儲(chǔ)能變流器作為現(xiàn)代儲(chǔ)能系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)換的核心設(shè)備，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)、微電網(wǎng)四大領(lǐng)域。然而，隨著對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的性能、可靠性和安全性以及系統(tǒng)運(yùn)行效率的要求不斷提高，儲(chǔ)能變流器的測(cè)試已經(jīng)變得越來越重要。?
首先，?儲(chǔ)能變流器是儲(chǔ)能系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件，?它將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，?以便于電網(wǎng)并網(wǎng)或?yàn)樨?fù)載供電。?為了確保儲(chǔ)能變流器的性能、?安全性和可靠性，?必須進(jìn)行全面的檢測(cè)。?這些測(cè)試包括但不限于效率檢測(cè)、?穩(wěn)定性測(cè)試、?以及在不同工況下的性能驗(yàn)證，?以確保儲(chǔ)能變流器在實(shí)際應(yīng)用中的穩(wěn)定性和可靠性。
其次，?儲(chǔ)能變流器的測(cè)試還涉及到系統(tǒng)集成性，?避免了不同廠家設(shè)備之間的兼容性問題，?從而提高了測(cè)試的準(zhǔn)確性和效率。?通過使用高精度的測(cè)量設(shè)備和模擬不同的工作條件，?可以驗(yàn)證儲(chǔ)能變流器在不同工況下的性能，?確保其在實(shí)際應(yīng)用中的穩(wěn)定性和效率。
此外，?數(shù)據(jù)大容量存儲(chǔ)和分析也是儲(chǔ)能變流器測(cè)試的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。?通過對(duì)電壓、?電流、?功率等測(cè)量數(shù)據(jù)以及電壓、?電流顯示波形數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和分析，?可以對(duì)儲(chǔ)能變流器的全面性能進(jìn)行評(píng)估，?從而更好地優(yōu)化和調(diào)整系統(tǒng)。
因此，儲(chǔ)能變流器測(cè)試的重要性在于確保儲(chǔ)能系統(tǒng)的性能、?安全性和可靠性，?優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行效率，?通過全面的測(cè)試和數(shù)據(jù)分析，從而?提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的整體性能和可靠性。
本文通過深入研究?jī)?chǔ)能變流器測(cè)試方法與技術(shù)的綜述，能夠?yàn)檠邪l(fā)人員、工程師和決策者提供全面的了解，以促進(jìn)儲(chǔ)能變流器的不斷創(chuàng)新和應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)更高效、可持續(xù)和環(huán)保的儲(chǔ)能系統(tǒng)解決方案作出貢獻(xiàn)。

01摘要Abstract

本文通過深入研究?jī)?chǔ)能變流器測(cè)試方法與技術(shù)的綜述，能夠?yàn)檠邪l(fā)人員、工程師和決策者提供全面的了解，以促進(jìn)儲(chǔ)能變流器的不斷創(chuàng)新和應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)更高效、可持續(xù)和環(huán)保的儲(chǔ)能系統(tǒng)解決方案作出貢獻(xiàn)。

在新能源和智能電網(wǎng)的快速發(fā)展中，儲(chǔ)能技術(shù)正逐步成為支撐電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行、優(yōu)化資源配置的關(guān)鍵技術(shù)之一。其中，PCS（Power Conversion System）儲(chǔ)能變流器作為儲(chǔ)能系統(tǒng)的核心設(shè)備，其性能和應(yīng)用直接影響著儲(chǔ)能系統(tǒng)的整體效率和穩(wěn)定性。本文將從PCS儲(chǔ)能變流器的定義、工作原理、主要特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)景、測(cè)試方法以及未來發(fā)展趨勢(shì)等方面進(jìn)行深入分析和解讀。

02儲(chǔ)能變流器
Energy storage converter

01

PCS儲(chǔ)能變流器的定義

PCS儲(chǔ)能變流器，全稱Power Conversion System，是儲(chǔ)能系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電池與電網(wǎng)之間的能量轉(zhuǎn)換和雙向流動(dòng)。它能夠?qū)⒅绷麟娹D(zhuǎn)換為交流電或?qū)⒔涣麟娹D(zhuǎn)換為直流電，以滿足電網(wǎng)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電需求。PCS儲(chǔ)能變流器在儲(chǔ)能系統(tǒng)中扮演著“橋梁”的角色，連接著儲(chǔ)能電池和電網(wǎng)，確保儲(chǔ)能系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行。
本文通過深入研究?jī)?chǔ)能變流器測(cè)試方法與技術(shù)的綜述，能夠?yàn)檠邪l(fā)人員、工程師和決策者提供全面的了解，以促進(jìn)儲(chǔ)能變流器的不斷創(chuàng)新和應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)更高效、可持續(xù)和環(huán)保的儲(chǔ)能系統(tǒng)解決方案作出貢獻(xiàn)。

