儲能變流器（Power Conversion Systems，簡稱PCS）是現(xiàn)代能源存儲系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，它作為電池系統(tǒng)與電網(wǎng)或交流負(fù)荷之間的接口，扮演著至關(guān)重要的角色。PCS不僅決定了電池儲能系統(tǒng)對外輸出的電能質(zhì)量和動態(tài)特性，而且極大地影響了電池的安全性和使用壽命。

根據(jù)電路拓?fù)渑c變壓器配置方式，PCS主要分為工頻升壓型和高壓直掛型兩種基本類型。在當(dāng)前的應(yīng)用場景中，常規(guī)的電池簇電壓等級通常不超過1500V，并隨SOC（荷電狀態(tài)）的變化存在一定的波動范圍。為了適應(yīng)不同電網(wǎng)或負(fù)荷供電的電壓需求，PCS交流側(cè)往往會配置工頻變壓器。這種配置一方面實(shí)現(xiàn)了交流電壓的升壓或整定，另一方面在離網(wǎng)系統(tǒng)中還能形成三相四線制，為單相負(fù)荷供電。此外，工頻變壓器還改善了儲能系統(tǒng)的保護(hù)性能和電磁兼容性。

工頻升壓型單級PCS以其工作效率高和結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。然而，它也存在局限性，如電池組容量低和電壓選擇靈活性差。此外，當(dāng)PCS直流側(cè)出現(xiàn)短路故障時，易導(dǎo)致電池組受到較大電流沖擊，存在安全隱患。盡管如此，單級PCS仍可根據(jù)輸出電壓電平分為兩電平、三電平或多電平。隨著電平數(shù)的增加，可以進(jìn)一步提高PCS的直流側(cè)電壓等級和輸出電能質(zhì)量。

相比之下，工頻升壓型雙級PCS則通過在電池接入端配置雙向DC/DC變換器，提高了電池組容量和增強(qiáng)了電壓選擇的靈活性。這種配置可以實(shí)現(xiàn)多組電池的分別獨(dú)立控制，但成本相對較高，控制系統(tǒng)也更為復(fù)雜。根據(jù)DC/DC變換器的結(jié)構(gòu)不同，雙級PCS又可分為非隔離型與隔離型兩種，其中隔離型雙級PCS可以進(jìn)一步提升電壓變比，具有更寬的電池電壓適應(yīng)性。然而，大容量隔離型高升壓比雙向DC/DC變換器的設(shè)計難度大，主要難點(diǎn)包括高頻變壓器設(shè)計、系統(tǒng)絕緣、移相或串聯(lián)諧振軟開關(guān)、以及高功率密度設(shè)計等技術(shù)挑戰(zhàn)。

對于大容量儲能系統(tǒng)中常用的鋰離子電池而言，其SOC在15%~85%的范圍內(nèi)時，輸出電壓變化不大。因此，我國現(xiàn)用的大容量儲能系統(tǒng)大多采用單級PCS。隨著直流電壓趨近1500V，三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的應(yīng)用逐漸增多。這種結(jié)構(gòu)減少了占地面積和電氣設(shè)備如開關(guān)盒、直流線纜的使用，在一定程度上降低了系統(tǒng)成本。但是，由于電池與PCS間距離較短，并不能像大規(guī)模光伏電站那樣帶來明顯的直流傳輸損耗減少。此外，對雙向直流斷路器、雙向直流接觸器等器件提出了更高的性能要求，直流回路的電氣安全與保護(hù)設(shè)計成為實(shí)施這一系統(tǒng)的核心難點(diǎn)。