ที่ระบบแปลงพลังงาน(PCS) คือส่วนต่อประสานระหว่างแบตเตอรี่กับโครงข่ายไฟฟ้าหรือโหลดไฟฟ้ากระแสสลับ ไม่เพียงแต่กำหนดคุณภาพไฟฟ้าและคุณลักษณะแบบไดนามิกของเอาต์พุตของระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่เท่านั้น แต่ยังส่งผลกระทบอย่างมากต่อความปลอดภัยและอายุการใช้งานของแบตเตอรี่อีกด้วย ขึ้นอยู่กับโครงสร้างของวงจรและการกำหนดค่าหม้อแปลง ประเภทพื้นฐานของ PCS สามารถแบ่งออกเป็นประเภทการเชื่อมต่อ-ความถี่ขั้น-ขึ้น และประเภทการเชื่อมต่อ-แรงดันไฟฟ้าโดยตรง-สูง ดังแสดงในรูป
ปัจจุบันระดับแรงดันไฟฟ้าของกลุ่มแบตเตอรี่ทั่วไปไม่เกิน 1500V และมีช่วงความผันผวนที่แน่นอนขึ้นอยู่กับสถานะการชาร์จ (SOC) ดังนั้น เพื่อปรับให้เข้ากับข้อกำหนดแรงดันไฟฟ้าของโครงข่ายไฟฟ้าหรือโหลดที่แตกต่างกัน หม้อแปลงความถี่กำลังจึงมักได้รับการกำหนดค่าที่ด้าน AC ของ PCS (ระบบแปลงกำลัง) สิ่งนี้ไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มหรือควบคุมแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับเท่านั้น แต่ยังช่วยให้สามารถสร้างระบบสายสาม-เฟสสี่-ในระบบนอก-กริดเพื่อจ่ายโหลดเฟสเดียว- นอกจากนี้ยังปรับปรุงการป้องกันและการปราบปรามความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าของระบบกักเก็บพลังงาน
ขึ้นอยู่กับจำนวนของสเตจ PCS ประเภทสเต็ปความถี่กำลังไฟฟ้า-สามารถแบ่งออกเป็นโทโพโลยี-สเตจเดียวและ-สเตจคู่
PCS สเตจเดียว-}ขั้นความถี่-อัพ-ให้ประสิทธิภาพสูงและมีโครงสร้างที่เรียบง่าย อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่มีความจุต่ำและมีความยืดหยุ่นในการเลือกแรงดันไฟฟ้าที่จำกัด นอกจากนี้ ข้อผิดพลาดในการลัดวงจร-ที่ด้าน DC ของ PCS อาจทำให้เกิดกระแสไฟกระชากขนาดใหญ่ในชุดแบตเตอรี่ได้อย่างง่ายดาย ซึ่งก่อให้เกิดความเสี่ยงที่สำคัญ PCS ขั้นเดียว-ยังสามารถจำแนกได้เป็นระบบสอง-ระดับ, สาม-ระดับ หรือหลาย-ระดับขึ้นอยู่กับระดับแรงดันไฟขาออก เมื่อจำนวนระดับเพิ่มขึ้น ระดับแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงและคุณภาพกำลังเอาท์พุตของ PCS จะสามารถปรับปรุงเพิ่มเติมได้ ดังแสดงในรูป
PCS ขั้น-เพิ่มความถี่-ประเภทสอง-ดังแสดงในรูปที่ 2-22 ได้รับการกำหนดค่าด้วยตัวแปลง DC/DC แบบสองทิศทางที่ขั้วอินพุตแบตเตอรี่ ซึ่งจะเพิ่มความจุของชุดแบตเตอรี่และเพิ่มความยืดหยุ่นในการเลือกแรงดันไฟฟ้า และสามารถควบคุมชุดแบตเตอรี่หลายชุดได้อย่างอิสระ อย่างไรก็ตาม มีต้นทุนสูง การควบคุมค่อนข้างซับซ้อน และมีประสิทธิภาพต่ำ ขึ้นอยู่กับโครงสร้างที่แตกต่างกันของตัวแปลง DC/DC PCS ระยะทั้งสอง-สามารถแบ่งออกเป็นประเภทที่ไม่-แยกและแยกได้ PCS สองขั้นที่แยกออกมา-สามารถปรับปรุงอัตราส่วนการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าได้ดียิ่งขึ้น และมีความสามารถในการปรับตัวแรงดันไฟฟ้าแบตเตอรี่ที่กว้างขึ้น แต่การออกแบบตัวแปลง DC/DC แบบสองทิศทางที่มีความจุสูง-แยกเดี่ยวที่มีความจุสูง- ทำให้เกิดความท้าทายทางเทคนิคที่สำคัญ ปัญหาหลัก ได้แก่ การออกแบบหม้อแปลงไฟฟ้าแรงสูง- ฉนวนของระบบ การเปลี่ยนเฟสหรือซอฟต์สวิตชิ่งแบบรีโซแนนซ์แบบอนุกรม และการออกแบบความหนาแน่นของกำลังสูง
สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนซึ่งมักใช้ในระบบ-ระบบจัดเก็บพลังงานความจุสูง แรงดันไฟขาออกจะไม่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญเมื่อสถานะประจุ (SOC) อยู่ในช่วง 15% ถึง 85% ดังนั้น ระบบกักเก็บพลังงานขนาดใหญ่-ส่วนใหญ่ที่ใช้ในประเทศของฉันในปัจจุบันจึงใช้-ระบบแปลงพลังงาน (PCS) ขั้นตอนเดียว อย่างไรก็ตาม เมื่อแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงเข้าใกล้ 1500V โครงสร้างโทโพโลยีสาม-ระดับจะถูกนำมาใช้มากขึ้น ระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ 1500V ช่วยลดพื้นที่ที่ต้องการและการใช้อุปกรณ์ไฟฟ้า เช่น กล่องสวิตช์และสายไฟ DC ซึ่งช่วยลดต้นทุนของระบบได้ในระดับหนึ่ง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากระยะห่างระหว่างแบตเตอรี่และ PCS สั้น จึงไม่ได้ช่วยลดการสูญเสียการส่งผ่าน DC ที่พบในโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่-ได้อย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ ยังกำหนดความต้องการประสิทธิภาพที่สูงขึ้นสำหรับส่วนประกอบต่างๆ เช่น เซอร์กิตเบรกเกอร์กระแสตรงแบบสองทิศทาง และคอนแทคเตอร์กระแสตรงแบบสองทิศทาง การออกแบบความปลอดภัยและการป้องกันทางไฟฟ้าของวงจรไฟฟ้ากระแสตรงถือเป็นความท้าทายหลักในการใช้งานระบบนี้
เพื่อเปิดใช้งานการประยุกต์ใช้สถานีไฟฟ้าเก็บพลังงานแบตเตอรี่ขนาดใหญ่-ขนาดใหญ่พิเศษ- และเพื่อหลีกเลี่ยงการเชื่อมต่อแบบขนานของชุดแบตเตอรี่จำนวนมากเกินไป รวมทั้งเพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียที่เกิดจากหม้อแปลงความถี่พลังงานและลดต้นทุน พีซีที่เชื่อมต่อ-แรงดันไฟฟ้าโดยตรง- สูงที่มีโครงสร้างแบบเรียงซ้อนแบบแยกส่วนได้กลายเป็นทิศทางการวิจัยที่สำคัญ เช่นเดียวกับพีซีที่มีขั้นตอนความถี่กำลังไฟฟ้า- ชิ้นที่เชื่อมต่อด้วยแรงดันไฟฟ้าสูง-โดยตรง-ยังสามารถแบ่งออกเป็นโทโพโลยี-ขั้นตอนเดียวและสอง-ขั้นตอนตามจำนวนขั้นตอนการแปลงพลังงาน
PCS สเตจเดียว-แบบต่อเรียงสามารถส่งออกไฟฟ้าแรงสูงโดยไม่ต้องใช้หม้อแปลงความถี่กำลัง โดยเชื่อมต่อโดยตรงกับ-โครงข่ายไฟฟ้าแรงสูง ทำให้เหมาะสำหรับการสร้างระบบกักเก็บพลังงานขนาดใหญ่-ขนาดใหญ่-เป็นพิเศษ โครงสร้างแบบเรียงซ้อนทำให้ได้เอาต์พุตหลาย- ระดับ ทำให้มั่นใจได้ว่าฮาร์โมนิคแรงดันไฟฟ้าเอาท์พุตต่ำ แม้จะมีความถี่สวิตชิ่งต่ำในแต่ละโมดูล ซึ่งช่วยลดการสูญเสียการสวิตชิ่ง อย่างไรก็ตาม PCS สเตจเดียว-ที่เรียงซ้อนต้องใช้ฉนวนร่วมกันที่ฝั่ง DC ส่งผลให้เกิดความเครียดของฉนวนสูงสำหรับแรงดันไฟฟ้าเอาท์พุตต่ำ จำเป็นต้องมีการออกแบบพิเศษ มีเส้นทางกระแสไฟของโหมด-ทั่วไประหว่างก้อนแบตเตอรี่แต่ละก้อนกับกราวด์ ซึ่งจำเป็นต้องมีวิธีแก้ปัญหาสำหรับ-การระงับกระแสไฟในโหมดทั่วไป
กระแสการชาร์จและการคายประจุของชุดแบตเตอรี่มีการกระเพื่อมฮาร์โมนิกที่สอง- ซึ่งส่งผลเสียต่อเส้นทางกระแสไฟฟ้าของแบตเตอรี่และทำให้ต้นทุนเพิ่มขึ้น PCS แบบเรียงซ้อน-ขั้นเดียวสามารถแบ่งออกเป็นประเภทเรียงซ้อนแบบบริดจ์ H- และตัวแปลงหลายระดับโมดูลาร์ (MMC) แบบเรียงซ้อน ดังแสดงในรูป
โดยรวมแล้ว PCS การเชื่อมต่อแรงดันสูงโดยตรง- (ระบบแปลงกำลัง) เป็นโซลูชันหลักในการจัดการกับความท้าทายด้านความปลอดภัยและประสิทธิภาพที่เกิดจากระบบกักเก็บพลังงานที่มีความจุสูง-เป็นพิเศษ อย่างไรก็ตาม มีข้อกำหนดด้านฉนวนสูงทั้งบนชุดแบตเตอรี่และตัวแปลง DC/DC แบบแยก ซึ่งจำกัดการใช้งานและการใช้งานอย่างแพร่หลาย นอกจากนี้ ยังมีความท้าทายในการวางซ้อนแบบรวมศูนย์ การเชื่อมต่อทางไฟฟ้า และการออกแบบความปลอดภัยของระบบแบตเตอรี่ความจุขนาดใหญ่พิเศษ-