โทโพโลยีของระบบแปลงพลังงาน (PCS) ของระบบจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าเคมีมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับเส้นทางทางเทคนิคของระบบจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าเคมี

PCS สามารถทำงานในสองสถานะต่อไปนี้และทำหน้าที่สำคัญสองประการ:

1. สถานะการทำงานของr ectifier:แปลงกระแสสลับของระบบกักเก็บพลังงานเป็นไฟฟ้ากระแสตรงเมื่อชาร์จแบตเตอรี่ของระบบ

กักเก็บพลังงาน 2. สถานะการทำงานของอินเวอร์เตอร์: เมื่อคายประจุแบตเตอรี่ของระบบกักเก็บพลังงาน กระแสตรงของแบตเตอรี่จะถูกแปลงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ และป้อนเข้าสู่โครงข่ายไฟฟ้า

ดังนั้น PCS จึงเป็นอุปกรณ์สำคัญในการรับรู้การถ่ายโอนพลังงานแบบสองทิศทางระหว่างเซลล์ DC และเครือข่าย AC

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ต้องขอบคุณอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังใหม่ๆ รวมถึง IGBT (ทรานซิสเตอร์ไบโพลาร์เกตแบบหุ้มฉนวน), ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์เกทแบบหุ้มฉนวน) และการพัฒนา IGCT (ไทริสเตอร์สับเปลี่ยนเกตแบบรวม) และการปรับปรุงประสิทธิภาพ การผลิตและการประยุกต์ใช้อุปกรณ์ PCS ไฟฟ้าแรงสูงและกำลังสูง ได้กลายเป็นความจริงแล้ว

โทโพโลยีของ PCS สามารถแบ่งคร่าวๆ ได้เป็นประเภทต่างๆ ดังต่อไปนี้

1. มีเฉพาะลิงค์ DC/AC เท่านั้น

คอนเวอร์เตอร์ PWM มีหน้าที่ในการแปลงกระแสตรงเป็นกระแสสลับ ตัวกรอง LC มีหน้าที่กรองกระแสสลับซึ่งสามารถลดฮาร์โมนิกส์ได้ และหม้อแปลงไฟฟ้าสามารถจับคู่แรงดันไฟฟ้าที่แปลงแล้วกับแรงดันไฟฟ้าเครือข่าย AC แบบขนาน และมีบทบาทในการแยกทางไฟฟ้าระหว่างระบบแบตเตอรี่และกริด เมื่อระบบแบตเตอรี่กำลังชาร์จ PWM ทำงานในสถานะวงจรเรียงกระแส เมื่อทำการคายประจุ PWM จะทำงานอยู่ในสถานะอินเวอร์เตอร์


ข้อดี: เหมาะสำหรับการเชื่อมต่อกริดไฟฟ้าแบบกระจายอิสระ โครงสร้างที่เรียบง่าย การใช้พลังงาน PCS link ค่อนข้างต่ำ

ข้อเสีย: ขนาดระบบใหญ่และต้นทุนสูง ขาดความยืดหยุ่นในการเลือกกำลังการผลิต ข้อผิดพลาดในการลัดวงจรที่ฝั่งโครงข่ายไฟฟ้าอาจทำให้เกิดเวลาอันสั้นและกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่ฝั่ง DC ของ PCS ซึ่งจะมีผลกระทบอย่างมากต่อระบบแบตเตอรี่


2. มีลิงค์ DC/DC และ DC/AC

ตัวแปลง DC/DC แบบสองทิศทางมีหน้าที่ในการแปลงขึ้น-ลง จึงหลีกเลี่ยงการใช้หม้อแปลงในบางสถานการณ์ เมื่อระบบแบตเตอรี่กำลังชาร์จ PWM ทำงานในสถานะวงจรเรียงกระแส และตัวแปลง DC/DC จะแก้ไขแรงดันไฟฟ้า AC ที่ด้านกริดให้เป็นแรงดันไฟฟ้า DC ที่เหมาะกับชุดแบตเตอรี่ เมื่อระบบแบตเตอรี่คายประจุ PWM จะทำงานอยู่ในสถานะอินเวอร์เตอร์ และตัวแปลง DC/DC จะแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงของชุดแบตเตอรี่เป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่เหมาะสม จากนั้นแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่เหมาะสมสำหรับระบบไฟฟ้ากระแสสลับภายนอกผ่านทาง ตัวแปลงพีเอ็มดับเบิลยู

