雙碳戰(zhàn)略下，我國能源產(chǎn)業(yè)加速綠色轉(zhuǎn)型，以風(fēng)電、光伏為代表的清潔能源在能源結(jié)構(gòu)中的占比不斷提升。

2024年8月發(fā)布的《中國的能源轉(zhuǎn)型》白皮書顯示，截至2023年底，我國風(fēng)電、光伏發(fā)電裝機規(guī)模較10年前增長了10倍，清潔能源發(fā)電裝機占總裝機的58.2%，新增清潔能源發(fā)電量占全社會用電增量一半以上。

新能源的使用，有一個大前提就是安全。在電力系統(tǒng)中，電網(wǎng)連接著能源生產(chǎn)端和消費端，是整個電力系統(tǒng)安全運行的關(guān)鍵。當(dāng)大量分布式新能源接入電網(wǎng)，會帶來“雙高”問題，即高比例可再生能源和高比例電力電子設(shè)備將沖擊電網(wǎng)的穩(wěn)定與安全，這也成為全球電力系統(tǒng)在新能源并網(wǎng)時面臨的普遍挑戰(zhàn)。

當(dāng)我們享受新能源帶來的低碳生活與便捷體驗之際，如何保障新能源電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行？近日，華為數(shù)字能源發(fā)布科普視頻《比特與瓦特》第12期，揭秘了人類穩(wěn)定掌控新能源背后的黑科技。

新能源電網(wǎng)，為什么如此“躁動”

電網(wǎng)在運行過程中，隨時隨地可能受到多種因素導(dǎo)致的擾動。傳統(tǒng)電網(wǎng)系統(tǒng)中，同步發(fā)電機通過主動進行功率和電壓調(diào)節(jié)，保障整個電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

而高比例新能源電網(wǎng)采用跟隨型技術(shù)，發(fā)生故障時，無法主動進行電壓和頻率支撐確保電網(wǎng)穩(wěn)定。光伏、風(fēng)電等新能源發(fā)電本身就具有波動性，更重要的是新能源發(fā)電通常不具備傳統(tǒng)同步發(fā)電機的慣性響應(yīng)和電壓支撐能力，一旦發(fā)生電網(wǎng)故障，可能會導(dǎo)致電壓和頻率快速變化，從而影響到電網(wǎng)的穩(wěn)定性，給電力系統(tǒng)安全帶來較大風(fēng)險。

隨著全球風(fēng)電、光伏裝機量大幅增長，電網(wǎng)波動引發(fā)的大規(guī)模脫網(wǎng)故障時有發(fā)生，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定安全帶來挑戰(zhàn)。

那么，有沒有一種新技術(shù)能夠支撐新能源電網(wǎng)穩(wěn)定運行？構(gòu)網(wǎng)型儲能技術(shù)應(yīng)運而生，它能夠像“同步發(fā)電機”一樣，發(fā)揮主動構(gòu)網(wǎng)能力優(yōu)勢，主動進行電壓和頻率支撐確保電網(wǎng)穩(wěn)定。

與傳統(tǒng)的跟網(wǎng)型儲能技術(shù)相比，構(gòu)網(wǎng)型儲能技術(shù)優(yōu)勢顯著。跟網(wǎng)型儲能技術(shù)本質(zhì)為電流源，必須依賴電網(wǎng)的電壓和頻率來運行，無法獨立支撐電網(wǎng)系統(tǒng)。構(gòu)網(wǎng)型儲能技術(shù)為電壓源，內(nèi)部設(shè)定電壓參數(shù)信號輸出電壓與頻率，既可并網(wǎng)也可離網(wǎng)運行，對電網(wǎng)支撐能力強。因此，構(gòu)網(wǎng)型儲能技術(shù)在新型電力系統(tǒng)中擁有廣闊的應(yīng)用前景，也是全球能源產(chǎn)業(yè)關(guān)注的熱點。

如何馴服新能源電網(wǎng)這匹“野馬”

如果把新能源電網(wǎng)比作難以馴服的“野馬”，構(gòu)網(wǎng)型儲能技術(shù)就是那根巧妙的韁繩。雖然構(gòu)網(wǎng)型儲能技術(shù)具備獨立支撐電網(wǎng)的巨大優(yōu)勢，但目前還未得到大規(guī)模應(yīng)用。核心原因就在于產(chǎn)業(yè)界還有不少技術(shù)難點尚待攻破，主要包括：電壓頻率不穩(wěn)定、寬頻振蕩、低慣性、抗擾能力較弱等。

針對以上行業(yè)挑戰(zhàn)，華為開創(chuàng)性的推出了智能組串式構(gòu)網(wǎng)儲能技術(shù)體系，從算法、設(shè)備、芯片三大層面，推動構(gòu)網(wǎng)型儲能技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

算法層面，華為推出多尺度電壓幅頻調(diào)制技術(shù)，結(jié)合寬頻自穩(wěn)和致穩(wěn)控制技術(shù)，保障電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。

構(gòu)網(wǎng)型儲能設(shè)備采用模擬同步發(fā)電機特性的電壓源控制算法，在電網(wǎng)電壓波動時，快速主動支撐電網(wǎng)電壓。10ms內(nèi)可以輸出最大三倍額定電流大小的無功支撐電流，接近同步調(diào)相機的電壓支撐能力。5ms啟動虛擬慣量響應(yīng)，保障了電網(wǎng)在故障下快速實現(xiàn)頻率穩(wěn)定。

