国家电网：2024储能构网控制及并网测试报告

储能构网控制及并网测试 渠展展 中国电力科学研究院有限公司储能与电工新技术研究所 2024.03 1 储能与构网 2 规范与要求 目 Co录ntents 3 测试与实践 4 相关工作基础 储能是支撑新型电力系统建设的重要技术和基础装备，对促进新能源消纳、保障电力供应、提升电网安全具有重要意义，主要在保障电力电量平衡、提高系统安全裕度、促进新能源高效利用方面发挥重要作用，是实现碳达峰碳中和目标的重要支撑。 极端天气下保障电力供需平衡提升电力系统安全充裕度提供系统虚拟惯量支撑能力 “保供应、保安全、促消纳”是贯穿新型电力系统各发展阶段的核心问题，未来还将长期存在。 源网荷 4/31 储能不生产能量，只“搬运”能量，通过能量的时间转移、空间转移、快速吞吐、保留备用、零存整取、整存零取等方式，应用于电力系统不同节点，发挥不同的作用。与源、网、荷协同发展是实现电力系统高质量发展的客观需要。 平滑新能源波动电能质量调节削峰填谷过载治理应急电源光储充 ●2011年，功能验证 ●2018年，商业示范 ●2021年，推广应用 国家风光储输 示范工程储能电站 2011年投运 装机总容量19MW/83.5MWh 江苏镇江百兆瓦大规模 电网侧储能电站示范工程 2018年投运 装机总容量101MW/202MWh 碳达峰、碳中和目标 加快建设新型电力系统加快新型储能示范推广应用 2030年 电化学储能装机将超1亿千瓦 历经10余年的验证、示范、试错，新型储能进入快速发展期，应用场景及功能不断丰富 5/31 构网 构网型储能 构网型 构网型变流器 跟网型 构网型光伏 跟网 构网 跟网型控制 构网型控制 构网型风机 “一种电力电子控制技术” 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-FormingControl 1993 下垂控制 (Droop) 2010 功率同步控制 (PSC) 2013 同步功率控制 (SPC) 2018 匹配控制 (MC) 2007 虚拟同步发电控制 (VSG) 2011 同步变流器 (Synchronverter) 2016 虚拟振荡器 (VOC) 2020 混合同步控制 A公 司 B公 司 C公 司 频率支撑 电压源特征 惯量支撑 短路电流 电压支撑 故障穿越 构网控制通过改变变流器输出电压相位/幅值以调节有功/无功功率输出，从而为系统提供频率/电压支撑。模拟同步发电机电压源特性，瞬时响应时保持内电势恒定，构网控制借助功率同步策略实现同步，不依赖外部电网相位信息，在孤网和并网模式下均能工作。 PLL ωg 电流源特性 GFL Ic Zg ug id I 功率控制 电流内 环控制 u' Zc Uc Ug ig iq 电压源特性 GFM Zc Ic (Zbg) PLL ug 电压/相位 Um ωg 功率控制 u' E Uc Ug ig φm 电压控制 构网控制与同步发电机对比构网控制与跟网控制对比 10/31 ◆可再生能源大量接入，电力电子发电设备在电力系统中占比不断提升。低惯量、低阻尼、弱电压支撑 已成为新型电力系统的显著特征，电力系统出现新的稳定性问题； ◆构网控制技术能够模拟同步发电机运行特性，理论上可以提升新能源电站暂态支撑能力及系统稳定性。 经典稳定框架 频率稳定 电压稳定 功角稳定 新型电力系统频率稳定 电压稳定功角稳定 变流器驱动稳定 谐振稳定 电力电子化电力系统新型电力系统稳定性问题 2 规范与要求 1 储能与构网 目 Co录ntents 3 测试与实践 4 相关工作基础 国家/地区 机构 名称 发布时间及相关信息 美国 美国国家可再生能源实验室（NREL） 《ResearchRoadmaponGrid-Forminginverters》 2020年11月发布，详述构网技术发展路线图 美国 北美电力可靠性公司（NERC） 《GridFormingTechnology-BulkPowerSystemReliabilityConsiderations》 2021年12月发布，构网逆变器在大容量电力系统中的运行规范 美国 北美电力可靠性公司（NERC） 《GridFormingFunctionalSpecificationsforBPS-ConnectedBatteryEnergyStorageSystems》 2023年6月发布，电池储能系统构网功能规范 美国 构网技术通用性联盟（UNIFI） 《SpecificationsforGrid-formingInverter-basedResources》Version1 2022年12月发布，逆变器构网技术规范 欧盟 欧盟最优系统灵活性解决方案(OSMOSE) 《AnalysisoftheSynchronisationCapabilitiesofBESSPowerConverters》 2022年3月发布，推荐所有新并网的电网侧储能项目均采用构网型控制 欧盟 欧洲输电系统运营商联盟(ENTSO-E) 《HighPenetrationofPowerElectronicinterfacedPowerSourcesandthePotentialContributionofGridFormingConverters》 2020年发布，阐述构网技术对系统安全运行的潜在贡献 澳大利亚 澳大利亚能源市场运营商（AEMO） 《VoluntarySpecificationforGrid-formingInverters》 2023年3月发布，构网型逆变器自愿性规范 ◆GC0137电网规范（英国） 电压阶跃 相位 跳变 惯量响应 阻尼 控制 ●相位跳变有功功率(响应时间<5ms) ●固有惯量支撑功率(响应时间<5ms，对相位和频率变化的响应) ●RoCoF响应功率(包括系统惯性和功率缺额) ●阻尼有功功率(响应时间<5ms，对振荡的响应) ●电压阶跃无功功率(响应时间<5ms） ●短路电流注入(电压下降到0.9p.u.