电网面临的挑战

惯性或将成为未来电网稳定的阻碍

随着全球去碳排放的浪潮以及可再生能源的大量运用，基于火电、水电、核电等传统发电机的电网结构遭遇到冲击。

以典型的27国电网结构为例，对于欧洲，其可再生能源的装机量在整个电网装机量中的占比不断增长，尤其像荷兰、希腊这些国家，将近一半以上的电力由可再生能源提供，这给传统电网的稳定性带来了巨大的挑战。

面临挑战的主要原因是传统的电力系统是以火电、水电、核电等同步发电机组为主力，通过旋转切割磁感线提供所需要的能量，当电网发生一定故障的时候，整套机组能够对电网起惯性支撑作用。

但是，随着越来越多由半导体技术制造的可再生能源电力被纳入电网，将会导致电网系统缺乏惯性。同时，当可再生能源设备容量逐渐增加，相应的电网短路容量比SCR^①系数值减小，使得电网的稳定性逐渐降低，极易产生无法并网或频繁断网等问题。

此时就需要Grid Forming构网型储能逆变器系统为高可再生能源占比的新型电力系统注入稳定的机械惯性。

Grid Forming构网型储能系统是高比例可再生能源电力系统稳定的关键

在新型电力系统中，以储能逆变器为核心部件的储能系统数量逐渐增加，为电网提供着有功或无功支撑、参与调峰调频、故障期间短时供电等多种能量支撑。

当前储能逆变器主要有两种典型的控制技术：Grid Following跟网型控制技术与Grid Forming构网型控制技术。

目前并网储能逆变器通常采用Grid Following跟网型控制模式，即逆变器根据电网的电压频率产生相应的有功功率和无功功率。它们自身无法提供电压与频率的支撑，输出与电网的电压波形保持同步，必须依赖于电网提供的稳定电压和频率才能将可再生能源馈入电网。当Grid Following逆变器接入电网的数量不断增大时，即使微小的负荷波动也会触发逆变器产生过度反应，导致并网储能系统大面积脱网，甚至引发连锁反应，造成电网崩溃。

而基于Grid Forming构网型控制技术的逆变器，运行于电压源模式下。逆变器模拟同步发电机组，内部设定电压参考信号，通过调节输出的有功与无功功率，从而控制逆变器输出的电压和频率，增强电力系统稳定性。其既可以并网运行，也可以不依赖电网，独立运作。

下图是Grid Following和Grid Forming的对比。在左图中，Grid Following跟网型储能逆变器输出的能量和电网所产生的信号没有交集，电网仅仅提供参考电压。一旦光伏电站进行工作，组件就会向电网注入恒定的有功功率。

而在Grid Forming模式下，可再生能源的功率输出和电网容量是互补关系。当电网的输出变高，Grid Forming逆变器无需提供过强的功率支持；当Grid Forming逆变器输出功率逐渐上升，电网的功率支持也会相应下降。整个电网提供的负载容量处于总体平衡状态。

Grid Forming构网型储能逆变器在电力系统中的主要优势是提供同步电压电流，为电网提供虚拟惯性。无论可再生能源占比高低，都可通过增加Grid Forming机组容量实现电网稳定。此外，Grid Forming构网型储能逆变器可在极端的环境下提供故障穿越、黑启动及有功无功稳定功能，同时减少备用线路的改造需求，保障电网稳定，最终实现100%可再生能源供电。

SMA Grid Forming构网型储能系统

SMA成立于1981年，拥有超过40年太阳能及储能逆变器研发制造经验，在全球超过190多个国家，有超过110GW的安装应用，其中Grid Forming构网型储能技术拥有长达20多年的实践经验与成功案例，具备行业领先的技术优势。

SMA构网型储能系统主要由电池、Sunny Central Storage UP储能变流器及数据管理器组成。

SMA Grid Forming方案可应用于并网和微网系统。并网应用即为电网提供相对应的系统旋转惯性；微网部分主要是实现黑启动，离网孤岛微电网和备用及UPS不间断电源。

其次，SMA Grid Forming构网型储能系统可应用于以下多种商业场景，助力电网运营商实现削峰填谷，移峰移石，电网调频，以及电网稳定。

海外经典案例

2020年澳大利亚West Murray（西穆雷）地区五个大型发电站因雷击、森林大火引发的连续电网事故出现电压波动，使整个澳洲电网的稳定性受到威胁。澳大利亚能源监管机构

(AEMO）

澳大利亚西穆雷 Gannawarra 太阳能电站

为确保供电稳定，下令对这五个电站执行发电限额上网，造成了电站业主巨大的收益损失。

为解决当地电网稳定性差的难题，AEMO决定启动Grid Forming储能项目。该项目（250 MW / 250 MWh）位于南澳大利亚州托伦斯岛，是AGL Energy (澳大利亚最大的电力生产商) 的首个电网级电池储能项目，也是全球最大的Grid Forming构网储能系统。系统集成商Wärtsilä Energy(瓦锡兰集团)负责为该项目提供电池储能系统，SMA则向该系统提供109台中压箱变一体机（MVPS SCS4200）。

SMA的109台SMA MVPS SCS4200中压箱变一体机可有效平衡可再生能源电能供应，维持电网的稳定性和可靠性，为大型储能系统提供了整体解决方案，凭借性能可靠的新款集中式储能逆变器（Sunny Central Storage UP）以及完美适配的中压组件，有助于提高电力密度，亦适用于全球范围内的大型储能电站。

该储能电站初期采用Grid Following电网跟随方式运行，后续转换为Grid Forming构网模式（虚拟同步发电机VSG）。该储能电站将有效提高系统响应速度，维持电网稳定。

Sunny Central Storage UP构网型储能逆变器

项目计划于2023年建成，届时将成为全球Grid Forming构网型模式运行的最大储能电站，为南澳大利亚州发电站提供电力支持，其中包括传统的火力发电站及可再生能源发电站。同时也助力澳大利亚实现100%可再生能源的碳减排目标，为澳大利亚能源从传统化石能源转型为更清洁的可再生能源发挥重要作用。

注释SCR^①: 电网容量短路比(short circuit ratio)，即馈入可再生能源设备的电网总容量与待馈入的可再生能源设备容量之比。若短路比大，指可再生能源设备接到一个强的电力系统中，则表明设备的投切对系统影响不大，电力系统强度高。反之，电网系统脆弱。