淺談儲(chǔ)能變流器（PCS）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及電流檢測(cè)

單位：浙江巨磁智能技術(shù)有限公司 ?作者：高建峰

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一、儲(chǔ)能變流器（PCS）的發(fā)展趨勢(shì)

為了達(dá)成2030年碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，新型發(fā)電形式在電力市場(chǎng)裝機(jī)量中占比不斷增加。截止2022年我國(guó)風(fēng)電、光伏發(fā)電量達(dá)到1.19萬(wàn)億千瓦時(shí)，較2021年增加2073億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)21%，占全社會(huì)用電量的13.8%，同比提高2個(gè)百分點(diǎn)，接近全國(guó)城鄉(xiāng)居民生活用電量。

在風(fēng)光發(fā)電模式的逐漸成熟化下，為提升整體電力系統(tǒng)可靠性，協(xié)調(diào)資源靈活使用、穩(wěn)定消納，市場(chǎng)開(kāi)始逐步催生配儲(chǔ)需求。2022年國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能新增裝機(jī)13.30GW，同比增長(zhǎng)26.67%，累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)到59.40GW。與全球儲(chǔ)能類(lèi)型結(jié)構(gòu)類(lèi)似，國(guó)內(nèi)的儲(chǔ)能同樣以抽水蓄能為主，而新型儲(chǔ)能的發(fā)展最為迅速，2022年國(guó)內(nèi)新型儲(chǔ)能新增裝機(jī)6.90GW，同比增長(zhǎng)182.07%，累計(jì)裝機(jī)達(dá)到12.70GW。

圖1? 國(guó)內(nèi)新型儲(chǔ)能裝機(jī)柱狀圖

由此可見(jiàn)，隨著全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變和可再生能源的大規(guī)模部署，儲(chǔ)能技術(shù)已成為電力系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。儲(chǔ)能變流器（PCS）作為儲(chǔ)能系統(tǒng)的核心設(shè)備，其性能與效率直接影響到整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)可行性。

二、儲(chǔ)能變流器（PCS）概述

儲(chǔ)能變流器(Power Conversion System，簡(jiǎn)稱(chēng)PCS)，在電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)中，是連接于電池系統(tǒng)與電網(wǎng)(和/或負(fù)荷)之間實(shí)現(xiàn)電能雙向轉(zhuǎn)換的裝置，可控制蓄電池的充電和放電過(guò)程，進(jìn)行交直流的變換，在無(wú)電網(wǎng)情況下可以直接為交流負(fù)荷供電。

PCS 由 DC/AC 雙向變流器、控制單元等構(gòu)成。PCS控制器通過(guò)通訊接收后臺(tái)控制指令，根據(jù)功率指令的符號(hào)及大小控制變流器對(duì)電池進(jìn)行充電或放電，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)有功功率及無(wú)功功率的調(diào)節(jié)。同時(shí)PCS可通過(guò)CAN接口與BMS通訊、干接點(diǎn)傳輸?shù)确绞?，獲取電池組狀態(tài)信息，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的保護(hù)性充放電，確保電池運(yùn)行安全。

圖2? 儲(chǔ)能設(shè)備系統(tǒng)框圖

三、儲(chǔ)能變流器（PCS）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

PCS的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定了其轉(zhuǎn)換效率和可靠性。PCS 結(jié)構(gòu)分為單級(jí)型結(jié)構(gòu)和雙級(jí)型結(jié)構(gòu) 。

(1)單級(jí)型結(jié)構(gòu)

單級(jí)型儲(chǔ)能變流器的結(jié)構(gòu)如圖 3 所示，其僅由一個(gè) DC/AC 環(huán)節(jié)(PWM變流器)構(gòu)成。其工作原理是：儲(chǔ)能電池組放電時(shí)，其存儲(chǔ)的能量經(jīng)過(guò) PWM 逆變器進(jìn)行 DC/AC 逆變，儲(chǔ)存在儲(chǔ)能電池組中的直流電變換為交流電回饋電網(wǎng)；儲(chǔ)能電池組充電時(shí)，電網(wǎng)的交流電通過(guò) PWM變流器進(jìn)行 AC/DC 整流，變換為直流電儲(chǔ)存在儲(chǔ)能電池組中。

圖3 單級(jí)性?xún)?chǔ)能變流器拓?fù)?/p>

PWM 變流器工作于整流狀態(tài)或逆變狀態(tài)從而實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)。一般將單個(gè)儲(chǔ)能電池串并聯(lián)構(gòu)成儲(chǔ)能電池組，以保證變流器的正常工作。

單級(jí)型拓?fù)湫矢摺⒔Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、損耗較小、控制簡(jiǎn)便。但是在實(shí)際應(yīng)用中單級(jí)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還存在一些缺點(diǎn): 儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量配置不夠靈活，儲(chǔ)能電池的電壓工作范圍較小。

(2)雙級(jí)型拓?fù)?/strong>