儲(chǔ)能設(shè)備系統(tǒng)框圖

02

PCS儲(chǔ)能變流器的工作原理
PCS儲(chǔ)能變流器的工作原理主要基于電力電子技術(shù)，通過控制開關(guān)器件的通斷來實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換和雙向流動(dòng)。當(dāng)電網(wǎng)需要儲(chǔ)能系統(tǒng)放電時(shí)，PCS儲(chǔ)能變流器將儲(chǔ)能電池中的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并輸出到電網(wǎng)中；當(dāng)電網(wǎng)需要儲(chǔ)能系統(tǒng)充電時(shí)，PCS儲(chǔ)能變流器則將電網(wǎng)中的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，并存儲(chǔ)到儲(chǔ)能電池中。在充放電過程中，PCS儲(chǔ)能變流器還需要根據(jù)電網(wǎng)的需求和儲(chǔ)能電池的狀態(tài)進(jìn)行精確的功率控制和能量管理，以確保儲(chǔ)能系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和高效利用。

PCS儲(chǔ)能變流器的工作原理圖

03

儲(chǔ)能變流器(PCS)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
PCS的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定了其轉(zhuǎn)換效率和可靠性。PCS 結(jié)構(gòu)分為單級(jí)型結(jié)構(gòu)和雙級(jí)型結(jié)構(gòu) 。

1、單極型結(jié)構(gòu)
單極型儲(chǔ)能變流器的結(jié)構(gòu)如圖1中所示，其僅由一個(gè)DC/AC環(huán)節(jié)（PWM變流器）構(gòu)成。其工作原理是：儲(chǔ)能電池組放電時(shí)，其存儲(chǔ)的能量經(jīng)過PWM逆變器進(jìn)行DC/AC逆變，儲(chǔ)存在儲(chǔ)能電池組中的直流電變換為交流電回饋電網(wǎng)；儲(chǔ)能電池組充電時(shí)，電網(wǎng)的交流電通過PWM變流器進(jìn)行AC/DC整流，變換為直流電儲(chǔ)存在電池組中。

圖1單級(jí)性儲(chǔ)能變流器拓?fù)?/span>

PWM 變流器工作于整流狀態(tài)或逆變狀態(tài)從而實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)。一般將單個(gè)儲(chǔ)能電池串并聯(lián)構(gòu)成儲(chǔ)能電池組，以保證變流器的正常工作。
單級(jí)型拓?fù)湫矢?、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、損耗較小、控制簡(jiǎn)便。但是在實(shí)際應(yīng)用中單級(jí)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還存在一些缺點(diǎn): 儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量配置不夠靈活，儲(chǔ)能電池的電壓工作范圍較小。

2、雙級(jí)型拓?fù)?/strong>
雙級(jí)型儲(chǔ)能變流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示，其主要由DC/DC變換器與PWM變流器構(gòu)成。它的工作原理是: 儲(chǔ)能電池組放電時(shí)，儲(chǔ)能電池組中的直流電經(jīng)過DC/DC 變換器升壓后，供給 PWM變流器，經(jīng)過PWM 變流器逆變?yōu)榻涣麟姾蠊┙o電網(wǎng);儲(chǔ)能電池組充電時(shí)，電網(wǎng)的交流電經(jīng)過 PWM 變流器的整流，變?yōu)橹绷麟姾筮M(jìn)入DC/DC 變換器，DC/DC 變換器將直流電壓降壓后給儲(chǔ)能電池組充電。

圖2雙級(jí)性儲(chǔ)能變流器拓?fù)?/span>

對(duì)于電池單體串聯(lián)和先并后串兩種形式，采用單級(jí)型變流器較為合適。對(duì)于先串后并的電池成組方式，往往采用雙級(jí)型的設(shè)計(jì)方式，使每組串聯(lián)的電池分別通過 1個(gè)雙向 DC/DC 變流器再連接到 DC/AC變流器的中間直流環(huán)節(jié)，然后再通過 DC/AC變流器與電網(wǎng)相連，如圖3所示。

