中國儲能網訊：儲能變流器（Power Conversion Systems，簡稱PCS）是現(xiàn)代能源存儲系統(tǒng)中的關鍵組成部分，它作為電池系統(tǒng)與電網或交流負荷之間的接口，扮演著至關重要的角色。PCS不僅決定了電池儲能系統(tǒng)對外輸出的電能質量和動態(tài)特性，而且極大地影響了電池的安全性和使用壽命。
根據電路拓撲與變壓器配置方式，PCS主要分為工頻升壓型和高壓直掛型兩種基本類型。在當前的應用場景中，常規(guī)的電池簇電壓等級通常不超過1500V，并隨SOC（荷電狀態(tài)）的變化存在一定的波動范圍。為了適應不同電網或負荷供電的電壓需求，PCS交流側往往會配置工頻變壓器。這種配置一方面實現(xiàn)了交流電壓的升壓或整定，另一方面在離網系統(tǒng)中還能形成三相四線制，為單相負荷供電。此外，工頻變壓器還改善了儲能系統(tǒng)的保護性能和電磁兼容性。
工頻升壓型單級PCS以其工作效率高和結構簡單的優(yōu)點被廣泛應用。然而，它也存在局限性，如電池組容量低和電壓選擇靈活性差。此外，當PCS直流側出現(xiàn)短路故障時，易導致電池組受到較大電流沖擊，存在安全隱患。盡管如此，單級PCS仍可根據輸出電壓電平分為兩電平、三電平或多電平。隨著電平數(shù)的增加，可以進一步提高PCS的直流側電壓等級和輸出電能質量。
相比之下，工頻升壓型雙級PCS則通過在電池接入端配置雙向DC/DC變換器，提高了電池組容量和增強了電壓選擇的靈活性。這種配置可以實現(xiàn)多組電池的分別獨立控制，但成本相對較高，控制系統(tǒng)也更為復雜。根據DC/DC變換器的結構不同，雙級PCS又可分為非隔離型與隔離型兩種，其中隔離型雙級PCS可以進一步提升電壓變比，具有更寬的電池電壓適應性。然而，大容量隔離型高升壓比雙向DC/DC變換器的設計難度大，主要難點包括高頻變壓器設計、系統(tǒng)絕緣、移相或串聯(lián)諧振軟開關、以及高功率密度設計等技術挑戰(zhàn)。
對于大容量儲能系統(tǒng)中常用的鋰離子電池而言，其SOC在15%~85%的范圍內時，輸出電壓變化不大。因此，我國現(xiàn)用的大容量儲能系統(tǒng)大多采用單級PCS。隨著直流電壓趨近1500V，三電平拓撲結構的應用逐漸增多。這種結構減少了占地面積和電氣設備如開關盒、直流線纜的使用，在一定程度上降低了系統(tǒng)成本。但是，由于電池與PCS間距離較短，并不能像大規(guī)模光伏電站那樣帶來明顯的直流傳輸損耗減少。此外，對雙向直流斷路器、雙向直流接觸器等器件提出了更高的性能要求，直流回路的電氣安全與保護設計成為實施這一系統(tǒng)的核心難點。
