使用(yòng)電(diàn)源模块更快地响应不断变化的能(néng)源需求

2021-04-12

明天的電(diàn)源肯定将全部用(yòng)于更智能(néng)，响应速度更快的電(diàn)网。实际上，如今，更好的能(néng)源管理(lǐ)已成為(wèi)重中之重。传统的燃煤和核電(diàn)厂的電(diàn)力输出很(hěn)难在短时间内进行调整，因此当需求下降时，它们最终会倾销过多(duō)的能(néng)源。

更重要的是，过度设计的输配電(diàn)線(xiàn)路比处理(lǐ)短暂的尖峰需求所需的線(xiàn)路更大。而且，如果没有(yǒu)存储风能(néng)和太阳能(néng)的手段，浪费了无法立即使用(yòng)的能(néng)源。

遥遠(yuǎn)的能(néng)源危机的解毒剂是多(duō)种疗法的组合，这些疗法可(kě)以充分(fēn)利用(yòng)所有(yǒu)可(kě)用(yòng)的技术，尤其是：

更高效，更清洁的化石燃料能(néng)源

同时利用(yòng)可(kě)再生燃料和化石燃料的混合动力系统

不断发展的传统基础设施，并為(wèi)简化的传输和分(fēn)配系统让路

更好的使用(yòng)时间管理(lǐ)和技术可(kě)以使能(néng)源供需规模保持平衡。

但是，所有(yǒu)这些进步的成功取决于一个关键因素，即能(néng)量存储。電(diàn)池供電(diàn)的设备存储多(duō)余能(néng)量以备不时之需的能(néng)力将必须扩大到发電(diàn)厂和巨大電(diàn)网的规模。这些储能(néng)系统（ESS）可(kě)以减少当今浪费的能(néng)源量，完全可(kě)以立即提高到峰值功率，并将超大型输電(diàn)線(xiàn)路交由历史垃圾箱处理(lǐ)。

ESS还将缩小(xiǎo)可(kě)再生能(néng)源生产和部署之间的差距。具有(yǒu)讽刺意味的是，风能(néng)和太阳能(néng)的显着增長(cháng)是，可(kě)再生能(néng)源的产生越多(duō)，被限制的频率就越多(duō)，这主要是由于输電(diàn)阻塞造成的。储存多(duō)余的能(néng)量可(kě)以缓解交通拥堵，减少功率消耗，并确保所有(yǒu)这些绿色能(néng)源得到充分(fēn)利用(yòng)。另外，还可(kě)以在電(diàn)网附近，发電(diàn)厂附近以及使用(yòng)能(néng)源的公司和小(xiǎo)型社區(qū)附近的许多(duō)地方设置ESS。因此，可(kě)以快速而逐步地推出存储功能(néng)，从而大大降低了成本并加快了ROI。两者都是大力推动部署储能(néng)系统的强大动力，一旦推出势头强劲，就可(kě)以轻松实现智能(néng)的分(fēn)布式電(diàn)网。

从小(xiǎo)型電(diàn)池到大型抽水系统，储能(néng)解决方案有(yǒu)多(duō)种形式。本文(wén)将重点缩小(xiǎo)到電(diàn)能(néng)存储，更具體(tǐ)地说，将重点放在電(diàn)力電(diàn)子子系统上，出于当前目的，该子系统应简称為(wèi)系统。机械，液压和化學(xué)存储系统的不同功率范围和技术使它们超出了本文(wén)的范围。尽管应用(yòng)程序级控制单元，计量和云集成单元显然很(hěn)重要，但它们也超出了本文(wén)的范围。

按功率级别分(fēn)解储能(néng)系统

储能(néng)系统分(fēn)為(wèi)三大类，即公用(yòng)事业/電(diàn)网，工业和住宅，这取决于它们需要处理(lǐ)的電(diàn)量。電(diàn)池正成為(wèi)存储能(néng)量的首选，未来属于锂离子技术。从千瓦时的住宅系统到公用(yòng)事业/電(diàn)网系统的数兆瓦时，一切皆有(yǒu)可(kě)能(néng)。

公用(yòng)事业/電(diàn)网（> MWh）

储能(néng)系统非常适合并网和离网的可(kě)再生能(néng)源发電(diàn)厂。例如，具有(yǒu)集成式能(néng)量存储的大型太阳能(néng)/风電(diàn)场可(kě)以从能(néng)源套利，位置容量和基础设施升级延迟中获得收益。这些术语听起来可(kě)能(néng)很(hěn)奇怪，但是概念很(hěn)简单：

