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光伏储能系统关键设备之双向储能变流器PCS

储能变流器,又称双向储能逆变器,英文名PCS(Power Conversion System),应用于并网储能和微网储能等交流耦合储能系统中,连接蓄电池组和电网(或负荷)之间,是实现电能双向转换的装置。既可把蓄电池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,给蓄电池充电。

储能变流器(PCS)由功率、控制、保护、监控等软硬件电组成。分为单相机和三相机,单相PCS通常由双向DC-DC升降压装置和DC/AC交直流变换装置组成,直流端通常是48Vdc,交流端220Vac。三相机分为两种,小功率三相PCS由双向DC-DC升降压装置和DC/AC交直流变换两级装置组成,大功率三相PCS由DC/AC交直流变换一级装置组成。储能变流器分为高频隔离、工频隔离和不隔离三种,单相和小功率20kW以下三相PCS一般采用高频隔离的方式,50kW到250kW的,一般采用工频隔离的方式,500kW以上一般采用不隔离的方式。

储能变流器的重要技术参数:由于应用场合不同,储能变流器的功能和技术参数差异较大,在选择时应注意系统电压、功率因素、峰值功率、转换效率、切换时间等等,这些参数的选择对储能系统功能影响较大。

系统电压

就是蓄电池组的电压,储能变流器的输入电压。不同技术的储能逆变器,系统电压相差较大,单相两级结构的储能变流器在50V左右,三相两级结构的储能变流器在150V-550V之间。三相带工频隔离变压器的储能变流器在500V-800V之间,三相不带工频隔离变压器的储能变流器在600V-900V之间。

功率因数

储能逆变器正常运行时,功率因素应大于0.99,当系统参与功率因素调节时,功率因素范围应该尽可能宽。

切换时间

储能逆变器有两种切换时间,一是充放电切换,大型储能逆流应该能快速切换运行状态,通常要求在90%额定功率并网充电状态和90%额定功率并网放电状态之间,切换时间不大于200ms,二是应用于并网模式和离网模式的切换,切换时间不大于100ms。

储能变流器主要有并网和离网两种工作模式。并网模式,实现蓄电池组和电网之间的双向能量转换。具有并网逆变器的特性,如防孤岛、自动跟踪电网电压相位和频率,低电压穿越等等,根据电网调度或本地控制的要求,PCS在电网负荷低谷期,把电网的交流电能转换成直流电能,给蓄电池组充电,具有蓄电池充放电管理功能;在电网负荷高峰期,它又把蓄电池组的直流电逆变成交流电,回馈至公共电网中去;在电能质量不好时,向电网馈送或吸收有功,提供无功补偿等。离网模式,又称孤网运行,即能量转换系统(PCS)可以根据实际需要,在满足设定要求的情况下,与主电网脱开,给本地的部分负荷提供满足电网电能质量要求的交流电能。

总结

在多种能源组成的微网系统中,储能变流器是最核心的设备,因为光伏、风力等可再生能源具有波动性,而负荷也具有波动性,燃油发电机只能发出电能,不能吸收电能。如果系统中只有光伏、风力和燃油发电机,系统运行可能会不平衡,当可再生能源的功率大于负荷功率时,系统有可能会出现故障,因此光伏并网逆变器难与燃油发电机并网运行,而储能变流器可吸收能量,也可发出能量,且反应速度快,在系统中起到平衡作用。

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