储能变流器PCS：工作原理模式、功能特点、应用场景及发展趋势

电网电能和储能系统

电力系统最重要的任务是向负荷安全可靠供电，而负荷是随时间波动的，储能对于电力行业的作用可以说是颠覆性的。储能系统具有随机性、波动性、间歇性的特点，在某种程度上有助于电网时时保持电力的供需平衡。当无法通过常规电源（水电、火电、核电、气电等）自身调节平抑新能源出力的波动，需要配置一定量的储能来增强电源的调节能力。

储能系统和电网电能的电双向转换离不开储能变流器

储能系统和电网电能的电之所以能双向转换，是因为拥有储能变流器，简称PCS，又称储能逆变器，储能变流器是储能系统核心器件，相当于人体的心脏。

储能变流器是一种双向储能逆变器，可控制储能系统的充电和放电过程，进行交直流的变换，既可把储能系统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，给储能系统充电。

储能变流器是双向还是单向

储能变流器，是连接储能电池系统和电网的双向电流可控转换装置，能够在电网和储能系统间精确快速地调节电压、频率、功率，实现恒功率恒流充放电以及平滑波动性电源输出。

储能变流器不仅能满足传统并网变流器对直流电转换为交流电的逆变要求，还可满足储能系统“充电+放电”带来的双向变流需求，具有对电池充电和放电功能，可用于光伏、风力发电功率平滑、削峰填谷、微型电网等多种场合。

并网模式下：在负荷低谷期，储能变流器把电网的交流电整流成直流电给电池组充电，在负荷高峰期，储能变流器把电池组中的直流电逆变成交流电反送到电网中。

离网模式下：储能变流器与主电网脱开，给本地的部分负荷提供满足电网电能质量要求的电能。

储能变流器PCS工作原理

储能变流器的工作原理是交、直流侧可控的四象限运行的变流装置，实现对电能的交直流双向转换。该原理就是通过微网监控指令进行恒功率或恒流控制，给电池充电或放电，同时平滑风电、太阳能等波动性电源的输出。

储能变流器PCS组成

PCS由IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、PCB板（印刷电路板）、电线电缆等硬件组成，其主要功能包括平抑功率、信息交互、保护等，PCS决定了输出电能质量和动态特性，也很大程度影响电池的使用寿命。

储能变流器PCS工作模式

双向储能变流器pcs的工作模式分为并网模式、离网模式和混合模式。

1、并网模式

并网模式下包括充电功能和放电功能，此时用户可以选择自动模式和手动模式。在自动模式下，如果用户选择并网充电或放电状态，储能逆变器将以之前设定好的值对蓄电池进行充电或放电。在手动模式下，用户可以通过手动修改充电或放电电流、电压和时间值，使储能逆变器工作在设定的充电或放电状态。

并网模式中，储能逆变器连接在一个大容量公用电网中，大容量是指该电网的总容量至少比储能逆变器容量大10倍以上。并网模式的主要特征是储能逆变器必须与存在的电网频率同步。要做到与电网同步，储能逆变器相对于电网来说作为一个电流源。有些情况下，储能逆变器必须能通过无功控制为电网提供电压支持。该模式常用于削峰填谷、电力负载平衡和调节电能质量。

2、离网模式

孤岛系统是一个或多个发电系统并联形成一个局部的“微网”。孤岛系统的主要特征是局部电网与所有的大电网脱离，储能系统的额定功率与局部电网产生的总功率大致相等。在这个系统中，储能系统必须可以充当网路电源，给局部电网提供电压和频率控制。另一方面，如果一个发电装置不能与其他发电装置同步，比如一个柴油发电机连接在局部电网上，那么储能系统必须作为一个电源之同步。有些情况下，储能系统还要在作为电源和与发电装置同步之间转换。

孤岛系统的特征是储能系统与局部电网相连，这些情形可能存在于偏远山区或小岛屿。常见应用包括平滑由可变电源可变负载引起的功率波动，稳定电网，优化燃料的使用和调节电能质量。

3、混合模式

储能系统能够在并网模式和离网模式之间进行切换。储能系统处于微网中，微网与公共电网接，正常工作状态下作为并网系统运行如果微网与公共电网脱离，储能系统将工作在离网模式为微网提供主电源。常见应用包括滤波，稳定电网，调节电能质量和创造自愈网。

储能变流器PCS的主要功能特点

PCS的主要功能包括过欠压、过载、过流、短路、过温等的保护、具备孤岛检测能力进行模式切换、实现对上级控制系统及能量交换机的通信功能、并网-离网平滑切换控制等。

储能变流器PCS应用场景

按照应用场景的不同，PCS可以分为储能电站、集中式或组串式、工商业及户用四大类，主要区别是功率大小。

储能电站PCS的功率一般大于10MW，选取级联型多电平拓扑，采用IGBT模块设计，一般N个交流器安装到集装箱内部，支持多机并联运行，需变压器升压接入电网。

集中式PCS的功率在250KW以上，当前多采用两电平拓扑，同样采用IGBT模块化设计，使用功率器件较少，单机功率可达MW级，对系统可靠性要求较高。

工商业PCS的功率一般在250KW以下，当前多采用三电平拓扑，与分布式光伏相结合，可以实现自发自用，还可利用电网峰谷差价获利。

家庭户用PCS的功率在10KW以下，与户用光伏相结合，作为应急电源、电费管理等，对安全规范、噪声等要求较高。

储能变流器PCS的发展趋势

从技术路线来看，分为集中式逆变器、组串式逆变器、集散式逆变器和微型逆变器。

目前业内电池储能系统主要采取集中式PCS，多组电池并联将引起电池簇之间的不均衡；组串式PCS可以实现簇级管理，提升系统寿命，提高全寿命周期放电容量，组串式PCS规模化应用趋势已见雏形。

随着储能市场规模的不断扩大，储能系统PCS设备不再是简单的转换设备，而是要求具备更高的集成能力。未来，储能系统PCS将越来越倾向于集成设备，通过软件的开发、升级、优化，实现储能系统的智能化控制、安全性能保障等，从而实现储能技术在电网中的更好应用。

储能变流器PCS厂商

储能变流器（PCS）62家厂商名单

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