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构网型装多少、装在哪:系统强度需求的量化转向(论文解读)

深度 · tech · 2026-10-11 · NewdPower 研究 · 阅读约 42 分钟 · 万字深度+行业分析

国内构网型储能的市场化进程已经走到"按比例配置"的阶段:行业统计口径下,2025年国内投运的构网型储能项目达66个、规模7.3吉瓦/25.2吉瓦时,容量较2024年增长近3倍;2026年一季度新增并网2.48吉瓦/6.89吉瓦时,占同期大储新增装机的19.2%(容量口径)。但从电网规划的角度看,一个更根本的问题始终悬而未决:一个电力电子主导的系统,到底需要多少构网型资源、又应该装在哪里?2026年10月6日提交至arXiv的论文《Quantifying Grid-Forming Requirements for System Strength: How Much and Where?》(arXiv:2610.08948v1,作者 Ambuj Gupta、Balarko Chaudhuri、Mark O'Malley,伦敦帝国理工学院)给出了一个可操作的定量框架。这篇论文在2026年9月29日至10月2日于葡萄牙波尔图举行的第25届风能与太阳能并网研讨会(25th Wind & Solar Integration Workshop)上发表,核心贡献是把"构网型需求"从一个装机比例问题,重写为一个可以计算的"系统强度"问题。

本文基于论文原文独立撰写,只借鉴论文解读的文体结构——信息卡、导读、逐层机制拆解、数据演算、验证边界、工程推演——不复述任何第三方解读内容。论文做的工作写"论文原文",站内行业数据的引用标注公开来源,本文自己的推演与映射写"本文推演",三者严格区分。

论文信息卡
标题:Quantifying Grid-Forming Requirements for System Strength: How Much and Where?
作者:Ambuj Gupta、Balarko Chaudhuri、Mark O'Malley(伦敦帝国理工学院电气与电子工程系)
编号:arXiv:2610.08948v1,2026年10月6日提交;发表于第25届风能与太阳能并网研讨会(葡萄牙波尔图)
核心指标:雅可比电压刚度指标(Jacobian Voltage Stiffness Metric,JVSM)——作者团队此前在 arXiv:2607.09249 中提出,本文将其系统性地用于构网型需求的"数量×选址"双变量分析
一句话概括:构网型资源的数量与选址共同决定系统强度,只用台数或比例规定构网型需求是不充分的,应以"逐母线的电压刚度是否达标"为准。

一、导读:规范都在要求"功能",没人回答"剂量"

构网型(Grid-Forming,GFM)变流器之所以重要,是因为它以电压源特性运行,能在亚暂态到暂态的时间尺度内维持电压幅值与相位,补上同步发电机退出后电网失去的"刚度"。各大电网机构已经密集出台了功能性规范:澳大利亚AEMO在2023年5月发布构网型逆变器自愿规范(论文引用文献[1]);美国ERCOT在2024年9月发布高级电网支撑储能资源功能规范(文献[2]);MISO在2024年7月提出构网型储能能力与测试要求(文献[3]);UNIFI联盟在2026年1月更新至第3版构网型资源规范(文献[5])。国内也在同步推进:2024年《加快构建新型电力系统行动方案》部署构网型技术应用专项行动,2026年7月国家能源局发布《构网型柔性直流输电系统稳态性能要求》《构网型柔性直流输电系统暂态性能要求》两项行业标准(DL/T 3025-2026、DL/T 3026-2026),"十五五"规划进一步提出加大构网型等技术应用。

但这些规范共同的结构性缺口是:它们规定构网型设备应具备什么特性,却没有回答系统层面的问题——装多少、装在哪。论文引言直指这一点:以装机容量、台数或渗透率表述的构网型需求,并不直接刻画最终形成的系统强度;一台构网型设备的电压源特性取决于其控制设计,而它对系统的贡献还取决于电气位置。用"配比"思维规定构网型,就像用"每千人床位数"规定医院建设——床位数量不等于救治能力,构网型占比也不等于系统强度。

这不是一个纯学术洁癖。此前已有研究从广义短路比角度评估达到指定稳定裕度所需的构网型变流器数量(Xin等2025年发表于 IEEE Transactions on Power Systems 的工作,论文引用[10]),也有基于阻抗/导纳的方法识别弱电网位置或对欠阻尼模态贡献大的设备(论文引用[11][12],Zhu与Green等的阻抗裕度比与导纳裕度工作)。论文作者对这些既有路线的批评是:它们要么假设理想电压源特性,要么依赖详细系统模型、矢量拟合、特征值分析或参考阻抗模型,而"构网型台数与位置的组合对逐母线电压刚度的影响"始终缺乏系统性的量化分析。这正是本文要填的空。

