Thesistem de conversie a puterii(PCS) este interfața dintre baterie și rețeaua de alimentare sau sarcina de curent alternativ. Nu numai că determină calitatea puterii și caracteristicile dinamice ale ieșirii sistemului de stocare a energiei bateriei, dar are și un impact semnificativ asupra siguranței și duratei de viață a bateriei. Pe baza topologiei circuitului și a configurației transformatorului, tipurile de bază de PCS pot fi împărțite în tip de putere-creștere de frecvență-tip și tip de conexiune directă de-înaltă tensiune-, așa cum se arată în figură.
În prezent, nivelul de tensiune al grupurilor de baterii convenționale nu depășește 1500V și există un anumit interval de fluctuație în funcție de starea de încărcare (SOC). Prin urmare, pentru a se adapta la cerințele de tensiune ale diferitelor rețele sau sarcini electrice, un transformator de frecvență a puterii este adesea configurat pe partea AC a PCS (Sistem de conversie a puterii). Acest lucru nu numai că realizează creșterea sau reglarea tensiunii de curent alternativ, dar permite și crearea unui sistem cu trei-cu patru-fire în sistemele off-rețea pentru a alimenta sarcini mono-. În plus, îmbunătățește protecția și suprimarea compatibilității electromagnetice a sistemului de stocare a energiei.
Pe baza numărului de trepte, PCS de tip-creștere a frecvenței de alimentare pot fi împărțite în topologii cu o singură etapă și cu două-etape.
PCS cu-creșterea-frecvenței de putere cu o singură-etapă oferă o eficiență ridicată și o structură simplă; cu toate acestea, suferă de capacitatea scăzută a bateriei și flexibilitatea limitată în selectarea tensiunii. În plus, o defecțiune de scurt-circuit pe partea de curent continuu a PCS poate duce cu ușurință la o creștere mare a curentului în acumulatorul, prezentând un risc semnificativ. PCS cu un-etapă poate fi, de asemenea, clasificat în sisteme cu două-nivele, trei-niveluri sau mai multe-niveluri, în funcție de nivelul tensiunii de ieșire. Pe măsură ce numărul de niveluri crește, nivelul tensiunii DC și calitatea puterii de ieșire a PCS pot fi îmbunătățite în continuare, așa cum se arată în figură.
PCS de tip-frecvență de creștere-în două-etape, așa cum se arată în Figura 2-22, este configurat cu un convertor DC/DC bidirecțional la borna de intrare a bateriei, care mărește capacitatea acumulatorului și îmbunătățește flexibilitatea selectării tensiunii și poate realiza controlul independent al mai multor pachete de baterii. Cu toate acestea, are un cost ridicat, un control relativ complex și o eficiență scăzută. Pe baza diferitelor structuri ale convertorului DC/DC, PCS în două-etape pot fi împărțite în tipuri ne{-izolate și izolate. PCS-ul izolat în două-etape poate îmbunătăți și mai mult raportul de transformare a tensiunii și are o adaptabilitate mai largă la tensiunea bateriei, dar proiectarea unui convertor bidirecțional DC/DC cu raport mare de-boost, izolat cu capacitate mare, prezintă provocări tehnice semnificative. Principalele dificultăți includ proiectarea transformatorului de-tensiune înaltă, izolarea sistemului, comutarea soft cu rezonanță cu defazare sau serie și proiectarea cu densitate mare de putere.
Pentru bateriile cu litiu-ion, care sunt utilizate în mod obișnuit în sistemele de stocare a energiei-de mare capacitate, tensiunea de ieșire nu variază semnificativ atunci când starea de încărcare (SOC) este în intervalul de la 15% la 85%. Prin urmare, cele mai multe-sisteme de stocare a energiei de mare capacitate utilizate în prezent în țara mea utilizează un sistem de conversie a puterii (PCS) cu un singur-etapă. Cu toate acestea, pe măsură ce tensiunea de curent continuu se apropie de 1500 V, vor fi adoptate tot mai mult structuri de topologie cu trei-nivele. Un sistem de stocare a energiei bateriei de 1500 V reduce amprenta necesară și utilizarea echipamentelor electrice, cum ar fi cutii de comutare și cabluri DC, reducând astfel costurile sistemului într-o oarecare măsură. Cu toate acestea, din cauza distanței scurte dintre baterie și PCS, acesta nu oferă reducerea semnificativă a pierderilor de transmisie în curent continuu observată în centralele fotovoltaice-la scară largă. În plus, impune cerințe de performanță mai mari asupra componentelor, cum ar fi întreruptoarele de circuit DC bidirecționale și contactoarele DC bidirecționale. Proiectarea de siguranță și protecție electrică a circuitului de curent continuu este o provocare de bază în implementarea acestui sistem.
Pentru a permite aplicarea centralelor electrice de stocare a energiei bateriei la scară ultra-mare{- și pentru a evita conectarea în paralel a prea multor pachete de baterii, precum și pentru a evita pierderile cauzate de transformatoarele de frecvență de alimentare și pentru a reduce costurile, PC-urile conectate direct-de înaltă tensiune cu o structură modulară în cascadă a devenit o direcție majoră de cercetare. La fel ca PCS cu creșterea-frecvenței de alimentare, PCS-urile conectate direct-de înaltă tensiune-pot fi, de asemenea, împărțite în topologii cu o singură-etapă și cu două-etape, în funcție de numărul de etape de conversie a puterii.
PCS-ul cu o singură treaptă în cascadă poate scoate tensiune înaltă fără un transformator de frecvență a puterii, conectându-se direct la rețeaua electrică de-înaltă tensiune, făcându-l potrivit pentru construirea de sisteme de stocare a energiei la scară ultra{-mare-. Structura în cascadă realizează o ieșire pe mai multe-niveluri, asigurând armonici joase ale tensiunii de ieșire chiar și cu frecvențe joase de comutare în module individuale, reducând astfel pierderile de comutare. Cu toate acestea, PCS cu un singur-etapă în cascadă necesită izolație reciprocă pe partea de curent continuu, ceea ce are ca rezultat un stres ridicat de izolație pentru tensiuni scăzute de ieșire, necesitând un design special. Există căi de curent în mod obișnuit-între fiecare acumulator și masă, necesitând soluții pentru suprimarea curentului în mod comun-.
Curenții de încărcare și descărcare ai bateriei conțin a doua-undă armonică, care afectează negativ calea curentului bateriei și crește costurile. PCS-urile cu un singur-etapă în cascadă pot fi împărțite în principal în tipuri în cascadă de H-poduri și convertizoare modulară multinivel (MMC), așa cum se arată în figură.
În general, PCS (Power Conversion System) de conexiune directă-de înaltă tensiune-este o soluție cheie pentru a aborda provocările legate de siguranță și eficiență generate de capacitatea ultra-mare a sistemelor de stocare a energiei. Cu toate acestea, impune cerințe ridicate de izolație atât pentru pachetul de baterii, cât și pentru convertorul DC/DC izolat, ceea ce limitează adoptarea și aplicarea pe scară largă a acestuia. În plus, există provocări în ceea ce privește stivuirea concentrată, conexiunea electrică și proiectarea de siguranță a sistemelor de baterii de capacitate ultra-mare.