储能变流器PCS,又称双向储能逆变器,是储能系统与电网中间实现电能双向流动的核心部件,用作控制电池的充电和放电过程,进行交直流的变换。近年来,全球储能市场爆发,对PCS的需求增大,厂商不断扩大海外市场,对PCS的研究也成为关注热点。
PCS的工作原理
储能变流器的工作原理是交、直流侧可控的四象限运行的变流装置,实现对电能的交直流双向转换。该原理就是通过微网监控指令进行恒功率或恒流控制,给电池充电或放电,同时平滑风电、太阳能等波动性电源的输出。
▲储能双向变流器主电路拓扑
PCS的构造
PCS由IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、PCB板(印刷电路板)、电线电缆等硬件组成,其主要功能包括平抑功率、信息交互、保护等,PCS决定了输出电能质量和动态特性,也很大程度影响电池的使用寿命。
PCS的工作模式
PCS的工作模式主要有并网和离网两种:
在并网模式下,PCS实现储能电池与电网之间的双向能量转换。主要功能是根据微网监控指令进行恒功率或恒流控制,给电池充电或放电,同时平滑风电光伏等波动性较强的输出。
在离网模式中,PCS可以根据实际需求,给本地部分负荷提供满足电网电能质量要求的交流电能。
▲储能系统工作模式
PCS的主要功能特点
PCS的主要功能包括过欠压、过载、过流、短路、过温等的保护、具备孤岛检测能力进行模式切换、实现对上级控制系统及能量交换机的通信功能、并网-离网平滑切换控制等。
▲电化学储能系统结构图
PCS应用场景
按照应用场景的不同,PCS可以分为储能电站、集中式或组串式、工商业及户用四大类,主要区别是功率大小。
储能电站PCS的功率一般大于10MW,选取级联型多电平拓扑,采用IGBT模块设计,一般N个交流器安装到集装箱内部,支持多机并联运行,需变压器升压接入电网。
集中式PCS的功率在250KW以上,当前多采用两电平拓扑,同样采用IGBT模块化设计,使用功率器件较少,单机功率可达MW级,对系统可靠性要求较高。
工商业PCS的功率一般在250KW以下,当前多采用三电平拓扑,与分布式光伏相结合,可以实现自发自用,还可利用电网峰谷差价获利。
以永泰数能Ener Hexon™ Smart215智能分布式储能系统为例,采用All in one设计,高度集成锂电池、BMS、PCS、EMS、温控系统、消防系统以及配电系统于一体。能够提供削峰填谷,电网调频,电力扩容、备用电源、黑启动等功能服务。可灵活的部署在各种工商业园区、光储充一体站、快充站、医院、学校、矿区、机场、加油站等场景。
▲永泰数能Ener Hexon™ Smart215分布式储能系统
家庭户用PCS的功率在10KW以下,与户用光伏相结合,作为应急电源、电费管理等,对规范、噪声等要求较高。
以永泰数能Energistar户用储能综合方案为例,通过智能管理软件,结合长寿命、高的磷酸铁锂电池和光储控制兼具的混合逆变器,控制能源的使用,为千家万户带来、可靠、绿色、经济的低碳生活。
▲永泰数能Energistar户用储能综合方案
储能PCS的发展趋势
从技术路线来看,分为集中式逆变器、组串式逆变器、集散式逆变器和微型逆变器。
目前业内电池储能系统主要采取集中式PCS,多组电池并联将引起电池簇之间的不均衡;组串式PCS可以实现簇级管理,提升系统寿命,提高全寿命周期放电容量,组串式PCS规模化应用趋势已见雏形。
随着储能市场规模的不断扩大,储能系统PCS设备不再是简单的转换设备,而是要求具备更高的集成能力。未来,储能系统PCS将越来越倾向于集成设备,通过软件的开发、升级、优化,实现储能系统的智能化控制、性能保障等,从而实现储能技术在电网中的更好应用。
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