西北戈壁大型电网侧构网型储能电站
图 1 · 电网侧构网型储能电站:规模在放量,规划语言仍停留在配比(NewdPower 配图)

二、机制拆解:JVSM 是什么、算的是什么

论文使用的核心工具是雅可比电压刚度指标(JVSM)。要理解它,先回到它度量的对象:电压源-阻抗(Voltage-Source-Behind-Impedance,VSBI)特性。论文对VSBI特性的定义是:一台设备、或从某条母线看进去的电网,在扰动后围绕运行点维持电压幅值与相位的能力。对理想VSBI,内部电压源在亚暂态到暂态时间尺度内保持不变,端电压扰动通过对应的有功与无功功率交换被"顶回去"——功率响应越快、幅度越大,电压刚度越强;响应慢、幅度小,刚度越弱。

量化层面,论文用频域雅可比把电压扰动与功率响应联系起来。对小扰动,电压幅值V与相角θ的扰动通过一个2×2的频域雅可比矩阵与有功P、无功Q的响应相关联(论文式(1))。在高X/R比的输电系统中,主导耦合是有功-相角、无功-幅值,因此论文只保留两个元素:JPθ(s),即相角扰动引起的有功响应;JQV(s),即电压幅值扰动引起的无功响应。JVSM的幅值分量与相位分量分别由这两个传递特性在对数频率轴上加权积分得到(论文式(2)(3)),再合成为单一指标(论文式(4)):JVSM等于幅值刚度分量与相位刚度分量的平方和开根号后除以二。

JVSM 计算链路:从频域扫描到强度判据 ① 频域扫描 设备端口或母线 驱动点导纳特性 (5-100 Hz 逐频点) ② 频域雅可比 J(s) JPθ(s):相角扰动引起 的有功响应;JQV(s): 幅值扰动引起的无功响应 ③ 对数加权积分 5-100 Hz 频段积分 log10(f) 权重强调 更快的高频响应 ④ JVSM 与判据 设备级与逐母线 电网级两个层级; 阈值可反推构网需求 关键设计选择(论文原文):频段取 5-100 Hz——VSBI 特性对应亚暂态到暂态时间尺度(约 0-200 毫秒),下限剔除慢动态,上限截断更快的高频段; 幅值按标幺值而非分贝计入,保留大响应的直接贡献;无需矢量拟合、特征值分析、参考阻抗,也不需预先区分设备是构网型还是跟网型。 注:NewdPower 依据论文第2-3节整理的机制框图;方框高度不参与数值比较。
图 2 · JVSM 计算链路:频域扫描 → 雅可比特性 → 加权积分 → 强度判据(NewdPower 绘制)

两个频段边界的选择有明确的物理含义。VSBI特性对应亚暂态到暂态时间尺度,大约0至200毫秒,折算到频域即5至100赫兹:下限5赫兹剔除较慢的动态(调速器、AGC等),上限100赫兹限制超出VSBI关注范围的更快动态进入积分。log10(f)加权强调高频——即更快的功率响应;幅值以标幺值而非分贝计入,保证大响应不被对数压缩。论文原文特别强调JVSM的工程优势:它可以直接从设备或电网的频域扫描计算得到,不需要详细内部模型、参考阻抗,也不需要预先把变流器分类为构网型或跟网型,还避开了既有动态强度指标所需的矢量拟合与后续特征值/奇异值分析;同时它保留了物理上最相关的JPθ与JQV特性,而不是把整个导纳矩阵聚合为单一中间量,因而保住了高X/R输电系统中主导的相位-幅值耦合动态。这些特性使JVSM适合作为计算量很小的预筛选指标。

三、壁挂棍类比:为什么短路比在电力电子电网里失灵

论文用一个非常直观的类比解释传统短路比(SCR)类指标的局限,原文称为"壁挂棍类比"(wall-mounted-stick analogy):墙上的锚代表内部电压源,棍的长度代表内部电源与端子之间的阻抗Z。对理想电压源,锚完全刚性,扰动发生在棍的自由端,自由端的刚度由棍长决定——棍越短(阻抗越低),扰动后振荡越小。这正是同步机主导电网的传统理解:同步机的内部电动势在亚暂态时间尺度内近似不变,系统强度主要由阻抗刻画,所以SCR类指标够用。

