【文字实录】深圳供电局 焦丰顺 :构网型储能微电网在基础设施绿色保供电领域的研究与实践——2025储能技术应用线上研讨会第十期

《构网型储能微电网在基础设施绿色保供电领域的研究与实践》

焦丰顺 深圳供电局有限公司 正高级工程师、技术专家

非常荣幸再次参加我们的活动，我跟大家分享一下我这次交流内容，之前我们也是沟通交流过构网型技术，这次聚焦风光储一体化，也正好是我们构网型储能技术非常好的应用场景。

刚才主持人也介绍了我的情况，我目前在南方电网深圳局主要从事智能配电网方面以及配用电方面的研究，包括重大赛事保供电，包括一些重大科技项目的推进工作。所以这些年来我们也一直在聚焦未来随着低碳化的发展所谓新型电力系统的方向。

我发现随着间歇性能源和电力电子装备高比例并网之后，我们面临着两个非常突出的挑战，一是所谓的双随机问题，发电侧和用电侧都有随机性，电网要维持一个稳定运行状态变成困难，再就是所谓的“双高”问题，速度非同步电源高比例渗透之后，我们电网要维持一个稳定的运行状态就更加困难了，惯量下降、暂态稳定性变差，以及宽频振荡一系列问题，所以我们就一直寻找聚焦一些核心技术。所以这些年我们深圳局在虚拟电厂和构网型技术方面也花了很大精力去做，包括相关联的源网荷储等都在做一些探索，所以今天谈不上是来讲课，主要想跟行内的朋友们一起聊一聊，看一下我们现在有哪些技术成熟了？有哪些场景可以应用？尤其可以推广规模化的应用。

今天我分享的内容包括三个部分。

因为我的主题是关于构网型技术在风光储一体化系统里面应用的，尤其面向公共基础设施这样一个场景，所以第一部分我先讲一下我们理解的构网型技术。第二部分，我们现在是怎么考虑用它？有什么诉求？用到什么程度。最后讲一个例子，如果时间允许，也会跟大家再拓展另外一个例子。

首先，所谓“双高”问题，因为也在国际电工委员会也代表领导参加的一些会议，所以这些年对全球可再生能源发展也比较关注，每年IEA一些主要的文章都在看，我发现这个事很震撼，我看了一下过去两三年的装机发展速度，感觉是加速度一直在的状态。以去年和今年为例，按照目前的发展速度，大概四年时间全球新增可再生能源装机相当于中国2024年底总装机，达到3300GW的水平，未来我们仍然会保持一个很高速率的发展速度，大概五年在建40%的全球装机，我觉得这是很值得关注的，而且目前以深圳为例，是分散式发展的，总体来看更加不确定和产生深度影响的还是分布式资源，所以我们从去年开始，我是在深圳局的规划中心，相当于国网的经研院开始聚焦可再生能源并网，而且从全市层面干预它的包装和应用，发现我们手里很缺相关的基础工具对它产生有效的干预。我大概是从2020年前后开始关注构网型技术，所谓的Grid Following技术，当时我们也是梳理了一下这些年在PCS控制方面的所谓里程碑手段，现在仍然在规模化应用的，尤其风光都是所谓的跟网型，锁定并网点的电压进行功率交换。如果像牵强或者稳定的电网也没问题，甚至在大部分情况下，大部分电网也是可以给他提供很好电压的依据。

第二，所谓的支撑电网型，现在实际上很多微电网也采用这种技术，它也是能够在一定的局部建立一个比较稳定运行的小系统。构网型我们认为更大的意义，尤其是“双高”问题凸显之后，他在可并可离的过程中，或者强、弱电网适配方面有着更强的弹性和灵活性，也是我们现在为什么花大力气需要做它很重要的原因。这是一个简单的对比，我觉得有几个点很关注，一是它在电压频率支撑的同时，它的功率交换，再一个它对于可以支撑百分之百的可再生能源电源装机，也是基于这两点，后面我们会讲到一个或者两个例子，它就有了实现的可能。今年正好是我们很重要的实践年，这两个点我们都得到了很好的印证。

