實物測試+工程現(xiàn)場實測”三位一體的測試評價方案。建立不同擾動工況下的構(gòu)網(wǎng)型電化學(xué)儲能仿真模型構(gòu)建儲能構(gòu)網(wǎng)能力技術(shù)指標(biāo)體系21/31儲能構(gòu)網(wǎng)能力測試序號測試項目測試對象1功率控制功能測試有功功率控制功能測試整站無功功率控制功能測試2充放電時間測試充放電響應(yīng)時間測試充放電調(diào)節(jié)時間測試充放電轉(zhuǎn)換時間測試3額定功率充放電能量測試4額定功率能量效率測試5電能質(zhì)量測試電流諧波測試電壓諧波測試電壓間諧波測試電壓偏差測試電壓不平衡度測試電壓波動和閃變測試6一次調(diào)頻功能測試一次調(diào)頻死區(qū)測試整站或者系統(tǒng)頻率階躍擾動測試一次調(diào)頻限幅測試序號測試項目測試對象7慣量響應(yīng)整站整站8阻尼控制整站9電壓小擾動測試系統(tǒng)10電網(wǎng)耐受能力頻率耐受性低電壓耐受能力高電壓耐受能力測試相角跳變耐受能力測試系統(tǒng)11過載能力測試12自動發(fā)電控制（AGC）整站13自動電壓控制（AVC）整站14跟/構(gòu)網(wǎng)模式切換構(gòu)網(wǎng)到跟網(wǎng)模式切換測試系統(tǒng)跟網(wǎng)到構(gòu)網(wǎng)模式切換測試15通信功能測試整站22/31測試基本結(jié)論針對儲能單元/整站開展了一次調(diào)頻、慣量響應(yīng)、阻尼控制、小擾動、電壓耐受、頻率耐受、相角跳變耐受等構(gòu)網(wǎng)性能試驗；試驗結(jié)果表明，構(gòu)網(wǎng)控制（1）可實現(xiàn)對電壓、頻率穩(wěn)態(tài)偏差的自主調(diào)節(jié)；（2）可自然響應(yīng)輸出無功功率，對電網(wǎng)電壓跌落/躍升實現(xiàn)暫態(tài)主動支撐；（3）可對電網(wǎng)電壓相位跳變提供暫態(tài)穩(wěn)定支撐；（4）具備電網(wǎng)低頻振蕩抑制功能；（5）可在系統(tǒng)頻率失衡時可提供轉(zhuǎn)動慣量支撐。但被測構(gòu)網(wǎng)型儲能電站的穩(wěn)定性待進一步提升，與同步發(fā)電機的外特性一致性需進一步驗證。23/31安全風(fēng)險大。部分電站電池、電池管理系統(tǒng)、變流器等核心部件缺少型式試驗及到貨抽檢；故障問題多。告警及保護導(dǎo)致的系統(tǒng)停機故障多、可靠性低，檢測過程難以持續(xù)；參數(shù)設(shè)置隨意。為了達到宣稱的性能指標(biāo)，更改運行參數(shù)，嚴(yán)重影響并網(wǎng)檢測結(jié)果；缺乏專業(yè)調(diào)試。把并網(wǎng)檢測當(dāng)做調(diào)試現(xiàn)場，協(xié)同問題多、檢測周期長?！締栴}及分析】儲能電站全流程安全與質(zhì)量管理亟待加強35kV/9MW并網(wǎng)測試平臺10(6)kV/6MW并網(wǎng)測試平臺并網(wǎng)測試現(xiàn)場圖測試過程中的問題24/31產(chǎn)品型式試驗系統(tǒng)并網(wǎng)檢測滿足國標(biāo)性能要求的研發(fā)設(shè)計制造能力、底線要求型式試驗合格，才能批量生產(chǎn)。批量生產(chǎn)滿足國標(biāo)性能要求產(chǎn)品的能力、技術(shù)水平等級，便于篩選比對，有資質(zhì)條件要求。實際供貨批次產(chǎn)品與型式試驗產(chǎn)品在關(guān)鍵性能方面的一致性，關(guān)鍵約束手段。產(chǎn)品到貨抽檢運行考核檢測電池實際運行參數(shù)與檢測參數(shù)的一致性核查，電池系統(tǒng)容量和效率的衰減情況，關(guān)鍵約束手段。產(chǎn)品等級評價電池實際運行參數(shù)與檢測參數(shù)的一致性核查，電池在系統(tǒng)中性能的實際檢驗。