家庭储能电源中重要的PCS

电子发烧友网报道（文/黄山明）碳中和战略方向确立，以及电动汽车的快速发展，带动了储能行业在国内的蓬勃兴盛。并且随着产业的不断扩大，电池逐渐成了标准化的普通产品，重点也从电池硬件转移到储能系统（ESS）的组件，特别是储能平衡系统（BOS）和双向变流器（PCS）。

 

储能电池中重要的PCS

 

通常，一个电池储能系统中，主要包含电池、双向变流器、温控系统、消防系统以及管理控制系统和其他软硬件系统。PCS也被称为储能变流器或双向储能逆变器，是储能系统与电网中间实现电能双向流动的核心部件。

 

有机构测算，从成本构成来看，双向变流器在储能系统中的成本占比也仅次于电池。测算显示，在电化学储能系统的成本构成中，电池占比约60%，双向变流器PCS占比约20%。此外，能量控制系统占比约10%，电池管理系统占比5%左右。

 

PCS的主要作用是连接蓄电池组和电网（或负荷）之间，用作控制电池的充电和放电过程，进行交直流的变换。其核心工作原理在于其交、直流侧可控的四象限运行的变流装置，实现对电能的交直流双向转换。

 

简单来说，就是通过微网监控指令进行恒功率或恒流控制，给电池充电或放电。同时，双向变流器也可以平滑风电、太阳能等波动性电源的输出，进一步提高了电网的稳定性和可靠性。

 

这也是PCS与普通逆变器最大的不同，PCS可以将直流电逆变成交流电，输送给电网或者给交流负荷使用；同时，它也可以把电网的交流电整流为直流电，给蓄电池充电。而逆变器主要用于将直流电转换为交流电。在光伏发电系统中，光伏发电产生的直流电通过逆变器转为交流电，以供日常使用。

 

可以简单理解，PCS包含了逆变和整流的功能，即它可以进行电能的双向转换，而逆变器主要是进行电能的单向转换。另一方面，也意味着PCS的与光伏逆变器在技术上同源。

 

PCS市场快速增长

 

早在20世纪90年代，PCS就被广泛地应用在电力系统中，主要用于解决电网故障时的电压支撑问题。然而，那时的双向变流器主要是由晶闸管构成，效率较低，体积较大。

 

进入21世纪后，随着可再生能源的大规模开发和电池技术的突破，PCS的应用得到了显著增长。可再生能源的输出具有间歇性和不稳定性，而PCS可以将其储存的电能稳定地输送到电网中，提高能源利用效率。此外，随着电动汽车的普及，车载电池也需要通过PCS进行充电和放电管理。

 

并且随着电力电子技术的发展，尤其是IGBT、MOSFET等新型功率器件的出现，PCS得到了快速的发展。这些新型功率器件具有高效率、高频率、高功率密度等优点，使得PCS的体积得以大幅缩小，效率也有了显著提高。

 

到了2010年代，全球能源危机日益严重，各国政府纷纷提出了新能源发展计划，以推动能源结构的转型升级。在这一背景下，储能技术开始得到广泛关注和发展。PCS作为储能系统的关键核心环节，其市场需求也随之迅速增长。

 

据GGII调研显示，2022年，中国储能锂电池产业链规模破2000亿，其中电力储能产业链规模从2021年的480亿元，增至2022年的1600亿元，其中PCS增幅达248%。

 

如今，随着光伏技术的发展，发电系统与储能系统进行集成，实现电力在发电侧、电网侧和用户侧的稳定运行成为一种受到关注的新能源技术趋势。它可以提高光伏发电系统的效率和稳定性，同时还可以实现电能的储存和释放，以应对电网的峰谷波动和解决可再生能源的不稳定性问题。此外，光储一体化还可以实现分布式能源管理，提高能源利用效率，并具有更高的可靠性和安全性。

 

当然，目前光储一体化技术还存在一些技术和经济上的挑战，例如电池的寿命和成本、电力储存和释放的效率等问题。不过储能需求的爆发式增长带动了PCS需求，也带动了逆变器行业向储能赛道切换。

 

小结

 

作为储能电源中的关键零部件，PCS也将受益于储能行业的快速增长。国内厂商不断扩大海外市场，对PCS的研究也成为关注热点。这对于推动新型储能技术的发展和应用具有重要意义。