前言

儲能變流器作為現(xiàn)代儲能系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)換的核心設(shè)備，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)、微電網(wǎng)四大領(lǐng)域。然而，隨著對儲能系統(tǒng)的性能、可靠性和安全性以及系統(tǒng)運行效率的要求不斷提高，儲能變流器的測試已經(jīng)變得越來越重要。?
    首先，?儲能變流器是儲能系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件，?它將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，?以便于電網(wǎng)并網(wǎng)或為負載供電。?為了確保儲能變流器的性能、?安全性和可靠性，?必須進行全面的檢測。?這些測試包括但不限于效率檢測、?穩(wěn)定性測試、?以及在不同工況下的性能驗證，?以確保儲能變流器在實際應(yīng)用中的穩(wěn)定性和可靠性。
    其次，?儲能變流器的測試還涉及到系統(tǒng)集成性，?避免了不同廠家設(shè)備之間的兼容性問題，?從而提高了測試的準確性和效率。?通過使用高精度的測量設(shè)備和模擬不同的工作條件，?可以驗證儲能變流器在不同工況下的性能，?確保其在實際應(yīng)用中的穩(wěn)定性和效率。
    此外，?數(shù)據(jù)大容量存儲和分析也是儲能變流器測試的一個重要環(huán)節(jié)。?通過對電壓、?電流、?功率等測量數(shù)據(jù)以及電壓、?電流顯示波形數(shù)據(jù)進行實時存儲和分析，?可以對儲能變流器的全面性能進行評估，?從而更好地優(yōu)化和調(diào)整系統(tǒng)。
    因此，儲能變流器測試的重要性在于確保儲能系統(tǒng)的性能、?安全性和可靠性，?優(yōu)化系統(tǒng)運行效率，?通過全面的測試和數(shù)據(jù)分析，從而?提高儲能系統(tǒng)的整體性能和可靠性。
    本文通過深入研究儲能變流器測試方法與技術(shù)的綜述，能夠為研發(fā)人員、工程師和決策者提供全面的了解，以促進儲能變流器的不斷創(chuàng)新和應(yīng)用，為實現(xiàn)更高效、可持續(xù)和環(huán)保的儲能系統(tǒng)解決方案作出貢獻。

                                                                                                            儲能系統(tǒng)

01
摘要

本文通過深入研究儲能變流器測試方法與技術(shù)的綜述，能夠為研發(fā)人員、工程師和決策者提供全面的了解，以促進儲能變流器的不斷創(chuàng)新和應(yīng)用，為實現(xiàn)更高效、可持續(xù)和環(huán)保的儲能系統(tǒng)解決方案作出貢獻。

在新能源和智能電網(wǎng)的快速發(fā)展中，儲能技術(shù)正逐步成為支撐電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行、優(yōu)化資源配置的關(guān)鍵技術(shù)之一。其中，PCS（Power Conversion System）儲能變流器作為儲能系統(tǒng)的核心設(shè)備，其性能和應(yīng)用直接影響著儲能系統(tǒng)的整體效率和穩(wěn)定性。本文將從PCS儲能變流器的定義、工作原理、主要特點、應(yīng)用場景、測試方法以及未來發(fā)展趨勢等方面進行深入分析和解讀。

關(guān)鍵詞:儲能系統(tǒng)、PCS儲能變流器、測試方法、拓撲結(jié)構(gòu)、功率分析儀

02
儲能變流器

01

PCS儲能變流器的定義

PCS儲能變流器，全稱Power Conversion System，是儲能系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，用于實現(xiàn)儲能電池與電網(wǎng)之間的能量轉(zhuǎn)換和雙向流動。它能夠?qū)⒅绷麟娹D(zhuǎn)換為交流電或?qū)⒔涣麟娹D(zhuǎn)換為直流電，以滿足電網(wǎng)對儲能系統(tǒng)的充放電需求。PCS儲能變流器在儲能系統(tǒng)中扮演著“橋梁”的角色，連接著儲能電池和電網(wǎng)，確保儲能系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運行。
本文通過深入研究儲能變流器測試方法與技術(shù)的綜述，能夠為研發(fā)人員、工程師和決策者提供全面的了解，以促進儲能變流器的不斷創(chuàng)新和應(yīng)用，為實現(xiàn)更高效、可持續(xù)和環(huán)保的儲能系統(tǒng)解決方案作出貢獻。