但在变流器主导的电网里,锚本身可能是松的——构网型变流器的电压源响应依赖控制设计,控制带宽、限幅、虚拟阻抗参数都会改变"锚"的刚度。论文原文的原话是:同样长的棍,自由端的振荡幅度可以因为墙锚的松紧而大不相同;同样地,同样的网络阻抗下,电压刚度可以因为底层电压源的动态特性而不同。这就是为什么在IBR主导电网里,SCR"测阻抗"而不"测锚",会系统性误判系统强度:一个SCR数值相同的母线,接一台控制调校良好的构网型设备与接一台调校不佳的设备,真实的电压刚度可能相差数倍。

壁挂棍类比:SCR 测的是棍长,JVSM 连锚一起测 理想 VSBI(同步机 / 调校良好的构网型) 刚性锚 棍长 = 阻抗 Z 扰动后小幅振荡 非理想 VSBI(控制受限的变流器) 松锚 同样的棍长(阻抗同左图) 锚随振荡大幅摆动 SCR 类指标只看棍长(网络阻抗与短路容量),在锚刚性时可近似成立;变流器主导电网中锚的刚度由控制决定, JVSM 通过雅可比特性把锚与棍一起度量——论文原文的图1类比,NewdPower 重绘,框高不参与数值比较。
图 3 · 壁挂棍类比:同样的阻抗,锚的松紧决定真实的电压刚度(NewdPower 依据论文图1重绘)

这个类比也解释了JVSM的两个应用层级为什么必须分开。设备级JVSM:在单台变流器端子上做频域扫描,得到该设备自身的相位刚度JVSMθ、幅值刚度JVSMV与合成JVSM,用于横向比较不同变流器的电压源能力——不依赖构网/跟网标签,只看响应。电网级JVSM:从第i条母线向网络看进去的驱动点导纳,把网络导纳与所有接入设备的端子特性在每个频点上合成为全系统频域表示,再换算为驱动点雅可比,逐母线计算——它反映的是网络与全部设备动态叠加后,该母线"看出去"的真实刚度。论文原文强调:一台构网型设备的设备级强度,并不直接决定全网各处的系统强度——这正是下一章实验要反复验证的核心命题。

四、实验设计:39节点全电力电子系统与385种配置

论文的算例基于改造过的IEEE 39节点系统:原系统全部十台同步机被替换为变流器接入30至39号母线,构成一个100%电力电子化的系统。实验设计的巧妙之处在于控制变量:所有配置中各台变流器的额定容量固定,只在"跟网型(GFL)"与"构网型(GFM)"两种运行模式间切换,因此配置之间的差异只剩两个自由度——构网型的台数与位置。十个接入母线按电气距离粗分为四个区域:A1区含30、37、39号母线,A2区含31、32号母线,A3区含38号母线,A4区含33、34、35、36号母线。

统计的配置空间是穷举的:1台构网型有10种组合,2台45种,3台120种,4台210种,合计385种配置。每种配置计算逐母线电网级JVSM,并与全系统白箱线性化模型的小信号模态分析交叉验证——用参与因子定位对临界振荡模态贡献最大的设备,用电压幅值模态可观性定位振荡在空间上最"看得见"的位置。这个验证设计的关键在于:JVSM是黑箱化的频域指标(只需扫描),模态分析是需要详细模型的白箱方法,两者的结论如果互相印证,频域扫描的工程可用性就成立。

论文表1还给出了另外三组两台构网的代表性配置,四组案例合在一起,恰好完整展示了"位置换台数"的对称性:GFM位于31、39号母线时,最弱GFL母线是A3区的38号(JVSM为21.27),最劣模态7.13赫兹、阻尼比-7.51%,系统不稳定;GFM换成35、38号母线(A4、A3区)时,最弱GFL母线转移到A1区的39号(26.66),阻尼比回升到15.88%、频率6.90赫兹;GFM位于38、39号母线(A3、A1区)时,最弱GFL母线又变成A4区的34号(25.00),阻尼比-4.59%、频率7.24赫兹,再次不稳定;GFM位于31、35号母线(A2、A4区,即前述参考案例)时,最弱GFL母线回到38号(22.43),阻尼比11.70%、频率7.39赫兹。这组对照里藏着一个值得反复咀嚼的规律:最弱的GFL母线总是出现在没有GFM支撑的区域,且支撑区域一换,弱区位置随之转移——31、39组合把A3晾在无支撑区,38号母线就成为全网最弱点;把一台GFM挪到38号本身,弱区立刻跳到39号所在的A1区。系统强度是一个"按下葫芦浮起瓢"的空间博弈,任何单点补强都会把薄弱环节挤到别处,这正是"逐母线校核"必须全网进行、而不能只看新增设备接入点的根本原因。

