早期的光伏有兩種應用,主流是并網,約占98%以上,逆變設備是并網逆變器,這是電流型的,電壓和頻率跟隨電網變化,電流是隨著光照變化,這是跟網型,其次是離網,約占2%以下,逆變設備是離網逆變器,這是電壓型的,電壓和頻率固定不變,輸出電流隨負載而變化,充電電流隨著光照變化,這就是構網型的。
隨著各國能源結構的快速轉型,隨著風電、光伏發電在電力系統中占比的逐步提升,電力系統的運行模式發生深刻改變,風電和光伏配儲能,作為靈活調節資源和潛在的主動支持手段,已成為新型電力系統應對電網安全挑戰的關鍵,早期的電源側儲能的PCS,也是電流型的,跟網型儲能,在電網比較強的地區,應用比較多,但在西藏、新疆、甘肅、寧夏在新能源高占比、電網相對薄弱的地區,以及依托沙漠、戈壁、荒漠地區建設的新能源大基地送端,面臨著多場站短路比過低、寬頻震蕩、慣量水平低、電壓和功角穩定性差等問題,需要具備構網能力的儲能設備。
那么什么是構網型儲能技術?它與跟網型儲能技術又有什么區別?
1、跟網型技術
跟網型儲能系統技術原理是指儲能系統作為一個電流源,其工作狀態依賴于電網的電壓和頻率。在跟網模式下,儲能系統的變流器會跟隨電網的相位信息,通過鎖相環(PLL)測量并網點(PCC)的相位信息,從而實現與電網的同步。這種控制模式下,儲能系統無法獨立提供電壓和頻率的支撐,因此在電網存在的情況下才能工作。跟網型儲能系統通常用于補充電網的瞬時功率需求,提高電網的穩定性和可靠性。
2、構網型技術
構網型儲能系統技術原理是指儲能系統作為一個電壓源,能夠內部設定電壓參數,輸出穩定的電壓與頻率。構網型變流器采用與同步發電機類似的功率同步策略,不需要借助鎖相環便可實現同步。在系統強度弱、物理慣性低的電網中,變流器宜采用構網控制。構網型變流器還能為系統提供虛擬慣性和阻尼,即使在沒有外部電網相位信息的情況下,也能獨立工作。隨著新能源和電力電子設備的滲透率增加,電力系統的慣性減小、系統強度變弱,構網控制技術可以提高變流器的電壓、頻率支撐能力,增強電力系統穩定性。
3、兩種儲能系統的區別
跟網型和構網型儲能系統的主要區別在于它們的電源屬性和控制方式。跟網型本質為電流源,自身無法提供電壓與頻率支撐,必須依賴電網電壓和頻率,無法支撐系統;構網型本質為電壓源,內部設定電壓參數信號輸出電壓與頻率,既可并網也可離網運行,對電網支撐能力強。
此外,跟網型變流器在弱電網中存在穩定性問題,而構網型變流器則能夠在弱電網中提供穩定的頻率支持,有助于提高電網的穩定性。
跟網型儲能系統適用于那些電網穩定性較好,不需要額外提供電壓和頻率支撐的場合。而構網型儲能系統則更適合于新型電力系統,尤其是在新能源比重較高、電網穩定性較差的地區,如西北地區,以及新疆、西藏等電網較弱的省份。
4、構網型PCS與跟網型儲能PCS區別
(1)跟網型PCS,主要控制交流測電流,通過鎖相環跟蹤現有電網電壓相角,隨后經過坐標變換及PWM調制環節后形成控制信號并反饋回開關管。主要采用三相三線制,沒有N中性線,三相電流及功率平衡,沒有離網功能。
跟網型PCS控制結構鎖相環技術現階段相對成熟,因此可在系統確定電流和最大功率點的條件下對系統進行控制。但控制所依賴的鎖相環技術雖相對成熟,仍存在被動地獲取電網提供穩定的頻率和電壓參考值才能正常工作,且自身控制回路穩定性要弱于構網型儲能回路,無法起到主動支撐系統的作用。
(2)構網型PCS不同于跟網型控制利用鎖相環對電網進行同步,構網型PCS在內部設定電壓參考信號,經過功率計算模塊及頻率下垂控制后與電網其余部分同步。類似于同步發電機控制,不依賴外部電壓參考信號。主要采用三相四線制,有N中性線,允許三相電流及功率不平衡,有離網功能。
構網型PCS具備沒有外界發電供給條件下調動自身運行實時調整輸出能力,通過功率輸出調整保持電壓輸出,形成電壓源并網,并保持系統穩定,另在沒有剛性電壓源的弱電網中可形成一個獨立電網。但是構網型PCS過流能力由1.5倍提升至3.0倍,故成本較跟網型大幅增加。
5、發展趨勢
目前,市場上30-500kW并離網儲能逆變器,是構網型PCS,在國內西部無電地區及非洲等無電地區已應用多年,技術已成熟。MW級大型跟網型PCS,在中東部電源網儲能,以及電網側儲能也應用多年,由于大電網堅強,目前跟網型儲能已可以基本滿足要求。
構網型儲能是未來儲能的發展趨勢,因為光伏和風電裝機量越來越多,占比越來越大,單純的跟網型儲能已不能滿足電網的實際需求。
構網型要具備單機過載過流能力,才能實現一個電網的支撐;構網型更要解決與電力系統的協同與調度;那么如何將儲能單元協同起來,真正等效成火電機組上升為關鍵,這對于EMS端如何調節考驗提升。
構網型儲能市場空間很大,儲能才是電力系統真正需要的儲能,才是能真正解決問題的儲能;新技術會解決成本等問題;構網型不僅是用于大型電網的,可用于工商業,甚至居民、樓宇。