我在2023年的时候得到广东省科研领域的一些大领导的支持，拿到了应该是广东省历史上第一批旗舰型重大专项，这个项目总规模是8000万，它不是说构网型储能，而就聚焦于PCS这一个点，我们从它的拓扑结构，算法控制、整机部件、标准化、配置示范都在进行深度研究，这个项目应该是明年年底结束，在这个过程当中我们也是非常开放，面向全社会征集希望验证的功能，所以大家在风光储一体化方面有些想去探索和实践的用得着构网型技术的可以到时候联系我，我的联系方式也可以通过这次组织方获取。

关于构网型这些年慢慢大家开始明确它具有什么样的核心功能，我这里简单梳理一些共识性的点，当然它还有其他的个性化应用，我就不一一列举。

第一，并离网运行能力，它一定要有自洽自治的适配性。第二，暂态支撑能力，要有主动、快速的进行能量响应的能力。第三，弱电网适配能力，因为今天会谈到微电网，它在真正的微电网里实现核心支撑的时候，它作为最核心的一个系统稳定能源输出的时候，它要有担负起能源所谓短路比支撑的能力，所以我也觉得这是它非常重要的能力，所以像现在南瑞的企业强调他的过载能力主要也是基于这样的考虑。我大概做了13年的规划和配网的建设管理，我们很多时候建立一个系统都是配大用小，本身这个系统有一定的冗余的，再适度考虑一下它的过载能力，它就会建立一个相对稳定的局部电网系统，这是我的一些理解。

如何合理利用它？因为我们是做城市电网的，这里举一些数据。我刚参加工作的时候正好是深圳前海开始规划，当时部门也比较重视，因为我是我们中心第二个博士，所以全程参与了前海智能电网的研究规划工作，所以当时我们认为未来能源系统会面临很多的挑战，梳理了一些需要重点关注的点。第一，我认为高密度问题，目前我们深圳所谓的“5+6”的情况，五个所谓的测试中心区加6个区的所谓的重点区域，他们平均负荷度已经超过5万千瓦/平方公里，甚至全域达到了1.17万千瓦/平方公里，所以在极高的负荷密度下如何保证它的可持续的建设以及相对高品质供电是非常棘手的问题，为此我们也探索了各种各样的供电方式。包括高压直挂，包括直降式，从22万直接降到20千伏进行供电以及超额电缆等一系列的技术。

第二，所谓的可靠性的要求，我们目前全市停电时间应该是在7.5分钟，因为我们还收录了像深汕存在大量农业区以及大棚的生态红线非常广泛的区域，所以目前没有达到5分钟的水平，但局部我们在2022年、2023年后在福田区实现了7个9供电，今年我们全运会闭幕式打造了一套所谓的7个9可靠实现的系统，大家可以关注一下相关的报道。

第三，高电能质量一直是我们很大的短板，目前4个9的电能质量达标率我们还不太有把握，所以这块我们是一个非常关注的，希望通过多种手段去提升的一个点，尤其像所谓暂态跌落目前没有太好的朴实性的技术去做。

第四，我们土地资源问题，目前我们深圳有8%的土地是深圳供电局失控的，目前负荷涨到2400万，我们大概已经有6%的用掉了，我们未来预估负荷可以涨到3500万到3800万，目前剩余土地资源不足以支持我们把未来负荷进行有效的应对，所以如何实现更加灵活的自洽的能源供给也是我们非常关注的一些点。

第五，高建设成本，目前全国大概一线城市都在5到7元，甚至更加恐怖一点，因为我们目前配电网全部实现电缆化，一系列成本增加，导致我们现在大概达到7.8/W，从用户侧来看。第六，这样一个城市它的每度电高产值也是非常惊人的，所以我们用户经不起停电导致的负面影响。另外像超充、低空经济等一系列的诉求，以及一系列新的技术的出现或者市场化的出现需要我们有一些新的手段去进行应对。在这样一个背景下，我们再去看待现在手里有的技术可能就会有不同的体会或者有不同的想象。

