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储能系统中的PCS 技术
PCS 是电池储能系统中的核心部件,可以实现电池与电网间的直接转换,完
成两者间的双向能量流动,并通过控制策略实现对电池的充放电管理、电侧负荷
功率的跟踪、电池储能系统充放电功率的控制和正常及孤岛运行方式下网侧电压
的控制。
1 变流器拓扑结构
1.1 DC/DC+DC/AC
(1)运行方式:双向DC/DC 环节主要进行升、降压变换,提供稳定直流。
储能电池充电时,双向DC/AC 变流器工作在整流状态,将电网测交流电压整流为
直流电压,该电压进过DC/DC 变流器降压得到储能电池充电电压。储能电池放电
时,双向DC/AC 变流器工作在逆变状态,双向DC/DC 变流器升压向DC/AC 变流器
提供直流侧输入电压,经变流器输出合适的交流电压。
(2)优点:适应性强,可实现对多串多并的电池模块的充放电。缺点:多
了DC/DC 环节,整个PCS 系统的转换效率降低。
(3)常见的转换形式及其拓扑图:
图4-1 仅含DC/DC 变流器拓扑图
图4-2 直流共侧DC/DC 变流器拓扑图
图4-3 交流共侧DC/DC 变流器拓扑图
相比常规的结构,直流共侧系统及交流共侧系统,可采用模块化连接方式
1.2 DC/AC
(1)运行方式:储能电池经过串并联后,直接连接DC/AC 的直流端。储能
电池系统充电时,双向DC/AC 变流器工作在整流状态,将系统侧交流电转化为直
流电,将能量储存在储能电池中。放电时,双向储能变流器工作在逆变状态,将
储能电池释放的能量由直流变成交流电。
(2)特点:适用于电网中分布式独立电源并网,结构简单。PCS 环节能耗
相对较低。缺点:系统体积大、造价高,储能系统的容量选择缺乏灵活性,电网
侧发生短路故障可能在PCS 直流侧产生短时大电流,对电池生产较大冲击。
(3)仅含DC/AC 环节的PCS 拓扑图如图4-4 所示:
图4-4 仅含DC/AC 变流器拓扑图
(4)包含DC/AC 环节的PCS 拓扑图如图4-5 所示,这种拓扑结构的扩容方
式是,多组电池组分别经过各自的DC/AC 环节后再并联,并联后滤波并网。
这种拓扑结构的优点是:采用模块化连接方式,配置更加灵活。当个别电池
系统出现故障时,电池系统还能继续工作。但这种结构存在电力电子器件增多,
控制系统设计复杂等不足之处。
图4-5 包含DC/AC 环节的PCS 拓扑图
1.3 Z-源+DC/AC
(1)运行方式:加入阻抗网络,允许出现两个IGBT 同时导通情况。在直通
情况下,Z-源网络中的电感被充电;在非直通状态下,电感中的能量被释放。含
Z-源网络的逆变器就是通过给桥臂加入直通状态,使直通状态和非直通状态按预
设的升压调制方式交替出现来实现直流链电压泵升的。
(2)特点:
1)升压电路少,原理简单,控制方便,不需要额外的开关管;
2)升降压比高,使储能电池容量选择范围宽泛;
3)消除了由死区带来的输出电压波形畸变。
(3)Z-源+DC/AC 拓扑图
图4-6 Z-源+DC/AC
1.4 级联型H 桥
级联型H 桥变流器由若干个功率单元组成,电池组连接到功率单元两端,如
图4-7 所示。每个功率单元中有两对开关状态互补的开关,每对互补开关的动作
将导致该相的输出电压上升或下降一个单元直流母线电压。通过合理选择产生上
升和下降沿的开关组合,即可完成不同开关间的轮回。
图4-7a Y 型接法
图4-7b △型接法
2 滤波器
常见的滤波器有:L 型滤波器、LC 型滤波器、LCL 型滤波器。
2.1 L 型滤波器
(1)单电感L 型滤波器的结构简单,并网电流控制容易,但其高频滤波特
性差,不合适开关频率较低的应用场合。 典型的并网逆变器通过串联电感滤波
器,来衰减输出电流的开关频率谐波分量,但在低开关频率的大功率并网逆变器
中,采用电感滤波器需较大
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