中国储能网讯：8.3、电源转换子系统（充电器/逆变器）

充电器/逆变器提供了与电网源的连接点，因此提供了关键的安全性能和功能。

提供的安全功能包括：

交流电源的过压、浪涌保护。

电流监控和过流保护。

短路保护。

热保护（功率设备或风扇故障等）。

防孤岛。

“防孤岛”功能可以确保在电网供应中断的情况下，电池储能系统不会尝试将电力反馈到网络上。这具有重要的电能质量和安全影响，可以通过隔离和关闭系统来解决。

提供的性能和功能包括：

电网欠压或过压检测和保护。

电网欠频或超频检测。

电源/防孤岛丢失。

EMC滤波（可能在逆变器外部）。

提供这些性能功能是为了确保维持电能质量，并且如果电力供应中断，本地的储能系统/发电系统不能在“孤岛”模式下运行。这种防孤岛功能既是一种性能（电能质量），也是一项至关重要的安全功能，因为它确保分布式电源与电网安全断开。

第7节中涵盖的安全标准适用于充电器/逆变器。通常情况下，在这些简单的DC到AC（例如太阳能发电设施）应用中使用的逆变器是“无变压器”的，这意味着该单元的DC-DC侧和AC逆变器侧之间没有物理分离。与其相反，安全隔离是通过隔离交流逆变器的控制（例如IGBT类型设备的栅极信号）以及电压和电流传感器来提供的。与控制器的通信（例如通过CAN或以太网）也可以完全隔离，但为清楚起见，从下面的框图中省略（参见图5）。

电池储能系统中使用的逆变器/充电器可以在具有变压器隔离的全桥模式下运行，从而允许从电池到电网以及从电网到电池的双向传输和转换。

大多数电池储能系统产品旨在用于并网应用，因此提供交流电源输出。一些商业电池储能系统（例如Moixa）可以替代，并提供低压直流电源，为照明目的提供直流电源。

图5典型电源转换子系统的框图

对于作为“仅储能”提供的电池储能系统，逆变器的选择是储能系统设计人员的责任。其安装比使用上个集成电池储能系统解决方案更复杂，因为电池和逆变器之间的直流侧的布线和保护都在两个产品的外部。用于这些应用的逆变器可提供5～10年保修服务。

本报告没有深入讨论逆变器内部的故障机制。然而，鉴于电池单元代表低阻抗源，存在高电流流动和火灾风险的可能性。

电池管理系统(BMS)通过监测充电和放电电流以及潜在短路引起的过电流，提供了限制电源转换子系统(PCS)输入电流的主要机制。许多电源转换子系统(PCS)使用根据IEC/EN第1部分和第2部分等标准设计的逆变器。这些标准要求进行测试，以验证条款4.4规定的单一故障或异常条件下的安全运行。“在单一故障条件下进行测试”。这定义了适用于第4.4.4.1条详细说明“组件故障测试”的单个故障条件的详细要求——这是通过电路分析和确定相关组件开路和短路的影响来执行的。

第9条涵盖“防止火灾危险”，并规定了旨在降低着火和火焰传播风险的要求。这包括对“耐火”、“有限电源”和“短路和过载保护”的要求。

IEEE发布的有用参考资料“逆变器故障对太阳能光伏系统投资回报的影响”提供了对典型逆变器/PCS故障的有用现场审查。该报告指出，故障的主要来源（未发现故障除外）是：

交流接触器(12%)

风扇(6%)

IGBT或类似产品(6%)

PSU(5%)

交流保险丝(4%)

直流输入保险丝占故障的2%。

8.4、控制子系统

控制器负责电池储能系统的整体操作，以响应来自各种不同来源的输入：

直接监测流入或流入电网的交流电流（通过最终仪表）。

为控制和保护功能监测交流电压和频率。

监测电池的直流电流/电压或充电状态。

健康状态（例如温度警报等）。

配置文件或控制器策略（例如存储太阳能发电系统产生的多余能量、通过在非高峰期购买低成本能源并在高峰时间使用存储的能源来转移高峰负荷、电网平衡和交易（电价套利）或备用电力系统。

通过CAN或以太网（以及随后的无线）进行通信，主要是监控。

逆变器/充电器的设定点控制（包括利用太阳能光伏系统的最大功率点跟踪，MPPT）。

充电器/逆变器可以提供一些保护监控功能（特别是与电网接口相关的功能）。

控制器构成电池储能系统的核心，在许多情况下将是制造商的主要知识产权。

该控制器通常也被描述为电池管理系统（与可能嵌入电池本身的任何功能不同的单独功能）。控制器执行整体电池监控、如上所述根据刺激的操作控制、能量平衡管理（电网和到家庭负载）、保护和警报以及通信。控制器将根据所选策略和操作模式优化电池的充电状态，以最大限度地延长电池寿命或可用性。例如，针对自耗优化的系统可能允许低至30%的充电状态，其中30%的存储能量被保留用于潜在的输出到电网，而仅允许充电状态为70%的系统因此针对电网可用性进行了优化。

通过电流钳提供电流监控。所有系统都提供一个用于进出电网的电流钳。与预安装的太阳能发电系统集成或集成PV面板DC电源的系统可以配备额外的电流钳以监控太阳能发电系统。

8.4.1、外部接口和通信

数据通信是电池储能系统的关键部分。提供了安装人员和配置的访问权限、OEM的远程监控和值班，以及最终用户通过移动设备或其他客户端进行的远程跟踪。

骨干通信可以通过有线以太网连接到路由器以提供互联网访问，或者无线通信可以由外部接入点提供，也可以通过专用的Wi-Fi模块在内部提供。后者引入了一定程度的合规复杂性，因为完整的电池储能系统随后成为“无线电设备”，安全、频谱和EMC都将根据欧盟无线电设备指令(RED)进行评估。

鉴于已经为汽车市场开发了许多技术，控制器局域网(CANBus)可用于内部通信和协调。该接口也常用于工业规模的电池储能系统，但不太可能用作住宅系统的外部接口。

一些电池储能系统中包含蜂窝通信模块(2G/3G)。

8.4.2、显示和人机界面

一般来说，住宅电池储能系统产品以安装在各种位置，包括外部或车库位置，从而最大限度地减少对本地显示或操作的需求。

所有产品都包括一个通信接口，该接口可以是有线的或包含本地无线接入点。对产品配置和应用程序选择（用于系统集成商）的访问可以通过基于Web的应用程序或托管在基于IOS或Android的设备上的移动应用程序进行。安装后的制造商提供对安装基础的远程监控，包括使用模式。虽然超出了本报告的范围，但交换了大量的用户数据和行为模式，并且对网络安全和漏洞的考虑必须成为主要

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