家庭儲能電源中重要的PCS

電子發(fā)燒友網報道（文/黃山明）碳中和戰(zhàn)略方向確立，以及電動汽車的快速發(fā)展，帶動了儲能行業(yè)在國內的蓬勃興盛。并且隨著產業(yè)的不斷擴大，電池逐漸成了標準化的普通產品，重點也從電池硬件轉移到儲能系統(tǒng)（ESS）的組件，特別是儲能平衡系統(tǒng)（BOS）和雙向變流器（PCS）。

儲能電池中重要的PCS

通常，一個電池儲能系統(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也被稱為儲能變流器或雙向儲能逆變器，是儲能系統(tǒng)與電網中間實現(xiàn)電能雙向流動的核心部件。

有機構測算，從成本構成來看，雙向變流器在儲能系統(tǒng)中的成本占比也僅次于電池。測算顯示，在電化學儲能系統(tǒng)的成本構成中，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（或負荷）之間，用作控制電池的充電和放電過程，進行交直流的變換。其核心工作原理在于其交、直流側可控的四象限運行的變流裝置，實現(xiàn)對電能的交直流雙向轉換。

簡單來說，就是通過微網監(jiān)控指令進行恒功率或恒流控制，給電池充電或放電。同時，雙向變流器也可以平滑風電、太陽能等波動性電源的輸出，進一步提高了電網的穩(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，輸送給電網或者給交流負荷使用；同時，它也可以把電網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換為交流電。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏發(fā)電產生的直流電通過逆變器轉為交流電，以供日常使用。

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

PCS市場快速增長

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

進入21世紀后，隨著可再生能源的大規(guī)模開發(fā)和電池技術的突破，PCS的應用得到了顯著增長?？稍偕茉吹妮敵鼍哂虚g歇性和不穩(wěn)定性，而PCS可以將其儲存的電能穩(wěn)定地輸送到電網中，提高能源利用效率。此外，隨著電動汽車的普及，車載電池也需要通過PCS進行充電和放電管理。

并且隨著電力電子技術的發(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，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，全球能源危機日益嚴重，各國政府紛紛提出了新能源發(fā)展計劃，以推動能源結構的轉型升級。在這一背景下，儲能技術開始得到廣泛關注和發(fā)展。PCS作為儲能系統(tǒng)的關鍵核心環(huán)節(jié)，其市場需求也隨之迅速增長。

據GGII調研顯示，2022年，中國儲能鋰電池產業(yè)鏈規(guī)模破2000億，其中電力儲能產業(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248%。

如今，隨著光伏技術的發(fā)展，發(fā)電系統(tǒng)與儲能系統(tǒng)進行集成，實現(xiàn)電力在發(fā)電側、電網側和用戶側的穩(wěn)定運行成為一種受到關注的新能源技術趨勢。它可以提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性，同時還可以實現(xiàn)電能的儲存和釋放，以應對電網的峰谷波動和解決可再生能源的不穩(wěn)定性問題。此外，光儲一體化還可以實現(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。

當然，目前光儲一體化技術還存在一些技術和經濟上的挑戰(zhàn)，例如電池的壽命和成本、電力儲存和釋放的效率等問題。不過儲能需求的爆發(fā)式增長帶動了PCS需求，也帶動了逆變器行業(yè)向儲能賽道切換。

小結

作為儲能電源中的關鍵零部件，PCS也將受益于儲能行業(yè)的快速增長。國內廠商不斷擴大海外市場，對PCS的研究也成為關注熱點。這對于推動新型儲能技術的發(fā)展和應用具有重要意義。