能(néng)源套利涉及将晚上廉价生产的多(duō)余電(diàn)力存储起来，以备日后需求高峰时使用(yòng)。使工厂恢复到最高产能(néng)运行是肮脏的，低效的业務(wù)，因此套利可(kě)降低成本和排放。

简而言之，位置容量意味着利用(yòng)長(cháng)期存储功能(néng)在最需要现场负载中心的本地供電(diàn)。这样可(kě)以保持所供应能(néng)量的频率恒定，并且使发電(diàn)更清洁，更具成本效益并且更易于部署。

基础设施升级延迟是一种奇特的说法，即能(néng)源存储可(kě)减少高峰负荷并缓解交通拥堵，节省公用(yòng)事业，并為(wèi)消费者带来昂贵的输配電(diàn)网络升级费用(yòng)。 

能(néng)量存储需要電(diàn)力電(diàn)子系统，其中包括大功率AC / DC和DC / DC转换器。总體(tǐ)而言，電(diàn)源模块拓扑包括三電(diàn)平逆变器，基于大電(diàn)流半桥的逆变器和大功率電(diàn)池充電(diàn)器。给定的電(diàn)池配置确定需要哪种类型的升压和逆变器拓扑。 

工业/商(shāng)业和中型社區(qū)（10kWh-1MWh）：

商(shāng)业和高科(kē)技工业设施运行着需要高质量动力的复杂机械。ESS最擅長(cháng)以稳定的频率可(kě)靠地供電(diàn)，即使在峰值负载下也是如此。他(tā)们可(kě)以提供足够的备用(yòng)電(diàn)源来解决临时停机的问题。而且它们提供了一个中心积累点，以便可(kě)再生能(néng)源的生产可(kě)以与高质量的发電(diàn)相协调。甚至可(kě)以连续供電(diàn)数周的自给自足的微電(diàn)网也是可(kě)行的选择。并网和离网系统中最具成本效益的解决方案的大小(xiǎo)将根据需求低时存储的能(néng)量量以及一天中的高峰时段消耗的能(néng)量量来确定。

此功率范围内的能(néng)量存储需要電(diàn)力電(diàn)子系统，该系统包括中高功率AC / DC和DC / DC转换器。总體(tǐ)而言，電(diàn)源模块拓扑包括单相和多(duō)相PFC，基于大電(diàn)流半桥的逆变器以及大功率充電(diàn)器。 

住宅（1-10kWh）：

住宅ESS是真正的节能(néng)器，可(kě)用(yòng)于将光伏系统主要连接到電(diàn)网。在家中储存太阳能(néng)可(kě)以大幅度降低消费者的電(diàn)费，因此住宅ESS肯定会受到青睐。它们还是停電(diàn)期间的可(kě)靠应急電(diàn)源。

住宅存储需要以下電(diàn)力電(diàn)子系统：

紧凑型中功率DC / DC和DC / AC太阳能(néng)转换器（例如三相升压器和三電(diàn)平，三相逆变器）

低功率单相太阳能(néng)逆变器（单相H桥）

双向DC / DC和AC / DC電(diàn)池充電(diàn)器可(kě)為(wèi)PV系统和電(diàn)网中的電(diàn)池充電(diàn)，并将能(néng)量回馈至房屋和電(diàn)网（半桥和H桥為(wèi)基本构件，再加上用(yòng)于電(diàn)池管理(lǐ)的升压器）

紧凑，高效的双向DC / AC转换器，可(kě)将家庭储能(néng)系统连接到電(diàn)网

尽管正在针对具有(yǒu)不同目的拓扑的转换器进行各种设计，但它们都旨在达到相同的目标：最大的效率，可(kě)靠性，成本和鲁棒性。

在这三个类别相交的应用(yòng)中，可(kě)以使用(yòng)相同的构建基块和模块化设计方法轻松覆盖这一共同点。通过扩大和扩大这些基本组成部分(fēn)，可(kě)以实现巨大的收益。甚至可(kě)以在每个模块的设计中重新(xīn)使用(yòng)这种模块化方法，而同类最佳的解决方案无疑是一种以電(diàn)源模块為(wèi)中心的電(diàn)子设计。可(kě)重用(yòng)的内核可(kě)以加快所有(yǒu)其他(tā)过程的速度，并提高整个系统的效率和可(kě)靠性。