把机制读透。论文选了GFM位于31与35号母线的配置作参考(两台构网分居A2、A4区):设备级JVSM上,两台GFM远高于其余八台GFL,符合预期;但逐母线电网级JVSM显示,高强度区域只集中在GFM接入点附近,其余区域明显偏弱,最弱的GFL母线是38号。以"GFL母线中的最小JVSM"(记为JVSM_GFL_min)作为全网强度的保守标量:参考配置为22.43,出现在38号母线。模态侧的结论与之完全对齐:临界振荡模态中,GFM设备的参与度很低,弱区的GFL设备参与度最高,38号母线的GFL贡献最大;电压幅值可观性也在38号母线附近最强。三条独立证据链——JVSM地图、参与因子、模态可观性——指向同一批弱区母线,这是论文方法成立性的直观展示。论文原文由此提炼出一条重要机理:构网型设备的强度贡献主要是局部的,而非全网均匀的。

五、数量效应:从负阻尼到全正阻尼的台阶

数量维度上,论文对385种配置的统计给出一条清晰的单调趋势,但附带着重要的非确定性警告。

GFM 台数配置数JVSM_GFL_min 中位数(p.u./p.u.)最劣模态阻尼比中位数含负阻尼模态的配置数
1 台1019.66-1.15%6 / 10(占 60%)
2 台4522.948.52%5 / 45(占 11.1%)
3 台12026.6321.46%1 / 120(占 0.83%)
4 台21028.2431.83%0 / 210(占 0%)

来源:论文第4.3节图5、图6及正文(原文口径:39节点全IBR系统、GFM台数1-4的全部组合)

三个读数值得展开。第一,中位JVSM_GFL_min从1台的19.66升至4台的28.24,中位阻尼比从-1.15%升至31.83%——台数增加总体上同时改善刚度与阻尼,方向单调。第二,负阻尼配置的占比快速收敛:1台构网时十分之六的配置存在负阻尼(小信号不稳定),2台降至九分之一,3台降至百分之一以下,4台时210种配置全部正阻尼。第三,也是论文反复强调的:台数本身并不唯一决定系统强度——每个台数分组内JVSM与阻尼的分布区间都很宽(论文图5、图6的分布图显示各台数组之间存在大范围重叠),位置这个"第二变量"没有被台数吸收掉。

构网型台数效应:中位最小 GFL 母线刚度(左)与中位最劣模态阻尼(右) 左:JVSM_GFL_min 中位数(p.u./p.u.) 右:最劣模态阻尼比中位数(%) 30 20 10 0 19.66 1台 22.94 2台 26.63 3台 28.24 4台 0 10 20 30 35 -1.15 1台 8.52 2台 21.46 3台 31.83 4台 注:柱高等比例映射。左图 1 像素≈0.2 JVSM 单位;右图 1 像素≈0.235%,阻尼负值向下。 台数效应单调但非充分:每组内分布区间宽,位置仍是独立变量。 来源:论文第4.3节图5、图6中位数(原文数据);NewdPower 绘制
图 4 · 数量效应:台数增加单调改善中位刚度与阻尼,但每组内部分布很宽(NewdPower 绘制)

论文由此引出本文最具操作价值的转换:把"期望的稳定裕度"翻译成"系统强度门槛"。以385种配置的散点关系为依据,若目标是全网最劣模态阻尼比不低于10%,可保守地要求 JVSM_GFL_min不低于30——即每条GFL接入母线的电压刚度都不低于30,然后反推满足该门槛所需的构网型台数与位置组合。论文原文明确说明:30这个具体阈值是系统与设备相关的,不能直接照搬;但"由阻尼目标反推JVSM门槛,再由门槛筛选配置"的方法路径是通用的。这相当于把规划语言从"装N台"改写为"把弱区母线的刚度抬到X以上"——前者是投入语言,后者是效果语言。

六、选址效应:三台跨三区胜过四台聚两区

位置维度的证据来自一个精心设计的对照组。论文先取2台构网配置中最劣的一个作为基准:GFM位于31、39号母线(分居A2、A1区),最弱GFL母线为A3区的38号(JVSM_GFL_min=21.27),最劣模态7.13赫兹、阻尼比-7.51%——系统小信号不稳定。从这个基准出发做两个对照:

对照组一:只加1台构网,放在33号母线(A4区——基准案例中没有GFM支撑的区域),形成(31,33,39)配置,三台构网分布于A1、A2、A4三个区。结果:JVSM_GFL_min从21.27升至23.47,最劣模态阻尼比从-7.51%跃升至19.00%,临界频率从7.13赫兹移至7.92赫兹。对照组二:加2台构网,放在32号(A2区)与37号(A1区),形成(31,32,37,39)配置——台数比对照组一多一台,但四台构网仍集中在A1、A2两个区。结果:JVSM_GFL_min升至27.10,阻尼比8.73%(7.89赫兹),系统稳定但裕度有限。

