ESK储能双向变流器技术方案
储能双向变流器主电路参数设计及控制策略研究
储能双向变流器主电路参数设计及控制策略研究陈世锋;雷珽;韩海伦;赵晓丹;唐诤【摘要】设计了一种适用于电化学储能系统的双向变流器,采用一级变换主电路拓扑结构,交流侧采用LCL滤波器,减少注入电网的谐波,直流侧采用CL滤波器,降低电池侧纹波;介绍了储能双向变流器的工作原理,给出了交流侧LCL滤波器与直流侧CL滤波器设计原则,推导出基于LCL滤波器主电路数学模型,并设计了闭环控制系统.通过仿真和试验表明,该双向变流器主电路参数设计合理,电流谐波小,直流侧纹波小,可满足大容量储能系统的工作要求.【期刊名称】《电力与能源》【年(卷),期】2015(036)002【总页数】6页(P242-247)【关键词】大规模储能技术;PCS储能变流器;电池储能系统;CL滤波器【作者】陈世锋;雷珽;韩海伦;赵晓丹;唐诤【作者单位】许继电源有限公司,河南许昌 461000;国网上海市电力公司,上海200122;许继电源有限公司,河南许昌 461000;许继电源有限公司,河南许昌461000;河南省特种设备安全检测研究院,郑州 450000【正文语种】中文【中图分类】TM46随着全球能源紧缺的局势初步加剧［1］和世界范围内绿色能源政策的大力推进，传统的发电模式将难以为继［2－3］，电网与新能源的矛盾越来越突出。
大规模储能技术可解决新能源发电、电动汽车充电的随机性、波动性问题［4］，提高电网潮流稳定。
本文提出一种适用于大规模储能系统的双向变流器，采用基于LCL滤波器的一级变换主电路拓扑结构。
对该双向变流器主电路工作原理、LCL滤波器设计及CL滤波器设计进行分析，并给出闭环控制策略，通过仿真和实验进行验证。
1 储能双向变流器工作原理1.1 主电路拓扑储能双向变流器主电路结构有两种类型：一是采用三相全桥电路的一级变换拓扑结构；二是采用两级变换拓扑结构，即前级采用三相全桥电路，后级采用DCDC斩波电路。
一级变换拓扑结构成本较低、效率高、控制策略简单，多台变流器离网并联运行更容易实现，本文在三相全桥电路直流侧增加CL滤波器，可以有效降低电池侧纹波要求。
储能变流器 拓扑
储能变流器拓扑储能变流器拓扑储能变流器作为电能储存系统中的核心组件，扮演着将电能从电源侧转换为负载侧所需的关键角色。
不同的储能变流器拓扑结构具有不同的性能特点和应用领域。
本文将介绍几种常见的储能变流器拓扑，包括单相全桥变流器、三相全桥变流器、双向开关变流器和多电平变流器。
单相全桥变流器是一种常见的储能变流器拓扑，由四个开关器件和一个电容组成。
在工作过程中，开关器件通过调整开关状态来实现电能的转换。
单相全桥变流器可以实现单相交流电能向直流电能的转换，具有简单、稳定的特点，适用于小功率应用场景。
三相全桥变流器是一种用于三相电能转换的储能变流器拓扑，由六个开关器件和一个电容组成。
通过控制开关器件的通断，可以实现三相交流电能向直流电能的转换。
三相全桥变流器具有较高的功率密度和较好的动态响应特性，广泛应用于电力系统和工业领域。
双向开关变流器是一种能够实现双向电能转换的储能变流器拓扑。
它由四个开关器件和一个电容组成，通过改变开关器件的工作状态，可以实现直流电能向交流电能的转换以及交流电能向直流电能的转换。
双向开关变流器具有较高的转换效率和较好的功率质量，适用于能量回馈和能量存储等应用场景。
多电平变流器是一种具有多个电压等级输出的储能变流器拓扑，通过串联多个开关器件和电容来实现多电平输出。
多电平变流器可以实现电能转换时的电压波形优化，减小谐波含量，提高电能质量。
多电平变流器广泛应用于高功率变频调速、无电网区域的独立电力系统等领域。
储能变流器拓扑是电能储存系统中至关重要的组成部分。
不同的拓扑结构适用于不同的应用场景，具有不同的性能特点和优势。
工程师们需要根据具体的应用需求来选择合适的储能变流器拓扑，以实现高效、稳定的电能转换和储存。
未来，随着储能技术的不断发展和创新，储能变流器拓扑将会得到进一步的优化和改进，为能源领域的可持续发展贡献更大的力量。
储能双 向变流器 hs code
储能双向变流器hs code摘要：1.储能双向变流器的概念2.储能双向变流器的功能与作用3.储能双向变流器的应用领域4.储能双向变流器的国际编码HS code正文：储能双向变流器是一种电力电子设备，具有将直流电能与交流电能相互转换的功能。
通过储能双向变流器，可以实现电能的高效传输、分配和控制，满足各种电力系统对电能的需求。
1.储能双向变流器的概念储能双向变流器，简称SVG（Static Var Compensator），是一种基于现代电力电子技术的高科技产品。
它具有双向变流、动态无功补偿、谐波抑制等功能，广泛应用于电力系统的输电、配电、储能等环节。
