01PCS分类

PCS是电池与电网或交流负荷的接口，它不仅决定了电池储能系统对外输出的电能质量和动态特性，也很大程度上影响了电池的安全与使用寿命。

（1）依据储能电池系统直流电压等级，PCS分类方式如下：

（2）根据PCS结构形式可分为组串式和集中式：

（3）根据电路拓扑与变压器配置方式分类

在电池系统充放电过程中，电池簇直流电压在一定的范围变化，因此，为了适应不同电网或负载供电电压等级的需求，PCS交流测往往会配置工频变压器。一方面实现了交流电压的升压或整定，适应并网和离网场景，可为单相负荷供电；另一方面也改善了储能系统保护和电磁兼容抑制。

02PCS系统构成

PCS 由 DC/AC 双向变流器、控制单元等构成。PCS 控制器通过通讯接收后台控制指令，根据功率指令的符号及大小控制变流器对电池进行充电或放电，实现对电网有功功率及无功功率的调节。PCS 控制器通过 CAN 接口与 BMS 通讯，获取电池组状态信息，可实现对电池的保护性充放电，确保电池运行安全。

储能变流器的内部结构

储能变流器主要由直流侧、交流侧和控制系统和通信模块四部分组成。

直流侧

直流侧是储能变流器的输入端，负责接收来自电池组或春设备的直流电能。直流侧主要包括直流母线、电容器、电感等组件。

交流侧

交流侧是储能变流器的输出端，负责将经过逆变操作的直流电能转化为交流电能输出。交流侧主要包括逆变器、滤波器和输出变压器等组件。

控制系统

控制系统是储能变流器的智能核心，负责对整个系统的运行进行监测和控制。控制系统主要包括主控单元、测量单元和保护单元等组成。

通信模块

通信模块用于与上位机进行通信、监控和远程控制等，可以实现储能变流器的远程监控和控制，提高储能系统的可靠性和安全性。

03PCS类型-三电平拓扑结构

目前应用最广泛的PCS类型为三电平拓扑结构，具有功率控制响应速率快、精度高、效率高、系统稳定性好等优点，能够充分满足电池储能系统的功能与性能需要。以下以三电平拓扑结构的PCS为例介绍PCS系统的构成。

三电平拓扑的PCS主要由主功率部分、信号检测部分、控制部分、驱动部分、监控显示部分、辅助电源部分构成，系统结构框图如下:

1.主功率部分

组成：由直流高压继电器、预充电路、直流侧熔丝、母线电容、IGBT功率开关模块、LC滤波器、交流侧熔丝、交流断路器等组成。

功能：是PCS的主体部分，是能量流动的通路。通过IGBT的导通与关断，实现能量形式的变换(DC/AC变换或AC/DC变化)和能量的双向流动。

2.信号检测部分

信号检测部分主要用于实现电压、电流信号的高精度检测及信号处理功能，以及故障信号的检测功能。

3.控制部分

控制部分是PCS的核心部分。采用TI双核处理器为控制核心的控制平台开发，控制部分实现的功能主要有：

①信号的采样和计算。

②PCS控制。

③PCS的故障判断与保护。

④与PCS就地控制器(LCD)通信。

4.IGBT驱动部分

PCS的驱动选用IGBT专用驱动，使IGBT工作于最优开关状态，提高了IGBT工作可靠性。同时驱动本身还对IGBT功率器件进行过流、过温等异常状态的检测，当有异常状态出现时，关断功率器件，达到保护器件的功能。

5.监控显示部分

监控显示部分宜采用高清LCD液晶触摸屏作为输入输出接口，提供了友好的人机交互界面和提供多种通信接口，实现PCS就地控制器功能。

6.辅助电源部分

辅助电源部分用于提供PCS控制系统供电。PCS控制回路宜采用通过外部电源供电、交流侧自取电，直流侧自取电、三电冗余设计。

04PCS主要功能

1.运行控制功能

（1）启动与关停

PCS启动时首先自检，并确认与BMS、监控系统的通信是否正常，在设备故障或异常时告警，并详细记录相关信息。内设自复位电路，在正常情况下无程序死循环现场，因干扰而造成程序死循环时，能通过自复位电路自动恢复正常工作，若复位后仍不能正常工作，则发出异常信号或信息。