这个是我们专家喜欢出去说的“三高一线”，从刚刚各种诉求里面提取的一部分，包括高负荷密度，包括高电能质量、高可靠性以及土地资源受限问题，这也成为新一线城市、老一线城市重点要关注的。现在都说负荷与经济增长倒U曲线，目前国内一线城市也还没有达到所谓瓶颈期，所以未来如何进行有限的空间实现高品质的可持续的供电，同时要体现经济性是我们非常关注的一个点。

从配电网或者用电侧，我们也是慢慢开始感受到可再生能源并网带来的一些问题，今年我也是跟着深圳市发改委和市工信局对全市进行两轮的走访，虽然今年经济形势有一点不乐观，但是我们能不能感受到尤其像绿色工厂、“小巨人”企业、节碳节能等一系列补贴的发放，大家在可再生能源建设方面的热情也是保持一个相对高涨的情况，在这样的背景下我们如何实现可再生能源的有效消纳和保证尤其是高品质用户，像芯片产业、人工智能产业等一系列良好发展和电力获得性，我们也在积极探索所谓的电力供给的承载力问题。

这个当时我为了给前海谋划未来二十年发展，我们在深圳的后海，深圳总共有4个CBD，分别是前海、后海、福田等，当时在靠近前海的后海选了一块城市区进行体系化的智能电网探索，当时重点智能电网交流也是四大示范项目之一，当时虽然已经有主配微的解决方案的思路，但是当时重点还是在配电网层面做了一些探索，微电网方面当时一是没有很好的技术手段，二是也没有把它提高到那么高的高度，但这些年来，尤其像深圳的低空经济、超充的出现对我们产生很大的冲击，以低空经济为代表，它的用电是很小规模的，大概充电7到10个千瓦，导航大概5到7个千瓦，这还是大型的，小型的可能更小，但里面的导航属于我们二类负荷，原则上要提供商业源，刚才我也提到我们一个瓦特的建设成本7.8元，双电源又是小型负荷，我们最小电气深圳现在是400个千伏安，所以这个对我们来说是巨大头疼的问题，尤其它的位置又相对零散，而且很多也是在荒郊野地里，所以我们就要探索新的技术进行有效的应对。包括深圳现在提出闪充概念，我们现在功率家用轿车达到1兆瓦，卡车达到1.6兆瓦，他们又是低压用电，按照《电力法》，我们提供200个千瓦的供电，剩下800或者1.4兆瓦由他自己实现自洽，所以他们现在开展了所谓的充电型微电网适用以及对并网的一些测试，所以在这样的背景下，我们觉得可能利用构网型储能，整合就地的各种风光资源，实现局域化、清洁化、可持续的廉价的应用成为一种可能。

利用刚刚我提到的，我们也是在全市选了一些比较有特色的点做一些尝试，也是指列了其中一部分，包括我们重要的，像南网总共有两个四级的示范基地，一是广州的猎桥变电站，二是我们深圳的后海三变电站，他里面常年接待来自社会各界的参观人群，因为这个展厅属于三类负荷，它没有双电源，也是我们今天要介绍的，利用构网型储能微电网和风光储一体化微电网，打造双电源系统。再一个末端重要的负荷保供电的问题，我们也选择了非常有特色的，深圳有一个南方畲族小众民族，我们选择了他的特色村落做了一个探索，包括一些大学，打造零碳校园以及校园里面核心的用电场景，电能质量提升，我们都是在打造相应的探索，包括我们还在做存量的储能站进行构网型升级的探索，实现电网末端的供电可靠性以及用电成本升级问题都在探索。

今天要举的例子，我们展厅的那个，它的定位很高，这个就不多说了，我就从为什么选它来做开始讲讲历程。

开始它就是一个很普通的，给自己的照明、空调以及展厅里面的展台提供供电，为了体现变电站的绿色化，它又开发了一系列的风，屋顶有慢速风机，光也是铺了一圈碲化镉的光伏发电，配了一个储能，当时储能就是构网型的，认为这就是一个很好的系统。包括EMS系统，也是秒级刷新的系统，后来正好我们省重也立起来了，征询我的意见，有没有改进的空间？我们也进行探索，第一，可靠性不足，因为这里面没有柴油发电机，一旦市电停电，没有人建立电压，不管我的储能、风光全都掉了，所以就没有自洽能力了，导致可靠性不跟它的高端场景匹配。第二，无孤网运行能力，没有。第三，供需没有一个能管得起来的，不能实现很好的潮流控制。真正所谓的自然或者天然的功率匹配，再就是关键负荷，尤其是比如我们展厅负荷，因为夏天空调也是重要负荷，一旦脱网也没有办法。最后是我们要体现绿电，我们不能很好的展示这个过程。