2.储能双向变流器的功能与作用（1）双向变流：储能双向变流器能够实现直流电能与交流电能的相互转换，以满足不同电力系统的要求。
（2）动态无功补偿：储能双向变流器可根据电力系统的实际需求，对无功功率进行实时调节，提高电力系统的稳定性和可靠性。
（3）谐波抑制：储能双向变流器能够有效地抑制电力系统中的谐波，降低谐波对电力设备的损害，提高电能质量。
3.储能双向变流器的应用领域储能双向变流器广泛应用于以下领域：（1）风力发电：通过储能双向变流器，可以实现风力发电的稳定输出，提高电能质量。
（2）光伏发电：储能双向变流器能够将光伏发电系统产生的直流电能转换为交流电能，满足电力系统的要求。
（3）电力系统稳定：储能双向变流器在电力系统中可以实现对无功功率的动态调节，提高电力系统的稳定性和可靠性。
（4）输电线路补偿：储能双向变流器可用于输电线路的动态无功补偿，降低输电损耗，提高输电效率。
4.储能双向变流器的国际编码HS code根据国际海关编码规定，储能双向变流器的HS code为85043000。
这一编码涵盖了静态变流器、逆变器、整流器等电力电子设备。
储能系统中的双向多电平AC-DC变换器
储能系统中的双向多电平AC-DC变换器储能系统中的双向多电平AC/DC变换器随着能源储存技术的不断发展，储能系统在电力领域中起到了越来越重要的作用。
而在储能系统中，双向多电平AC/DC变换器被广泛应用于能量的转换和控制。
双向多电平AC/DC变换器是一种能够实现直流电能和交流电能之间相互转换的电力变换器。
它可以将电网输送的交流电能转换为直流电能，并储存在电池组或其他储能装置中，以实现电能的储存。
同时，当需要将储存的电能释放到电网或其他负载时，双向多电平AC/DC变换器也可以将直流电能转换为交流电能，并将其送回电网或供应给负载。
双向多电平AC/DC变换器的工作原理是通过控制开关管的开关状态来实现电能的转换。
在储能阶段，当电网向电池组输出电能时，开关管会将电网的交流电能转换为直流电能，并储存在电池组中。
而在释放阶段，当需要将电能从电池组输出到电网或负载时，开关管则会将电池组的直流电能转换为交流电能，并将其送回电网或供应给负载。
双向多电平AC/DC变换器具有许多优点。
首先，它可以实现高效率的能量转换，从而提高能源利用率。
其次，它具有较高的功率密度和较小的体积，可以满足储能系统对高功率和紧凑结构的需求。
此外，双向多电平AC/DC变换器还具有较好的电气性能和较低的谐波含量，可以减少对电网和负载的干扰。
双向多电平AC/DC变换器在储能系统中的应用前景广阔。
它可以应用于各类储能装置，如电动汽车、太阳能电池组和风能储能系统等。
通过合理设计和优化控制算法，可以实现储能系统的高效运行和稳定性。
同时，双向多电平AC/DC变换器还可以与其他能源转换装置相结合，形成更加灵活和可靠的储能系统。
总之，双向多电平AC/DC变换器在储能系统中发挥着重要的作用。
它不仅可以实现电能的高效转换和储存，还可以满足储能系统对高功率和紧凑结构的需求。
未来，随着储能技术的不断发展和完善，双向多电平AC/DC变换器将在储能系统中发挥越来越重要的作用，为电力领域的可持续发展做出贡献。
储能变流器技术发展
储能变流器技术发展储能变流器技术是一种能够将电能储存到电池或其他能量储存设备中，并在需要时将储存的能量转换为电力供应给负载的技术。
它可以帮助解决可再生能源不稳定性和电力需求高峰期的问题。
随着可再生能源（如太阳能和风能）的快速发展，储能变流器技术也得以迅速发展。
以下是储能变流器技术的一些发展趋势：1. 提高能量转换效率：储能变流器技术的关键目标之一是提高能量转换的效率。
通过采用高效的功率电子器件和控制算法，储能变流器的能量转换效率得以显著提高，从而减少能量损失。
2. 增加储能容量：为了满足不同应用场景的需求，储能变流器技术的发展方向之一是增加储能装置的容量。
通过采用高密度的电池技术或其他新型的储能技术，例如超级电容器或氢燃料电池等，可以实现储能容量的提升。
3. 改善储能系统的稳定性：在储能变流器技术中，提高储能系统的稳定性是关键的技术挑战之一。
通过改进储能系统的控制算法和电子保护系统，可以提高储能系统的稳定性，并确保储存和释放能量的可靠性。
4. 实现智能化控制：随着人工智能和物联网技术的发展，储能变流器技术越来越多地采用智能化控制方法。
通过使用智能算法和传感器技术，可以对储能系统进行实时监测和控制，以实现最佳的能量转换和储存效果。
5. 减少成本：储能变流器技术的成本一直是制约其广泛应用的主要因素之一。
为了降低成本，储能变流器技术需要继续改进器件的设计和制造工艺，并提高生产效率。
此外，扩大规模生产和推广应用，也可以降低成本。
总体而言，储能变流器技术将持续发展，并且在可再生能源的储能和供应以及电网的稳定性方面发挥着重要作用。
