电池储能能量转换系统研究综述

王书毅，李勇琦, 彭鹏, 凌志斌

(1.上海交通大学电气工程系，上海 200240；2.中国南方电网有限责任公司调峰调频发电公司，广东 广州 511400)

0 引 言

储能是智能电网的重要组成部分。在电网中应用储能，可以实现电网削峰填谷，提高输变电设备利用率，促进新能源接入、提高电网的安全性和灵活性。根据应用场景的不同，电网对储能容量和响应速度有着不同的需求。电池储能受地理环境影响小,适用面广，因而目前储能工程中以电池储能项目为主[1]。

能量转换系统(Power Conversion System,PCS)是电池储能系统的核心之一。PCS连接电网与电池，实现交流侧和直流侧功率的双向流动。能量转换效率、单机容量、对电池和电网的友好性是其重要技术指标。PCS的拓扑结构和控制策略对上述指标有着至关重要的影响，本文将对不同PCS拓扑结构的特点和适用范围进行分析探讨，并总结电池储能PCS的技术发展方向。

1 两电平PCS

两电平储能系统PCS采用的AC/DC双向变流器的交流测输出电压为双电平，再通过滤波器和变压器与电网连接。

两电平结构的主要优势在于：拓扑结构简单 ，上下两桥臂互补输出，实际需要控制的只有两个(半桥模式下)开关管；电路结构中元器件少，系统的通态压降小，整个通态损耗低；结构简单，系统稳定性高，发生意外故障的概率较低。

这种结构也会带来缺点：谐波含量较高，波形较差，增加滤波成本[2]；直流侧存在电流波纹，对电池寿命有潜在影响；相对三电平和多电平PCS，两电平PCS需要更高的开关频率才能达到同样的THD指标，因此开关损耗更高，运行成本反而在三电平结构之上[3]；……