Vincotech的作案手法大致相同。该公司开发标准产品并快速定制解决方案，以覆盖所有(yǒu)ESS类别的拓扑，额定功率，外壳技术和性能(néng)要求。

市场潜力

储能(néng)解决方案的需求强劲，并且在世界范围内兴起。光伏逆变器市场可(kě)能(néng)会起伏不定，但是许多(duō)参与者都在争先恐后地将储能(néng)系统与他(tā)们的光伏系统集成在一起。ESS的最大市场是北美，中國(guó)，日本和欧洲，预计存储技术的年销售额将从2015年的60亿欧元快速增長(cháng)到2030年的260亿欧元。

ESS電(diàn)源模块

所有(yǒu)标准和特定于客户的拓扑都可(kě)以集成到任何Vincotech机壳中，低功率解决方案通常采用(yòng)小(xiǎo)巧紧凑的flow 0和flow 1机壳，而大功率系统随附于flowSCREW机壳中，旨在实现高功率密度。

SMPS和充電(diàn)器应用(yòng)中使用(yòng)了半桥和H桥等标准拓扑。它们构成了经典逆变器的基本构建块。典型应用(yòng)需要额定電(diàn)流> 100 A的1200 V模块。现成的flowPHASE和flowPACK模块已满足这些应用(yòng)要求，并且还在准备中。

就集成度和性能(néng)而言，具有(yǒu)NPC和MNPC拓扑（flowNPC，flowMNPC）的四象限，三電(diàn)平逆变器是最新(xīn)技术。现已提供一系列具有(yǒu)各种额定電(diàn)流的650 V，1200 V和2400 V模块。

功率因数校正電(diàn)源模块（flowPFC）可(kě)以集成到多(duō)级转换器中，并与電(diàn)池管理(lǐ)模块一起使用(yòng)，甚至在存储系统（通常是電(diàn)池）向電(diàn)网供電(diàn)时也可(kě)以双向使用(yòng)。

電(diàn)池管理(lǐ)应用(yòng)中使用(yòng)的升压模块（flowBOOST）将高转换效率，快速切换以及紧凑的模块化设计纳入了性能(néng)方程式。

新(xīn)的flowRPI 1系列是设计紧凑，快速，高效的能(néng)量存储系统（低于10 kW）的首选解决方案。新(xīn)的flowRPI 1系列专為(wèi)焊接，充電(diàn)器和SMPS应用(yòng)而设计，结合了整流器，高效，低压降二极管，具有(yǒu)超快650V IGBT和二极管的两脚PFC，集成滤波電(diàn)容器和用(yòng)于通过外部電(diàn)流感测的二极管变压器，以及具有(yǒu)H桥开路发射极拓扑结构和可(kě)选電(diàn)容器的逆变器。所有(yǒu)这些都在一个模块中，使工程师能(néng)够节省设计时间和成本。特殊版本带有(yǒu)PFC，该PFC具有(yǒu)额定電(diàn)流更高的IGBT，适用(yòng)于更宽的输入電(diàn)压范围。额定用(yòng)于Vin = 110 – 220 VAC的应用(yòng)。

新(xīn)的flowRPI 1系列的增强版面使EMC更加友好。借助板上最新(xīn)的IGBT芯片技术，该模块以超低的导通和开关损耗提供了超快的开关速度。鉴于在单个模块中可(kě)以选择三个功率级，工程师将发现设计高度紧凑的PCB非常容易。在相同的流1外壳中具有(yǒu)相同的引脚输出，可(kě)以提供各种额定功率，因此可(kě)以在不影响PCB设计的情况下扩大应用(yòng)范围。该最新(xīn)一代模块以各种步骤覆盖了从1.5 kW到7 kW的应用(yòng)功率范围。

使用(yòng)電(diàn)源模块的好处

市场发展迅速，参与者敏捷，因此必须迅速加大新(xīn)开发工作，以在巨大的上市时间压力下提供最先进的技术。

在可(kě)靠性和使用(yòng)寿命方面，電(diàn)源模块优于分(fēn)立组件。最重要的是，它们简化并加快了设计工作，缩短了上市时间和开发成本，并提高了電(diàn)源集成，性能(néng)和可(kě)靠性。

客户可(kě)以设计以電(diàn)源块為(wèi)中心的非常紧凑的应用(yòng)，并享受高效率，降低EMI和一流的开关性能(néng)的附带好处。基于電(diàn)源模块的应用(yòng)程序更易于升级，并且可(kě)以扩展以实现更高的功率水平。ESS精确地要求電(diàn)源模块具有(yǒu)的特性以及分(fēn)立组件所缺乏的特性-模块化和灵活性。