随着技术的不断进步，储能变流器技术有望实现更高的能量转换效率、更大的储能容量和更稳定的储能系统。
500KW双向储能微网系统技术方案
500KW双向储能系统技术方案一、双向储能系统主要组成双向储能系统广泛应用于工厂，商业等峰谷价差较大，或者经常停电的场所。
系统PCS双向变流器，智能控制控制柜，电池组、负载等构成。
光伏方阵在有光照的情况下将太阳能转换为电能，通过逆变器给负载供电，同时通过PCS双向变流器给蓄电池组充电；在无光照时，由蓄电池通过PCS双向变流器给负载供电。
图1 光伏发电PCS双向储能微网系统示意图（1）太阳电池组件是太阳能供电系统中的主要部分，也是太阳能供电系统中价值最高的部件，其作用是将太阳的辐射能量转换为直流电能；（2）光伏逆变器其作用是对太阳能电池组件所发的电能进行调节和控制，变成正弦波交流电。
（3）PCS双向储能变流器控制交流母线的电压和能量转换，对蓄电池进行充放电保护。
（4）STS转换开关离网和并网转换开关，可以不间断切换。
(4) 蓄电池组其主要任务是贮能，保障交流母线能量平衡，在夜间或阴雨天保证负载用电。
二、主要组成部件介绍2.1 太阳电池组件介绍单晶硅Mono-Crystalline 多晶硅Poly Crystalline 薄膜Thin film 太阳电池组件是将太阳光能直接转变为直流电能的阳光发电装置。
根据用户对功率和电压的不同要求，制成太阳电池组件单个使用，也可以数个太阳电池组件经过串联（以满足电压要求）和并联（以满足电流要求），形成供电阵列提供更大的电功率。
太阳电池的发电量随着日照强度的增加而按比例增加。
随着组件表面的温度升高而略有下降。
随着温度的变化，电池组件的电流、电压、功率也将发生变化，组件串联设计时必须考虑电压负温度系数。
单晶硅组件效率高，平均效率为19%左右，价格比多晶贵10%左右，国内比较出名的厂家有隆基硅。
多晶硅组件效率稍低，平均效率为17%左右，同内比较出名的厂家有英利，天合，晶澳，尚德，昱辉等。
薄膜组件有很多种，铜铟镓硒CIGS薄膜电池，效率达19.6%；碲化镉CdTe薄膜电池效率达16.7%，硅基薄膜电池的效率为10.1%，主要生产厂家的汉能，尚越，龙焱等。
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1.6 宽频率范围运行功能
双向变流器采用基于矢量变换的数字锁相技术，当电网电压频率有较大波动
时，变流器仍能够快速准确跟踪电网电压的频率和相位，使得变流器能在宽泛的
频率范围内正常运行，并且变流器频率异常耐受的范围(45-55Hz)和保护动作时
间可通过就地控制器分段设置。 变流器频率工作范围： 45～55Hz
判断阈值设定范围：下限 45～49.5Hz ；上限 50.5～55Hz
动作延时设定范围： 0.2s～持续运行
表 1 频率异常响应特性
频率范围运行方式源自低于 45Hz变流器欠频停机 4
45～48Hz
能够连续运行或根据判断阈值动作，延时时间和阀值可设，同时具备 0.2s 内转 为放电模式的能力
48 Hz ~49.5Hz
1、功能与指标
1.1 能量双向流动功能
ES-500K 双向变流器实现双向充放电功能，既可以工作在有源逆变模式，实
现直流到交流的变换向电网输送电能，如图 1 所示，也可以工作在有源整流模式，
实现交流到直流的变换，从电网吸收电能储存在电池中如图 2 所示。
直流电能
储能双向变流器
交流电能
变压器
交流电能
蓄电池堆
交流开 关柜
开关柜
蓄电池堆
直流电能
变流器工作在有源整流状态
图 1 有源逆变模式
储能双向变流器 交流电能
交流开 关柜
变压器
交流电能 开关柜
变流器工作在有源逆变状态
图 2 有源整流模式
1.2 有功/无功功率（P/Q）控制功能 ES-500K 双向变流器采用了电网电压定向的矢量控制，实现了有功和无功功
率的正交解耦，实现了功率的解耦控制。同时根据瞬时功率理论，也实现了有功 和无功功率的瞬时控制。可根据储能监控系统运行控制指令等信号自动调节有功 /无功功率的输出与吸收，并快速准确响应。 有功功率最大调节范围： ±500kW(充电：－发电：＋) 无功功率最大调节范围： ±500kVar(进相：－滞相：＋) 有功功率额定调节范围： ±500kW(充电：－发电：＋)
1
离网（1MW，两机并联）功能，已完成相关评测，并稳定运行中。 ES-500K 储能双向变流器具有功率控制响应速度快，精度高，效率高，系统
稳定性好的优点，能够充分满足电池储能系统的功能与性能需要。其直流侧电池 推荐的组串额定电压 700V，工作电压可满足 500～900V，交流侧额定电压为 380V， 最大效率 98.0%，欧洲效率 97.2%。
2
无功功率额定调节范围： ±500kVar(进相：－滞相：＋)