以下时，5ms内无功电流响应，30ms内达到 1p.u.) ◆构网型逆变器自愿性规范（澳大利亚） ●电压阶跃响应小于5ms ●相位跳变瞬时响应，固有惯量瞬时响应 ●可在低短路比稳定运行 ●可为振荡现象提供阻尼 短路电流 ◆GB38755-2019电力系统安全稳定导则 ◆GB/T40581-2021电力系统安全稳定计算规范 ◆GB/T40594-2021电力系统网源协调技术导则 □一次调频动态指标 储能电站在充电及放电状态下均应具备一次调频能力。频率阶跃扰 动试验中，储能电站一次调频动态指标应满足下列要求： ✓一次调频有功功率的滞后时间应不大于1s； ✓一次调频有功功率的上升时间应不大于1s； ✓一次调频有功功率的调节时间应不大于2s； ✓一次调频达到稳定时的有功功率调节偏差不超过±1%额定有功功率。 ◆GB/T40595-2021并网电源一次调频技术规定及试验导则 ➢电源：包含了接入35kv及以上电压等级的储能电站； ➢储能电站涉网试验：电能质量测试、有功功率控制能力测试、无 功/电压控制能力测试、惯量响应和一次调频测试、场站建模与模型验证、故障穿越能力仿真验证、电压频率适应能力验证以及保障电力系统安全的其他测试。 【更改内容】 ●更改了文件的适用范围； ●更改了电化学储能电站有功功率控制要求； ●更改了电化学储能电站过载能力要求； ●更改了电化学储能电站高电压穿越的要求； ●更改了电化学储能电站电网适应性中的频率范 围要求； ●更改了电化学储能电站保护和安全自动装置的要求； ●更改了电化学储能电站接入电网测试的内容。 【增加内容】 ●增加了电化学储能电站故障穿越、低电压穿越、高电压穿越、一次调频、惯量响应、防孤岛等技术相关的术语和定义； ●增加了电化学储能电站接入电网的总体要求； ●增加了电化学储能电站无功功率控制要求； ●增加了电化学储能电站一次调频的技术要求； ●增加了电化学储能电站惯量响应的技术要求； ●增加了电化学储能电站低电压穿越期间的动态无功支撑能力要求； ●增加了电化学储能电站连续故障穿越的要求； ●增加了电化学储能电站的仿真模型和参数要求。 政策名称 构网型储能相关内容 国家层面 《国家能源局关于组织开展可再生能源发展试点示范的通知》 主要支持构网型风电、构网型光伏发电、构网型储能等技术研发与工程示范。 地方层面 西藏 《2023年风电、光伏发电等新能源项目开发建设方案》 并网光伏项目+储能项目配置储能，储能时长不低于4小时，并按要求加装构网型装置。 《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》 鼓励在阿里地区、那曲市、日喀则市、拉萨市等地区先行先试构网型储能。 新疆 《关于组织上报2023年独立新型储建设方案的通知》 积极探索建设构网型储能，喀什、和田、克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%。 ◆新疆《关于组织上报2023年独立新型储建设方案的通知》-构网型新型储能并网技术要求 ➢构网控制功能 ➢惯量响应能力 ➢过载能力 ➢一次调频能力 ➢主动电压调节能力 ➢自主阻尼抑制功能 ➢黑启动功能 ➢过载能力 ➢频率电压耐受能力 ➢涉网参数现场实测 2023年11月，申报并通过了全国电力储能标准化技术委员会（SAC/TC550）国家标准《电化学储能构网型变流器技术规范》的立项，目前已 经形成了标准初稿，为国标委标准立项答辩做准备。 《构网型储能电站接入电网技术要求和测试规程》也正在申请国标阶段。 两项标准主要规定了电化学储能变流器、储能电站构网控制技术要求、仪器设备、测试方法等。 《电化学储能系统建模导则》、《电化学储能 系统模型参数测试规程》两项行标也在编制过程， 涉及电化学储能系统构网控制模型构建及参数测试方法。 3 测试与实践 1 储能与构网 目 Co录ntents 2 规范与要求 4 相关工作基础 ◆针对构网型储能应用评价需求，中国电科院储能所创新开展了电化学储能系统的构网能力技术指标体 系、构网型电化学储能系统接入电网的检测技术及方法研究； ◆建立构网型变流器、储能电站“模型仿真+半实物测试+工程现场实测”三位一体的测试评价方案。 功率控制 电流-电压 传递函数 构网型储能 阻抗模型 角频率偏差修正 构网虚拟 角频率 内环控制 电网实际角频率 共性关键参数 提取 构网型储能 仿真模型 典型应用场景 阻抗分析 高压直流 近区 弱电网 共性关键参数 验证 建立不同扰动工况下的构网型电化学储能仿真模型构建储能构网能力技术指标体系 序号 测试项目 测试对象 1 功率控制功能测试 有功功率控制功能测试 整站 无功功率控制功能测试 2 充放电时间测试 充放电响应时间测试充放电调节时间测试充放电转换时间测试 3 额定功率充放电能量测试 4 额定功率能量效率测试 5 电能质量测试 电流谐波测试电压谐波测试电压间谐波测试电压偏差测试 电压不平衡度测试 电压波动和闪变测试 6 一次调频功能测试 一次调频死区测试 整站或者系统 频率阶跃扰动测试一次调频限幅测试 序号 测试项目 测试对象 7 惯量响应 整站 8 阻尼控制 整站 9 电压小扰动测试 整站 频率耐受性 10 电网耐受能力 低电压耐受能力 系统 高电压耐受能力测试 相角跳变耐受能力测试 11 过载能力测