                                                                                     儲能設(shè)備系統(tǒng)框圖

02

PCS儲能變流器的工作原理

PCS儲能變流器的工作原理主要基于電力電子技術(shù)，通過控制開關(guān)器件的通斷來實現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換和雙向流動。當電網(wǎng)需要儲能系統(tǒng)放電時，PCS儲能變流器將儲能電池中的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并輸出到電網(wǎng)中；當電網(wǎng)需要儲能系統(tǒng)充電時，PCS儲能變流器則將電網(wǎng)中的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，并存儲到儲能電池中。在充放電過程中，PCS儲能變流器還需要根據(jù)電網(wǎng)的需求和儲能電池的狀態(tài)進行 精確的功率控制和能量管理，以確保儲能系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和高效利用。

                                                                                       PCS儲能變流器的工作原理圖

03

儲能變流器(PCS)拓撲結(jié)構(gòu)
PCS的拓撲結(jié)構(gòu)決定了其轉(zhuǎn)換效率和可靠性。PCS 結(jié)構(gòu)分為單級型結(jié)構(gòu)和雙級型結(jié)構(gòu) 。

1、單極型結(jié)構(gòu)
    單極型儲能變流器的結(jié)構(gòu)如圖1中所示，其僅由一個DC/AC環(huán)節(jié)（PWM變流器）構(gòu)成。其工作原理是：儲能電池組放電時，其存儲的能量經(jīng)過PWM逆變器進行DC/AC逆變，儲存在儲能電池組中的直流電變換為交流電回饋電網(wǎng)；儲能電池組充電時，電網(wǎng)的交流電通過PWM變流器進行AC/DC整流，變換為直流電儲存在電池組中。

                                                                                圖1單級性儲能變流器拓撲
 PWM 變流器工作于整流狀態(tài)或逆變狀態(tài)從而實現(xiàn)能量的雙向流動。一般將單個儲能電池串并聯(lián)構(gòu)成儲能電池組，以保證變流器的正常工作。
 單級型拓撲效率高、結(jié)構(gòu)簡單、損耗較小、控制簡便。但是在實際應(yīng)用中單級型拓撲結(jié)構(gòu)還存在一些缺點: 儲能系統(tǒng)的容量配置不夠靈活，儲能電池的電壓工作范圍較小。

2、雙級型拓撲
    雙級型儲能變流器的拓撲結(jié)構(gòu)如圖2所示，其主要由DC/DC變換器與PWM變流器構(gòu)成。它的工作原理是: 儲能電池組放電時，儲能電池組中的直流電經(jīng)過DC/DC 變換器升壓后，供給 PWM變流器，經(jīng)過PWM 變流器逆變?yōu)榻涣麟姾蠊┙o電網(wǎng);儲能電池組充電時，電網(wǎng)的交流電經(jīng)過 PWM 變流器的整流，變?yōu)橹绷麟姾筮M入DC/DC 變換器，DC/DC 變換器將直流電壓降壓后給儲能電池組充電。

                                                                                  圖2雙級性儲能變流器拓撲
對于電池單體串聯(lián)和先并后串兩種形式，采用單級型變流器較為合適。對于先串后并的電池成組方式，往往采用雙級型的設(shè)計方式，使每組串聯(lián)的電池分別通過 1個雙向 DC/DC 變流器再連接到 DC/AC變流器的中間直流環(huán)節(jié)，然后再通過 DC/AC變流器與電網(wǎng)相連，如圖3所示。

                                                                                    圖3雙極性變流器拓展圖

這種雙級型變流器拓撲在大容量儲能系統(tǒng)，可以接入多組電池，各電池組之間通過獨立的 DC/DC 環(huán)節(jié)控制，實現(xiàn)對多組電池組的獨立充/放電控制，電池組的電壓工作范圍寬，不存在電池組之間的環(huán)流，實現(xiàn)對整個電池儲能系統(tǒng)容量的靈活配置和對電池組的靈活投切，方便運行管理。
    然而，雙級型變流器拓撲由于采用兩級能量變換，系統(tǒng)損耗增大，總的能量轉(zhuǎn)換效率較低;DC/DC 變換器數(shù)目多，系統(tǒng)較為復(fù)雜;兩級變流器需要密切配合并且充電、放電工況的配合方式不同，這增加了系統(tǒng)控制的難度并降低了運行可靠性。
    按照電平數(shù)劃分，儲能變流器的拓撲無非有兩種，即兩電平電路拓撲和多電平電路拓撲，其中三電平電路拓撲是多電平電路拓撲的一種主要代表。

