


PCS储能变流器是电池储能系统的重要组成部分,它主要负责控制电池的充放电过程,并将直流电转换为交流电以供电使用。它的功能是在没有电网供电的情况下,直接为交流负荷提供电能。同时,它还能连接电池系统与电网/负荷
,实现电能的双向转换。通过根据微网监控指令进行恒功率或恒流控制,它可以对电池进行充电或放电,平稳调节风电、太阳能等波动性电源的输出。对于保证输出电能的质量和动态特性最重要,同时也有特别大程度影响电池的常规使用的寿命。在电池储能系统的成本中,PCS储能变流器的比重约为15~20%。
PCS由功率、控制、保护、监控等软硬件组成,其基本功能包括平抑功率、信息交互、保护等有DC/AC双向变流器、控制单元等。其中,DC/AC双向变流器、控制单元等是PCS的组成部分。PCS的硬件包括IGBT、PCB板、电线电缆等。储能双向变流器的主电路结构有两种类型:一种是采用三相全桥电路的一级变换拓扑结构;另一种是采用两级变换拓扑结构,即前级采用三相全桥电路,后级采用DCDC斩波电路。PCS是实现交、直流侧可控的四象限运行的变流装置,实现电能的交直流双向转换。根据功率指令方向和大小指令,PCS可以对电池进行充电或放电,实现对电网有功功率和无功功率的调节。未来PCS将越来越倾向于集成设备,并通过软件的开发、升级、优化来实现储能系统的智能化控制和安全性能保障,从而更好地应用于电网中。
PCS的基本功能包括过欠压、过载、过流、短路、过温等的保护、具备孤岛检验测试能力进行模式切换、实现对上级控制管理系统及能量交换机的通信功能、并网-离网平滑切换控制平抑功率、并离网运行、信息交互等。
平抑功率:主动控制方式平抑间歇式能源输出功率短时波动、被动控制方式接受电网调动系统控制,参与电网削峰填谷。充放电一体化:结合BMS系统根据储能单元特性选择充放电策略(恒流、恒功率等)。
并离网运行:PCS实现储能电池与电网之间的双向能量转换。基本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。并网运行无功自动或调度补偿功能,低电压穿越功能。离网运行:PCS能够准确的通过实际的需求,给本地部分负荷提供满足电网电能质量发展要求的交流电能。独立供电电压、频率可调;多机并联组合供电,多机间功率自动分配。
信息交互:具备CAN 以太网RS485等接口相互通讯。保护功能在各种故障条件下保证变流器和各储能单元安全。
PCS基本保护功能有:电池极性反接保护、直流过压保护、直流过流保护、网侧过/欠压保护、网侧过流保护、网侧过/欠频保护、IGBT模块过流保护、IGBT模块过温保护、变压器/电抗器过温保护、防雷保护、非计划性孤岛保护。
PCS主要设计规范标准:《储能变流器检测作业规程》、《电池储能系统储能变流器技术规范》、GB/T14549电能质量 公用电网谐波、GB/T15543 电能质量三相电压不平衡、GB/T15945 电能质量电力系统频率偏差、GB/T12325 电能质量 供电电压偏差。
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,一般多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,能轻松实现自发自用,还可利用电网峰谷差价获利。
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,对安全准则规范、噪声等要求较高。
集中式PCS是一种当前主要使用在的方式,其结构相对比较简单且投资低。然而,当多组电池并联时,会引起电池簇之间的不均衡问题。这种拓扑结构并不适用于大规模储能设计,早期应用规模一般不超过20MWh。随着规模达到百兆瓦级别,会出现慢慢的变多的问题,如直流拉弧、直流侧的并联容量损失和并联环流等。这样一些问题严重影响了集中式储能电站的安全性和系统效率。当PCS发生故障时,总系统的1.7MW功率将停止运行,故障影响区域大,运维时间长,影响储能系统的在线率和利用率,同时增加后期的运维成本。
组串式PCS实现簇级管理的目的是提升系统寿命和全寿命周期放电容量。华能黄台100MW/200MWh项目是采用组串式PCS架构的大型储能电站。该项目采用一级AC/DC拓扑,将电池PCS集成在一个柜内,每个柜的容量为30-186KW。多个系统能进行组串分布,解决了电池簇并联环流的问题。当某个柜发生故障时,可以将其退出运行,由此减少了故障对总系统的影响区域,便于运维管理。
然而,当系统容量较大时,需要多个组串PCS的交流侧直接并联。这有几率会使并联谐振环流等潜在问题,并且整个电站的功率同步响应速度也会受一定的影响。因此,组串式实现簇级管理在目前一般适用于工商业储能项目,不太适合用于源网侧的大型项目。
总的来说,组串式实现簇级管理储能PCS方案,能提高系统寿命和全寿命周期放电容量。然而,在应用过程中必须要格外注意解决并联谐振环流等问题,并平衡整站功率同步响应速度。
集散式PCS采用二级拓扑结构 AC/DC+DC/DC结构。在该结构中,每个电池簇在并联接入直流母线前都加入了DC/DC隔离器,以解决并联环流问题。虽然增加了额外的DC/DC隔离器会导致电力转换损耗的增加,但通过分簇管理,电池的利用率得到提高,因此整体系统效率与集中式储能系统相当。
然而,该结构中的直流母线若发生短路,会影响到两侧交流和直流系统的正常运行,给储能系统的安全性带来一定隐患。因此,需要对直流母线进行相对有效的保护的方法,以确保系统的安全稳定运行。
1500V储能系统的核心产品是1500V储能PCS。根据某厂商的产品数据,1500V储能系统在单位体积内的包含的能量、成本和系统效率等方面有着非常明显的优势。例如,在使用40尺的集装箱和280Ah的电芯时,1000V的电池最大装机容量为3.3MWh,而1500V的电池能大大的提升到4.5MWh。除了能减少PCS、电池和辅助配件的成本外,使用1500V储能系统还可以大幅度降低人工、地基和土地的成本。因此,1500V储能系统在能源输出方面更加顺畅。
海拔范围(m):PCS可以在此范围内正常运行的海拔高度。对于在高海拔地区部署的项目,这个参数非常重要。
相关湿度(%):PCS可以在此范围内的相对湿度下正常工作。这对于潮湿或干燥环境中的应用至关重要。
噪音等级(dB):正常运行条件下,PCS产生的噪音水平。这对于噪音敏感区域的应用非常重要。
超载能力(%):短时间之内,PCS可承受额定功率以上的超载能力。这可以在某些应用中提供额外的灵活性。
额定频率(Hz):PCS在交流侧的额定频率。不一样的地区可能有不同的频率要求。
输入和输出电流范围(A):PCS输入(直流侧)和输出(交流侧)允许的电流范围。
故障处理和诊断功能:PCS内置的故障检验测试、处理和报警功能,以确保可靠运行并立即处理问题。
输入和输出端子:PCS的输入和输出端子类型和尺寸,以确保正确的连接和安装。
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