储能系统中的变流器（PCS）：分类、原理与应用

储能系统中的变流器（PCS）：分类、原理与应用

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/qingchunwang/article/details/146331179

储能系统中的变流器（Power Conversion System，简称PCS）是实现电能转换的核心设备，它在并网和离网模式下都能高效运行，是现代电力系统中不可或缺的关键组件。本文将详细介绍PCS的分类、工作原理、功能特点和应用场景，帮助读者全面了解这一重要技术。

PCS分类

按应用场景分类

1. 储能电站PCS

• 功率一般大于10MW。
• 采用级联型多电平拓扑，IGBT模块设计。多个交流器安装在集装箱内，支持多机并联运行，需变压器升压接入电网。

2. 集中式PCS

• 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，单机功率可达MW级，对系统可靠性要求较高。

• 主要用于大型地面电站等场景。

  

3. 工商业PCS

• 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。

4. 家庭户用PCS

• 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，对安全规范、噪声等要求较高。

  

按功能和技术特点分类

1. 光伏逆变器

• 集中式逆变器：功率水平高、电压等级高、单瓦建设成本低，但MPPT电压范围窄，发电时间短，不具备组件级MPPT、组件级关断和组件级监控功能，不可室外安装，适用于大型地面电站和分布式工商业光伏。
• 组串式逆变器：重量轻、体积小、可室外安装、便于维护，MPPT路数多适合复杂场景，MPPT电压范围宽，延长日间发电时间，但同样不具备组件级MPPT、组件级关断和组件级监控功能，适用于大型地面电站、分布式工商业光伏和户用光伏。
• 微型逆变器：体积小巧、安装方便、安全性、可靠性、拓展性强，具备组件级MPPT、组件级关断和组件级监控功能，但产品单瓦成本远高于组串式逆变器，适用于分布式工商业和户用光伏系统。

2. 储能变流器

• 储能变流器是一种双向储能逆变器，可控制储能系统的充电和放电过程，进行交直流的变换。它既可把储能系统的直流电逆变成交流电，输送给电网或者给交流负荷使用；也可把电网的交流电整流为直流电，给储能系统充电。
• 储能变流器还可以进一步细分为传统储能变流器和Hybrid储能变流器（整合并网逆变器+传统储能变流器），Hybrid储能变流器主要使用直流耦合方案，应用场景主要是户储。

3. 一体机

• 一体机是储能变流器与电池组的集成产品，如特斯拉的Powerwall Plus等。这类产品集成了储能变流器、并网逆变器的交流耦合电池，具有多种功能和优点，如高电能转换效率、低能耗、响应快及便于安装和维保等。

PCS并网离网工作原理

1. 并网运行

• 定义：在并网模式下，PCS实现蓄电池组和电网之间的双向能量转换，并具备逆变器的特性。
• 工作原理：PCS通过交、直流侧可控的四象限运行变流装置，将电网的交流电整流成直流电，为电池组充电。当电网需要能量时，PCS又将储能电池中的直流电逆变为交流电，回馈到电网中。

2. 离网运行

• 定义：离网模式，又称孤网运行模式，是指在特定情况下，PCS能够脱离主电网，独立为本地负荷提供电力。
• 工作原理：在离网模式下，PCS不连接到电网，而是直接为本地负载供电。它将储能电池中的直流电转换为交流电，以满足本地负载的需求。

功能特点

1. 并网运行

• 双向能量转换：实现蓄电池与电网之间的无缝双向交流。
• 防孤岛保护：当检测到电网异常断电时，PCS迅速响应，自动切断向电网的电力输送，有效避免孤岛现象，确保安全。
• 电网同步：能够精准追踪并匹配电网的电压相位与频率，实现与电网的同步运行，保障电力传输的稳定性。
• 低电压穿越：面对电网电压的短暂波动，PCS能够维持正常运行，为电力系统提供稳定支撑。

2. 离网运行

• 自主供电：在电网失效时，PCS能够独立为本地负载提供符合标准的交流电力，保障关键设施的不间断运行。
• 应急响应：面对突发停电事件，PCS能够迅速切换至离网模式，成为应急电源的核心，确保电力供应的迅速恢复。

3. 混合模式

• 储能系统能够在并网模式和离网模式之间进行切换。储能系统处于微网中，微网与公共电网接，正常工作状态下作为并网系统运行如果微网与公共电网脱离，储能系统将工作在离网模式为微网提供主电源。常见应用包括滤波，稳定电网，调节电能质量和创造自愈网。

应用场景

1. 并网运行

• 低谷储能高峰释能：在电网负荷低谷时段，PCS将电网的交流电能转化为直流，为蓄电池充电；反之，在高峰时段，则将蓄电池储存的直流电逆变为交流电，回馈电网，有效平衡电网负荷。
• 电能质量优化：通过精确控制有功与无功功率的交换，PCS不仅调节电网的电能质量，还实现了无功补偿，提升电网整体运行效率。

2. 离网运行

• 偏远地区供电：在电网难以覆盖的偏远地区，PCS的离网模式成为当地电力供应的重要解决方案。
• 应急备用电源：在数据中心、医院等关键设施中，PCS作为应急电源系统的重要组成部分，确保在紧急情况下电力供应的可靠性。

3. 混合模式

• 电力调节：通过频繁切换运行模式，调节电网频率和电压，维持电力系统稳定。
• 自愈功能：在电网故障时，储能系统能够自动切换到离网模式，快速恢复电力供应。

并网离网切换

并网转离网步骤

1. 设置PCS关机指令；
2. 确认PCS为关机状态；
3. 电网断电（电网总开关QF1断开），确认电网无电；
4. 将PCS设置为离网模式运行；
5. 设置PCS开机。

离网转并网步骤

1. 设置PCS关机指令；
2. 确认PCS为关机状态；
3. 设置PCS为并网模式；
4. 给电网上电（电网总开关QF1处于闭合状态）；
5. 设置PCS开机指令。

本文详细介绍了储能系统中变流器（PCS）的分类、工作原理、功能特点和应用场景，希望对读者了解这一关键技术有所帮助。