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 目 录 Contents 1 储能与构网 2 规范与要求 3 测试与实践 4 相关工作基础 2/31 储能的应用需求 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。 3/31 储能典型应用场景 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 源 电能质量调节 削峰填谷 过载治理 网 应急电源 光储充 荷 4/31 储能发展阶段  2011 年，功能验 证  2018 年，商业示 范 国家风光储输 江苏镇江百兆瓦大规模 示范工程储能电站 电网侧储能电站示范工程  2021 年，推广应 用 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 2011 年投运 2018 年投运 2030 年 装机总容量 19MW/83.5MWh 装机总容量 101MW/202MWh 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 5/31 储能应用新模式 构 网 6/31 什么是构网 构网 型储 能 构网型 跟网 型 构网 型变 流器 跟网 构网 跟网 型控 制 构网 型光 伏 构网型 控制 构网 型风 机 “ 一种电力电子控制技术” 7/31 构网技术来源 D. Pattabiraman, R. H. Lasseter. and T. M. Jahns, "Comparison of Grid Following and Grid Forming Control for a High Inverter Penetration Power System," 2018 IEEE Power & Energy Society General Meeting (PESGM), 2018, pp. 1-5, doi: 10.1109/PESGM.2018.8586162. Grid-Following Control & Grid-Forming Control 1993 下垂控制 (Droop) 2007 虚拟同步发电控制 (VSG) 2018 匹配控制 (MC) 2013 同步功率控制 (SPC) 2010 功率同步控制 (PSC) 2011 同步变流器 (Synchronverter) 2016 虚拟振荡器 (VOC) 2020 混合同步控制 8/31 构网控制功能 A公 司 电压 支撑 频率 支撑 B公 司 电压源 特征 惯量 支撑 C公 司 短路 电流 故障 穿越 9/31 构网控制机理 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。 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 构网技术需求  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 。 电力电子化电力系统 新型电力系统稳定性问题 11/31 目 录 Contents 1 储能与构网 2 规范与要求 3 测试与实践 4 相关工作基础 12/31 国外构网技术规范 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 ） 《 Research Roadmap on Grid-Forming inverters 》 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 ） 《 Grid Forming Technology-Bulk Power System Reliability Considerations 》 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 ） 《 Grid Forming Functional Specifications for BPS-Connected Battery Energy Storage Systems 》 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 ） 《 Specifications for Grid-forming Inverterbased Resources 》 Version 1 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) 《 Analysis of the Synchronisation Capabilities 2022 年 3 月发布，推荐所有新并网的电网侧储能项目 of BESS Power Converters 》 均采用构网型控制 欧盟 欧洲输电系统运营商联盟 (ENTSO-E) 《 High Penetration of Power Electronic interfaced Power Sources and the Potential Contribution of Grid Forming Converters 》 澳大利亚 澳大利亚能源市场运营商（ AEMO ） 《 Voluntary Specification for Grid-forming Inverters 》 2020 年发布，阐述构网技术对系统安全运行的潜在贡 献 2023 年 3 月发布，构网型逆变器自愿性规范 13/31 国外构网技术要求  GC0137 电网规范（英国） 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 <5 ms ，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 ) 电压 阶跃 相位 跳变 阻尼有功功率 ( 响应时间 <5 ms ，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.) 惯量 响应 阻尼 控制  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 14/31 国内相关技术要求  GB 38755-2019 电力系统安全稳定导则  GB/T 40581-2021 电力系统安全稳定计算规范 15/31 国内相关技术要求  GB/T 40594-2021 电力系统网源协调技术导则  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。  GB/T 40595-2021 并网电源一次调频技术规定及试验导则  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 。 16/31 《电化学储能电站接入电网技术规定》内容修订 【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； 【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 。  增加了电化学储能电站的仿真模型和参数要求。 17/31 储能构网控制相关政策 政策名称 国家 层面 地 方 层 面 西 藏 新 疆 构网型储能相关内容 《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。 《 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。 《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  一次调频能力  惯量响应能力  主动电压调节能力  过载能力