Lesystème de conversion de puissance(PCS) est l'interface entre la batterie et le réseau électrique ou la charge CA. Il détermine non seulement la qualité de l'énergie et les caractéristiques dynamiques de sortie du système de stockage d'énergie par batterie, mais a également un impact significatif sur la sécurité et la durée de vie de la batterie. En fonction de la topologie du circuit et de la configuration du transformateur, les types de base de PCS peuvent être divisés en type de puissance-augmentation de fréquence-et en type de connexion haute-directe-tension, comme le montre la figure.
Actuellement, le niveau de tension des groupes de batteries conventionnels ne dépasse pas 1 500 V et il existe une certaine plage de fluctuation en fonction de l'état de charge (SOC). Par conséquent, pour s'adapter aux exigences de tension des différents réseaux électriques ou charges, un transformateur de fréquence industrielle est souvent configuré du côté CA du PCS (Power Conversion System). Cela permet non seulement d'augmenter ou de réguler la tension alternative, mais permet également de créer un système triphasé à quatre fils-dans des systèmes hors-hors réseau pour alimenter des charges monophasées-. De plus, il améliore la protection et la suppression de la compatibilité électromagnétique du système de stockage d'énergie.
En fonction du nombre d'étages, les PCS de type élévateur de fréquence industrielle-peuvent être divisés en topologies à un-étage et à deux-étages.
Le PCS à un seul étage-augmentation de puissance-fréquence-à un seul étage offre un rendement élevé et une structure simple ; cependant, il souffre d’une faible capacité de batterie et d’une flexibilité limitée dans la sélection de la tension. De plus, un défaut de court-circuit-du côté CC du PCS peut facilement entraîner une forte surtension dans la batterie, ce qui présente un risque important. Les PCS à un-étage peuvent également être classés en systèmes à deux-niveaux, trois-niveaux ou plusieurs-niveaux en fonction du niveau de tension de sortie. À mesure que le nombre de niveaux augmente, le niveau de tension continue et la qualité de la puissance de sortie du PCS peuvent être encore améliorés, comme le montre la figure.
Le PCS de type -augmentation de fréquence-à deux -étages, comme illustré dans la figure 2-22, est configuré avec un convertisseur CC/CC bidirectionnel au niveau de la borne d'entrée de la batterie, ce qui augmente la capacité du bloc de batterie et améliore la flexibilité de sélection de tension, et peut obtenir un contrôle indépendant de plusieurs blocs de batterie. Cependant, son coût est élevé, son contrôle est relativement complexe et son efficacité est faible. Sur la base des différentes structures du convertisseur DC/DC, les PCS à deux -étages peuvent être divisés en types non-isolés et isolés. Le PCS isolé à deux étages -peut améliorer encore le rapport de transformation de tension et offre une plus grande adaptabilité de la tension de la batterie, mais la conception d'un convertisseur CC/CC bidirectionnel isolé de grande -capacité à rapport de suralimentation élevé- présente des défis techniques importants. Les principales difficultés comprennent la conception des transformateurs haute tension, l'isolation du système, la commutation douce à déphasage ou à résonance série et la conception à haute densité de puissance.
Pour les batteries lithium-ion, qui sont couramment utilisées dans les-systèmes de stockage d'énergie de grande capacité, la tension de sortie ne varie pas de manière significative lorsque l'état de charge (SOC) est compris entre 15 % et 85 %. Par conséquent, la plupart des systèmes de stockage d'énergie-de grande capacité actuellement utilisés dans mon pays utilisent un système de conversion de puissance (PCS) à un seul étage-. Cependant, à mesure que la tension continue approche 1 500 V, des structures topologiques à trois -niveaux seront de plus en plus adoptées. Un système de stockage d'énergie par batterie de 1 500 V réduit l'encombrement requis et l'utilisation d'équipements électriques tels que des boîtiers de commutation et des câbles CC, réduisant ainsi dans une certaine mesure les coûts du système. Cependant, en raison de la courte distance entre la batterie et le PCS, il n'offre pas la réduction significative des pertes de transmission CC observée dans les centrales photovoltaïques à grande échelle. En outre, cela impose des exigences de performances plus élevées aux composants tels que les disjoncteurs CC bidirectionnels et les contacteurs CC bidirectionnels. La conception de la sécurité électrique et de la protection du circuit CC constitue un défi majeur dans la mise en œuvre de ce système.
Pour permettre l'application de centrales électriques de stockage d'énergie par batterie à très-grande-échelle, et pour éviter la connexion en parallèle d'un trop grand nombre de blocs-batteries, ainsi que pour éviter les pertes causées par les transformateurs de fréquence industrielle et réduire les coûts, les PCS à haute -tension directe-connectés avec une structure modulaire en cascade sont devenus une direction de recherche majeure. Semblables aux PCS élévateurs de fréquence industrielle-, les PCS connectés directement-haute tension-à haute tension peuvent également être divisés en topologies à un-étage et à deux-étages en fonction du nombre d'étages de conversion de puissance.
Le PCS à un étage-en cascade peut produire de la haute tension sans transformateur de fréquence industrielle, en se connectant directement au réseau électrique à haute tension-, ce qui le rend adapté à la construction de systèmes de stockage d'énergie à très-grande-échelle. La structure en cascade permet d'obtenir une sortie à plusieurs-niveaux, garantissant de faibles harmoniques de tension de sortie même avec de faibles fréquences de commutation dans les modules individuels, réduisant ainsi les pertes de commutation. Cependant, le PCS à un étage-en cascade nécessite une isolation mutuelle du côté CC, ce qui entraîne une contrainte d'isolation élevée pour de faibles tensions de sortie, nécessitant une conception spéciale. Il existe des chemins de courant en mode commun-entre chaque bloc de batterie et la terre, ce qui nécessite des solutions pour la suppression du courant en mode commun-.
Les courants de charge et de décharge des batteries contiennent une ondulation de seconde-harmonique, ce qui a un impact négatif sur le trajet actuel de la batterie et augmente les coûts. Les PCS en cascade à un seul étage-peuvent être principalement divisés en types en cascade de pont H-et de convertisseurs multiniveaux modulaires (MMC), comme le montre la figure.
Dans l'ensemble, le PCS (Power Conversion System) à connexion directe-haute tension-est une solution clé pour relever les défis de sécurité et d'efficacité posés par l'ultra-capacité des systèmes de stockage d'énergie. Cependant, elle impose des exigences d'isolation élevées à la fois au bloc de batterie et au convertisseur DC/DC isolé, ce qui limite son adoption et son application à grande échelle. De plus, l'empilage concentré, la connexion électrique et la conception sécurisée des systèmes de batteries de très grande capacité présentent des défis.