前言

儲能變流器作為現代儲能系統中能量轉換的核心設備，目前已經廣泛應用在發電側、電網側、用戶側、微電網四大領域。然而，隨著對儲能系統的性能、可靠性和安全性以及系統運行效率的要求不斷提高，儲能變流器的測試已經變得越來越重要。?
    首先，?儲能變流器是儲能系統中的關鍵組件，?它將直流電轉換為交流電，?以便于電網并網或為負載供電。?為了確保儲能變流器的性能、?安全性和可靠性，?必須進行全面的檢測。?這些測試包括但不限于效率檢測、?穩定性測試、?以及在不同工況下的性能驗證，?以確保儲能變流器在實際應用中的穩定性和可靠性。
    其次，?儲能變流器的測試還涉及到系統集成性，?避免了不同廠家設備之間的兼容性問題，?從而提高了測試的準確性和效率。?通過使用高精度的測量設備和模擬不同的工作條件，?可以驗證儲能變流器在不同工況下的性能，?確保其在實際應用中的穩定性和效率。
    此外，?數據大容量存儲和分析也是儲能變流器測試的一個重要環節。?通過對電壓、?電流、?功率等測量數據以及電壓、?電流顯示波形數據進行實時存儲和分析，?可以對儲能變流器的全面性能進行評估，?從而更好地優化和調整系統。
    因此，儲能變流器測試的重要性在于確保儲能系統的性能、?安全性和可靠性，?優化系統運行效率，?通過全面的測試和數據分析，從而?提高儲能系統的整體性能和可靠性。
    本文通過深入研究儲能變流器測試方法與技術的綜述，能夠為研發人員、工程師和決策者提供全面的了解，以促進儲能變流器的不斷創新和應用，為實現更高效、可持續和環保的儲能系統解決方案作出貢獻。

                                                                                                            儲能系統

01
摘要

本文通過深入研究儲能變流器測試方法與技術的綜述，能夠為研發人員、工程師和決策者提供全面的了解，以促進儲能變流器的不斷創新和應用，為實現更高效、可持續和環保的儲能系統解決方案作出貢獻。

在新能源和智能電網的快速發展中，儲能技術正逐步成為支撐電力系統穩定運行、優化資源配置的關鍵技術之一。其中，PCS（Power Conversion System）儲能變流器作為儲能系統的核心設備，其性能和應用直接影響著儲能系統的整體效率和穩定性。本文將從PCS儲能變流器的定義、工作原理、主要特點、應用場景、測試方法以及未來發展趨勢等方面進行深入分析和解讀。

關鍵詞:儲能系統、PCS儲能變流器、測試方法、拓撲結構、功率分析儀

02
儲能變流器

01

PCS儲能變流器的定義

PCS儲能變流器，全稱Power Conversion System，是儲能系統中的關鍵設備，用于實現儲能電池與電網之間的能量轉換和雙向流動。它能夠將直流電轉換為交流電或將交流電轉換為直流電，以滿足電網對儲能系統的充放電需求。PCS儲能變流器在儲能系統中扮演著“橋梁”的角色，連接著儲能電池和電網，確保儲能系統的高效、穩定運行。
本文通過深入研究儲能變流器測試方法與技術的綜述，能夠為研發人員、工程師和決策者提供全面的了解，以促進儲能變流器的不斷創新和應用，為實現更高效、可持續和環保的儲能系統解決方案作出貢獻。

                                                                                     儲能設備系統框圖

02

PCS儲能變流器的工作原理

PCS儲能變流器的工作原理主要基于電力電子技術，通過控制開關器件的通斷來實現電能的轉換和雙向流動。當電網需要儲能系統放電時，PCS儲能變流器將儲能電池中的直流電轉換為交流電，并輸出到電網中；當電網需要儲能系統充電時，PCS儲能變流器則將電網中的交流電轉換為直流電，并存儲到儲能電池中。在充放電過程中，PCS儲能變流器還需要根據電網的需求和儲能電池的狀態進行 精確的功率控制和能量管理，以確保儲能系統的穩定運行和高效利用。

                                                                                       PCS儲能變流器的工作原理圖

03

儲能變流器(PCS)拓撲結構
PCS的拓撲結構決定了其轉換效率和可靠性。PCS 結構分為單級型結構和雙級型結構 。

1、單極型結構
    單極型儲能變流器的結構如圖1中所示，其僅由一個DC/AC環節（PWM變流器）構成。其工作原理是：儲能電池組放電時，其存儲的能量經過PWM逆變器進行DC/AC逆變，儲存在儲能電池組中的直流電變換為交流電回饋電網；儲能電池組充電時，電網的交流電通過PWM變流器進行AC/DC整流，變換為直流電儲存在電池組中。

