【干货】基于储能变流器测试方法与技术的综述

储能变流器作为现代储能系统中能量转换的核心设备，目前已经广泛应用在发电侧、电网侧、用户侧、微电网四大领域。然而，随着对储能系统的性能、可靠性和安全性以及系统运行效率的要求不断提高，储能变流器的测试已经变得越来越重要。‌
首先，‌储能变流器是储能系统中的关键组件，‌它将直流电转换为交流电，‌以便于电网并网或为负载供电。‌为了确保储能变流器的性能、‌安全性和可靠性，‌必须进行全面的检测。‌这些测试包括但不限于效率检测、‌稳定性测试、‌以及在不同工况下的性能验证，‌以确保储能变流器在实际应用中的稳定性和可靠性。
其次，‌储能变流器的测试还涉及到系统集成性，‌避免了不同厂家设备之间的兼容性问题，‌从而提高了测试的准确性和效率。‌通过使用高精度的测量设备和模拟不同的工作条件，‌可以验证储能变流器在不同工况下的性能，‌确保其在实际应用中的稳定性和效率。
此外，‌数据大容量存储和分析也是储能变流器测试的一个重要环节。‌通过对电压、‌电流、‌功率等测量数据以及电压、‌电流显示波形数据进行实时存储和分析，‌可以对储能变流器的全面性能进行评估，‌从而更好地优化和调整系统。
因此，储能变流器测试的重要性在于确保储能系统的性能、‌安全性和可靠性，‌优化系统运行效率，‌通过全面的测试和数据分析，从而‌提高储能系统的整体性能和可靠性。
本文通过深入研究储能变流器测试方法与技术的综述，能够为研发人员、工程师和决策者提供全面的了解，以促进储能变流器的不断创新和应用，为实现更高效、可持续和环保的储能系统解决方案作出贡献。

01摘要Abstract

本文通过深入研究储能变流器测试方法与技术的综述，能够为研发人员、工程师和决策者提供全面的了解，以促进储能变流器的不断创新和应用，为实现更高效、可持续和环保的储能系统解决方案作出贡献。

在新能源和智能电网的快速发展中，储能技术正逐步成为支撑电力系统稳定运行、优化资源配置的关键技术之一。其中，PCS（Power Conversion System）储能变流器作为储能系统的核心设备，其性能和应用直接影响着储能系统的整体效率和稳定性。本文将从PCS储能变流器的定义、工作原理、主要特点、应用场景、测试方法以及未来发展趋势等方面进行深入分析和解读。

02储能变流器
Energy storage converter

01

PCS储能变流器的定义

PCS储能变流器，全称Power Conversion System，是储能系统中的关键设备，用于实现储能电池与电网之间的能量转换和双向流动。它能够将直流电转换为交流电或将交流电转换为直流电，以满足电网对储能系统的充放电需求。PCS储能变流器在储能系统中扮演着“桥梁”的角色，连接着储能电池和电网，确保储能系统的高效、稳定运行。
本文通过深入研究储能变流器测试方法与技术的综述，能够为研发人员、工程师和决策者提供全面的了解，以促进储能变流器的不断创新和应用，为实现更高效、可持续和环保的储能系统解决方案作出贡献。

储能设备系统框图

02

PCS储能变流器的工作原理
PCS储能变流器的工作原理主要基于电力电子技术，通过控制开关器件的通断来实现电能的转换和双向流动。当电网需要储能系统放电时，PCS储能变流器将储能电池中的直流电转换为交流电，并输出到电网中；当电网需要储能系统充电时，PCS储能变流器则将电网中的交流电转换为直流电，并存储到储能电池中。在充放电过程中，PCS储能变流器还需要根据电网的需求和储能电池的状态进行精确的功率控制和能量管理，以确保储能系统的稳定运行和高效利用。

PCS储能变流器的工作原理图

03

储能变流器(PCS)拓扑结构
PCS的拓扑结构决定了其转换效率和可靠性。PCS 结构分为单级型结构和双级型结构 。

1、单极型结构
单极型储能变流器的结构如图1中所示，其仅由一个DC/AC环节（PWM变流器）构成。其工作原理是：储能电池组放电时，其存储的能量经过PWM逆变器进行DC/AC逆变，储存在储能电池组中的直流电变换为交流电回馈电网；储能电池组充电时，电网的交流电通过PWM变流器进行AC/DC整流，变换为直流电储存在电池组中。