寬頻自穩(wěn)技術(shù)通過寬頻阻抗重塑算法，讓構(gòu)網(wǎng)型儲能設(shè)備自身在寬頻范圍內(nèi)具備正阻尼特性，保障儲能設(shè)備自身穩(wěn)定運行。

當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生振蕩的時候，寬頻致穩(wěn)控制架構(gòu)讓儲能設(shè)備可以輸出阻尼功率，起到主動抑制電網(wǎng)振蕩的作用，助力電網(wǎng)穩(wěn)定。針對電力系統(tǒng)中低頻振蕩和次、超同步振蕩，通過在電站控制器和構(gòu)網(wǎng)儲能變流器中構(gòu)建寬頻致穩(wěn)控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)0.1~100Hz的電網(wǎng)寬頻振蕩抑制。

設(shè)備層面，華為在架構(gòu)創(chuàng)新方面實現(xiàn)突破，采用雙級功率變換架構(gòu)支撐電網(wǎng)穩(wěn)定，同時保障儲能系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

傳統(tǒng)儲能采用單級功率變換架構(gòu)，易受電網(wǎng)波動影響。華為采用雙級功率變換架構(gòu)，通過DC/DC變換器隔離解耦電池電壓和電網(wǎng)電壓。當(dāng)高電壓故障穿越時，確保系統(tǒng)無反灌電流進入電池，保障電池安全，同時具備維持有功輸出不變的能力，支撐電網(wǎng)穩(wěn)定。配合高可用組串式架構(gòu)和高性能精細化智能電池管理技術(shù)，可以實現(xiàn)設(shè)備不宕機、不降額、可靠穩(wěn)定運行。

芯片層面，華為通過高可靠性功率模組、高算力控制芯片，提升設(shè)備在復(fù)雜、惡劣環(huán)境條件下的長時間可靠運行能力。其中，功率模組解決過載能力、控制芯片擁有更強的控制功能，兩者結(jié)合最大化保障設(shè)備的可靠性。

加速新能源走進千家萬戶

智能組串式構(gòu)網(wǎng)型儲能系統(tǒng)有助于提升高比例新能源并網(wǎng)與消納，適用于強電網(wǎng)、弱電網(wǎng)和離網(wǎng)等多種應(yīng)用場景，具備廣闊的商業(yè)價值。2024年，該技術(shù)已經(jīng)通過一系列嚴苛的工程測試驗證，正在加速走向產(chǎn)業(yè)落地。

并網(wǎng)場景下，華為智能組串式構(gòu)網(wǎng)型儲能技術(shù)在主動支撐電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定、功角穩(wěn)定和寬頻振蕩抑制等方面具備與等容量同步發(fā)電機（含同步調(diào)相機）相當(dāng)?shù)哪芰Α?/p>

2024年7月，華為攜手客戶與伙伴在新疆哈密、青海格爾木、西藏阿里完成了構(gòu)網(wǎng)型儲能系統(tǒng)設(shè)備級、單站級、多場站級以及包含35kV、110kV人工短路在內(nèi)的全面功能和性能測試。這標志著華為智能組串式構(gòu)網(wǎng)型儲能已成功進入規(guī)模化應(yīng)用階段，實現(xiàn)從技術(shù)攻堅到工程應(yīng)用的跨越。

華為攜手客戶與伙伴先后于新疆哈密華潤咸水泉電站25MW/100MWh構(gòu)網(wǎng)型儲能項目完成全球首個百兆瓦時級智能組串式構(gòu)網(wǎng)型儲能電站性能測試、于青海格爾木綠發(fā)多能互補新能源電站50MW/100MWh儲能項目完成首個百兆瓦時級多能互補構(gòu)網(wǎng)型儲能電站性能測試、于西藏開投阿里地區(qū)噶爾縣6MW/24MWh儲能保供項目完成首個超高海拔超低溫度極弱電網(wǎng)的構(gòu)網(wǎng)型儲能電站性能測試。

離網(wǎng)場景下，華為智能組串式構(gòu)網(wǎng)型儲能技術(shù)可以實現(xiàn)吉瓦時級100%光儲微電網(wǎng)商業(yè)化可靠運行。

在海外，華為智能組串式構(gòu)網(wǎng)型儲能技術(shù)支撐沙特紅海新城成為全球首個100%清潔能源供電的城市。該技術(shù)在支撐穩(wěn)定電網(wǎng)的同時可以實現(xiàn)100%清潔能源微網(wǎng)下離網(wǎng)連續(xù)故障穿越并支持GW級整網(wǎng)黑啟動，實現(xiàn)分鐘級電力恢復(fù)。

構(gòu)網(wǎng)型儲能技術(shù)是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵。華為智能組串式構(gòu)網(wǎng)型儲能技術(shù)不僅實現(xiàn)了關(guān)鍵技術(shù)的重大突破，還完成了從理論到實踐的跨越。未來，華為將攜手客戶與伙伴不斷推動并網(wǎng)友好性技術(shù)的發(fā)展，加速新能源成為主力能源。

本文為「智能進化論」原創(chuàng)作品。