把两个对照组并排放:台数更少的(31,33,39)配置,最劣模态阻尼(19.00%)反而显著高于台数更多的(31,32,37,39)配置(8.73%)。原因在论文原文中说得直白:33号母线把构网支撑延伸到了此前无支撑的A4区,而32、37号母线只是对已有支撑的A2、A1区的重复加强。一兆瓦的构网容量装在"没人撑的地方",就最劣模态阻尼而言,效果好过两兆瓦装在"已经有人撑的地方"。

同台数不同选址:区域覆盖决定强度效果(39节点系统四区域示意) 配置A:4台聚两区 (31,32,37,39) A1区:37、39 GFM×2 集中 重复加强 A2区:31、32 GFM×2 集中 重复加强 A3区:38 无GFM 弱区暴露 A4区:33-36 无GFM 弱区暴露 JVSM_min 27.10 阻尼 +8.73% 7.89 Hz · 稳定 裕度有限 配置B:3台跨三区 (31,33,39) A1区:39 GFM×1 支撑新区域 A2区:31 GFM×1 支撑新区域 A3区:38 无GFM 支撑缺位 A4区:33 GFM×1 延伸到无支撑区 JVSM_min 23.47 阻尼 +19.00% 7.92 Hz · 更稳 台数少一台 注:区域框为电气距离抽象示意,框高不参与数值比较;NewdPower 依据论文第4.4节案例绘制。
图 5 · 选址对照:把构网容量铺到无支撑区域,比堆叠在已支撑区域更有效(NewdPower 绘制)

为把"分布性"本身定量化,论文引入了一个简单指标——GFM分布分值S_GFM:四个区域中含至少一台GFM的区域个数,取值1至4。对全部210种4台配置按S_GFM分组统计,结果再次确认选址效应:

GFM 分布分值 S_GFM(覆盖区域数)JVSM_GFL_min 中位数最劣模态阻尼比中位数
1(四台聚一区)22.6610.71%
2(覆盖两区)26.4826.45%
3(覆盖三区)28.2932.46%
4(覆盖全部四区)36.7739.09%

来源:论文第4.4节图8、图9(全部210种4台构网配置,按区域覆盖数分组的中位数)

同样是四台构网,从聚一区到全覆盖,中位阻尼比从10.71%提升到39.09%——3.65倍的裕度差异,发生在完全相同的台数与容量之下。同时论文也提醒分布分值只是粗颗粒指标:同一分值内的不同布置仍有实质差异,具体接在哪个母线仍然重要。

同为四台构网:区域覆盖越广,阻尼中位数越高(%) 40 30 20 10 0 10.71 S=1 聚一区 26.45 S=2 覆盖两区 32.46 S=3 覆盖三区 39.09 S=4 全覆盖 注:柱高等比例映射,1像素=0.2%;样本为全部210种四台构网配置(论文图9中位数)。 来源:论文第4.4节;NewdPower 绘制
图 6 · 分布分值效应:覆盖全部区域的四台构网,阻尼中位数是聚一区配置的3.65倍(NewdPower 绘制)

补一个算术核验:39.09%除以10.71%约等于3.65倍——本文在图注中直接给出这个倍数,供读者复核。至此,论文的两个主结果可以合并成一句话:构网型需求必须以"台数×位置"联合规定,并以最终的逐母线电压刚度为验收口径。以渗透率、装机占比或台数为唯一标尺的构网型要求,既可能不足(台数够但位置重复),也可能过度(弱区已达标仍机械加配)。

七、工程推演:把论文方法翻译到国内规划语境

以下部分为本文推演,不是论文内容,引用数据均标注来源。

推演一:从"按比例配建"到"按强度校核"。国内构网型的推广目前主要依托项目级要求:弱电网与"沙戈荒"基地按一定比例配置构网型储能、部分省区对独立储能提出构网功能要求。这类"配比式"要求的问题是显然的——它对应论文批评的"以台数/容量/渗透率规定GFM需求":同样的构网占比,设备落点不同,弱区母线的真实刚度可能差数倍。论文给出的替代路径可以直接翻译成国内规划的流程语言:先做全网(或省网)逐母线的JVSM扫描,识别GFL接入的弱区母线清单;设定全网统一的JVSM门槛(如论文案例的30对应10%阻尼目标,具体数值需按国内主网架与设备特性重新标定);把"满足门槛"作为约束,反推构网型储能的最小规模与最优落点;最后用详细小信号分析复核候选方案。频域扫描的计算量远小于全模型特征值分析,适合做规划期的批量预筛选——这正是论文原文强调的JVSM定位:"计算量很小的预筛选指标"。

