什么是储能PCS？

储能变流器PCS，又称双向储能逆变器，是储能系统与电网中间实现电能双向流动的核心部件，用作控制电池的充电和放电过程，进行交直流的变换。近年来，全球储能市场爆发，对PCS的需求增大，国内厂商不断扩大海外市场，对PCS的研究也成为关注热点。

古瑞瓦特100k储能变流器

PCS由IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、PCB板（印刷电路板）、电线电缆等硬件组成，其主要功能包括平抑功率、信息交互、保护等，PCS决定了输出电能质量和动态特性，也很大程度影响电池的使用寿命。

PCS的结构

PCS的结构形式主要有跟网型和构网型两种。

跟网型PCS：储能变流器并网应用时，检测电网侧电压，采用锁相环（PLL）的控制方式，跟踪网侧的电压波形和相位，采用功率外环、电流内环进行控制，从而得到所需的电压以及网侧电流。

以下情形需要采用跟网型PCS：并网点功率容量是足够大的电压源，并网控制需要快速功率响应，并网电流的电能质量要求高，多机并联的抗扰性强，最大限度地利用新能源发电。

构网型PCS：储能变流器离网/孤网应用时，网侧交流母线失去了电网电压和频率的支撑，变流器按照设定的工作频率fref=50Hz，采用同步发电机的下垂特性的控制方式，控制功率输出。另外，通过电压、电流双环控制器控制变流器输出电压幅值和相位，获得所需的电压。

以下情形需要采用构网型PCS：弱电网条件下，构网型PCS控制稳定裕度更大；构网型控制可以脱离大电网独立组网运行；构网型PCS为系统内其它跟网设备提供了稳定的电压基准。

PCS分类

按照应用场景的不同，PCS可以分为储能电站、集中式或组串式、工商业及户用四大类，主要区别是功率大小

储能电站PCS的功率一般大于10MW，选取级联型多电平拓扑，采用IGBT模块设计，一般N个交流器安装到集装箱内部，支持多机并联运行，需变压器升压接入电网。

集中式PCS的功率在250KW以上，当前多采用两电平拓扑，同样采用IGBT模块化设计，使用功率器件较少，单机功率可达MW级，对系统可靠性要求较高。

工商业PCS的功率一般在250KW以下，当前多采用三电平拓扑，与分布式光伏相结合，可以实现自发自用，还可利用电网峰谷差价获利。

家庭户用PCS的功率在10KW以下，与户用光伏相结合，作为应急电源、电费管理等，对安全规范、噪声等要求较高。随着储能市场规模的不断扩大，储能系统PCS设备不再是简单的转换设备，而是要求具备更高的集成能力。未来，储能系统PCS将越来越倾向于集成设备，通过软件的开发、升级、优化，实现储能系统的智能化控制、安全性能保障等，从而实现储能技术在电网中的更好应用。

PCS工作原理

储能变流器的工作原理是交、直流侧可控的四象限运行的变流装置，实现对电能的交直流双向转换。该原理就是通过微网监控指令进行恒功率或恒流控制，给电池充电或放电，同时平滑风电、太阳能等波动性电源的输出。

储能双向变流器主电路拓扑

储能PCS工作模式

双向储能变流器pcs的工作模式分为并网模式、离网模式和混合模式。

1、并网模式

并网模式下包括充电功能和放电功能，此时用户可以选择自动模式和手动模式。在自动模式下，如果用户选择并网充电或放电状态，储能逆变器将以之前设定好的值对蓄电池进行充电或放电。在手动模式下，用户可以通过手动修改充电或放电电流、电压和时间值，使储能逆变器工作在设定的充电或放电状态。

并网模式中，储能逆变器连接在一个大容量公用电网中，大容量是指该电网的总容量至少比储能逆变器容量大10倍以上。并网模式的主要特征是储能逆变器必须与存在的电网频率同步。要做到与电网同步，储能逆变器相对于电网来说作为一个电流源。有些情况下，储能逆变器必须能通过无功控制为电网提供电压支持。该模式常用于削峰填谷、电力负载平衡和调节电能质量。

2、离网模式

孤岛系统是一个或多个发电系统并联形成一个局部的“微网”。孤岛系统的主要特征是局部电网与所有的大电网脱离，储能系统的额定功率与局部电网产生的总功率大致相等。在这个系统中，储能系统必须可以充当网路电源，给局部电网提供电压和频率控制。另一方面，如果一个发电装置不能与其他发电装置同步，比如一个柴油发电机连接在局部电网上，那么储能系统必须作为一个电源之同步。有些情况下，储能系统还要在作为电源和与发电装置同步之间转换。