3、兩電平電路拓撲
    如圖4所示為經(jīng)典的三相橋式兩電平電路拓撲，這種 PWM 整流器已經(jīng)在業(yè)中應(yīng)用的相當廣泛。通過控制電力電子器件IGBT 的導(dǎo)通與關(guān)斷，交流相電壓為+Ud、-Ud 兩種電平狀態(tài)。當然，這種兩種狀態(tài)的相電壓波形質(zhì)量并不好，必須提高開關(guān)器件的頻率才能改善電壓波形質(zhì)量，但這又引起了開關(guān)器件損耗的增加，因而降低了變流器整體的效率，所以，為了提高直流電壓的利用率，多電平電路拓撲引起了人們的重視。

                                                                                      圖4兩電平三相橋式電路

4、三電平電路拓撲
在高壓領(lǐng)域，多電平電路拓撲的應(yīng)用更為廣泛在，這其中又以三電平電路拓撲為主要代表，主要是因為其結(jié)構(gòu)的簡單，方便實用。與傳統(tǒng)兩電平電路相比，三電平電路多出了中性點 0 電位。與傳統(tǒng)的兩電平電路拓撲相比，三電平電路的優(yōu)點為:電壓利用率更高，諧波含量低，電壓質(zhì)量更好，減小了濾波器的體積。開關(guān)頻率低，進而電磁干擾降低，提高了系統(tǒng)的效率。
    以二極管位式NPC(Neutral Point Clamped)三電平電路拓撲為例，其拓撲如圖5所示。三電平中間直流側(cè)電容由 C1、C2 構(gòu)成。每個橋上有 4個IGBT、4個續(xù)流二極管、2個鉗位二極管。通過鉗位二極管保證了兩個IGBT承受的電壓相同。電容中點與每相的鉗位二極管中點相連，使得電容中點電壓輸出零電平，這樣每相電壓可以得到+ Ud/2、- Ud/2、三種電平。

                                                                                              圖5二極管NPC電平拓撲

 04

PCS儲能變流器的主要特點

1.高效能量轉(zhuǎn)換：
PCS儲能變流器采用先進的電力電子技術(shù)和控制策略，能夠?qū)崿F(xiàn)高效、穩(wěn)定的能量轉(zhuǎn)換和雙向流動。其轉(zhuǎn)換效率高達95%以上，能夠顯著降低儲能系統(tǒng)的運行成本。

2.精確功率控制：
PCS儲能變流器具有精確的功率控制能力，能夠根據(jù)電網(wǎng)的需求和儲能電池的狀態(tài)進行實時調(diào)整。通過精確的功率控制，PCS儲能變流器可以實現(xiàn)儲能系統(tǒng)的快速響應(yīng)和精確調(diào)節(jié)，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

3.智能能量管理：
PCS儲能變流器還具有智能能量管理功能，能夠根據(jù)電網(wǎng)的負荷情況和儲能電池的狀態(tài)進行智能調(diào)度和優(yōu)化。通過智能能量管理，PCS儲能變流器可以實現(xiàn)儲能系統(tǒng)的最大化利用和最小化損耗，提高整個電力系統(tǒng)的經(jīng)濟性和環(huán)保性。

4.靈活配置和擴展：
PCS儲能變流器采用模塊化設(shè)計，可以根據(jù)實際需求進行靈活配置和擴展。通過增加或減少模塊數(shù)量，可以實現(xiàn)對儲能系統(tǒng)容量的精確調(diào)整，滿足不同應(yīng)用場景的需求。

03
測試要點

01

PCS儲能變流器常見的測試功能主要包括性能參數(shù)測試、?電氣特性測試、?可靠性和穩(wěn)定性測試等?。

02

性能參數(shù)測試涉及確定儲能變流器的性能參數(shù)，?如變流效率、?輸出功率范圍、?響應(yīng)時間等。?

