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为什么在储能变流器PCS应用中碳化硅SiC模块全面革掉IGBT模块的命！

 

储能变流器（Power Conversion System）英文简称PCS，可控制蓄电池的充电和放电过程，进行交直流的变换，在无电网情况下可以直接为交流负荷供电。 储能变流器PCS由DC/AC 双向变流器、控制单元等构成。 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储能变流器，全称Power Conversion System，是储能系统中的关键设备，用于实现储能电池与电网之间的能量转换和双向流动。它能够将直流电转换为交流电或将交流电转换为直流电，以满足电网对储能系统的充放电需求。PCS储能变流器在储能系统中扮演着“桥梁”的角色，连接着储能电池和电网，确保储能系统的高效、稳定运行。

 

PCS储能变流器的应用场景

 

1.能量时移：在用户侧储能系统中，PCS储能变流器可以用于能量时移，将白天时段内光伏多余的发电量储存起来，在晚上或者阴雨天气无光伏发电量的时段内再通过PCS释放出来，可以实现光伏发电的最大化自发自用。

 

2.峰谷套利：在用户侧储能系统中，尤其是执行分时电价的工商业园区，PCS储能变流器可用于进行峰谷套利，通过在电价低廉的时间段进行充电，在电价高昂的时间段进行放电，实现低充高放进行套利，达到节省园区整体用电成本的目的。

 

3.动态扩容：在电力容量受限的场景，类似电动汽车充电站场景，通过PCS储能变流器配置储能电池来进行动态扩容，充电高峰时候，PCS储能变流器进行放电，提供额外的功率支持；充电低峰时，PCS储能变流器进行充电，储存低价的电能进行备用，既能实现峰谷套利，又能给充电场站进行动态扩容。

 

4. 微电网系统：在微电网系统中，PCS储能变流器能够实现分布式电源与储能系统的协调控制，提高微电网的稳定性和供电质量。通过PCS储能变流器的精确功率控制和智能能量管理，可以实现微电网系统中电源和负荷的平衡和优化调度。

 

5. 电力系统调频调峰：在电力系统中，PCS储能变流器可以用于调频调峰，提高电网的稳定性和可靠性。当电网负荷高峰时，PCS储能变流器可以释放储能电池中的能量，为电网提供额外的功率支持；当电网负荷低谷时，PCS储能变流器则可以吸收电网中的多余能量，为储能电池充电，以备后用。

 

PCS储能变流器的发展趋势

 

目前在大型储能电站中普遍采用集中式PCS,一台大功率PCS同时控制多簇并联的电池，电池簇间的不均衡问题得不到有效的处理；而组串式PCS，一台中小功率的PCS只控制一簇电池，实现一簇一管理，有效规避电池簇间的木桶效应，提升系统寿命，提高全寿命周期放电容量，组串式PCS规模化应用趋势已见雏形，在工商业储能一体柜中组串式PCS已成为行业主流方案，未来在大型储能电站中也将实现大规模化应用。

 

随着新能源和智能电网的快速发展以及储能技术的不断进步，PCS储能变流器将面临更大的发展机遇和挑战。未来，PCS储能变流器将朝着更高效、更智能、更灵活的方向发展。

 

IGBT模块在十几 kHz开关频率中就会表现出严重的局限性，由于IGBT模块尾电流导致损耗较大。使用 SiC-MOSFET模块，开关频率增加，从而减小了滤波器体积。SiC 模块允许在数十和数百 kHz 的频率下运行，开关损耗相对较低，从而显著减少了滤波器和散热热系统的体积。这些技术进步使变流器总体积大幅度减少，效率提高，从而能够在较低温度下运行并可能延长组件的使用寿命。

为了满足PCS储能变流器更高效的需求，使用基本公司碳化硅SiC模块全面取代IGBT模块，可以提升系统效率1%，有效提升客户在PCS生命周期里的收益。SiC模块全面取代IGBT模块，从而将PCS储能变流器开关损耗降低高达 70% 至 80%，在储能变流器PCS应用中碳化硅SiC模块全面革掉IGBT模块的命！