圖3雙級(jí)性變流器拓展圖

這種雙級(jí)型變流器拓?fù)湓诖笕萘績(jī)?chǔ)能系統(tǒng)，可以接入多組電池，各電池組之間通過獨(dú)立的 DC/DC 環(huán)節(jié)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)多組電池組的獨(dú)立充/放電控制，電池組的電壓工作范圍寬，不存在電池組之間的環(huán)流，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)容量的靈活配置和對(duì)電池組的靈活投切，方便運(yùn)行管理。
然而，雙級(jí)型變流器拓?fù)溆捎诓捎脙杉?jí)能量變換，系統(tǒng)損耗增大，總的能量轉(zhuǎn)換效率較低;DC/DC 變換器數(shù)目多，系統(tǒng)較為復(fù)雜;兩級(jí)變流器需要密切配合并且充電、放電工況的配合方式不同，這增加了系統(tǒng)控制的難度并降低了運(yùn)行可靠性。
按照電平數(shù)劃分，儲(chǔ)能變流器的拓?fù)錈o非有兩種，即兩電平電路拓?fù)浜投嚯娖诫娐吠負(fù)?，其中三電平電路拓?fù)涫嵌嚯娖诫娐吠負(fù)涞囊环N主要代表。

3、兩電平電路拓?fù)?/strong>
如圖4所示為經(jīng)典的三相橋式兩電平電路拓?fù)洌@種 PWM 整流器已經(jīng)在業(yè)中應(yīng)用的相當(dāng)廣泛。通過控制電力電子器件IGBT 的導(dǎo)通與關(guān)斷，交流相電壓為+Ud、-Ud 兩種電平狀態(tài)。當(dāng)然，這種兩種狀態(tài)的相電壓波形質(zhì)量并不好，必須提高開關(guān)器件的頻率才能改善電壓波形質(zhì)量，但這又引起了開關(guān)器件損耗的增加，因而降低了變流器整體的效率，所以，為了提高直流電壓的利用率，多電平電路拓?fù)湟鹆巳藗兊闹匾暋?/span>

圖4兩電平三相橋式電路

4、三電平電路拓?fù)?/strong>
在高壓領(lǐng)域，多電平電路拓?fù)涞膽?yīng)用更為廣泛在，這其中又以三電平電路拓?fù)錇橹饕?，主要是因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單，方便實(shí)用。與傳統(tǒng)兩電平電路相比，三電平電路多出了中性點(diǎn) 0 電位。與傳統(tǒng)的兩電平電路拓?fù)湎啾龋娖诫娐返膬?yōu)點(diǎn)為:電壓利用率更高，諧波含量低，電壓質(zhì)量更好，減小了濾波器的體積。開關(guān)頻率低，進(jìn)而電磁干擾降低，提高了系統(tǒng)的效率。
以二極管位式NPC(Neutral Point Clamped)三電平電路拓?fù)錇槔渫負(fù)淙鐖D5所示。三電平中間直流側(cè)電容由 C1、C2 構(gòu)成。每個(gè)橋上有 4個(gè)IGBT、4個(gè)續(xù)流二極管、2個(gè)鉗位二極管。通過鉗位二極管保證了兩個(gè)IGBT承受的電壓相同。電容中點(diǎn)與每相的鉗位二極管中點(diǎn)相連，使得電容中點(diǎn)電壓輸出零電平，這樣每相電壓可以得到+ Ud/2、- Ud/2、三種電平。

圖5二極管NPC電平拓?fù)?/span>

04

PCS儲(chǔ)能變流器的主要特點(diǎn)

1.高效能量轉(zhuǎn)換：
PCS儲(chǔ)能變流器采用先進(jìn)的電力電子技術(shù)和控制策略，能夠?qū)崿F(xiàn)高效、穩(wěn)定的能量轉(zhuǎn)換和雙向流動(dòng)。其轉(zhuǎn)換效率高達(dá)95%以上，能夠顯著降低儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

2.精確功率控制：
PCS儲(chǔ)能變流器具有精確的功率控制能力，能夠根據(jù)電網(wǎng)的需求和儲(chǔ)能電池的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。通過精確的功率控制，PCS儲(chǔ)能變流器可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的快速響應(yīng)和精確調(diào)節(jié)，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

3.智能能量管理：
PCS儲(chǔ)能變流器還具有智能能量管理功能，能夠根據(jù)電網(wǎng)的負(fù)荷情況和儲(chǔ)能電池的狀態(tài)進(jìn)行智能調(diào)度和優(yōu)化。通過智能能量管理，PCS儲(chǔ)能變流器可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的最大化利用和最小化損耗，提高整個(gè)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。

4.靈活配置和擴(kuò)展：
PCS儲(chǔ)能變流器采用模塊化設(shè)計(jì)，可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活配置和擴(kuò)展。通過增加或減少模塊數(shù)量，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)容量的精確調(diào)整，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

03測(cè)試要點(diǎn)
TEST POINT

01

PCS儲(chǔ)能變流器常見的測(cè)試功能主要包括性能參數(shù)測(cè)試、?電氣特性測(cè)試、?可靠性和穩(wěn)定性測(cè)試等?。

02

性能參數(shù)測(cè)試涉及確定儲(chǔ)能變流器的性能參數(shù)，?如變流效率、?輸出功率范圍、?響應(yīng)時(shí)間等。?

