智能光储发电机 白皮书 版权所有 © 2023 华为数字能源技术有限公司。 保留一切权利。 非经本公司书面许可，任何单位和个人不得擅自摘抄、复制本文档内容的部分或全部，并不得 以任何形式传播。 商标声明 、HUAWEI、以及 是华为技术有限公司的商标或者注册商标。在本手册中以及本手册描述的产品中， 出现的其他的商标、产品名称、服务名称以及公司名称，由其各自的所有人拥有。 免责声明 本文档可能含有预测信息，包括但不限于有关未来的财务、运营、产品系列、新技术等信息。由于实践中 存在很多不确定因素，可能导致实际结果与预测信息有很大的差别。因此，本文档信息仅供参考，不构成 任何要约或承诺。华为数字能源可能不经通知修改上述信息，恕不另行通知。 华为数字能源技术有限公司 深圳市福田区香蜜湖街道香安社区安托山六路33号安托山总部大厦 solar.huawei.com 目录 CONTENTS 背景与趋势 主要挑战 智能光储发电机解决方案 应用案例 结语 1 背景与趋势 1 华为在并网技术领域的 2 创新实践 华为长期致力于提高新能源并网的安全稳定性研究，将数字技术与电力电子技术相结合，并依托其在新材 料、芯片设计、有源/无源器件等诸多根技术领域的多年积累，与全球发电企业、电网企业、电力用户伙伴合 作，不断推动着并网友好性相关技术的发展。 2014 中广核浙江嘉兴9MW电站项目,华为完成业界首个分布式并网谐波测试，并通过中国电科院首个 GBT29319-2012认证。 跟随电网 2014 由中国电科院与青海电科院合作实施，华为通过了兆瓦级电站现场零电压穿越试验、低电压穿越测 试、频率扰动试验和电能品质测试，成为全球第一家通过电站现场零电压穿越认证的逆变器品牌。 当前，新一轮能源变革蓬勃兴起，光伏、风电等可再生能源有序取代传统能源，并逐步构建清洁低碳、安 全高效的新型能源体系。根据IEA预测，2022-2027年间，全球可再生能源装机容量将增长2400GW，其 中，光伏将占所有可再生能源新增量的60%，新增接近1500GW。到2025年初，可再生能源发电将超越煤 2015 内蒙锋威100MW电站项目，华为在业界首次应用了低短路容量比适应算法。 2018 开发AI BOOST主动谐波抑制算法，消除弱电网环境下谐波超标隐患。 2019 澳大利亚新电网标准发布，被称为全球最严苛的并网标准，华为同年获得准入许可，成为当时全球 炭，成为全球最主要的电力来源。传统以同步发电机为主体的电力系统，也将向高比例新能源、高比例电力电 子装备的“双高”新型电力系统转变。 第一个、也是中国唯一的光伏逆变器品牌。 支撑电网 1 中国及部分国家电网 1 面临的典型挑战 2020 华为获中国电科院颁发的首个GBT 37408-2019新国标报告证书，华为逆变器成为行业内首款通 过新国标考核的产品；同年，携手中国电科院，在业界率先推出光伏逆变器弱电网适应性（短路容 量比SCR=1.5）特性，保障光伏电站在极弱电网情况下的稳态暂态稳定性，避免连锁故障，提高新 能源消纳裕度。 高比例的间歇性可再生能源并网将对各国电网稳定性造成一定冲击。比较典型的问题有宽频振荡、暂态过 电压、电能质量劣化、孤岛光储供电稳定性等。当前在多个国家和地区，能否改善风光储等电力电子电源的涉 2021 网性能，已成为新能源能否持续发展的最关键问题。 华为获中国电科院首个串补适应性算法认证 (串补系数SCCR=0.7，SCR=1.2) ，提高新能源交流 远距离送出稳定性与送出裕度。 2021 华为参与国家能源院、青海省电力公司主导的《大规模储能支撑高比例可再生能源电力系统安全稳 定运行研究》课题，就电化学储能系统硬件规格、控制策略对于电网安全稳定、新能源消纳裕度等 增强电网 问题进行深入研究。 2022 沙特红海新城，华为参与建设、采用构网型技术的全球首个GWh级微网项目启动交付。 2023.1 青海共和，华为与中国电科院、青海电科院、华润电力协作，完成全球首次构网型光储系统现场测 试，证明了构网型新能源发电系统在加强电网运行特性、实现高比例可再生能源消纳方面可发挥关 键作用。 图1 中国及部分国家电网面临的典型挑战 01 02 以新能源为主体的新型电力系统是实现碳达峰、碳中和目标的重要载体。与同步发电机组相比，新能源具 有低可控和低转动惯量等特性，随着其渗透率的不断提升，发生故障时传统新能源系统无法像同步发电机组一 样，主动进行电压和频率支撑，越来越难以适应新型电力系统发展的要求，给电力系统的安全稳定运行带来了 2 极大挑战。 主要挑战 2 高比例新能源经特高压直流送出 1 加剧送端暂态过电压问题 特高压直流输电是我国能源“西电东送”战略的重要载体，随着清洁能源大基地的规模化发展，高比例新 能源经特高压直流外送需求不断提高。然而，受特高压直流系统换相失败等故障的影响，送端电网容易产生暂 态过电压问题。 在高比例新能源的弱同步支撑环境下，由于同步电源不足，使得新能源无功响应特性对并网点电压分布的 影响增大。相比同步机组的瞬时稳压功能，传统的光储系统由于故障穿越过程中的无功响应速度较慢、调压能 力较弱，导致直流换相失败期间不仅无法有效抑制暂态过电压，反而会因控制时延导致无功反调、加剧并网点 过电压问题，制约了新能源发电的接入与消纳能力。 