为了解决这些问题，我们课题组分析了一下，我们准备引进三个核心的东西。第一，我们认为构网型PCS，我们把储能型的PCS换成构网型，我们跟河网电气，清华大学、武汉大学等一系列单位合作，研发了一套250个千瓦，1.5倍过载的组串式的PCS储能适配这个场景。第二，如果真的出现了故障的情况下，我们也做了潮流分析和实验，如果想通过构网型系统来硬撑是不现实的，尤其是经济短路实验，所以我们最好的选择快速的把它们切分开，这里我们也引入了STS，一种电力电子开关，它的开关速度最快可以达到5毫秒。再一个为了实现自洽能力，我们引入了微网控制系统，微电网中央控制器，实现灵活策略可制定的核心控制系统。

首先，把PCS换掉，在市电开关和经线之间增加了静态开关，再一个通过电能质量控制和关键点的干预，实现了对电网状态的感知和对潮流的有效控制，最后打造出了这样一套系统，目前这个系统已经运行了两个月，正好是十一之前投上去，中间也出现了各种各样的问题，也一直在探索改进，包括一些很小的，像我们建微电网和风光储系统，以前电网特别喜欢保供电，更重要我认为不是供电怎么样，而是用电怎么样，也就是从源头到桌面是不是全流程都打通了？不是说我给他供了电就OK了，而是用户用好电了没有？我觉得这是一个很关键的理念，所以在整个梳理过程当中我们也对各种负荷真正耐受程度进行了梳理。像大型的显示屏，像现在很多独立一体机空调，持续时间超过8个毫秒就掉了，而且掉了很急人，尤其是空调，可能一两个小时才能冷下去，才能重重解锁，所以在这个过程当中我们也是做了很多有益探索，目前我们这个系统是可以保证在电网侧发生短路故障，他可以第一时间，一般可以在8个毫秒内跟电网切开，把负荷带走，我们目前展厅的空调、照明以及主要的负荷都不会受此影响。

这个是我们认为它要打造的一些核心价值。第一，可靠性提升问题，实现真双电源运行。目前我们南山区也是项目所在区可靠性可以达到5到6个9，我们系统的稳定可以控制在3个9左右，因为所谓20毫秒以内无缝切换不计入停电时间，所以我们可能比较有把握的在7个9以上可靠性实现。第二，它的斜坡抑制能力，也是构网型非常大的优势，可以实现末端的高品质供电。最后，潮流管理，实现所谓的真的自产自用问题，这个我们觉得非常好，自洽能够实现能源。我们这套系统优先把风和光的电输给用户负荷，不足的部分用只有40多个千瓦的可再生能源装机，实现它的负荷超过100个千瓦，剩下的第一时间由市电补充。当市电发生故障的时候，我会第一时间用储能把负荷功率进行补齐，在市电恢复的时候它有自负能力，可以自动统计，把负荷还给电网。储能SOC是常年控在75%左右，所以当发电大于用电的时候，它可以进行暂储，再多余的回到电网，当电网发生进入孤岛状态的时候，我设置第二个值，也就是大概30%的SOC，为了保证这个系统有黑启动电量，低于30%，临近30%我会把一部分的空调负荷甩掉，发现跌破30%它会告警，转入停机状态，实现了更优的电源质量，更高的可靠性，更灵活的系统扩充能力，因为它对于整个微网系统的接入有着非常强的可编程性和实时应对能力。最后我认为主要是从装备层面防止故障的蔓延，实现更高的可靠性、安全性。

因为系统不是很大，看起来一年有几十吨的碳排，实际上这也是非常小的一个点，但我觉得这个项目探索了一种新的可能，我觉得这也是最大的价值。

我就说这么多。

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