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如何將電池儲能系統(tǒng)的性能提升到更高水平?

力源信息 ? 2023-08-01 00:23 ? 次閱讀
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可再生能源(如太陽能和風(fēng)能)的一大問題在于,它們并不完全可控。因此,在可再生能源充足時使用電池儲存多余的能量是有必要的。本文介紹了住宅和商用電池儲能系統(tǒng) (BESS) 之間的區(qū)別及其各自的常見電路拓?fù)?。本文還建議使用安森美 (onsemi) 的碳化硅 (SiC) 方案,將 BESS 性能提升到全新水平。

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圖 1:BESS 實施概覽采用 BESS 的優(yōu)勢使用帶有儲能電池的并網(wǎng)/離網(wǎng)太陽能逆變器系統(tǒng),為住宅和商業(yè)用戶帶來諸多好處,包括:

價格:儲存能量,可作為公用事業(yè)供應(yīng)商的替代方案來降低電費。

自給自足:儲存能量,可以減少(或消除)對電網(wǎng)供電的依賴。

備用電源:儲存電力,可在主電力故障時用作替代電源。

BESS 主要構(gòu)建模塊BESS 通常包括四大構(gòu)建模塊:

可充電電池模塊:包括機架式電池單元,容量范圍從 50 V 到 1000 V 以上不等。

電池管理系統(tǒng) (BMS):BMS 系統(tǒng)可以保護(hù)和管理可充電電池,確保它們安全工作。

變流器 (PCS):PCS 系統(tǒng)將電池組連接到電網(wǎng)和負(fù)載

能源管理系統(tǒng) (EMS):該軟件可以監(jiān)測、控制和優(yōu)化BESS。

住宅 BESS與 BESS 搭配使用的變流器按照耦合能量的方式(交流或直流)和功率等級(住宅或商業(yè))分類。直流耦合系統(tǒng)或混合逆變器只需要一個電源轉(zhuǎn)換步驟,而交流耦合的能量存儲是現(xiàn)有直流耦合系統(tǒng)的升級版本。
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圖 2:住宅交流耦合(左)和直流耦合(右)ESS

雙向 DC-DC 轉(zhuǎn)換器連接電池組和直流鏈路。單相系統(tǒng)的母線電壓通常小于 600 V,而充放電功率不會超過 10 kW。降壓-升壓轉(zhuǎn)換器是最常見的雙向 DC-DC 拓?fù)?,因為它需要的組件少且易于控制。兩個 650 V IGBTMOSFET 搭配并聯(lián)二極管,例如安森美 FGH4L75T65MQDC50 650 V FS4 IGBT(帶集成 SiC 二極管),非常適合此類雙向系統(tǒng)。

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圖 3:雙向 DC-DC 的降壓-升壓隔離可以確保 BESS 用戶的安全,雙有源橋轉(zhuǎn)換器 (DAB) 或 CLLC 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為 BESS 提供了隔離型雙向 DC-DC 轉(zhuǎn)換器方案。在這方面,安森美 NTP5D0N15MC 150 V N 溝道屏蔽柵極 PowerTrench MOSFET 是不錯的選擇。商業(yè)和企業(yè)場所以及具有更大功率需求的家庭采用標(biāo)準(zhǔn)的三相電源。在三相應(yīng)用中,電源開關(guān)必須能夠承受所需的工作電壓和電流,以提供高達(dá) 15 kW 的輸出功率,而且還要能夠承受高于住宅裝置所用的直流鏈路電壓(高達(dá) 1000 V)。為此,可以使用 1200 V 器件,例如采用三級對稱降壓-升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。商用 BESS商用儲能系統(tǒng)的輸入和輸出功率范圍通常在 100 kW 至 2 MW 之間。這些大型裝置可能由若干個三相子系統(tǒng)組成,功率范圍從幾十千瓦到超過 100 kW 不等。標(biāo)準(zhǔn)商用太陽能逆變器的直流母線電壓通常為 1100 V,但在公用事業(yè)規(guī)模系統(tǒng)中可能高達(dá) 1500 V。
商用 BESS 中更常用的是交流耦合系統(tǒng),因為它們可以輕松添加到現(xiàn)有設(shè)計中。此外,集中式儲能單元更易于安裝和維護(hù)。相比之下,直流耦合系統(tǒng)采用的分布式電池組則需要更大的空間和更高的維護(hù)成本。

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