我国目前已积累了丰富的特高压直流输电工程的建设与运营经验，其中，青豫、天中、祈韶、鲁固等工程 均因暂态过电压的问题使得发电能力受限[1]。以鲁固直流为例，仿真结果表明，在新能源大发、直流换相失败 时，送端电网首先进入低电压状态，新能源机组会进入低电压穿越工况发出无功；直流控制策略调整后，送端 无功过剩将导致其进入高电压状态，但新能源设备无法立即吸收无功，将进一步抬高过电压水平，最终过电压 可能达到1.3p.u.以上，导致新能源设备保护关机。 图2 扎鲁特500kV连续换相失败过电压 03 图3 扎鲁特近区新能源场站过电压 04 2 高比例新能源经交流电网远距离输送 2 系统电压稳定裕度不足 2 高比例新能源送端低惯量系统 3 导致频率稳定控制难度加大 电力潮流经交流电网进行大规模、远距离输送，当无功功率不能满足系统需求时，会造成系统电压不稳 高比例新能源集中接入和特高压直流的大规模应用，导致送端逐步从以机械电磁系统为主的传统电力系 定。尤其是当交流输电线路故障时，由于阻抗突增，导致输电线路的传输极限下降。同步机组具备瞬时稳压功 统，向含高比例电力电子器件的新型电力系统转变，系统惯量不断降低。低惯量系统由于出力不确定性强、有 能，同时能够维持相位不突变，因此在交流线路故障时具备较强的无功功率和有功功率控制能力，以维持PV曲 功功率支撑能力弱，频率稳定问题日益突出。同步机组在系统受到有功扰动时，由于发电机转子轴系可提供强 线运行在电压稳定区。 大的惯性支撑系统不失步，瞬时响应系统有功不平衡，从而保持系统频率稳定。 常规光储系统在运行过程中一般只控功率不控相位，且无主动调压的能力，这就导致在交流线路发生故障 常规光储系统属于非同步电源，在有功扰动下无法为系统提供惯量支撑、减缓频率变化。尤其是在“强直 的瞬间，无法进行必要的有功功率和无功功率控制。当光伏电站输送容量超过一定限值时，造成系统电压稳定 弱交”联网系统，当直流系统发生故障时大规模光伏出力向交流输电通道转移，送端系统的弱惯量支撑导致送 裕度不足，容易引发“电压崩溃”的现象。为了维持电压稳定性，系统需要限制光伏电站送出功率不超过静态 受端功角差不断拉大，严重时甚至可能引发功角失稳问题。 稳定极限，从而限制了新能源的送出能力。 比如英国在当地时间2019年8月9日下午5点左右，就发生过大规模停电事故。事故起源于雷击造成线路停 中国青海海西地区光伏、风电资源丰富，是青海电网重要的新能源集中外送基地之一，其外送通道电气距 运，导致霍恩风电场意外脱网及小巴福德电站燃气机组的意外停机，超过了电网的频率调节能力。事故前根据 离长，且近区无同步机组进行电压支撑。青海电网针对新疆～西北750kV联网通道的静态稳定性进行了分析， 英国电网惯量（H=210GVA·s）计算出频率变化率为0.135Hz/s，触发了部分新能源的保护启动阈值导致进 研究表明当外送一通道发生N-2故障后，海西地区将面临电压失稳问题，这将限制了海西新能源送出能力。 一步脱网，扩大了事故范围。最终造成频率下降到48.8Hz，触发了低频减载动作，使得英格兰与威尔士大部分 地区停电，约有100万人受到停电影响。 图4 西北电网750 kV外送一通道N-2海西地区电压失稳 05 图5 英国8·9大停电事故过程的事件时序与频率变化 06 2 多种功率调节设备的共同作用 4 引发宽频振荡问题 随着新能源比例的不断提高，电力电子设备之间及其与电网之间由于多种功率调节设备的共同作用，可能 在更宽的频带上产生弱阻尼甚至负阻尼现象，引发电气量随时间周期产生波动，从而导致宽频振荡问题。同步 机组的振荡一般由励磁控制系统振荡、调速系统振荡、轴系扭振荡等引起，振荡频率主要为低频振荡和次同步 振荡。大规模新能源并网后，由于电力电子设备存在多种控制模式，系统振荡问题将更加复杂，如： 常规光储系统通过交流远距离送出时，存在因系统阻尼不足而导致的低频振荡问题； 为适应交流远距离输电场景，串联电容补偿装置成为提高输电能力的重要技术，串补激增和电力电 （机组扭振保护动作跳机） 图7 新疆哈密地区某风电场功率振荡 子设备间的相互作用容易引发次同步振荡问题； 常规光储系统通过特高压直流送出时，变流器与直流控制系统相互作用，引入负阻尼特性，易引发 超同步振荡问题。 2 例如，自2011年以来，中国河北沽源地区风电场就发生了上百次由风电机群与串补电网相互作用而引发的 次同步谐振，其频率在3～10Hz内变化，造成变压器异常振动和大量风机脱网；2015年以来，中国新疆哈密地 区也频繁出现风电机群参与的次同步振荡，频率在20～40Hz内变化，次同步振荡功率穿越多级电网，甚至激 发汽轮机组轴系扭振和特高压直流功率骤降的事故。 新能源孤岛运行 5 供电可靠性和稳定性不足 我国电力系统经历多年快速发展，供电可靠性已达到国际先进水平，全年无中断供电已成为社会各界的普 遍体验。然而，在亚非拉等地仍有10亿人口缺乏可靠的电力供应，特别是部分偏远、高原地区（尤其是富集了 全球过半锂资源的高原盐湖区域）几乎没有电网覆盖。个别较发达国家因为设施老旧、维护不当、人员短缺等 问题，机组故障率逐年恶化，在部分区域供电量甚至不足需求量的