孤岛系统的特征是储能系统与局部电网相连，这些情形可能存在于偏远山区或小岛屿。常见应用包括平滑由可变电源可变负载引起的功率波动，稳定电网，优化燃料的使用和调节电能质量。

3、混合模式

储能系统能够在并网模式和离网模式之间进行切换。储能系统处于微网中，微网与公共电网接，正常工作状态下作为并网系统运行如果微网与公共电网脱离，储能系统将工作在离网模式为微网提供主电源。常见应用包括滤波，稳定电网，调节电能质量和创造自愈网。

储能PCS的主要特点

高效能量转换：PCS储能变流器采用先进的电力电子技术和控制策略，能够实现高效、稳定的能量转换和双向流动。其转换效率高达95%以上，能够显著降低储能系统的运行成本。

精确功率控制：PCS储能变流器具有精确的功率控制能力，能够根据电网的需求和储能电池的状态进行实时调整。通过精确的功率控制，PCS储能变流器可以实现储能系统的快速响应和精确调节，提高电力系统的稳定性和可靠性。

智能能量管理：PCS储能变流器还具有智能能量管理功能，能够根据电网的负荷情况和储能电池的状态进行智能调度和优化。通过智能能量管理，PCS储能变流器可以实现储能系统的最大化利用和最小化损耗，提高整个电力系统的经济性和环保性。

灵活配置和扩展：PCS储能变流器采用模块化设计，可以根据实际需求进行灵活配置和扩展。通过增加或减少模块数量，可以实现对储能系统容量的精确调整，满足不同应用场景的需求。

储能PCS发展历程

储能PCS（Power Conversion System，电力转换系统）的发展历程可以概括为以下几个阶段：

早期探索与初步应用（20世纪末至21世纪初）

技术起源：

储能PCS的前身可以追溯到电力电子技术的发展。

早期的电力转换设备主要集中在直流到交流（DC-AC）或交流到直流（AC-DC）的单向转换。

初步应用：

在可再生能源领域，尤其是风力发电和光伏发电的兴起，推动了储能系统的需求。

初期的储能PCS主要用于平滑可再生能源的输出波动。

技术成熟与规模化发展（21世纪第一个十年）

双向转换技术的突破：

随着电力电子技术的进步，双向DC-AC/AC-DC转换器成为可能，这大大增强了储能系统的灵活性。

双向PCS使得能量可以在电网、负载和储能单元之间自由流动。

商业化应用的拓展：

储能PCS开始在电网调频、备用电源、分布式能源管理等多个领域得到广泛应用。

电动汽车（EV）市场的快速发展也带动了电池储能系统和相应PCS的需求增长。

标准化与模块化设计：

行业开始制定相关标准，以规范储能PCS的性能和安全要求。

模块化设计理念的应用使得系统更加易于扩展和维护。

技术创新与智能化发展（21世纪第二个十年至今）

高效率和高功率密度：

新一代的储能PCS采用了更高效的拓扑结构和先进的控制算法，提高了能量转换效率。

功率密度的提升意味着在相同的体积内可以处理更多的电能。

智能化管理与远程监控：

储能系统逐渐融入物联网（IoT）技术，实现了实时数据采集、远程监控和智能运维。

AI和机器学习算法的应用使得系统能够自动优化运行策略，提高经济效益。

集成化和多功能化：

储能PCS不再仅仅是单一的能量转换设备，而是与其他能源管理系统紧密集成，形成综合能源解决方案。

多功能化趋势体现在PCS能够适应多种不同的应用场景和需求。

安全性和可靠性强化：

随着电池安全事故的频发，储能PCS的安全设计变得尤为重要。

采用先进的保护机制和热管理系统来确保系统的长期稳定运行。

储能PCS产业链

储能变流器（PCS）行业产业链上游包括IGBT模块、电路板及电线电缆等，这些材料和组件的质量和成本直接影响到储能变流器的性能和价格。中游环节主要是储能变流器的制造和组装。储能变流器（PCS）下游包括电力系统、轨道交通、新能源汽车等行业。电力系统企业包括电网企业、风光电站企业等。

代表企业

易事特集团

易事特集团始创于1989年，2014年成功在深交所上市，曾是世界500强企业控股子公司，现为广东省属国资旗下上市企业、国企混改典范，位列全球新能源企业500强及创新百强企业，集团持续深耕产业数字化和“新能源+储能”两大领域，主营智慧电源（UPS/EPS、电力电源、通信电源、高压直流电源、特种电源、电池系统、电源网关及云管理平台等），数据中心（模块化数据中心、集装箱移动数据中心、行业定制数据中心、智能配电、动环监控系统、精密空调等）和新能源（风力变流器、光伏逆变器、储能变流器、EMS、BMS、钠/锂电池电芯及PACK、充电桩、换电柜、空气能热泵、能源网关及云管理平台等）三大战略板块业务，是数字能源产品及风光储充解决方案优秀上市公司。