推演二:辅助服务与市场机制的挂钩点。如果"逐母线电压刚度"成为可测量的量,构网型资源的价值就不必再捆绑在设备投资环节,而可以拆出对应的服务品类:JVSM门槛未达标的运行时段,构网型放电/调压支撑按强度贡献计酬。这为国内正在推进的系统调节服务市场提供一个思路——强度是位置相关、时段相关的稀缺品,统一比例配额把它平均化了,平均化即意味着弱区定价不足、强区定价过度。以强度为口径的服务计量,与近期讨论较多的"系统强度服务"国际实践(如澳大利亚对系统强度的框架化采购)方向一致。

推演三:对设备端的三点含义。其一,设备级JVSM提供了不依赖"构网/跟网"标签的能力度量,采购方可以按JVSM分级采购,构网认证(国内已有厂商通过组串式与集中式储能变流器构网认证测试)与JVSM量化测试可以并行;其二,落点价值显性化后,开发商在项目选址阶段的电气评估权重上升——同一个储能项目接在不同母线,对系统强度的贡献不同,其容量电价/辅助服务收益的定价基础也应不同;其三,GFM贡献的局部性(论文参考案例中强度集中于接入点附近、最弱GFL母线获得改善有限)提醒:构网型不是"一台顶全网"的英雄设备,弱区问题的最终答案一定是"多点位、小容量、按需分布"的组合,而非在强区堆叠大容量构网。

八、行业分析一:产业链价值链与利润池

构网型的产业价值链可以拆为五段:功率半导体(IGBT/SiC)→功率模块与变流器(PCS)→系统集成(电芯+BMS+PCS+EMS+舱体)→电站开发运营→电网侧强度服务收益。构网型技术对这条链的利润池再分配,核心在第二段与第五段。

设备端的证据是价格双轨:2026年3月17日公示的华能清能院2026年度储能PCS框架集采(总规模2吉瓦,构网型占50%)中,集中式PCS中标价0.19至0.22元/瓦、平均0.20元/瓦,分散式0.23至0.30元/瓦、平均0.27元/瓦(北极星储能网公开信息)。构网型要求与跟网型在同一标段内混合报价,但集采对构网型产能与大功率业绩的强制门槛把中小厂商挡在门外——构网能力正在成为PCS环节的"入场券"而非"加分项"。行业集采口径下,构网型PCS相对跟网型的溢价常被估计在两至三成(估算口径,无统一公开数据),这部分溢价构成本文所说的利润池迁移:从电芯环节(价格高度透明、供给过剩)向具备构网算法、测试认证与业绩记录的变流器环节集中。

电站端,构网型储能项目的收益结构=电量收益(峰谷价差)+容量收益(容量租赁/容量电价)+辅助服务(调频、备用等)+(潜在的)强度服务收益。前三项与普通储能同质,第四项是构网型独有、且论文方法使其可计量的增量——利润池的远期扩展方向。国际上已有先例:论文引用的AEMO自愿规范之外,澳大利亚市场已将系统强度作为可采购的系统服务框架化运营;国内若引入强度计量,构网型储能将获得一块与"位置稀缺性"挂钩的新收益来源。

价值链环节构网型带来的变化利润池方向证据/口径
功率半导体构网型对过流能力、控制实时性要求更高,IGBT/SiC选型升级量价微升技术推演
PCS 变流器构网功能成为集采入场门槛,认证与业绩壁垒溢价集中环节,估算两至三成溢价华能集采门槛;估算口径
系统集成构网型要求系统级协调控制(多机并联、黑启动)向有构网集成业绩的头部集中集采中标格局(公开)
电站运营落点决定强度贡献,选址价值显性化弱区节点项目获得稀缺性溢价本文推演
强度服务JVSM 类指标使强度可测量、可定价远期新增品类论文方法+国际框架(AEMO)

注:溢价幅度为行业估算口径,无统一公开披露;华能集采数据来自北极星储能网公开报道。

九、行业分析二:竞争格局与集中度(CR3/CR4)