ข้อดี: ทำให้การกำหนดค่าความจุของแบตเตอรี่มีความยืดหยุ่นและปรับเปลี่ยนได้มากขึ้น และสามารถตระหนักถึงการจัดการการชาร์จและการคายประจุของโมดูลแบตเตอรี่หลายซีรีส์และแบบขนาน

ข้อเสีย: ข้อต่อ DC/DC มีการสูญเสียพลังงาน และประสิทธิภาพของทั้งระบบลดลง

3. Cascade PCS (ระบบแขวนโดยตรงแรงดันสูง)

หน่วยกำลังเป็นส่วนประกอบหลักของอุปกรณ์ PCS แบบเรียงซ้อน ซึ่งมีหน้าที่ในการแปลง AC/DC และการส่งกำลัง ด้าน DC ของหน่วยจ่ายไฟแต่ละชุดเชื่อมต่อกับชุดแบตเตอรี่ที่เกี่ยวข้อง และด้าน AC เชื่อมต่อแบบอนุกรมเพื่อสร้างสายโซ่ตัวแปลง แรงดันไฟเอาท์พุตของหน่วยจ่ายไฟในเฟสจะถูกซ้อนทับเพื่อสร้างโครงข่ายไฟฟ้าแรงสูง หน่วยพลังงานรวมวงจรตัวแปลง H-bridge, วงจรการดูดซึมระลอกคลื่น DC, วงจรจำกัดกระแสชาร์จ, โมดูลการแปลงแยกสัญญาณ, คณะกรรมการควบคุมหน่วยพลังงาน, คอนแทค DC และอื่น ๆ

ประเด็นที่ควรพิจารณาเมื่อเลือกระดับของ Cascade PCS คือ:

(1) ยิ่งลิงก์เรียงซ้อนมากขึ้น ความถี่สวิตชิ่งที่เท่ากันก็จะสูง ฮาร์โมนิกเอาท์พุตก็จะยิ่งต่ำลง แต่ยิ่งการควบคุมยากขึ้น จำเป็นต้องมีลิงก์มากขึ้นเท่านั้น ยิ่งระบบควบคุมและตรวจจับมีความซับซ้อนมากขึ้นเท่านั้น

(2) ยิ่งแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงของ chain link สูงขึ้น จะช่วยลดจำนวน chain link และปรับปรุงความเสถียรของระบบโดยรวม แต่จำนวนเซลล์แบตเตอรี่ที่ต้องเชื่อมต่อแบบอนุกรมเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ การปรับสมดุลแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ทำได้ยากขึ้น

(3) เมื่อลิงค์มีฟังก์ชันบายพาสอัตโนมัติ เมื่อลิงค์ที่ผิดพลาดถูกลบออก ความจุของอุปกรณ์ PCS ไม่ควรลดลง ดังนั้นการเลือกแรงดันไฟฟ้าด้าน DC ของแต่ละลิงค์ควรพิจารณาจำนวนลิงค์ที่ซ้ำซ้อน ยิ่งลิงก์อนุญาตให้ข้ามได้มากเท่าใด ควรตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าการทำงานที่ฝั่ง DC ให้สูงขึ้นเท่านั้น

ข้อดี: หลีกเลี่ยงการใช้บูสเตอร์หม้อแปลงเพื่อเชื่อมต่อโดยตรงกับโครงข่ายไฟฟ้า ปรับปรุงความเร็วการตอบสนองแบบไดนามิกของอุปกรณ์ และลดการสูญเสียการปฏิบัติงานของโรงไฟฟ้ากักเก็บพลังงาน

ข้อเสีย: ต้นทุนการดำเนินงานและการบำรุงรักษาสูง เทคโนโลยีที่ซับซ้อนมากขึ้น ระบบการจัดการแบตเตอรี่และโมดูลพลังงานถูกรวมเข้าด้วยกัน ทำให้ยากต่อการแบ่งความรับผิดชอบเมื่อเกิดปัญหา