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技术文章
储能变流器（PCS）是电化学储能系统中的核心组件，它负责连接电池系统与电网（或负荷），实现电能的高效双向转换。根据GB/T34120-2017电化学储能系统储能变流器技术规范，PCS通过电力电子变换电路，将交流电与直流电相互转换（整流为交流转直流，逆变则为直流转交流），从而精准控制储能元件（如锂电池、电容等）在充放电过程中的功率。此外，PCS还集成了功率、控制、保护及监控等软硬件，确保其不仅在并网/离网控制方面发挥着关键作用，还能满足特殊场景下电网黑启动、微网供电等短时功能需求。其交流输出可直连大电网，实现储能系统的灵活调度与高效运行。
储能变流器（PCS）的结构形式主要分为并网型、离网型、跟网型和构网型四种。这四种结构各有特点，适应不同的应用场景。
1、并网型（Grid-Connected）
特点：储能系统与公共电网并联运行，电网主导电压和频率，PCS仅作为电源“从机"，按设定功率注入电网。
应用：主要用于峰谷调节、削峰填谷及电网频率/电压支持。
控制方式：采用电流源控制（如dq电流闭环控制），通过锁相环（PLL）跟踪电网相位。
2、构网型（Grid-Forming）
特点：主动构建电网电压和频率，可独立于真实电网运行，具备强抗扰能力和动态响应。
应用：微网主源、多PCS协同系统（如主构网PCS启动时先上电）。
控制方式：电压源控制结合虚拟同步机（VSM）或droop控制，无需依赖外部电网相位信息。
3、离网型（Off-Grid）
特点：脱离电网独立供电，PCS主动控制输出电压和频率，承担本地电网构建角色。
应用：应急备用供电、偏远地区独立微网。
控制方式：电压源控制（V/f控制），需应对负载变化时的电压/频率闭环调节。
4、跟网型（Grid-Following）
特点：跟随已有电网的电压频率，依赖构网设备或公共电网提供相位参考。
应用：微网中构网PCS启动后，其他跟网PCS跟随运行；并网调频调压场景。
控制方式：电流环控制，通过锁相环获取相位信息同步电网。
储能变流器的测试方法主要包括静态测试和动态测试两种。静态测试主要用于测量储能变流器在稳定工作状态下的性能和电气特性。动态测试主要用于评估储能变流器在非稳定工作状态下的性能和电气特性，特别是其响应速度、稳定性和抗干扰能力。
1、关键性能指标详解：
（1）过载能力：当储能变流器交流侧电流达到110%额定电流时，设备应能持续运行至少10分钟；而在120%额定电流下，持续运行时间则不少于1分钟。
（2）待机与空载损耗：待机损耗需控制在额定功率的0.5%以内，空载损耗则应不超过额定功率的0.8%，以确保设备在非工作状态下的能效。
（3）功率控制精度：当储能变流器输出功率超过其额定值的20%时，功率控制精度必须保持在5%以内，以确保系统的稳定输出。
（4）直流分量限制：在额定功率运行时，储能变流器交流侧电流中的直流分量不得超过其输出电流额定值的0.5%，以保障电流的纯净性。
（5）充放电转换速度：储能变流器的充放电转换时间应控制在100毫秒以内，实现快速切换，满足系统对响应速度的要求。
2、故障穿越能力
（1）低电压穿越：当电力系统出现故障，导致并网点的考核电压全部位于储能变流器所设定的低电压穿越要求的电压轮廓线及以上的范围内时，储能变流器应能够保证不脱离电网而持续运行。若电压低于此范围，则允许储能变流器进行切除操作。
接下来，我们将详细了解储能变流器在低电压穿越方面的具体要求。
① 在储能变流器并网点的电压降至0时，该变流器应能确保在电网中持续运行至少0.15秒，以保持系统的稳定性。
② 一旦储能变流器并网点的电压跌至曲线1以下，变流器应具备从电网中安全切出的能力，以保护设备和系统的安全。
③ 对于在电力系统故障期间未被切除的储能变流器，其有功功率应在故障清除后迅速恢复。自故障清除的时刻开始，以至少每秒30%额定功率的变化率，迅速恢复到故障前的水平。
（2）高电压穿越能力
接入公用电网的电化学储能系统，若其电压等级达到10（6）kV及以上，则必须具备高电压穿越能力。在并网点电压降至图示曲线2轮廓线及以下时，系统应能持续在线运行而不脱离电网；而当并网点电压超过曲线2轮廓线所示的区域时，则允许储能系统与电网进行断开操作。
3、功率特性
在PCS的额定功率运行范围内，系统应具备四象限功率控制功能，实现有功功率和无功功率的动态可调。
4、电网适应能力
（1）频率响应时间要求
（2）电压响应速度需求
5、动态无功支撑
在电力系统遭遇短路故障导致电压骤降的情境下，PCS应能迅速注入电网以提供动态无功支撑。其响应时间需控制在30毫秒以内，以确保动态无功电流能够紧密跟踪电压变化，从而有效维持电力系统的稳定。
6、保护功能
（1）硬件保护：确保IGBT模块在面临过流、过温或短路等异常情况时，能够迅速做出反应。
（2）软件保护：通过一系列的保护措施，如直流过压、直流过流、交流过流等，来确保系统的安全稳定运行。
7、测试设备
（1）功率分析仪
功率分析仪提供1500 Vrms和50 Arms的输入，以及10MHz的测量带宽，可以方便地进行电压、电流、功率、频率、谐波等参数的量测。标配有USB、RS232和以太网通信接口，您可以通过这些接口实现对功率分析仪的远程控制，同时您还可以利用USB外围设备接口，直接将量测参数保存到外部储存介质中。功率分析仪具有0.01％的电压、电流精度，同时还具有丰富的波形显示功能、积分功能。
（2）电网模拟器
电网模拟器能够在16-500Hz工作频率范围内支持高达100%额定功率的双向功率输入输出，更可以支持容性和感性的无功功率注入，是全功能的四象限电源。整个测试环境的搭建不需要其他负载或电源设备的介入，电网模拟器能够吸收来自于逆变器的功率，这也使得电网模拟器能够实时监控逆变器的工作状态，可以通过预设的安全限值来确保逆变器处于正常的工作范围内。
（3）回馈式交流电子负载
回馈式交流电子负载是一款高功率因数高精度可编程的电子负载。采用全数字控制，可将输入的交流能量几乎100%回馈至电网。通过系统设置可模拟多种形式的交流负载特性。系统采用具有中间直流环节的AC-DC、DC-AC变换两级架构，分开控制电子负载的输入电流、输出电流，输入输出隔离，使用安全可靠。
（4）电池模拟器/大功率直流电源
高功率密度双向可编程直流电源，突破传统技术壁垒提升功率密度，单机电源功率高达50kW@4U，为大功率需求客户提供小体积解决方案，可广泛适用于新能源三电、光伏储能、微电网、实验室等多种大功率测试测试场景。面对更为复杂的高功率需求，能实现多机并联，扩展至3MW。并机扩展能力降低了电源系统搭建的复杂度，可满足从实验室测试到工业级大规模应用的广泛电源需求。
8、测试方案示意图
9、注意事项
（1）当电压或者电流超过功率分析仪的输入范围时，可选用高精度传感器搭配功率分析仪，如电流互感器、高压分压器。
（2）为模拟真实工况，应选择宽范围源载，即电流值/电压值覆盖实际工作峰值。
（3）多设备工作时，电磁干扰会影响测量装置，需要做好屏蔽（测量装置单独供电）。
（4）设备做好接地保护，发生故障时及时断电。
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