華為儲能方陣的獨門利器——虛擬同步機技術

  據國際能源署近期發布的一份報告指出，要實現所有國家氣候目標并且保證能源安全的情況下，到2040年，全球需增加或更換8000萬公里的電網，并在電網運營和監管方式方面做出重大改變。

  由此可見，隨著全球可再生能源并網規模越來越大，電網支撐能力的提升越來越重要。不過除了更換電網，還可以換個角度來思考解決方案，微網就是其中之一。目前來看，微網應用范圍以園區、海島等等面積較小的區域為主。如果設想一下，要在漫無邊際的沙漠中，劃出2.8萬平方公里建設一座新城，有一百萬人來往與生活，沒有大電網接入，只靠光伏發電供電，那么你對它的供電方式和供電設施會有怎樣的想象?

  人們首先會想到的就是：沒有電網支持，何談供電穩定?

  但是現在真的有這么一個場景，而且真的有這樣一個企業，已經將這一難題通過前所未有的技術方案解決了。

  這一項目就是沙特的“紅海新城”項目。該項目位于沙特西部，是沙特“2030愿景”中的重點工程，城建最大亮點就是電力供應全部來自新能源。

  作為全球首個GW級100%新能源供電的獨立微網項目，沙特紅海400MW光伏和1.3GWh微網儲能系統全部采用華為智能光儲解決方案。

  華為數字能源推出的黑科技視頻欄目《比特與瓦特》最新一期介紹了這一在沙漠里拔地而起的GWh級別的“新能源微網”，并詳細介紹了微網建設成功的獨門技術利器——虛擬同步機技術。

  嶄新欄目 嶄新輸出

  比特(BIT)和瓦特(WATT)在節目中被“二次元化”，以兩個機械小人兒出現，他們分別代表了數字技術和能源技術。

  在數字技術領域，華為是“遙遙領先”的佼佼者，在進入能源業務之后，就以其深厚的“BIT+WATT”技術優勢在多個項目和領域取得了佳績。近期，華為數字能源推出了《比特與瓦特》視頻欄目，華為ICT、電力電子等領域的科學家們，憑借他們對技術的理解和洞察，在節目中帶來了專業且深入的科學觀點，幫助大眾了解數字能源黑科技的真實用途。

  不僅如此，華為數字能源實踐豐富，在《比特與瓦特》中，華為科學家們將華為在“前沿陣地”踩過的坑、積累的直接經驗，都開誠布公，以幫助更多企業準確把握能源與數字領域變化與趨勢，讓從業者和普通觀眾從更具體的案例和現實中，找到自己與變化的聯系。

  當然不能光談踩過的“坑”，時不時也必須“凡爾賽”。本期節目中，華為就請高級專家佘宏武博士重點介紹了在沙特紅海項目中的技術利器：虛擬同步機技術。

  恢宏工程背后的能源新模式

  佘宏武博士首先介紹了紅海新城“100%光儲供能”的基本含義：白天100%使用光伏發電，同時為儲能設備充電，晚上完全使用儲能系統的放電，來進行供電。

  因為完全沒有沙特的大電網接入，相當于從0到1建立了一個非常完整的電網，且其儲能規模達到1.3GWh，這不僅在沙特是首創項目，同時也是全球首創，在一定程度它也代表了未來人類社會全新的發-儲-用電模式。

  由于涵蓋多項跨領域技術，對應的標準、關鍵技術等在國際上尚屬空白，華為憑借長期以來大量的研發投入，對構網型儲能等技術進行專項攻堅并取得豐碩成果，并充分應用在這一項目中。

  除了技術具有極強的開創意義，另外沙特的地貌也給技術研發增加了難題。中東紅海地區夏季最高溫度超過50℃，項目地距離海邊最近僅100米。在高溫、高濕、高鹽霧、風沙的環境下，如何保障儲能系統的可用容量、運行壽命、運輸、施工、運維等也是挑戰之一。華為智能組串式儲能設備均達到IP55防護能力和C5級防腐，分布式溫控設計可以確保在高溫場景下穩定運行。

  難題：大電網消失

  紅海日照充足，光伏發電毫無壓力，但是如何讓電力穩定供應卻是項目參與者所面臨的巨大難關。

  日常供電系統中與居民關聯最緊密的就是電壓和頻率。如果電壓不穩，變化范圍過大，不僅會給電網設備的運轉造成一定影響，還會嚴重損壞家庭電器和線路，更嚴重的會引發火災、威脅人身安全。頻率不穩定，同樣也會損壞電器設備，甚至造成停電，影響電力系統的穩定性。

  傳統電網要實現電壓和頻率的穩定，并不是特別大的難事，因為電網系統采用的是同步發電機發電，通過調速器來控制電網的頻率，并通過勵磁器來控制電壓，從而為用戶提供穩定的供電。

  目前并網型(Grid-Following)儲能系統已經有很多發電項目和供電系統中采用，不過這些儲能系統對于電網穩定性是起輔助作用，因為大電網的穩定運行主要是靠同步發電機組支持。儲能系統基于儲能變流器來實現儲能電池與電網之間的充電與放電，每一個儲能變流器都跟隨大電網的頻率與電壓，只需要控制自身輸出的電流，即可完成提升電網穩定性的輔助功能。

  但是在紅海項目中，儲能系統沒有固定的頻率和電壓可以跟隨，大電網被徹底抽掉了。柴油發電機僅緊急備用，這意味著儲能系統成為電網穩定性任務的承擔者，必須能夠在各種穩態和暫態故障工況下保持電網穩定運行。

  穩了!電壓與頻率!

  華為天生為研發而來。面對這一難度系數極高的難題，華為開創性地研發了虛擬同步機(VSG，Virtual Synchronous Generator)技術，讓每臺儲能變流器(PCS)模擬傳統同步發電機的運行模式，采用虛擬調速器控制電網的頻率，并用虛擬勵磁器控制電網的電壓。

  一千多臺!就在離紅海岸邊不太遠的地方，月白色的儲能系統方正而立，組成氣勢恢宏的方陣，正是其中的儲能變流器支撐了紅海微網的穩定運行。

  建立穩定電網的同時，還可以實現100%新能源微網下離網連續故障穿越并支持GW級整網黑啟動，使能分鐘級電力恢復，有效避免停電損失。同時針對現場變壓器突投需求頻繁、電機等沖擊性負荷啟停產生沖擊電流，可能造成電網崩潰的風險，通過先進的構網型(Grid-Forming)儲能算法，在不超配PCS前提下，支持100%儲能額定容量變壓器的投切，保障整網穩定供電。

  當然，這不僅僅是理論效果，而是已經在紅海項目中被證明了的效果。為了達到實踐中不出偏差，華為建設了全球最大的8.8兆瓦光儲并離網實驗室，通過全數字仿真、半實物仿真，以及8.8兆瓦樣機實驗室三個階段的嚴格測試，在產品發貨前充分驗證，同時專家團隊對常駐沙特紅海現場，第一時間解決現場遇到的各種疑難雜癥。

  就在11月3日SNEC儲能展上，華為參與的沙特紅海1.3GWh全球最大微網光儲項目，榮獲“儲能技術卓越獎”，這一獎項中也包含了對于富有開創意義的虛擬同步發電機技術的嘉許。

  狄德羅效應說：當一個人擁有了一件新物品后，會想要更多的物品來與之匹配。當人們將“微網”規模做得越來越大的時候，必須有更相宜、更穩定的供電系統，華為，為人類實現了這一夢想。