03

電氣特性測試檢測儲能變流器的電氣特性，?如電壓波形、?電流波形、?諧波失真等。

04

?可靠性和穩(wěn)定性測試評估儲能變流器在不同條件下的工作性能，?如溫度變化、?負載變化、?瞬態(tài)過載等。

05

儲能變流器作為中間轉(zhuǎn)換設(shè)備，其整流與逆變效率、電壓、電流、功率、諧波等檢測是最常見也是最重要的測試參數(shù)。

吹田電氣 SPAW7000功率分析記錄儀擁有最高達0.01%的測量精度和0.1Hz-5 MHz的高帶寬，可以滿足大多數(shù)條件下的功率測量要求。除此之外擁有七個功率通道和兩個電機通道，可以同時測量計算出儲能變流器的整流效率和逆變效率，搭配電池儲能系統(tǒng)和電網(wǎng)并網(wǎng)系統(tǒng)，分別連接到儲能變流器的兩端，利用SPAW7000功率分析記錄儀分別測試兩端電壓和流就能夠快速準確地得出其整流與逆變效率，同時也可以準確的測試出功率、諧波等數(shù)據(jù)。

                                                                         PCS儲能變流器應(yīng)用功率分析儀測試場景圖
04
應(yīng)用場景

01

微電網(wǎng)系統(tǒng)：

在微電網(wǎng)系統(tǒng)中，PCS儲能變流器能夠?qū)崿F(xiàn)分布式電源與儲能系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，提高微電網(wǎng)的穩(wěn)定性和供電質(zhì)量。通過PCS儲能變流器的精確功率控制和智能能量管理，可以實現(xiàn)微電網(wǎng)系統(tǒng)中電源和負荷的平衡和優(yōu)化調(diào)度。

02

電力系統(tǒng)調(diào)頻調(diào)峰：

在電力系統(tǒng)中，PCS儲能變流器可以用于調(diào)頻調(diào)峰，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。當電網(wǎng)負荷高峰時，PCS儲能變流器可以釋放儲能電池中的能量，為電網(wǎng)提供額外的功率支持；當電網(wǎng)負荷低谷時，PCS儲能變流器則可以吸收電網(wǎng)中的多余能量，為儲能電池充電，以備后用。

03

電動汽車充電樁：

隨著電動汽車的普及和發(fā)展，電動汽車充電樁的需求也在不斷增加。PCS儲能變流器可以作為充電樁的能量轉(zhuǎn)換與管理核心，實現(xiàn)電網(wǎng)與電動汽車之間的能量雙向流動。在充電過程中，PCS儲能變流器能夠優(yōu)化充電策略，提高充電效率；在放電過程中，PCS儲能變流器則可以為電動汽車提供備用電源，提高電動汽車的續(xù)航里程。

05
相關(guān)產(chǎn)品

06
總結(jié)

在儲能變流器技術(shù)的發(fā)展中，儲能變流器的測試方法與技術(shù)扮演著至關(guān)重要的角色。它不僅為我們提供了評估儲能變流器和整個儲能系統(tǒng)的關(guān)鍵工具，還為研發(fā)工程師、技術(shù)工程師和儲能變流器生產(chǎn)企業(yè)提供了持續(xù)改善儲能變流器設(shè)計和制造過程的機會。

隨著新能源和智能電網(wǎng)的快速發(fā)展以及儲能技術(shù)的不斷進步，PCS儲能變流器將面臨更大的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)。未來PCS儲能變流器將朝著更高效、更智能、更靈活的方向發(fā)展。

一方面，隨著電力電子技術(shù)的不斷進步和新材料的不斷應(yīng)用，PCS儲能變流器的轉(zhuǎn)換效率將得到進一步提高。另一方面，隨著大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，PCS儲能變流器的智能能量管理能力將得到進一步提升，能夠更好地滿足電力系統(tǒng)的需求和優(yōu)化調(diào)度。此外，隨著儲能系統(tǒng)應(yīng)用場景的不斷拓展和深化，PCS儲能變流器也將面臨更多的定制化需求和創(chuàng)新挑戰(zhàn)。