Theukład konwersji mocy(PCS) to interfejs pomiędzy akumulatorem a siecią energetyczną lub obciążeniem prądu przemiennego. Określa nie tylko jakość energii i charakterystykę dynamiczną wyjścia systemu magazynowania energii akumulatora, ale także znacząco wpływa na bezpieczeństwo i żywotność akumulatora. W oparciu o topologię obwodu i konfigurację transformatora podstawowe typy PCS można podzielić na typ-zwiększania częstotliwości-i typ-bezpośredniego-wysokiego napięcia, jak pokazano na rysunku.
Obecnie poziom napięcia konwencjonalnych akumulatorów nie przekracza 1500 V i występuje pewien zakres wahań w zależności od stanu naładowania (SOC). Dlatego też, aby dostosować się do wymagań napięciowych różnych sieci elektroenergetycznych lub obciążeń, często po stronie prądu przemiennego PCS (Power Conversion System) konfiguruje się transformator częstotliwości sieciowej. Pozwala to nie tylko na zwiększenie lub regulację napięcia prądu przemiennego, ale także umożliwia utworzenie trój-czterofazowego-systemu w systemach poza siecią-do zasilania obciążeń jednofazowych-. Ponadto poprawia ochronę i tłumienie kompatybilności elektromagnetycznej systemu magazynowania energii.
Na podstawie liczby stopni, topologie PCS typu-zwiększającego częstotliwość mocy można podzielić na topologie jedno-dwustopniowe i-dwustopniowe.
Jednostopniowy-zwiększający częstotliwość-PCS PCS zapewnia wysoką wydajność i prostą konstrukcję; jednak cierpi na niską pojemność baterii i ograniczoną elastyczność w wyborze napięcia. Co więcej, zwarcie-po stronie prądu stałego PCS może łatwo doprowadzić do dużego udaru prądu w akumulatorze, stwarzając znaczne ryzyko. Jedno-stopniowe systemy PCS można również podzielić na systemy dwu-, trzy-poziomowe lub wielopoziomowe-w zależności od poziomu napięcia wyjściowego. Wraz ze wzrostem liczby poziomów poziom napięcia prądu stałego i jakość mocy wyjściowej PCS można w dalszym ciągu poprawiać, jak pokazano na rysunku.
Wzmacniacz-częstotliwości-dwustopniowego PCS typu-, jak pokazano na rysunku 2-22, jest skonfigurowany z dwukierunkową przetwornicą DC/DC na zacisku wejściowym akumulatora, co zwiększa pojemność akumulatora i zwiększa elastyczność wyboru napięcia, a także umożliwia niezależne sterowanie wieloma zestawami akumulatorów. Ma jednak wysoki koszt, stosunkowo złożoną kontrolę i niską wydajność. W oparciu o różne konstrukcje przetwornika DC/DC dwustopniowe PCS można podzielić na-izolowane i nieizolowane. Izolowany dwu-stopniowy PCS może jeszcze bardziej poprawić współczynnik transformacji napięcia i ma szersze możliwości dostosowania napięcia akumulatora, ale konstrukcja izolowanego dwukierunkowego przetwornika DC/DC o dużej-pojemności i wysokim{{13}współczynniku wzmocnienia stwarza poważne wyzwania techniczne. Główne trudności obejmują konstrukcję transformatora{{14}wysokonapięciowego, izolację systemu, miękkie przełączanie z przesunięciem fazowym lub rezonansem szeregowym oraz konstrukcję o dużej gęstości mocy.