（2）控制方法

PCS装置应具备四种控制方式：LOCK OUT(锁定退出)，Local SBS(本地手动)，Local Auto(本地自动)，Remote(远程控制)。

本地控制在柜体的操作面板上完成，远方控制通过上级监控系统下达控制指令赖完成，其中“本地控制”具有较高的优先级。

PCS内部应设有充放电时间设定功能，可通过外部设定充电时间和放电时间。设定可通过远程完成，也可通过本装置的操作面板来完成。时钟可通过计算机接口或者操作面板调节。

PCS装置应可自动检测与监控系统的通讯连接，通信中断时，通过声光示警，并按照本地设定的工作模式持续工作。

2.能量双向流动功能

PCS实现双向充放电功能，既可以工作在有源逆变模式，实现直流到交流的变换向电网输送电能，如下图：

同时也可以工作在有源整流模式，实现交流到直流的变换，从电网吸收电能储存在电池中，如下图：

3.P/Q控制功能

PCS采用电网电压定向的矢量控制，实现有功和无功功率的正交解耦，实现功率的解耦控制。根据瞬时功率理论，实现有功和无功功率的瞬时控制。可根据储能电站监控系统运行控制指令调节有功/无功功率的输出与吸收，并快速准确响应。

4.低电压穿越功能

PCS应具有低电压穿越能力。在电网电压出现异常跌落时，通过对输出电流瞬时限制而不立即脱网，起到制程电网的作用，提高了电网运行的可靠性。

5.高电压穿越功能

当储能系统通过10（6）kV及以上电压等级接入公共电网的储能系统应具备高电压穿越能力，交流侧电压在下图曲线2轮廓线及以下区域时，储能系统应不拖网连续运行，交流侧电压在曲线2轮廓以上区域时允许储能单元与电网断开连接。

6.离网运行功能

PCS在离网系统中应具备独立逆变功能，能够输出恒定的电压和频率，实现给各种负载设备提供稳定的交流电压。

7.并离网转化功能

PCS接收到后台或者本地的指令后，可进行并网运行状态和离网运行状态的相互转换。

8.一定频率范围内运行功能

PCS宜采用基于矢量变换的数字锁相技术，当电网电压频率异常，有较大波动时，PCS仍能够快速准确跟踪电网电压的频率和相位，使得PCS能在较宽泛的频率范围内正常运行，并且PCS频率异常耐受的范围和保护动作时间可通过就地控制器分段设置。PCS满足的频率工作范围为48~51.5Hz，PCS满足的动作延时设定范围为0.2s~持续运行。频率异常响应特性表如下：

9.电压响应

PCS应检测并网点的电压，在并网点电压异常时，断开与电网的电气连接。电压异常范围及其对应的断开时间响应要求对照表如下：

10.通信接口与监控功能

PCS具备与电池管理系统、就地监控系统、储能电站监控系统的通信借口。PCS能够与电池管理系统通信，获取电池系统电压、电流、SOC、故障告警信息等；能将自身运行信息上送至就地监控系统；同时，PCS与储能电站监控系统直接通信，开放功率调节功能、参数设定功能等通信接口，满足电网运行控制系统控制要求。

（1）通信接口

PCS宜具备CAN、RS485/RS232和双以太网通信接口。以太网通信接口用于与储能监控系统通信。能与储能电站监控系统进行对时，上送数据具有时标。

（2）信息交互

与监控系统的信息交互：PCS上传告警信息、开关量、模拟量等必要信息至储能站监控系统；下行量：储能站监控系统下达运行策略信息、控制信息等必要信息至PCS。

与BMS的信息交互：BMS发送电池系统充放电控制相关信息、告警信息等必要信息至PCS。

11.故障记录功能

PCS具有顾航记录功能，并具有掉电保持，每份记录的信息包括故障时间和故障类型，以便进行故事分析。

12.PCS保护和故障诊断功能

（1）第一类：电网及环境异常

（2）第二类：PCS检测到长期运行会损坏PCS或周围设备的状态时，进入到限制运行模式

（3）第三类：PCS本身发生故障，故障可自恢复

（4）第四类：PCS本身故障，但是需要人为参与排除故障

PCS应具有完备的故障监测和保护功能，一方面保证了PCS的安全可靠运行，也提高了整个电池储能系统的安全性和可靠性，降低了事故发生的可能。另一方面可对故障点全面监测，有利于故障的定位、分析和维护，特别是对于无人值守系统。当故障发生时，通过PCS就地控制器与就地监测单元以及储能电站监控系统的通信，检修人员与现场服务人员就可以进行故障的定位以及初步的分析，提出解决预案，有针对性地进行设备维修和维护的准备工作，降低系统的维护成本，提高系统的维护效率。

05储能变流器的特点

高效性储能变流器采用功率电子器件实现电能的转换和控制，具有高效率和高精度的特点，能够最大限度地提高能量利用率

稳定性储能变流器通过控制电路对功率电子器件进行精确控制，能够实现稳定的电能转换和输出，保证系统的稳定性和可靠性

可靠性储能变流器采用高质量的功率电子器件和可靠的控制电路设计，能够在各种恶劣环境下工作，具有较长的寿命和高可靠性。

灵活性

储能变流器可以根据不同的应用需求进行定制设计，具有较强的适应性和灵活性，可以应用于多种不同的场景和系统。

文章来源：储能技术及应用

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