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家庭储能电源中重要的PCS

Simon观察 来源:电子发烧友网 作者:黄山明 2023-12-11 01:08 次阅读
电子发烧友网报道(文/黄山明)碳中和战略方向确立,以及电动汽车的快速发展,带动了储能行业在国内的蓬勃兴盛。并且随着产业的不断扩大,电池逐渐成了标准化的普通产品,重点也从电池硬件转移到储能系统(ESS)的组件,特别是储能平衡系统(BOS)和双向变流器(PCS)。
储能电池中重要的PCS
通常,一个电池储能系统中,主要包含电池、双向变流器、温控系统、消防系统以及管理控制系统和其他软硬件系统。PCS也被称为储能变流器或双向储能逆变器,是储能系统与电网中间实现电能双向流动的核心部件。
有机构测算,从成本构成来看,双向变流器在储能系统中的成本占比也仅次于电池。测算显示,在电化学储能系统的成本构成中,电池占比约60%,双向变流器PCS占比约20%。此外,能量控制系统占比约10%,电池管理系统占比5%左右。
PCS的主要作用是连接蓄电池组和电网(或负荷)之间,用作控制电池的充电和放电过程,进行交直流的变换。其核心工作原理在于其交、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。
简单来说,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,双向变流器也可以平滑风电、太阳能等波动性电源的输出,进一步提高了电网的稳定性和可靠性。
这也是PCS与普通逆变器最大的不同,PCS可以将直流电逆变成交流电,输送给电网或者给交流负荷使用;同时,它也可以把电网的交流电整流为直流电,给蓄电池充电。而逆变器主要用于将直流电转换为交流电。在光伏发电系统中,光伏发电产生的直流电通过逆变器转为交流电,以供日常使用。
可以简单理解,PCS包含了逆变和整流的功能,即它可以进行电能的双向转换,而逆变器主要是进行电能的单向转换。另一方面,也意味着PCS的与光伏逆变器在技术上同源。
PCS市场快速增长
早在20世纪90年代,PCS就被广泛地应用在电力系统中,主要用于解决电网故障时的电压支撑问题。然而,那时的双向变流器主要是由晶闸管构成,效率较低,体积较大。
进入21世纪后,随着可再生能源的大规模开发和电池技术的突破,PCS的应用得到了显著增长。可再生能源的输出具有间歇性和不稳定性,而PCS可以将其储存的电能稳定地输送到电网中,提高能源利用效率。此外,随着电动汽车的普及,车载电池也需要通过PCS进行充电和放电管理。
并且随着电力电子技术的发展,尤其是IGBTMOSFET等新型功率器件的出现,PCS得到了快速的发展。这些新型功率器件具有高效率、高频率、高功率密度等优点,使得PCS的体积得以大幅缩小,效率也有了显著提高。
到了2010年代,全球能源危机日益严重,各国政府纷纷提出了新能源发展计划,以推动能源结构的转型升级。在这一背景下,储能技术开始得到广泛关注和发展。PCS作为储能系统的关键核心环节,其市场需求也随之迅速增长。
据GGII调研显示,2022年,中国储能锂电池产业链规模破2000亿,其中电力储能产业链规模从2021年的480亿元,增至2022年的1600亿元,其中PCS增幅达248%。
如今,随着光伏技术的发展,发电系统与储能系统进行集成,实现电力在发电侧、电网侧和用户侧的稳定运行成为一种受到关注的新能源技术趋势。它可以提高光伏发电系统的效率和稳定性,同时还可以实现电能的储存和释放,以应对电网的峰谷波动和解决可再生能源的不稳定性问题。此外,光储一体化还可以实现分布式能源管理,提高能源利用效率,并具有更高的可靠性和安全性。
当然,目前光储一体化技术还存在一些技术和经济上的挑战,例如电池的寿命和成本、电力储存和释放的效率等问题。不过储能需求的爆发式增长带动了PCS需求,也带动了逆变器行业向储能赛道切换。
小结
作为储能电源中的关键零部件,PCS也将受益于储能行业的快速增长。国内厂商不断扩大海外市场,对PCS的研究也成为关注热点。这对于推动新型储能技术的发展和应用具有重要意义。
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