Topologia układu konwersji mocy (PCS) systemu magazynowania energii elektrochemicznej jest ściśle powiązana z trasą techniczną systemu magazynowania energii elektrochemicznej.
PCS może pracować w dwóch następujących stanach i tym samym pełnić dwie ważne funkcje:
1. Stan pracy układu
prostownik : przetwarza prąd przemienny sieci energetycznej na prąd stały podczas ładowania akumulatora układu
magazynowania energii
2. Stan pracy falownika: Podczas rozładowywania akumulatora układu magazynowania energii prąd stały akumulatora zamieniany jest na prąd przemienny i wprowadzane do sieci energetycznej
. Dlatego PCS jest ważnym sprzętem do realizacji dwukierunkowego przesyłania energii między ogniwem prądu stałego a siecią prądu przemiennego.
W ostatnich latach, dzięki rozwojowi i poprawie wydajności nowych urządzeń energoelektronicznych, w tym IGBT (tranzystory bipolarne z izolowaną bramką), tranzystor bipolarny z izolowaną bramką) i IGCT (tyrystor z komutacją zintegrowanej bramki), produkcja i zastosowanie urządzeń PCS wysokiego napięcia i dużej mocy stały się rzeczywistością.
Topologię PCS można z grubsza podzielić na następujące typy:
1. Zawiera tylko łącza DC/AC
Przetwornik PWM odpowiada za konwersję prądu stałego na prąd przemienny, filtr LC odpowiada za filtrowanie prądu przemiennego, co może redukować harmoniczne , a transformator może dopasowywać przekształcone napięcie do równoległego napięcia sieci prądu przemiennego i pełnić rolę izolacji elektrycznej pomiędzy systemem baterii a siecią. Podczas ładowania systemu akumulatorów PWM działa w stanie prostownika; Podczas rozładowywania PWM działa w stanie falownika.
Zalety: Nadaje się do niezależnego podłączenia do rozproszonej sieci energetycznej, prosta konstrukcja, zużycie energii przez łącze PCS jest stosunkowo niskie.
Wady: duży rozmiar systemu i wysoki koszt. Brak elastyczności w doborze mocy. Zwarcie po stronie sieci energetycznej może generować krótkotrwały i duży prąd po stronie DC PCS, co będzie miało ogromny wpływ na system akumulatorów.
2. Zawiera łącza DC/DC i DC/AC.
Dwukierunkowe przetwornice DC/DC odpowiadają za konwersję góra-dół, co pozwala uniknąć stosowania transformatorów w niektórych scenariuszach. Podczas ładowania systemu akumulatorów PWM pracuje w stanie prostownika, a przetwornica DC/DC prostuje napięcie prądu przemiennego po stronie sieci do napięcia prądu stałego odpowiedniego dla pakietu akumulatorów. Gdy układ akumulatorów jest rozładowany, PWM pracuje w stanie falownika, a przetwornica DC/DC przekształca napięcie stałe pakietu akumulatorów na odpowiednie napięcie prądu stałego, a następnie przekształca je na napięcie prądu przemiennego odpowiednie dla zewnętrznego układu prądu przemiennego poprzez Konwerter PWM.
Zalety: Sprawia, że konfiguracja pojemności akumulatora jest bardziej elastyczna i możliwa do dostosowania, a także umożliwia zarządzanie ładowaniem i rozładowaniem wieloseryjnych i równoległych modułów akumulatorowych.
Wady: Łącze DC/DC powoduje straty energii, a wydajność całego systemu jest zmniejszona.
3. Kaskadowe urządzenie PCS (bezpośrednio wiszące wysokiego napięcia)
Zasilacz jest podstawowym elementem kaskadowego urządzenia PCS, który jest odpowiedzialny za konwersję AC/DC i transmisję mocy. Strona prądu stałego każdego zasilacza jest podłączona do odpowiedniego zestawu akumulatorów, a strona prądu przemiennego jest połączona szeregowo, tworząc łańcuch konwerterów. Napięcie wyjściowe jednofazowego zespołu napędowego nakłada się na siebie, tworząc sieć dostępową wysokiego napięcia. Jednostka zasilająca zawiera obwód konwertera mostka H, obwód absorpcji tętnienia prądu stałego, obwód ograniczający prąd ładowania, moduł konwersji izolacji sygnału, płytkę sterującą jednostki mocy, stycznik prądu stałego i tak dalej.
Aspekty, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze poziomu kaskadowego PCS to:
(1) Im więcej łączy kaskadowych, tym wyższa zastępcza częstotliwość przełączania, tym niższe harmoniczne wyjściowe, ale im trudniejsze jest sterowanie, tym więcej połączeń należy zastosować monitorowane, tym bardziej złożony jest system kontroli i wykrywania.
(2) Im wyższe napięcie prądu stałego ogniwa łańcucha, sprzyja zmniejszeniu liczby ogniw łańcucha i poprawie stabilności całego systemu, ale wzrosła liczba ogniw akumulatorowych, które należy połączyć szeregowo, co powoduje trudniejsze zrównoważenie napięcia akumulatora.
(3) Jeżeli łącze posiada funkcję automatycznego obejścia, po usunięciu wadliwego łącza pojemność urządzenia PCS nie powinna zostać zmniejszona, dlatego przy wyborze napięcia strony DC każdego łącza należy wziąć pod uwagę liczbę łączy redundantnych. Im więcej łączy można ominąć, tym wyższe powinno być ustawione napięcie robocze po stronie DC.
Zalety: Unikaj stosowania transformatora wspomagającego do bezpośredniego podłączenia do sieci energetycznej, popraw szybkość reakcji dynamicznej urządzenia i zmniejsz straty operacyjne elektrowni magazynującej energię.
Wady: wysokie koszty eksploatacji i konserwacji, bardziej złożona technologia. System zarządzania baterią i moduł zasilania są zintegrowane, co utrudnia podział obowiązków w przypadku wystąpienia problemów.