系统设定参数：
有功功率值（kW），无功功率值（kVar）
1.3 电压无功调节功能 ES-500K 双向变流器可根据交流侧电压水平、储能电站监控系统发出的控制
指令等信号，在一定范围内实时跟踪调节无功输出，达到抑制电网电压过高/过 低和剧烈波动，直到电压恢复的目的。基本控制策略如下： 由无功负荷造成的电网电压过高—〉变流器发出滞相无功功率； 由无功负荷造成的电网电压过低—〉变流器发出进相无功功率；
3
I
OCP
I max
功率 控制
模式
IN
电流控制模式
功率控制模式
nUN 1.1
t/s
1.0
电网故障引起的电压跌落
0.9
0.8
0.6
必须保持并网
可以从电网切除
运行
0.4
0.2
0
−1 0 T 1
T2
T 1 = 1s
T 2 = 3s t/s
图 3 低电压耐受功能示意
同类型主回路产品 SEE-500K 已通过中国电力科学研究院低电压穿越认证。
一、 双向变流器方案
双向变流器是构成电池储能系统的一个重要组成部分。双向变流器的功能和 性能，对于整个电池储能系统的功能实现和性能优劣，以及系统的安全性，可靠 性具有决定性的影响。
本系统 15MW 储能变流器由 30 台 500kVA 储能变流器组成。 单台变流器采用我公司最新的第二代 ES-500K 储能变流器。该变流器主要 特点是： 单级无 DC/DC 结构，转化效率高，更具市场推广意义 索英电气 ES-500K 采用一级 DC/AC 变换，省略了一级 DC/DC，在提升 1%~2% 的系统效率的同时，大大降低了装置控制复杂程度，降低了控制难度，提升了系 统响应速度。技术上更先进，更具长期市场推广意义。 根据铅酸、锂离子电池、超级电容目前的技术条件及实际案例应用经验，其 组串电压都完全可以串联至 700V 左右，如此既减小了电流大小，提高了整体效 率，也减少了并联的组数，降低了因组串间可能的差异而导致的环流。 无变压器直接并联，转化效率更高 索英电气为国家风光储输示范工程(一期)所提供的磷酸铁锂储能系统，双向 变流器在交流 380V 直接无变压器并联，经过实际验证，系统在克服了变流器无 变压器并联的谐振、EMI 干扰等核心技术难题后，取得了优异的整体性能。该系 统在评测中与同期项目其他系统相比，能量转换效率最高（省略掉 DC/DC 和设 备变压器，最大效率可达 98.5%以上）、调度响应最快（实测电网调度响应时间 1s 以下，包含通讯、控制等延滞）、系统最稳定、与上位监控系统通讯最友好等， 在项目中得到示范项目业主和监控系统协作方的一致好评。 新一代 ES-500K，结构更优化、性能更稳定 本系统单台变流器采用索英电气最新的第二代 ES-500K 储能变流器，该变 流器在经过国家风光储输示范工程(一期)项目验证的第一代 ES-500K 变流器基 础上升级而成。与原机型相比，该机型结构更优化、体积更小，节省了安装空间， 性能更稳定。该机型在南方电网 1MW“分布式储能系统”项目中应用，具备并、
当电网发生故障引起电网电压跌落时，变流器为输出系统调度需要的功率， 输出电流会大幅增加，为增强变流器的电网电压异常耐受能力，避免触发变流器 的过流保护值，引起变流器停机。当输出电流达到变流器最大值时，变流器退出 功率控制模式，进入电流控制模式，输出电流被控制在变流器的最大值，使其不 会触发过流保护值，三秒钟之后若变流器仍然工作在最大电流控制模式，则变流 器脱离与电网的连接，进入保护模式。若按照上位机（就地监测单元或储能电站 监控系统）发出的功率调度指令输出的电流没有达到变流器最大值，则变流器工 作在功率控制模式，按照上位机的调度指令运行。运行模式的切换如 0 所示。 OCP 为过流保护点。
表 2 ES-500K 储能双向变流器技术参数
最大直流电压 直流电压工作范围
直流额定电压 直流额定电流 最大直流功率 最大输入电流
额定输出功率 额定交流电压 额定交流电流 工作交流电压范围 额定交流频率 工作交流频率范围
最大效率 欧洲效率 允许环境温度
直流侧参数 交流侧参数
系统参数
900V（dc） 600～900V（dc）
短路保护 设备过温保护 极性反接保护
额定电网电压 允许电网电压范围
额定电网频率 允许电网频率范围 额定功率下的功率因数 功率因数可调范围 最大总谐波失真
过载能力 低电压穿越功能 反孤岛保护功能
额定输出电压 电压精度
额定输出频率 电压动态变动范围 频率动态变动范围
过欠压保护
外形尺寸（WxHxD） 重量
能够连续运行或根据判断阈值动作，延时时间和阀值可设，同时具备 0.2s 内转 为放电模式的能力
49.5 Hz ~50.2Hz
连续运行
50.2 Hz ~50.5Hz
能够连续运行或根据判断阈值动作，延时时间和阀值可设，同时具备 0.2s 内转 为充电模式的能力
高于 50.5Hz
