Die Topologie des Power Conversion Systems (PCS) eines elektrochemischen Energiespeichersystems hängt eng mit der technischen Route des elektrochemischen Energiespeichersystems zusammen.
PCS kann in den folgenden zwei Zuständen arbeiten und somit zwei wichtige Funktionen übernehmen:
1. Der Arbeitszustand des
Gleichrichter : wandelt beim Laden der Batterie des Energiespeichersystems
den Wechselstrom des Stromnetzes in Gleichstrom um.
2. Betriebszustand des Wechselrichters: Beim Entladen der Batterie des Energiespeichersystems wird der Gleichstrom der Batterie in Wechselstrom umgewandelt und in das Stromnetz eingespeist werden
. Daher ist PCS eine wichtige Ausrüstung, um eine bidirektionale Energieübertragung zwischen Gleichstromzelle und Wechselstromnetz zu realisieren.
Dank der Entwicklung und Leistungsverbesserung neuer leistungselektronischer Geräte wie IGBTs (Insulated-Gate-Bipolartransistoren), Insolated-Gate-Bipolartransistoren und IGCTs (Integrated Gate Commutated Thyristor) wurde in den letzten Jahren die Produktion und Anwendung von Hochspannungs- und Hochleistungs-PCS-Geräten vorangetrieben sind zur Realität geworden.
Die Topologie von PCS kann grob in die folgenden Typen unterteilt werden:
1. Enthält nur DC/AC-Verbindungen.
Der PWM-Wandler ist für die Umwandlung des Gleichstroms in Wechselstrom verantwortlich, der LC-Filter ist für die Filterung des Wechselstroms verantwortlich, wodurch Oberwellen reduziert werden können , und der Transformator kann die transformierte Spannung an die parallele Wechselstromnetzspannung anpassen und die Rolle der elektrischen Isolierung zwischen dem Batteriesystem und dem Netz übernehmen. Beim Laden des Batteriesystems arbeitet die PWM im Gleichrichterzustand; Beim Entladen arbeitet die PWM im Wechselrichterzustand.
Vorteile: Geeignet für netzverteilte, unabhängige Stromnetzverbindungen, einfache Struktur, der Energieverbrauch der PCS-Verbindung ist relativ gering.
Nachteile: große Systemgröße und hohe Kosten. Mangelnde Flexibilität bei der Kapazitätsauswahl. Der Kurzschlussfehler auf der Seite des Stromnetzes kann kurzzeitig einen großen Strom auf der DC-Seite des PCS erzeugen, was große Auswirkungen auf das Batteriesystem haben wird.
2. Enthält DC/DC- und DC/AC-Verbindungen.
Bidirektionale DC/DC-Wandler sind für die Aufwärts-Abwärtswandlung verantwortlich, wodurch in einigen Szenarien der Einsatz von Transformatoren vermieden wird. Wenn das Batteriesystem geladen wird, arbeitet die PWM im Gleichrichterzustand und der DC/DC-Wandler richtet die Wechselspannung auf der Netzseite in die für das Batteriepaket geeignete Gleichspannung um. Wenn das Batteriesystem entladen ist, arbeitet PWM im Wechselrichterzustand, und der DC/DC-Wandler wandelt die Gleichspannung des Batteriepakets in die entsprechende Gleichspannung um und wandelt sie dann über den in die für das externe Wechselstromsystem geeignete Wechselspannung um PWM-Konverter.
Vorteile: Es macht die Batteriekapazitätskonfiguration flexibler und anpassungsfähiger und kann das Lade- und Entlademanagement von mehrreihigen und parallelen Batteriemodulen realisieren.
Nachteile: Der DC/DC-Zwischenkreis weist Energieverluste auf und die Effizienz des gesamten Systems verringert sich.
3. Kaskaden-PCS (Hochspannungs-Direkthängung)
Das Netzteil ist die Kernkomponente des kaskadierten PCS-Geräts, das für die AC/DC-Umwandlung und die Stromübertragung verantwortlich ist. Die Gleichstromseite jedes Netzteils ist mit dem entsprechenden Batteriepaket verbunden, und die Wechselstromseite ist in Reihe geschaltet, um eine Wandlerkette zu bilden. Die Ausgangsspannung des In-Phase-Netzteils wird zu einem Hochspannungsanschlussnetz überlagert. Das Netzteil integriert eine H-Brücken-Wandlerschaltung, einen DC-Welligkeits-Absorptionsschaltkreis, einen Ladestrombegrenzungsschaltkreis, ein Signalisolations-Umwandlungsmodul, eine Netzteil-Steuerplatine, ein DC-Schütz usw.
Die Aspekte, die bei der Auswahl des Kaskaden-PCS-Levels berücksichtigt werden sollten, sind:
(1) Je mehr kaskadierte Verbindungen vorhanden sind, desto höher ist die äquivalente Schaltfrequenz, desto niedriger sind die Ausgangsharmonischen, aber je schwieriger die Steuerung, desto mehr Verbindungen müssen vorhanden sein überwacht wird, desto komplexer ist das Kontroll- und Erkennungssystem.
(2) Je höher die Gleichspannung des Kettenglieds ist, desto geringer ist die Anzahl der Kettenglieder und desto besser ist die Stabilität des Gesamtsystems, aber die Anzahl der Batteriezellen, die in Reihe geschaltet werden müssen, hat zugenommen, was dazu führt schwierigerer Batteriespannungsausgleich.
(3) Wenn die Verbindung über die automatische Bypass-Funktion verfügt, sollte die Kapazität des PCS-Geräts nach dem Entfernen der fehlerhaften Verbindung nicht verringert werden. Daher sollte bei der Auswahl der DC-Seitenspannung jeder Verbindung die Anzahl der redundanten Verbindungen berücksichtigt werden. Je mehr Verbindungen überbrückt werden dürfen, desto höher sollte die Betriebsspannung auf der DC-Seite eingestellt werden.
Vorteile: Vermeiden Sie die Verwendung eines Booster-Transformators für den direkten Anschluss an das Stromnetz, verbessern Sie die dynamische Reaktionsgeschwindigkeit des Geräts und reduzieren Sie den Betriebsverlust des Energiespeicherkraftwerks.
Nachteile: hohe Betriebs- und Wartungskosten, komplexere Technik. Das Batteriemanagementsystem und das Leistungsmodul sind integriert, was eine Aufteilung der Verantwortlichkeiten bei Problemen erschwert.