事前規(guī)劃、設(shè)計、可研、采購、評審事中調(diào)試、驗收事后運行規(guī)劃設(shè)計可研采購環(huán)節(jié)：提準(zhǔn)要求、找準(zhǔn)依據(jù)，明確入口邊界條件并網(wǎng)調(diào)試驗收運行環(huán)節(jié)：嚴(yán)格檢測、嚴(yán)格考核，做好出口質(zhì)量閉環(huán)全流程檢測評價方案已在多個省市的大型電池儲能電站工程驗收中開展了大量的實踐，檢出了多個質(zhì)量和安全存在重大隱患的項目，為電池儲能電站建設(shè)的安全與質(zhì)量把關(guān)發(fā)揮了關(guān)鍵作用。儲能安全與質(zhì)量全環(huán)節(jié)管控25/31相關(guān)工作基礎(chǔ)4儲能與構(gòu)網(wǎng)1目錄Contents規(guī)范與要求2測試與實踐326/31中國電科院儲能所工作概況國家電網(wǎng)公司直屬科研機構(gòu)，全國電力儲能標(biāo)委會秘書處單位主導(dǎo)建設(shè)電力儲能國家標(biāo)準(zhǔn)體系牽頭編制多項電力儲能核心國家標(biāo)準(zhǔn)16年儲能技術(shù)研究與實踐全鏈條檢測能力與資質(zhì)電力儲能領(lǐng)域?qū)I(yè)的科研、檢測及標(biāo)準(zhǔn)制定機構(gòu)直接參與北京“4·16”事故調(diào)查組，支撐北京市應(yīng)急局發(fā)布事故調(diào)查報告；創(chuàng)立國家電網(wǎng)電池儲能技術(shù)實驗室“BESTLab”專業(yè)品牌，在全國有序布局電池儲能技術(shù)共享實驗室體系，構(gòu)建儲能安全與質(zhì)量全流程測評理論與實踐體系；強力支撐國家和地方相關(guān)部門以及國網(wǎng)公司的儲能安全管理和評估體系建設(shè)；為國家能源局、國家應(yīng)急管理部、北京市應(yīng)急局、北京市消防救援總隊等部門提供技術(shù)支持；支撐國家能源局發(fā)布《新型儲能項目管理規(guī)范》《關(guān)于加強電化學(xué)儲能電站安全管理的通知》等文件；支撐國網(wǎng)公司相關(guān)部門開展儲能電站安全隱患排查，提出健康有序發(fā)展意見；獲中電聯(lián)授牌“國家電化學(xué)儲能電站安全監(jiān)測信息平臺技術(shù)支持中心”、“儲能電站安全檢測與評價中心”；支撐國家能源局和中電聯(lián)開展國家電化學(xué)儲能電站安全監(jiān)測信息平臺建設(shè)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作。強力支撐電力儲能安全管理和評估體系建設(shè)技術(shù)引領(lǐng)標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)應(yīng)用引領(lǐng)27/31核心技術(shù)針對電力系統(tǒng)“保安全、保供應(yīng)、促消納”需求，圍繞“讓儲能好用，把儲能用好”目標(biāo)，開展多類型儲能應(yīng)用與評價關(guān)鍵技術(shù)研究，突破儲能高安全集成、高可靠并網(wǎng)、高效能應(yīng)用、全流程評測等核心技術(shù)，充分發(fā)揮儲能靈活調(diào)節(jié)與支撐作用，助力新型電力系統(tǒng)建設(shè)。新型儲能發(fā)展不同階段與解決的重點問題2006-2011年2012-2018年2019年至今2010年首次電池儲能平滑風(fēng)電和光伏波動實驗2011年國家風(fēng)光儲輸多類型電池儲能電站2016年格爾木15MW/18MWh鋰離子電池儲能電站2018年國內(nèi)首批百兆瓦級儲能電站建成2019年儲能多場景應(yīng)用商業(yè)模式初現(xiàn)2021年吉瓦時級鋰離子電池儲能系統(tǒng)技術(shù)獲批立項功能驗證工程示范商業(yè)推廣重點解決：新型儲能不同發(fā)展階段應(yīng)用需求與技術(shù)發(fā)展研判多場景應(yīng)用性能綜合評價行業(yè)