图1单级性储能变流器拓扑

PWM 变流器工作于整流状态或逆变状态从而实现能量的双向流动。一般将单个储能电池串并联构成储能电池组，以保证变流器的正常工作。
单级型拓扑效率高、结构简单、损耗较小、控制简便。但是在实际应用中单级型拓扑结构还存在一些缺点: 储能系统的容量配置不够灵活，储能电池的电压工作范围较小。

2、双级型拓扑
双级型储能变流器的拓扑结构如图2所示，其主要由DC/DC变换器与PWM变流器构成。它的工作原理是: 储能电池组放电时，储能电池组中的直流电经过DC/DC 变换器升压后，供给 PWM变流器，经过PWM 变流器逆变为交流电后供给电网;储能电池组充电时，电网的交流电经过 PWM 变流器的整流，变为直流电后进入DC/DC 变换器，DC/DC 变换器将直流电压降压后给储能电池组充电。

图2双级性储能变流器拓扑

对于电池单体串联和先并后串两种形式，采用单级型变流器较为合适。对于先串后并的电池成组方式，往往采用双级型的设计方式，使每组串联的电池分别通过 1个双向 DC/DC 变流器再连接到 DC/AC变流器的中间直流环节，然后再通过 DC/AC变流器与电网相连，如图3所示。

图3双级性变流器拓展图

这种双级型变流器拓扑在大容量储能系统，可以接入多组电池，各电池组之间通过独立的 DC/DC 环节控制，实现对多组电池组的独立充/放电控制，电池组的电压工作范围宽，不存在电池组之间的环流，实现对整个电池储能系统容量的灵活配置和对电池组的灵活投切，方便运行管理。
然而，双级型变流器拓扑由于采用两级能量变换，系统损耗增大，总的能量转换效率较低;DC/DC 变换器数目多，系统较为复杂;两级变流器需要密切配合并且充电、放电工况的配合方式不同，这增加了系统控制的难度并降低了运行可靠性。
按照电平数划分，储能变流器的拓扑无非有两种，即两电平电路拓扑和多电平电路拓扑，其中三电平电路拓扑是多电平电路拓扑的一种主要代表。

3、两电平电路拓扑
如图4所示为经典的三相桥式两电平电路拓扑，这种 PWM 整流器已经在业中应用的相当广泛。通过控制电力电子器件IGBT 的导通与关断，交流相电压为+Ud、-Ud 两种电平状态。当然，这种两种状态的相电压波形质量并不好，必须提高开关器件的频率才能改善电压波形质量，但这又引起了开关器件损耗的增加，因而降低了变流器整体的效率，所以，为了提高直流电压的利用率，多电平电路拓扑引起了人们的重视。

图4两电平三相桥式电路

4、三电平电路拓扑
在高压领域，多电平电路拓扑的应用更为广泛在，这其中又以三电平电路拓扑为主要代表，主要是因为其结构的简单，方便实用。与传统两电平电路相比，三电平电路多出了中性点 0 电位。与传统的两电平电路拓扑相比，三电平电路的优点为:电压利用率更高，谐波含量低，电压质量更好，减小了滤波器的体积。开关频率低，进而电磁干扰降低，提高了系统的效率。
以二极管位式NPC(Neutral Point Clamped)三电平电路拓扑为例，其拓扑如图5所示。三电平中间直流侧电容由 C1、C2 构成。每个桥上有 4个IGBT、4个续流二极管、2个钳位二极管。通过钳位二极管保证了两个IGBT承受的电压相同。电容中点与每相的钳位二极管中点相连，使得电容中点电压输出零电平，这样每相电压可以得到+ Ud/2、- Ud/2、三种电平。

图5二极管NPC电平拓扑

04

PCS储能变流器的主要特点

1.高效能量转换：
PCS储能变流器采用先进的电力电子技术和控制策略，能够实现高效、稳定的能量转换和双向流动。其转换效率高达95%以上，能够显著降低储能系统的运行成本。