在 0.2s 内停止送电，并转为充电模式
双向变流器的调节方式、参考电压、电压调整率、功率因数等参数可由储能 电站监控系统远程设定。 1.4 并网电压异常耐受能力
变流器具有较强的耐受电压异常能力，变流器交流输出端三相电压的允许偏 差为额定电压的+10%、-15%。 1.5 低电压穿越能力(LVRT)
ES-500K 具有低电压穿越能力。在电网电压异常时通过对输出电流瞬时限制 保持并网，起到对电网的电源支撑作用。
700V（dc） 730A 560kW 933A
500kW 380V(ac)
760A ±15%(ac)
50Hz 48~50.5Hz
97.8%(含控制损耗) 97.0%(含控制损耗)
-25～+55℃
5
允许相对湿度 冷却方式
功率控制功能 蓄电池充放电功能
离网运行功能 远程通讯功能
直流过、欠压保护 交流过、欠压保护 交流过、欠频保护
1.7 通信接口与监控功能 双向变流器具备与电池管理系统（BMS）、微网监控中心的通信接口。双
向变流器能够与电池管理系统通信，获取电池系统电压、电流、SOC、故障告警 信息等；能将自身运行信息上送至就地监控系统系统；同时，变流器与储能电站 监控系统直接通信，开放功率调节功能、参数设定功能等通信接口，满足电网运 行控制系统控制要求。
青海项目 PCS 技术方案
北京索英电气技术有限公司 二〇一五年四月
目录
一、 双向变流器方案...................................................................................................................1 1、 功能与指标 ......................................................................................................................2 1.1 能量双向流动功能.........................................................................................................2 1.2 有功/无功功率（P/Q）控制功能 .................................................................................2 1.3 电压无功调节功能.........................................................................................................3 1.4 并网电压异常耐受能力.................................................................................................3 1.5 低电压穿越能力(LVRT) ..................................................................................................3 1.6 宽频率范围运行功能.....................................................................................................4 1.7 通信接口与监控功能.....................................................................................................5 2、 系统构成 ..........................................................................................................................7 3、 结构和工艺 ......................................................................................................................9 4、 本机监控与通讯.............................................................................................................11