光伏儲能系統關鍵設備之雙向儲能變流器PCS

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來源:BJX

儲能變流器,又稱雙向儲能逆變器,英文名PCS(Power Conversion System),應用于并網儲能和微網儲能等交流耦合儲能系統中,連接蓄電池組和電網(或負荷)之間,是實現電能雙向轉換的裝置。既可把蓄電池的直流電逆變成交流電,輸送給電網或者給交流負荷使用;也可把電網的交流電整流為直流電,給蓄電池充電。

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儲能變流器(PCS)由功率、控制、保護、監控等軟硬件電組成。分為單相機和三相機,單相PCS通常由雙向DC-DC升降壓裝置和DC/AC 交直流變換裝置組成,直流端通常是48Vdc,交流端220Vac。三相機分為兩種,小功率三相PCS由雙向DC-DC升降壓裝置和DC/AC 交直流變換兩級裝置組成,大功率三相PCS由DC/AC 交直流變換一級裝置組成。儲能變流器分為高頻隔離、工頻隔離和不隔離三種,單相和小功率20kW以下三相PCS一般采用高頻隔離的方式,50kW到250kW的,一般采用工頻隔離的方式,500kW以上一般采用不隔離的方式。

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儲能變流器的重要技術參數:由于應用場合不同,儲能變流器的功能和技術參數差異較大,在選擇時應注意系統電壓、功率因素、峰值功率、轉換效率、切換時間等等,這些參數的選擇對儲能系統功能影響較大。

系統電壓

就是蓄電池組的電壓,儲能變流器的輸入電壓。不同技術的儲能逆變器,系統電壓相差較大,單相兩級結構的儲能變流器在50V左右,三相兩級結構的儲能變流器在150V-550V之間。三相帶工頻隔離變壓器的儲能變流器在500V-800V之間,三相不帶工頻隔離變壓器的儲能變流器在600V-900V之間。

功率因數

儲能逆變器正常運行時,功率因素應大于0.99,當系統參與功率因素調節時,功率因素范圍應該盡可能寬。

切換時間

儲能逆變器有兩種切換時間,一是充放電切換,大型儲能逆流應該能快速切換運行狀態,通常要求在90%額定功率并網充電狀態和90%額定功率并網放電狀態之間,切換時間不大于200ms,二是應用于并網模式和離網模式的切換,切換時間不大于100ms。

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儲能變流器主要有并網和離網兩種工作模式。并網模式,實現蓄電池組和電網之間的雙向能量轉換。具有并網逆變器的特性,如防孤島、自動跟蹤電網電壓相位和頻率,低電壓穿越等等,根據電網調度或本地控制的要求,PCS 在電網負荷低谷期,把電網的交流電能轉換成直流電能,給蓄電池組充電,具有蓄電池充放電管理功能;在電網負荷高峰期,它又把蓄電池組的直流電逆變成交流電,回饋至公共電網中去;在電能質量不好時,向電網饋送或吸收有功,提供無功補償等。離網模式,又稱孤網運行,即能量轉換系統(PCS)可以根據實際需要,在滿足設定要求的情況下,與主電網脫開,給本地的部分負荷提供滿足電網電能質量要求的交流電能。

總結

在多種能源組成的微網系統中,儲能變流器是最核心的設備,因為光伏、風力等可再生能源具有波動性,而負荷也具有波動性,燃油發電機只能發出電能,不能吸收電能。如果系統中只有光伏、風力和燃油發電機,系統運行可能會不平衡,當可再生能源的功率大于負荷功率時,系統有可能會出現故障,因此光伏并網逆變器難與燃油發電機并網運行,而儲能變流器可吸收能量,也可發出能量,且反應速度快,在系統中起到平衡作用。