                                                                                圖1單級性儲能變流器拓撲
 PWM 變流器工作于整流狀態或逆變狀態從而實現能量的雙向流動。一般將單個儲能電池串并聯構成儲能電池組，以保證變流器的正常工作。
 單級型拓撲效率高、結構簡單、損耗較小、控制簡便。但是在實際應用中單級型拓撲結構還存在一些缺點: 儲能系統的容量配置不夠靈活，儲能電池的電壓工作范圍較小。

2、雙級型拓撲
    雙級型儲能變流器的拓撲結構如圖2所示，其主要由DC/DC變換器與PWM變流器構成。它的工作原理是: 儲能電池組放電時，儲能電池組中的直流電經過DC/DC 變換器升壓后，供給 PWM變流器，經過PWM 變流器逆變為交流電后供給電網;儲能電池組充電時，電網的交流電經過 PWM 變流器的整流，變為直流電后進入DC/DC 變換器，DC/DC 變換器將直流電壓降壓后給儲能電池組充電。

                                                                                  圖2雙級性儲能變流器拓撲
對于電池單體串聯和先并后串兩種形式，采用單級型變流器較為合適。對于先串后并的電池成組方式，往往采用雙級型的設計方式，使每組串聯的電池分別通過 1個雙向 DC/DC 變流器再連接到 DC/AC變流器的中間直流環節，然后再通過 DC/AC變流器與電網相連，如圖3所示。

                                                                                    圖3雙極性變流器拓展圖

這種雙級型變流器拓撲在大容量儲能系統，可以接入多組電池，各電池組之間通過獨立的 DC/DC 環節控制，實現對多組電池組的獨立充/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流，實現對整個電池儲能系統容量的靈活配置和對電池組的靈活投切，方便運行管理。
    然而，雙級型變流器拓撲由于采用兩級能量變換，系統損耗增大，總的能量轉換效率較低;DC/DC 變換器數目多，系統較為復雜;兩級變流器需要密切配合并且充電、放電工況的配合方式不同，這增加了系統控制的難度并降低了運行可靠性。
    按照電平數劃分，儲能變流器的拓撲無非有兩種，即兩電平電路拓撲和多電平電路拓撲，其中三電平電路拓撲是多電平電路拓撲的一種主要代表。

3、兩電平電路拓撲
    如圖4所示為經典的三相橋式兩電平電路拓撲，這種 PWM 整流器已經在業中應用的相當廣泛。通過控制電力電子器件IGBT 的導通與關斷，交流相電壓為+Ud、-Ud 兩種電平狀態。當然，這種兩種狀態的相電壓波形質量并不好，必須提高開關器件的頻率才能改善電壓波形質量，但這又引起了開關器件損耗的增加，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，多電平電路拓撲引起了人們的重視。

                                                                                      圖4兩電平三相橋式電路

4、三電平電路拓撲
在高壓領域，多電平電路拓撲的應用更為廣泛在，這其中又以三電平電路拓撲為主要代表，主要是因為其結構的簡單，方便實用。與傳統兩電平電路相比，三電平電路多出了中性點 0 電位。與傳統的兩電平電路拓撲相比，三電平電路的優點為:電壓利用率更高，諧波含量低，電壓質量更好，減小了濾波器的體積。開關頻率低，進而電磁干擾降低，提高了系統的效率。
    以二極管位式NPC(Neutral Point Clamped)三電平電路拓撲為例，其拓撲如圖5所示。三電平中間直流側電容由 C1、C2 構成。每個橋上有 4個IGBT、4個續流二極管、2個鉗位二極管。通過鉗位二極管保證了兩個IGBT承受的電壓相同。電容中點與每相的鉗位二極管中點相連，使得電容中點電壓輸出零電平，這樣每相電壓可以得到+ Ud/2、- Ud/2、三種電平。

                                                                                              圖5二極管NPC電平拓撲

 04

PCS儲能變流器的主要特點

1.高效能量轉換：
PCS儲能變流器采用先進的電力電子技術和控制策略，能夠實現高效、穩定的能量轉換和雙向流動。其轉換效率高達95%以上，能夠顯著降低儲能系統的運行成本。

