家庭儲(chǔ)能電源中重要的PCS

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/黃山明）碳中和戰(zhàn)略方向確立，以及電動(dòng)汽車的快速發(fā)展，帶動(dòng)了儲(chǔ)能行業(yè)在國內(nèi)的蓬勃興盛。并且隨著產(chǎn)業(yè)的不斷擴(kuò)大，電池逐漸成了標(biāo)準(zhǔn)化的普通產(chǎn)品，重點(diǎn)也從電池硬件轉(zhuǎn)移到儲(chǔ)能系統(tǒng)（ESS）的組件，特別是儲(chǔ)能平衡系統(tǒng)（BOS）和雙向變流器（PCS）。

儲(chǔ)能電池中重要的PCS

通常，一個(gè)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中，主要包含電池、雙向變流器、溫控系統(tǒng)、消防系統(tǒng)以及管理控制系統(tǒng)和其他軟硬件系統(tǒng)。PCS也被稱為儲(chǔ)能變流器或雙向儲(chǔ)能逆變器，是儲(chǔ)能系統(tǒng)與電網(wǎng)中間實(shí)現(xiàn)電能雙向流動(dòng)的核心部件。

有機(jī)構(gòu)測算，從成本構(gòu)成來看，雙向變流器在儲(chǔ)能系統(tǒng)中的成本占比也僅次于電池。測算顯示，在電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本構(gòu)成中，電池占比約60%，雙向變流器PCS占比約20%。此外，能量控制系統(tǒng)占比約10%，電池管理系統(tǒng)占比5%左右。

PCS的主要作用是連接蓄電池組和電網(wǎng)（或負(fù)荷）之間，用作控制電池的充電和放電過程，進(jìn)行交直流的變換。其核心工作原理在于其交、直流側(cè)可控的四象限運(yùn)行的變流裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的交直流雙向轉(zhuǎn)換。

簡單來說，就是通過微網(wǎng)監(jiān)控指令進(jìn)行恒功率或恒流控制，給電池充電或放電。同時(shí)，雙向變流器也可以平滑風(fēng)電、太陽能等波動(dòng)性電源的輸出，進(jìn)一步提高了電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。

這也是PCS與普通逆變器最大的不同，PCS可以將直流電逆變成交流電，輸送給電網(wǎng)或者給交流負(fù)荷使用；同時(shí)，它也可以把電網(wǎng)的交流電整流為直流電，給蓄電池充電。而逆變器主要用于將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏發(fā)電產(chǎn)生的直流電通過逆變器轉(zhuǎn)為交流電，以供日常使用。

可以簡單理解，PCS包含了逆變和整流的功能，即它可以進(jìn)行電能的雙向轉(zhuǎn)換，而逆變器主要是進(jìn)行電能的單向轉(zhuǎn)換。另一方面，也意味著PCS的與光伏逆變器在技術(shù)上同源。

PCS市場快速增長

早在20世紀(jì)90年代，PCS就被廣泛地應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，主要用于解決電網(wǎng)故障時(shí)的電壓支撐問題。然而，那時(shí)的雙向變流器主要是由晶閘管構(gòu)成，效率較低，體積較大。

進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著可再生能源的大規(guī)模開發(fā)和電池技術(shù)的突破，PCS的應(yīng)用得到了顯著增長。可再生能源的輸出具有間歇性和不穩(wěn)定性，而PCS可以將其儲(chǔ)存的電能穩(wěn)定地輸送到電網(wǎng)中，提高能源利用效率。此外，隨著電動(dòng)汽車的普及，車載電池也需要通過PCS進(jìn)行充電和放電管理。

并且隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是IGBT、MOSFET等新型功率器件的出現(xiàn)，PCS得到了快速的發(fā)展。這些新型功率器件具有高效率、高頻率、高功率密度等優(yōu)點(diǎn)，使得PCS的體積得以大幅縮小，效率也有了顯著提高。

到了2010年代，全球能源危機(jī)日益嚴(yán)重，各國政府紛紛提出了新能源發(fā)展計(jì)劃，以推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。在這一背景下，儲(chǔ)能技術(shù)開始得到廣泛關(guān)注和發(fā)展。PCS作為儲(chǔ)能系統(tǒng)的關(guān)鍵核心環(huán)節(jié)，其市場需求也隨之迅速增長。

據(jù)GGII調(diào)研顯示，2022年，中國儲(chǔ)能鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模破2000億，其中電力儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模從2021年的480億元，增至2022年的1600億元，其中PCS增幅達(dá)248%。

如今，隨著光伏技術(shù)的發(fā)展，發(fā)電系統(tǒng)與儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)電力在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)的穩(wěn)定運(yùn)行成為一種受到關(guān)注的新能源技術(shù)趨勢。它可以提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)電能的儲(chǔ)存和釋放，以應(yīng)對(duì)電網(wǎng)的峰谷波動(dòng)和解決可再生能源的不穩(wěn)定性問題。此外，光儲(chǔ)一體化還可以實(shí)現(xiàn)分布式能源管理，提高能源利用效率，并具有更高的可靠性和安全性。

當(dāng)然，目前光儲(chǔ)一體化技術(shù)還存在一些技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的挑戰(zhàn)，例如電池的壽命和成本、電力儲(chǔ)存和釋放的效率等問題。不過儲(chǔ)能需求的爆發(fā)式增長帶動(dòng)了PCS需求，也帶動(dòng)了逆變器行業(yè)向儲(chǔ)能賽道切換。

小結(jié)

作為儲(chǔ)能電源中的關(guān)鍵零部件，PCS也將受益于儲(chǔ)能行業(yè)的快速增長。國內(nèi)廠商不斷擴(kuò)大海外市場，對(duì)PCS的研究也成為關(guān)注熱點(diǎn)。這對(duì)于推動(dòng)新型儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用具有重要意義。