构网型PCS的竞争格局正在从"泛储能PCS"格局中分化出更窄的头部队列。三个可核对的公开锚点:其一,行业第三方统计口径下,科华数能蝉联2025年中国储能PCS国内市场出货量榜首;其二,阳光电源成为行业首家组串式、集中式储能变流器均通过构网认证测试的企业,其2026年3月与欧洲两家能源公司各签署1吉瓦时构网型液冷储能系统协议(合计2吉瓦时,公开报道口径),另在沙特交付的7.8吉瓦时储能项目全容量并网,成为全球最大的构网型储能项目;其三,南瑞继保供货的沙特SEC三期2.5吉瓦项目投运,为全球规模最大的电网侧构网型储能集群(公开报道口径)。

集采侧的格局更直观:华能清能院2026年度PCS集采两标段合计7家中标——特变电工、智光储能、汇川技术、禾望科技、索英电气、科华数能、许继电力电子,其中禾望科技与汇川技术(苏州汇川)同时中标两个标段。以国内储能PCS出货口径的行业第三方统计估算,头部五家(科华数能、阳光电源、上能电气、盛弘股份、索英电气等序列)合计份额多落在50%至60%区间(估算口径,各家统计序列略有差异)。构网型将使集中度进一步抬升,原因有三:构网控制的算法与测试迭代需要持续研发投入,规模摊薄成本;集采对构网产能与大功率业绩设硬门槛;构网认证测试本身构成时间壁垒——头部厂商通过认证在先,后来者排队。按此推演,本文判断构网型PCS的CR4将在两三年内显著高于泛储能PCS口径的CR4(估算口径的推演判断,非统计数据)。

十、行业分析三:市场规模三档情景

以可核对的公开数据为锚:2025年国内投运构网型储能66个项目、7.3吉瓦/25.2吉瓦时(行业统计口径);2026年一季度新增并网2.48吉瓦/6.89吉瓦时、容量占比19.2%,全年大储新增中构网型渗透率行业预计达15%至20%。设三档情景(本文推演,系统单价按2026年行业中标价中枢0.5元/瓦时含构网溢价假设):

情景2026全年构网型新增假设渗透率假设系统市场规模(0.5元/瓦时假设)驱动/约束变量
保守8吉瓦/28吉瓦时15%(Q1后渗透率回落)约140亿元大储总量放缓(隐含全年大储约187吉瓦时);构网要求仅限明确弱电网区域
基准12吉瓦/42吉瓦时18%(延续Q1水平)约210亿元大储总量约233吉瓦时;"沙戈荒"基地与省网构网要求稳步扩围
乐观18吉瓦/60吉瓦时20%以上(大储放量+构网标配化)约300亿元大储总量约300吉瓦时;强度服务机制试点;构网认证产能释放

注:本文推演口径。以2025年7.3吉瓦/25.2吉瓦时(约3.5小时)与2026Q1 2.48吉瓦/6.89吉瓦时(约2.8小时)为参照基数,表中吉瓦/吉瓦时换算按约3.3至3.5小时综合取值;市场规模的系统单价0.5元/瓦时为含构网溢价的显式假设。

敏感性最大的变量是"渗透率口径"本身:如果未来规划从"比例配额"转向"强度校核"(论文主张的方向),构网型的市场规模就不再是大储新增的固定百分比,而由弱区母线的数量与达标缺口决定——这既可能使总量低于比例口径的测算(强区不再机械加配),也可能使其高于比例口径(弱区缺口集中兑现)。方法转变本身,就是市场规模最大的不确定性来源。

十一、行业分析四:价值链上游风险

风险一:功率半导体与核心元件的供给约束。构网型对过流能力与控制实时性的要求抬高了IGBT/SiC的规格门槛,规格升级意味着单机用量与单位价值同步上升;功率半导体环节的产能周期与储能放量周期错配时,头部PCS厂商的交付排期将成为产业链的隐形瓶颈。公开报道口径下,部分头部厂商2026年PCS专用产能已满负荷运行、新增产线优先保障已中标央企项目交付——产能排期本身就是风险。

风险二:认证与测试产能的排队风险。构网认证测试(低短路比下的性能验证、黑启动、故障穿越等)需要专门测试平台,测试资源是行业公共品属性的基础设施。随着构网要求扩围,认证排队长尾化会拖慢二三线厂商的入场节奏,间接固化头部格局——对采购方而言,则意味着可选供应商清单短期收窄、议价空间收窄。

风险三:低价中标下构网功能"形备实不至"。构网型的性能边界在极端工况(低SCR、高渗透、近区故障)下才充分暴露,常规出厂测试与现场验收难以完整覆盖。若集采价格竞争压至0.19元/瓦的低位而构网功能验证不充分,系统将积累一批"标称构网、实构网能力存疑"的资产——这正是论文方法论试图防住的场景:以逐母线实测刚度为验收口径,而非以设备标签为验收口径。强度校核如果在工程验收端缺位,配比式推广的规模越大,隐含的系统性风险越高。

