Theсистема перетворення електроенергії(PCS) — це інтерфейс між батареєю та мережею живлення або навантаженням змінного струму. Це не тільки визначає якість електроенергії та динамічні характеристики системи накопичення енергії батареї, але й суттєво впливає на безпеку та термін служби батареї. Базуючись на топології схеми та конфігурації трансформатора, основні типи PCS можна розділити на тип-збільшення частоти-підвищення частоти та тип-прямого-з’єднання високої напруги, як показано на малюнку.
В даний час рівень напруги звичайних акумуляторних кластерів не перевищує 1500 В, і існує певний діапазон коливань в залежності від стану заряду (SOC). Тому, щоб адаптуватися до вимог напруги різних електромереж або навантажень, трансформатор частоти живлення часто налаштовується на стороні змінного струму PCS (системи перетворення електроенергії). Це не тільки забезпечує підвищення або регулювання напруги змінного струму, але й дозволяє створити три-фазну чотири-систему в автономних-системах для живлення одно-фазних навантажень. Крім того, це покращує захист і придушення електромагнітної сумісності системи зберігання енергії.
Залежно від кількості ступенів PCS із підвищенням частоти-напруги можна розділити на одно-ступеневу та дво-ступеневу топології.
Одноступінчаста-частота потужності-вгору-PCS забезпечує високу ефективність і просту структуру; однак він страждає від низької ємності батареї та обмеженої гнучкості у виборі напруги. Крім того, коротке-замикання на стороні постійного струму PCS може легко призвести до великого стрибка струму в акумуляторній батареї, створюючи значний ризик. Одно{6}}ступінчасті PCS також можна класифікувати на дворівневі-, три-або багато-рівневі системи на основі рівня вихідної напруги. Зі збільшенням кількості рівнів рівень напруги постійного струму та якість вихідної потужності PCS можуть бути додатково покращені, як показано на малюнку.
-Підвищення частоти-типу двох{2}}PCS PCS, як показано на малюнку 2-22, налаштовано з двонаправленим перетворювачем DC/DC на вхідній клемі батареї, що збільшує ємність акумуляторної батареї та покращує гнучкість вибору напруги, а також може досягти незалежного керування кількома акумуляторними блоками. Однак він має високу вартість, відносно складний контроль і низьку ефективність. На основі різних структур перетворювача DC/DC дво-каскадні PCS можна розділити на не-ізольовані та ізольовані типи. Ізольований дво{10}}ступеневий PCS може ще більше покращити коефіцієнт трансформації напруги та має ширші можливості адаптації до напруги батареї, але конструкція ізольованого двонаправленого перетворювача постійного струму в постійний-з високим-коефіцієнтом підвищення великої{11}}ємності створює значні технічні проблеми. Основні труднощі включають конструкцію високо{14}}трансформатора напруги, ізоляцію системи, фазовий зсув або послідовне резонансне м’яке перемикання та конструкцію високої щільності потужності.
Для літій-{0}}іонних акумуляторів, які зазвичай використовуються в-системах зберігання енергії великої ємності, вихідна напруга не змінюється суттєво, коли стан заряду (SOC) знаходиться в діапазоні від 15% до 85%. Тому більшість-систем зберігання енергії великої ємності, які зараз використовуються в моїй країні, використовують одно{6}}систему перетворення електроенергії (PCS). Однак, коли напруга постійного струму наближається до 1500 В, три{9}}структури топології будуть застосовуватися все частіше. Система накопичення енергії від батареї 1500 В зменшує необхідну площу та використання електричного обладнання, такого як розподільні коробки та кабелі постійного струму, таким чином, певною мірою знижуючи витрати на систему. Однак через коротку відстань між батареєю та PCS він не забезпечує суттєвого зниження втрат при передачі постійного струму, які спостерігаються у велико-масштабних фотоелектричних електростанціях. Крім того, він висуває вищі вимоги до продуктивності таких компонентів, як двонаправлені автоматичні вимикачі постійного струму та двонаправлені контактори постійного струму. Електрична безпека та конструкція захисту ланцюга постійного струму є основною проблемою при реалізації цієї системи.
Щоб уможливити застосування над-великих-акумуляторних електростанцій, а також уникнути паралельного з’єднання занадто великої кількості батарейних блоків, а також уникнути втрат, спричинених трансформаторами частоти живлення, і зменшити витрати, високо{2}}Пряме-з’єднані PCS із модульною каскадною структурою стали основним напрямком досліджень. Подібно до PCS із підвищенням-частоти живлення, PCS із прямим-з’єднанням високої-напруги також можна розділити на одно-та дво-ступеневі топології відповідно до кількості ступенів перетворення потужності.
Каскадний однокаскадний-PCS може видавати високу напругу без трансформатора промислової частоти, безпосередньо підключаючись до високо-електромережі, що робить його придатним для створення над-великомасштабних-систем зберігання енергії. Каскадна структура забезпечує багато{5}}рівневий вихід, забезпечуючи низькі гармоніки вихідної напруги навіть із низькими частотами перемикання в окремих модулях, таким чином зменшуючи втрати при перемиканні. Однак для каскадного одно-каскадного PCS потрібна взаємна ізоляція на стороні постійного струму, що призводить до високого напруження ізоляції для низьких вихідних напруг, що потребує спеціальної конструкції. Між кожною акумуляторною батареєю та землею існують-шляхи загального режиму струму, що потребує рішень для-придушення струму загального режиму.
Струми заряджання та розряджання акумуляторних блоків містять пульсації другої-гармоніки, що негативно впливає на шлях струму акумулятора та збільшує витрати. Каскадні одно{2}}каскадні PCS можна в основному розділити на H-мостовий каскадний тип і каскадний тип модульного багаторівневого перетворювача (MMC), як показано на малюнку.
Загалом високовольтне-пряме-з’єднання PCS (система перетворення електроенергії) є ключовим рішенням для вирішення проблем безпеки та ефективності, спричинених над-великою ємністю систем зберігання енергії. Однак він висуває високі вимоги до ізоляції як до акумуляторної батареї, так і до ізольованого перетворювача постійного/постійного струму, що обмежує його широке впровадження та застосування. Крім того, існують проблеми, пов’язані зі зосередженим укладанням, електричним з’єднанням і безпекою систем акумуляторів над-великої ємності.