W przypadku akumulatorów litowo-jonowych, które są powszechnie stosowane w-systemach magazynowania energii o dużej pojemności, napięcie wyjściowe nie zmienia się znacząco, gdy stan naładowania (SOC) mieści się w zakresie od 15% do 85%. Dlatego większość-systemów magazynowania energii o dużej pojemności stosowanych obecnie w moim kraju wykorzystuje jedno-jednostopniowy system konwersji mocy (PCS). Jednak w miarę jak napięcie prądu stałego zbliża się do 1500 V, coraz częściej stosowane będą struktury o topologii trójpoziomowej. System magazynowania energii z akumulatorów 1500 V zmniejsza wymaganą powierzchnię i wykorzystanie sprzętu elektrycznego, takiego jak skrzynki rozdzielcze i kable prądu stałego, obniżając w ten sposób w pewnym stopniu koszty systemu. Jednak ze względu na małą odległość między akumulatorem a PCS nie zapewnia on znaczącej redukcji strat w transmisji prądu stałego, obserwowanej w-dużych elektrowniach fotowoltaicznych. Co więcej, stawia wyższe wymagania wydajnościowe komponentom, takim jak dwukierunkowe wyłączniki prądu stałego i dwukierunkowe styczniki prądu stałego. Projekt bezpieczeństwa elektrycznego i ochrony obwodu prądu stałego stanowi główne wyzwanie przy wdrażaniu tego systemu.
Aby umożliwić zastosowanie bardzo-dużych- elektrowni magazynujących energię akumulatorową oraz uniknąć równoległego łączenia zbyt wielu zestawów akumulatorów, a także uniknąć strat powodowanych przez transformatory częstotliwości zasilania i obniżyć koszty, głównym kierunkiem badań stały się wysoko-bezpośrednie-wysokonapięciowe PCS o modułowej strukturze kaskadowej. Podobnie jak PCS ze-zwiększaniem częstotliwości zasilania, PCS o wysokim-napięciu-z bezpośrednim połączeniem-można również podzielić na topologie jedno-dwu-stopniowe i dwustopniowe w zależności od liczby stopni konwersji mocy.
Kaskadowy jednostopniowy PCS może generować wysokie napięcie bez transformatora częstotliwości sieciowej, podłączając się bezpośrednio do sieci energetycznej wysokiego-napięcia, dzięki czemu nadaje się do budowy bardzo-dużych-systemów magazynowania energii. Dzięki strukturze kaskadowej można uzyskać wielopoziomową-wyjście, zapewniając niskie harmoniczne napięcia wyjściowego nawet przy niskich częstotliwościach przełączania w poszczególnych modułach, redukując w ten sposób straty przełączania. Jednakże kaskadowy jednostopniowy-PCS wymaga wzajemnej izolacji po stronie prądu stałego, co powoduje duże naprężenia izolacji przy niskich napięciach wyjściowych, co wymaga specjalnej konstrukcji. Istnieją ścieżki prądu-w trybie wspólnym pomiędzy każdym zestawem akumulatorów a ziemią, co wymaga rozwiązań tłumiących prąd w trybie-wspólnym.
Prądy ładowania i rozładowywania akumulatorów zawierają tętnienie drugiej-harmonicznej, które negatywnie wpływa na ścieżkę prądową akumulatora i zwiększa koszty. Kaskadowe jedno-stopniowe PCS można głównie podzielić na kaskadowe typy H-mostków i modułowe konwertery wielopoziomowe (MMC), jak pokazano na rysunku.
Ogólnie rzecz biorąc, wysoko-bezpośrednie-połączenie wysokonapięciowe PCS (system konwersji mocy) to kluczowe rozwiązanie pozwalające sprostać wyzwaniom w zakresie bezpieczeństwa i wydajności wynikającym z-bardzo dużej pojemności systemów magazynowania energii. Jednakże nakłada wysokie wymagania izolacyjne zarówno na akumulator, jak i izolowaną przetwornicę DC/DC, co ogranicza jego powszechne przyjęcie i zastosowanie. Ponadto istnieją wyzwania związane ze skoncentrowanym układaniem stosów, połączeniami elektrycznymi i projektowaniem bezpieczeństwa systemów akumulatorów o bardzo dużej pojemności.