03

電氣特性測(cè)試檢測(cè)儲(chǔ)能變流器的電氣特性，?如電壓波形、?電流波形、?諧波失真等。

04

?可靠性和穩(wěn)定性測(cè)試評(píng)估儲(chǔ)能變流器在不同條件下的工作性能，?如溫度變化、?負(fù)載變化、?瞬態(tài)過載等。

05

儲(chǔ)能變流器作為中間轉(zhuǎn)換設(shè)備，其整流與逆變效率、電壓、電流、功率、諧波等檢測(cè)是最常見也是最重要的測(cè)試參數(shù)。

吹田電氣 SPAW7000功率分析記錄儀擁有最高達(dá)0.01%的測(cè)量精度和0.1Hz-5 MHz的高帶寬，可以滿足大多數(shù)條件下的功率測(cè)量要求。除此之外擁有七個(gè)功率通道和兩個(gè)電機(jī)通道，可以同時(shí)測(cè)量計(jì)算出儲(chǔ)能變流器的整流效率和逆變效率，搭配電池儲(chǔ)能系統(tǒng)和電網(wǎng)并網(wǎng)系統(tǒng)，分別連接到儲(chǔ)能變流器的兩端，利用SPAW7000功率分析記錄儀分別測(cè)試兩端電壓和流就能夠快速準(zhǔn)確地得出其整流與逆變效率，同時(shí)也可以準(zhǔn)確的測(cè)試出功率、諧波等數(shù)據(jù)。

04應(yīng)用場(chǎng)景
TEST POINT

01

微電網(wǎng)系統(tǒng)：

在微電網(wǎng)系統(tǒng)中，PCS儲(chǔ)能變流器能夠?qū)崿F(xiàn)分布式電源與儲(chǔ)能系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，提高微電網(wǎng)的穩(wěn)定性和供電質(zhì)量。通過PCS儲(chǔ)能變流器的精確功率控制和智能能量管理，可以實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)系統(tǒng)中電源和負(fù)荷的平衡和優(yōu)化調(diào)度。

02

電力系統(tǒng)調(diào)頻調(diào)峰：

在電力系統(tǒng)中，PCS儲(chǔ)能變流器可以用于調(diào)頻調(diào)峰，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)，PCS儲(chǔ)能變流器可以釋放儲(chǔ)能電池中的能量，為電網(wǎng)提供額外的功率支持；當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)，PCS儲(chǔ)能變流器則可以吸收電網(wǎng)中的多余能量，為儲(chǔ)能電池充電，以備后用。

03

電動(dòng)汽車充電樁：

隨著電動(dòng)汽車的普及和發(fā)展，電動(dòng)汽車充電樁的需求也在不斷增加。PCS儲(chǔ)能變流器可以作為充電樁的能量轉(zhuǎn)換與管理核心，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與電動(dòng)汽車之間的能量雙向流動(dòng)。在充電過程中，PCS儲(chǔ)能變流器能夠優(yōu)化充電策略，提高充電效率；在放電過程中，PCS儲(chǔ)能變流器則可以為電動(dòng)汽車提供備用電源，提高電動(dòng)汽車的續(xù)航里程。

總結(jié)conclusion

在儲(chǔ)能變流器技術(shù)的發(fā)展中，儲(chǔ)能變流器的測(cè)試方法與技術(shù)扮演著至關(guān)重要的角色。它不僅為我們提供了評(píng)估儲(chǔ)能變流器和整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的關(guān)鍵工具，還為研發(fā)工程師、技術(shù)工程師和儲(chǔ)能變流器生產(chǎn)企業(yè)提供了持續(xù)改善儲(chǔ)能變流器設(shè)計(jì)和制造過程的機(jī)會(huì)。

隨著新能源和智能電網(wǎng)的快速發(fā)展以及儲(chǔ)能技術(shù)的不斷進(jìn)步，PCS儲(chǔ)能變流器將面臨更大的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)。未來PCS儲(chǔ)能變流器將朝著更高效、更智能、更靈活的方向發(fā)展。

一方面，隨著電力電子技術(shù)的不斷進(jìn)步和新材料的不斷應(yīng)用，PCS儲(chǔ)能變流器的轉(zhuǎn)換效率將得到進(jìn)一步提高。另一方面，隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，PCS儲(chǔ)能變流器的智能能量管理能力將得到進(jìn)一步提升，能夠更好地滿足電力系統(tǒng)的需求和優(yōu)化調(diào)度。此外，隨著儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景的不斷拓展和深化，PCS儲(chǔ)能變流器也將面臨更多的定制化需求和創(chuàng)新挑戰(zhàn)。