2.精確功率控制：
PCS儲能變流器具有精確的功率控制能力，能夠根據電網的需求和儲能電池的狀態進行實時調整。通過精確的功率控制，PCS儲能變流器可以實現儲能系統的快速響應和精確調節，提高電力系統的穩定性和可靠性。

3.智能能量管理：
PCS儲能變流器還具有智能能量管理功能，能夠根據電網的負荷情況和儲能電池的狀態進行智能調度和優化。通過智能能量管理，PCS儲能變流器可以實現儲能系統的最大化利用和最小化損耗，提高整個電力系統的經濟性和環保性。

4.靈活配置和擴展：
PCS儲能變流器采用模塊化設計，可以根據實際需求進行靈活配置和擴展。通過增加或減少模塊數量，可以實現對儲能系統容量的精確調整，滿足不同應用場景的需求。

03
測試要點

01

PCS儲能變流器常見的測試功能主要包括性能參數測試、?電氣特性測試、?可靠性和穩定性測試等?。

02

性能參數測試涉及確定儲能變流器的性能參數，?如變流效率、?輸出功率范圍、?響應時間等。?

03

電氣特性測試檢測儲能變流器的電氣特性，?如電壓波形、?電流波形、?諧波失真等。

04

?可靠性和穩定性測試評估儲能變流器在不同條件下的工作性能，?如溫度變化、?負載變化、?瞬態過載等。

05

儲能變流器作為中間轉換設備，其整流與逆變效率、電壓、電流、功率、諧波等檢測是最常見也是最重要的測試參數。

吹田電氣 SPAW7000功率分析記錄儀擁有最高達0.01%的測量精度和0.1Hz-5 MHz的高帶寬，可以滿足大多數條件下的功率測量要求。除此之外擁有七個功率通道和兩個電機通道，可以同時測量計算出儲能變流器的整流效率和逆變效率，搭配電池儲能系統和電網并網系統，分別連接到儲能變流器的兩端，利用SPAW7000功率分析記錄儀分別測試兩端電壓和流就能夠快速準確地得出其整流與逆變效率，同時也可以準確的測試出功率、諧波等數據。

                                                                         PCS儲能變流器應用功率分析儀測試場景圖
04
應用場景

01

微電網系統：

在微電網系統中，PCS儲能變流器能夠實現分布式電源與儲能系統的協調控制，提高微電網的穩定性和供電質量。通過PCS儲能變流器的精確功率控制和智能能量管理，可以實現微電網系統中電源和負荷的平衡和優化調度。

02

電力系統調頻調峰：

在電力系統中，PCS儲能變流器可以用于調頻調峰，提高電網的穩定性和可靠性。當電網負荷高峰時，PCS儲能變流器可以釋放儲能電池中的能量，為電網提供額外的功率支持；當電網負荷低谷時，PCS儲能變流器則可以吸收電網中的多余能量，為儲能電池充電，以備后用。

03

電動汽車充電樁：

隨著電動汽車的普及和發展，電動汽車充電樁的需求也在不斷增加。PCS儲能變流器可以作為充電樁的能量轉換與管理核心，實現電網與電動汽車之間的能量雙向流動。在充電過程中，PCS儲能變流器能夠優化充電策略，提高充電效率；在放電過程中，PCS儲能變流器則可以為電動汽車提供備用電源，提高電動汽車的續航里程。

05
相關產品

06
總結

在儲能變流器技術的發展中，儲能變流器的測試方法與技術扮演著至關重要的角色。它不僅為我們提供了評估儲能變流器和整個儲能系統的關鍵工具，還為研發工程師、技術工程師和儲能變流器生產企業提供了持續改善儲能變流器設計和制造過程的機會。

隨著新能源和智能電網的快速發展以及儲能技術的不斷進步，PCS儲能變流器將面臨更大的發展機遇和挑戰。未來PCS儲能變流器將朝著更高效、更智能、更靈活的方向發展。

一方面，隨著電力電子技術的不斷進步和新材料的不斷應用，PCS儲能變流器的轉換效率將得到進一步提高。另一方面，隨著大數據、云計算、人工智能等技術的不斷發展和應用，PCS儲能變流器的智能能量管理能力將得到進一步提升，能夠更好地滿足電力系統的需求和優化調度。此外，隨著儲能系統應用場景的不斷拓展和深化，PCS儲能變流器也將面臨更多的定制化需求和創新挑戰。