2.精确功率控制：
PCS储能变流器具有精确的功率控制能力，能够根据电网的需求和储能电池的状态进行实时调整。通过精确的功率控制，PCS储能变流器可以实现储能系统的快速响应和精确调节，提高电力系统的稳定性和可靠性。

3.智能能量管理：
PCS储能变流器还具有智能能量管理功能，能够根据电网的负荷情况和储能电池的状态进行智能调度和优化。通过智能能量管理，PCS储能变流器可以实现储能系统的最大化利用和最小化损耗，提高整个电力系统的经济性和环保性。

4.灵活配置和扩展：
PCS储能变流器采用模块化设计，可以根据实际需求进行灵活配置和扩展。通过增加或减少模块数量，可以实现对储能系统容量的精确调整，满足不同应用场景的需求。

03测试要点
TEST POINT

01

PCS储能变流器常见的测试功能主要包括性能参数测试、‌电气特性测试、‌可靠性和稳定性测试等‌。

02

性能参数测试涉及确定储能变流器的性能参数，‌如变流效率、‌输出功率范围、‌响应时间等。‌

03

电气特性测试检测储能变流器的电气特性，‌如电压波形、‌电流波形、‌谐波失真等。

04

‌可靠性和稳定性测试评估储能变流器在不同条件下的工作性能，‌如温度变化、‌负载变化、‌瞬态过载等。

05

储能变流器作为中间转换设备，其整流与逆变效率、电压、电流、功率、谐波等检测是最常见也是最重要的测试参数。

吹田电气 SPAW7000功率分析记录仪拥有最高达0.01%的测量精度和0.1Hz-5 MHz的高带宽，可以满足大多数条件下的功率测量要求。除此之外拥有七个功率通道和两个电机通道，可以同时测量计算出储能变流器的整流效率和逆变效率，搭配电池储能系统和电网并网系统，分别连接到储能变流器的两端，利用SPAW7000功率分析记录仪分别测试两端电压和流就能够快速准确地得出其整流与逆变效率，同时也可以准确的测试出功率、谐波等数据。

04应用场景
TEST POINT

01

微电网系统：

在微电网系统中，PCS储能变流器能够实现分布式电源与储能系统的协调控制，提高微电网的稳定性和供电质量。通过PCS储能变流器的精确功率控制和智能能量管理，可以实现微电网系统中电源和负荷的平衡和优化调度。

02

电力系统调频调峰：

在电力系统中，PCS储能变流器可以用于调频调峰，提高电网的稳定性和可靠性。当电网负荷高峰时，PCS储能变流器可以释放储能电池中的能量，为电网提供额外的功率支持；当电网负荷低谷时，PCS储能变流器则可以吸收电网中的多余能量，为储能电池充电，以备后用。

03

电动汽车充电桩：

随着电动汽车的普及和发展，电动汽车充电桩的需求也在不断增加。PCS储能变流器可以作为充电桩的能量转换与管理核心，实现电网与电动汽车之间的能量双向流动。在充电过程中，PCS储能变流器能够优化充电策略，提高充电效率；在放电过程中，PCS储能变流器则可以为电动汽车提供备用电源，提高电动汽车的续航里程。

总结conclusion

在储能变流器技术的发展中，储能变流器的测试方法与技术扮演着至关重要的角色。它不仅为我们提供了评估储能变流器和整个储能系统的关键工具，还为研发工程师、技术工程师和储能变流器生产企业提供了持续改善储能变流器设计和制造过程的机会。

随着新能源和智能电网的快速发展以及储能技术的不断进步，PCS储能变流器将面临更大的发展机遇和挑战。未来PCS储能变流器将朝着更高效、更智能、更灵活的方向发展。

一方面，随着电力电子技术的不断进步和新材料的不断应用，PCS储能变流器的转换效率将得到进一步提高。另一方面，随着大数据、云计算、人工智能等技术的不断发展和应用，PCS储能变流器的智能能量管理能力将得到进一步提升，能够更好地满足电力系统的需求和优化调度。此外，随着储能系统应用场景的不断拓展和深化，PCS储能变流器也将面临更多的定制化需求和创新挑战。