科华数能

厦门科华数能科技有限公司立足于 35 年电力电子转换技术钻研和应用，在光伏、储能、微网、风电、综合能源服务等领域推出了多元化的解决方案，积累了丰富的项目经验。“30?60”双碳目标的指引下，科华数能践行综合能源“源网荷储”一体化理念，推动经济、社会和环境的协调可持续发展，让绿色能源创造美好生活，用绿色能源渲染地球村的底色，助力全球能源变革进入新时代。

固德威

固德威技术股份有限公司成立于2010年，总部位于苏州高新区，是一家以新能源电力电源设备的转换、储能变换、能源管理为基础，以降低用电成本、提高用电效率为核心，以能源多能互补、能源价值创造为目的，集自主研发、生产、销售及服务为一体的高新技术企业，主营业务产品包括光伏并网逆变器、光伏储能逆变器、储能电池系统、光电建材产品、智能数据采集器以及智慧能源管理系统。

古瑞瓦特

古瑞瓦特创立于2011年，是一家专注于可持续能源发电、储电、用电以及能源数字化领域的企业。公司设计、研发、制造光伏逆变器、储能系统、智慧能源管理系统，为全球家庭及工商业用户提供优质的全场景分布式能源解决方案。

禾望电气

深圳市禾望电气股份有限公司于2017年上海A股主板上市，是一家专注于新能源和电气传动产品研发、生产、销售和服务的国家高新技术企业。主营产品有风力发电产品、光伏发电产品、储能产品、电能质量产品、电气传动产品等。拥有完整的大功率电力电子装置及监控系统的自主开发及研发实力与测试平台。通过技术和服务上的创新，不断为客户创造价值，现已成为国内新能源领域最具竞争力的电气企业之一。

盛弘电气

深圳市盛弘电气股份有限公司成立于2007年，公司总部位于深圳，于2017年8月在创业板上市。盛弘股份是一家专注于大功率电力电子技术，聚焦储能微网、电能质量、电动汽车充电服务、电池化成与检测、工业电源产品的研发、生产制造和销售服务的高新技术企业。

作为模块化储能系统方案的领导者，盛弘储能始终坚持产品与服务双轮驱动战略，助力能源结构加速转型，成就能源自由。致力于为用户提供完善的储能电气系统集成解决方案，能够灵活适配多种电池系统，帮助用户搭建简易高效的储能系统。

首航新能源

首航新能源是一家全球领先的全场景光伏和储能解决方案提供商，致力于成为数字能源解决方案的领航者，为全球户用、工商业、大型地面电站提供创新的技术与系统解决方案。核心产品涵盖1-350kW光伏逆变器、3-125kW储能逆变器、储能电池、集中式储能、微逆系统和首航云监控系统。

英博电气

北京英博电气股份有限公司成立于2004年3月,是一家高新技术企业，公司总部设立在北京市中关村高新技术产业园，目前在全国设有2个研发中心、2个全资及控股子公司和25个办事处/销售网点，构建了覆盖全国的营销和服务网络,涵盖电能质量、轨道交通及储能系统3大业务板块,其中储能系统主要有30~200kW模块化储能变流器、500~1725kW集中式储能变流器、1000~3450kW升压一体舱、并离网切换柜、户外柜储能系统以及储能项目EPC总包服务。

株洲中车时代

株洲中车时代电气股份有限公司(下称中车时代电气)是中国中车旗下股份制企业。

华自科技

华自科技股份有限公司专注于自动化、信息化和智能化技术，为新型储能、能源、环保、工控、水利等领域用户提供核心软硬件产品与系统解决方案，是多能物联技术领航企业。公司依托储能变流器（PCS)、多能物联协调控制器（CCS）、储能管理系统（EMS)、电池管理系统（BMS）等核心技术，可提供各种新型储能交钥匙工程。深耕电力行业三十余载，华自科技精准发力储能赛道，打通全产业链，具备勘测设计、设备制造、工程实施、智能运维等EPCO 专业服务能力，提供源、网、荷等多场景储能解决方案，提升新能源消纳比例，保障电网可靠稳定运行，为用户节能增效，助力构建安全高效能源体系。

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储能PCS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。

储能PCS的发展趋势

随着储能市场规模的不断扩大，储能系统PCS设备不再是简单的转换设备，而是要求具备更高的集成能力。未来，储能系统PCS将越来越倾向于集成设备，通过软件的开发、升级、优化，实现储能系统的智能化控制、安全性能保障等，从而实现储能技术在电网中的更好应用。

内容资料来源：永泰数能、旭和储能、万加乐新能源、国网中科、古瑞瓦特、智研咨询、小Q下午茶、网络等