Hệ thống chuyển đổi năng lượng PCS trong hệ thống BESS và C&I ESS

Việc chuyển đổi sang năng lượng tái tạo khiến việc cung cấp năng lượng đáng tin cậy ở bất kỳ nơi nào và bất kỳ khi nào cần trở nên khó khăn hơn bao giờ hết, với lượng năng lượng khổng lồ được tiêu thụ trong thế giới hiện đại ngày nay và các mục tiêu của chính phủ nhằm giảm lượng khí thải carbon về Net-Zero năm 2050. Do đó, nhu cầu về các thiết bị lưu trữ năng lượng ngày càng tăng.

Hệ thống chuyển đổi năng lượng (PCS) là một thành phần quan trọng của bất kỳ hệ thống lưu trữ năng lượng hiệu quả nào (ESS). PCS đóng vai trò là cầu nối giữa pin lưu trữ và lưới điện xoay chiều.

Hệ thống chuyển đổi năng lượng PCS là gì?

Hệ thống chuyển đổi điện (PCS) là một thành phần quan trọng trong Hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin (BESS) và hệ thống lưu trữ năng lượng nghiệp và thương mại C&I ESS. Vai trò chính của nó là chuyển đổi năng lượng điện từ dạng này sang dạng khác, thường là từ Dòng điện một chiều (DC) sang Dòng điện xoay chiều (AC) và ngược lại. Điều này cho phép tích hợp lưu trữ bằng pin với lưới điện hoặc các hệ thống điện khác thường hoạt động bằng AC.

PCS hoạt động như thế nào?

Để đạt được sự chuyển đổi hai chiều của năng lượng điện, hệ thống chuyển đổi năng lượng là một thành phần được kết nối giữa hệ thống pin lưu trữ năng lượng và lưới điện. PCS sạc pin trong trường hợp phát điện quá mức. PCS cung cấp năng lượng bằng năng lượng được lưu trữ nếu lưới điện cần thêm năng lượng.

Bộ chuyển đổi hai chiều AC/DC, các thành phần điều khiển, các thành phần chuyển mạch và làm mát tạo nên một hệ thống chuyển đổi năng lượng. Có nhiều lớp điều khiển từ xa cho hệ thống. Điều này được thiết kế để điều chỉnh quá trình sạc hoặc xả của pin, cũng như công suất hoạt động và phản ứng của lưới điện.

Để có được thông tin về trạng thái của bộ pin và các cell, PCS có thể đồng thời kết nối với hệ thống quản lý pin (BMS) bằng một số giao diện và giao thức (RS-485, CAN, Sợi quang, Ethernet). Do đó, pin có thể được sạc và xả an toàn và hệ thống lưu trữ năng lượng có thể chạy mà không bị gián đoạn.

Chức năng của PCS trong Hệ thống BESS:

• Chuyển đổi DC sang AC (Chế độ biến tần): Khi năng lượng DC được lưu trữ trong pin cần được cung cấp cho lưới điện hoặc tải, PCS sẽ chuyển đổi năng lượng đó thành AC.
• Chuyển đổi AC sang DC (Chế độ sạc): Khi có năng lượng dư thừa từ lưới điện hoặc nguồn điện, PCS sẽ chuyển đổi năng lượng đó từ AC sang DC để lưu trữ trong pin.
• Điều chỉnh điện áp và tần số: Đảm bảo rằng điện áp và tần số đầu ra phù hợp với yêu cầu của lưới điện hoặc yêu cầu của tải điện.
• Điều chỉnh hệ số công suất: PCS có thể điều chỉnh hệ số công suất, căn chỉnh dạng sóng điện áp và dòng điện để tối đa hóa khả năng truyền tải công suất thực.
• An toàn và bảo vệ: Bao gồm các tính năng như phát hiện lỗi, cô lập và quy trình tắt hệ thống để bảo vệ cả BESS và các hệ thống điện được kết nối.
• Giám sát và kiểm soát dữ liệu: Các đơn vị PCS hiện đại đi kèm với các hệ thống điều khiển tiên tiến cung cấp dữ liệu thời gian thực, chẩn đoán hệ thống và khả năng điều khiển từ xa.

Phân loại PCS

Các mức công suất PCS khác nhau được sử dụng trong các tình huống ứng dụng khác nhau. Hãy cùng xem xét từ thời thơ ấu đến khi trưởng thành.

• Trước hết, PCS hộ gia đình chủ yếu được sử dụng kết hợp với hệ thống điện mặt trời hộ gia đình và có thể được sử dụng làm nguồn điện dự phòng, v.v., công suất thường ≤10kW;
• Thứ hai, PCS công nghiệp và thương mại được kết hợp với phát điện quang điện phân tán, và điện dư thừa để tự sử dụng được kết nối với lưới điện, hoặc cắt đỉnh và lấp đầy thung lũng được sử dụng để kiếm lợi nhuận từ sự khác biệt giữa giá điện đỉnh và thung lũng. Nó cũng được sử dụng để mở rộng công suất và công suất thường là 20kW, 30kW, 50kW và 100kW;
• Cuối cùng, tập trung. PCS tập trung công suất cao sử dụng bộ chuyển đổi được thiết kế với các mô-đun công suất cao. Nó có kích thước nhỏ, hiệu suất chuyển đổi cao và sử dụng ít thiết bị công suất hơn ở cùng một công suất. Công suất thường là 200kW, 500kW và 1250kW;

• IGBT (Transistor lưỡng cực cổng cách điện): Được sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng công suất trung bình đến cao.
• MOSFET (Transistor hiệu ứng trường kim loại-ôxít-bán dẫn): Thường được sử dụng cho các ứng dụng công suất thấp hơn.
• Chất bán dẫn SiC (Silicon Carbide): Cung cấp hiệu suất cao hơn và mạnh mẽ hơn nhưng cũng đắt hơn.

PCS được tích hợp vào hệ thống lưu trữ năng lượng như thế nào?

Bản vẽ khối đã được sắp xếp hợp lý. Các hệ thống nhúng năng lượng tái tạo có thể trở nên cực kỳ phức tạp. Chúng tôi có thể xây dựng toàn bộ hệ thống hoặc các thiết bị độc lập nhờ thiết kế mô-đun và phạm vi đánh giá rộng. Sơ đồ khối các thành phần và kết nối lưu trữ năng lượng điện.

Dưới đây là tổng quan về các khía cạnh chính của công nghệ cốt lõi PCS cho BESS: