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一文了解储能变流器PCS

电力电子技术与新能源 2025-01-20 21:16
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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，国内厂商不断扩大海外市场，对PCS的研究也成为关注热点。


PCS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组成
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和混合模式三种：
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。


混合模式中，储能PCS能够在并网模式和离网模式之间进行切换。


▲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。
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，对安全规范、噪声等要求较高。
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、安全性能保障等，从而实现储能技术在电网中的更好应用。
储能PCS产业格局及相关企业


当前储能PCS行业赛道玩家众多，来自光伏逆变器、不间断电源（UPS）、充电桩（EV charger）、电网侧-输配电设备（PTD、MVD、APF、SVG）等多领域厂商。

据CNESA数据，2022年度，在国内市场中储能PCS出货量排名前十位的中国储能PCS提供商，依次为：上能电气、科华数能、索英电气、阳光电源、汇川技术、南瑞继保、盛弘股份、禾望电气、智光储能和平高；2022年全球市场中储能PCS出货量排名前十位的中国储能PCS提供商，依次为：阳光电源、科华数能、上能电气、古瑞瓦特、盛弘股份、南瑞继保、固德威、索英电气、汇川技术和首航新能源。

中国储能PCS提供商2022年度全球市场储能PCS出货量排行榜   数据来源：CNESA

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