风险四:算法与人才的上游依赖。构网控制的核心资产是控制算法与参数整定经验,兼具电力系统理论与电力电子工程实践的团队稀缺。论文所代表的学术前沿(频域雅可比、驱动点特性、模态交叉验证)与工程现场(参数整定、调试、事故复盘)之间存在转化断层,上游人力资本的供给速度将慢于装机放量的速度——这是所有电力电子化电网共同面临、且无法用资本开支快速解决的约束。

储能电站 PCS 舱内部功率模块机柜
图 7 · PCS 舱内部:构网能力的真正瓶颈在算法、测试与产能,而非电芯价格(NewdPower 配图)

十二、边界与局限

论文自身的边界需要明确交代(以下为论文原文范围):算例为改进的39节点系统,全部同步机替换为变流器,是高度抽象的实验环境,未包含真实电网的负荷动态、线路参数多样性与运行方式变化;全部GFM设备采用相同的控制特性,未涉及不同构网控制路线(下垂控制、虚拟同步机、阻抗重塑等)之间的差异比较;JVSM阈值30对应10%阻尼的目标线是本算例的保守经验值,明确说明系统与设备相关、不可直接移植;研究限于小信号范围,大扰动暂态(故障穿越、黑启动)不在本文证据链内;台数分析止步于四台,更大规模组合空间的组合数增长与计算可行性未讨论;论文未联合优化容量与位置(GFM单机容量固定),也未考虑运行方式变化对逐母线刚度的影响——作者在结论中把这列为后续工作。

本文行业分析部分的边界同样显式:构网型储能规模与渗透率数据为行业第三方统计口径,与官方口径可能存在统计范围差异;PCS溢价与集中度区间为估算口径;三档情景为作者推演,非预测;国内规划语境的映射(推演一至三)为作者观点,不代表论文作者立场;"强度服务"的机制设计在国际市场仍处于框架化阶段,国内尚无对应政策文件,相关判断的兑现依赖电力市场改革的节奏。

十三、结论与观察指标

这篇论文的价值不在于给出"多少台构网"的答案——它反而证明了任何单一数字的回答都不成立——而在于给出了把问题本身改写的能力:从"装多少、按什么比例"改写为"哪些母线的刚度是多少、缺口在哪、什么方案能以最小代价补齐"。三个层次的结论值得记住:方法层,JVSM以频域扫描的低计算成本实现了设备级与逐母线电网级强度的统一度量,与白箱模态分析互相印证;实证层,385种配置穷举证明台数与位置必须联合规定——三台跨三区的阻尼(19.00%)优于四台聚两区(8.73%),同为四台时全覆盖配置的阻尼中位数是聚一区配置的3.65倍;工程层,规划语言应从投入口径(台数、容量、占比)转向效果口径(逐母线刚度门槛),这为构网型的需求侧管理与远期的强度服务市场提供了计量基础。

后续观察指标:其一,国内规划与标准文件(行业标准、基地项目技术要求、省网并网细则)中是否出现以"系统强度/短路比校核"替代或补充"构网比例配额"的表述;其二,构网型储能集对标段中构网型占比的变化(华能2026年度集采的50%是否成为基准线),以及构网功能验证条款是否从"型式试验"深化为"场站级实测";其三,强度类辅助服务或容量机制的试点省份与定价方法;其四,学术侧——JVSM类指标在更大规模系统(省级/区域级主网)上的应用研究,以及构网控制路线差异对JVSM测量的敏感性分析;其五,国际侧——AEMO系统强度框架、英国稳定路径等与逐母线刚度指标互认的进展。这些信号的兑现节奏,将共同决定构网型从"配额市场"走向"强度市场"的速度。

来源:arXiv:2610.08948v1《Quantifying Grid-Forming Requirements for System Strength: How Much and Where?》(Ambuj Gupta、Balarko Chaudhuri、Mark O'Malley,伦敦帝国理工学院,2026年10月6日提交;第25届风能与太阳能并网研讨会论文;论文工作受 Leverhulme International Professorship(LIP-2020-002)与 EPSRC(EP/Y025946/1)资助);论文引用的AEMO、ERCOT、MISO、UNIFI规范及JVSM前作 arXiv:2607.09249;构网型储能规模与集采数据为行业统计与公开报道口径(2025-2026);行业分析与情景测算为 NewdPower 推演。观点仅供参考,不构成投资建议。