A topologia do Sistema de Conversão de Energia (PCS) do sistema de armazenamento de energia eletroquímica está intimamente relacionada à rota técnica do sistema de armazenamento de energia eletroquímica. O
PCS pode operar nos dois estados a seguir e, portanto, assumir duas funções importantes:
1. O estado de funcionamento do
retificador : converte a corrente alternada da rede elétrica em corrente contínua ao carregar a bateria do
sistema de armazenamento de energia
2. Estado de funcionamento do inversor: Ao descarregar a bateria do sistema de armazenamento de energia, a corrente contínua da bateria é convertida em corrente alternada e alimentado na rede elétrica
Portanto, o PCS é um equipamento importante para realizar a transferência bidirecional de energia entre a célula DC e a rede AC.
Nos últimos anos, graças a novos dispositivos eletrônicos de potência, incluindo IGBTs (transistores bipolares de porta isolada), transistor bipolar de porta isolada) e IGCT (tiristor comutado de porta integrada), desenvolvimento e melhoria de desempenho, a produção e aplicação de dispositivos PCS de alta tensão e alta potência tornaram-se uma realidade.
A topologia do PCS pode ser dividida aproximadamente nos seguintes tipos:
1. Contém apenas links CC/CA
O conversor PWM é responsável por converter a corrente contínua em corrente alternada, o filtro LC é responsável por filtrar a corrente alternada, o que pode reduzir harmônicos , e o transformador pode combinar a tensão transformada com a tensão da rede CA paralela e desempenhar o papel de isolamento elétrico entre o sistema de bateria e a rede. Quando o sistema de bateria está carregando, o PWM funciona no estado retificador; Ao descarregar, o PWM funciona no estado do inversor.
Vantagens: Adequado para conexão de rede elétrica independente distribuída pela rede, estrutura simples, o consumo de energia do link PCS é relativamente baixo.
Desvantagens: grande tamanho do sistema e alto custo. Falta de flexibilidade na seleção de capacidade. A falha de curto-circuito no lado da rede elétrica pode gerar um curto período de tempo e uma grande corrente no lado CC do PCS, o que terá um grande impacto no sistema de bateria.
2. Contém links CC/CC e CC/CA
Conversores CC/CC bidirecionais são responsáveis pela conversão up-down, evitando assim o uso de transformadores em alguns cenários. Quando o sistema de bateria está carregando, o PWM funciona no estado retificador e o conversor CC/CC retifica a tensão CA no lado da rede para a tensão CC adequada para a bateria. Quando o sistema de bateria está descarregado, o PWM funciona no estado do inversor e o conversor CC/CC converte a tensão CC da bateria na tensão CC apropriada e, em seguida, converte-a na tensão CA adequada para o sistema CA externo através do Conversor PWM.
Vantagens: Torna a configuração da capacidade da bateria mais flexível e adaptável e pode realizar o gerenciamento de carga e descarga de módulos de bateria multisséries e paralelos.
Desvantagens: O link CC/CC apresenta perda de energia e a eficiência de todo o sistema é reduzida.
3. PCS em cascata (suspensão direta de alta tensão)
A unidade de energia é o componente principal do dispositivo PCS em cascata, que é responsável pela conversão AC/DC e transmissão de energia. O lado CC de cada unidade de alimentação é conectado à bateria correspondente e o lado CA é conectado em série para formar uma cadeia conversora. A tensão de saída da unidade de potência em fase é sobreposta para formar uma rede de acesso de alta tensão. A unidade de potência integra circuito conversor de ponte H, circuito de absorção de ondulação DC, circuito limitador de corrente de carga, módulo de conversão de isolamento de sinal, placa de controle da unidade de potência, contator DC e assim por diante.
Os aspectos que devem ser considerados ao selecionar o nível de PCS em cascata são:
(1) Quanto mais links em cascata, quanto maior a frequência de chaveamento equivalente, menores serão os harmônicos de saída, mas quanto mais difícil for o controle, mais links precisam ser monitorados, mais complexo será o sistema de controle e detecção.
(2) Quanto maior a tensão CC do elo da corrente, é propício à redução do número de elos da corrente e à melhoria da estabilidade do sistema geral, mas o número de células de bateria que precisam ser conectadas em série aumentou, resultando em equilíbrio de tensão da bateria mais difícil.
(3) Quando o link possui a função de bypass automático, uma vez removido o link defeituoso, a capacidade do dispositivo PCS não deve ser reduzida, portanto a seleção da tensão do lado CC de cada link deve considerar o número de links redundantes. Quanto mais links puderem ser desviados, maior deverá ser a tensão de operação no lado CC.
Vantagens: Evite o uso de transformador auxiliar para conexão direta à rede elétrica, melhore a velocidade de resposta dinâmica do dispositivo e reduza a perda operacional da usina de armazenamento de energia.
Desvantagens: altos custos de operação e manutenção, tecnologia mais complexa. O sistema de gerenciamento de bateria e o módulo de energia estão integrados, dificultando a divisão de responsabilidades quando ocorrem problemas.