 

储能变流器（PCS）包括整流器和逆变器，决定着输出电能的质量与特征。并网模式下，在负荷低谷时，储能变流器把电网中的交流电整流成直流电给电池组充电；在负荷高峰时，储能变流器把电池组中的直流电逆变成交流电反送到电网中。因此，在新能源规模化并网的背景下，逆变器的控制技术是构网型储能的关键所在。

跟网型（Grid  Following）控制技术和构网型（Grid Forming）控制技术。当前，并网储能逆变器通常采用跟网型控制技术。

 

构网型变流器技术应运而生，其原理是通过模拟同步发电机特性来提升系统支撑能力。它分为电网跟踪型和电网构造型，构网型变流器通过特定控制方式将变流器端口特性塑造为类似同步发电机特性，具备频率响应、电压调节和过载能力等特点，其直流侧能量来源多样，拓扑结构复杂，包括模块化多电平、两/三电平，主接线方式有角接拓扑和直流拓扑，接入系统方式分为高压直挂和低压升压后接入，储能接入方式也有多种。

 

跟网型储能的应用主要集中在通过最大功率点跟踪(maximum power point tracking，MPPT)技术向电网注入有功功率。因此，无功电源是很小的，往往接近于零。从整体循环效率的角度来看，跟网型储能更有吸引力。而构网型储能的主要优势之一是调节电网的电压和频率，为了实现这一目标，构网型储能中的有功功率和无功功率参考值不断变化。

 

从控制的角度来看，跟网型储能的行为可以近似为具有并联高阻抗的受控电流源。与跟网型储能相比，构网型储能可以近似为具有低串联阻抗的电压源。跟网型储能和构网型储能控制的另一个主要区别是，构网型储能可以在没有电网连接的情况下建立自己的参考电压和频率，具有和同步发电机类似的运行特性。因此，构网型储能理论上可以在完全(100%)电力电子设备系统中运行，可适用于弱电网和孤岛，而跟网型储能比较适用于具有强电网支撑的应用场景。由于开关设备的电流限制，构网型储能的电力电子设备容量通常是很大，以满足故障电流通流要求，构网型储能的电力电子设备PCS中SiC模块全面取代IGBT模块，从而将PCS储能变流器开关损耗降低高达 70% 至 80%，在储能变流器PCS应用中碳化硅SiC模块全面革掉IGBT模块的命！

 

 

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构网型储能系统本质上是电压源，它能够自主设定电压参数，输出稳定的电压与频率，提升变流器的电压、频率支撑能力，增强电力系统的稳定性。在频率和惯量支撑方面，构网型储能系统通过控制释放直流侧储能能量，等效为同步机惯量机械能或阻尼能量，进而提供惯量响应与振荡抑制。

 

构网型储能系统由构网型变流器、升压变压器和电力线路组成。系统容量的变化会直接影响构网型变流器、升压变压器和电力线路的等效阻抗。因此，不能简单地将构网型储能视为理想电压源。

 

在电压支撑方面，构网型储能系统通过功率同步控制机制，将储能变流器塑造成电压源外特性，可在不依赖外界交流系统的情况下，自行构建交流侧电压幅值与相位，为电力系统提供强大的电压支撑。因此，构网型储能系统则更适合于可再生能源接入比例高的地区。

 

Grid-Forming构网型储能技术可提高系统强度、增加短路比，从而实现弹性电力系统，实现更高水平的可再生能源发电和可靠的能源运输。Grid-Forming构网型储能系统进一步稳固了电网电压波形和高电能质量，同时减轻了区域间或局部电网波动。

 

 

 

构网型储能技术通过超配PCS方式提高过载能力构建起支撑大电网稳定运行的电压源，可以起到快速调频调压、增加惯量和短路容量支撑、抑制宽频振荡等作用，从而增强电力系统稳定性。

 

区别于传统跟网型储能，构网型储能能够主动识别电网情况，更精细主动地平抑电网波动。

 

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