儲能系統(tǒng) (Energy storage system)是一種能夠存儲能量并在需要時釋放的裝置。它可以將電能、機械能、化學能等各種形式的能量通過特定技術儲存起來，待需要時再轉(zhuǎn)換為其他形式的能量供給使用，對實現(xiàn)能源的有效利用、提高能源利用效率等具有重要意義。儲能系統(tǒng)有多種類型，常見的包括機械儲能，如抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等，利用機械運動或重力勢能來存儲電能；電化學儲能，像鋰離子電池、鈉硫電池、鉛酸電池等，通過電池或電容器等器件存儲電能；電磁儲能，利用磁場或感應線圈存儲電能；熱儲能，借助熱量或相變材料存儲電能；化學儲能，以化學反應或合成燃料來存儲電能。

儲能系統(tǒng)的工作原理主要是在電網(wǎng)供電能力充足時充電，將電能轉(zhuǎn)化為可存儲的形式，在需要時通過放電將儲存的能量轉(zhuǎn)化為電能輸出到電力系統(tǒng)中，以滿足負荷需求，幫助電力系統(tǒng)維持穩(wěn)定運行。總之，儲能系統(tǒng)對保障能源供應的穩(wěn)定性等有著關鍵作用。本文將重點介紹儲能市場概況以及系統(tǒng)設計框架。

系統(tǒng)目標

儲能系統(tǒng) (ESS) 是一個被廣泛研究的應用領域，它能將源自煤電、核電、風電和光伏發(fā)電等多種發(fā)電方式所產(chǎn)生的電力，以多種方式進行有效存儲。例如電化學儲能（電池）、機械儲能（壓縮空氣）、熱儲能（熔鹽）等。在本指南中，我們將重點關注與光伏逆變器系統(tǒng)相連接的電池儲能系統(tǒng)。

電池儲能系統(tǒng) (BESS) 在住宅和商業(yè)場景中均有廣泛應用。在住宅應用中，BESS作為一種備用電源，可以防止意外停電，并通過將電能從低價時段轉(zhuǎn)移至高價時段來節(jié)省電費開支。在更大規(guī)模的商業(yè)應用中，BESS能夠高效地存儲并管理由光伏逆變器產(chǎn)生的免費清潔能源，從而實現(xiàn)低碳排放。BESS另一個主要應用是能夠減輕電動汽車充電需求增長對電網(wǎng)帶來的壓力。

鋰離子電池作為電化學儲能系統(tǒng)的主要組成部分，具有功率/能量密度高、循環(huán)效率高、體積小、易于擴展等特點。鋰離子電池技術經(jīng)過三十多年商業(yè)化發(fā)展的積淀，相對成熟，已成為一種可靠且低成本的解決方案。可以說，鋰離子電池成本的持續(xù)下降有力地推動了儲能行業(yè)的發(fā)展。

市場信息與展望

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不斷增長的電池儲能系統(tǒng)需求

根據(jù)《2023年世界能源展望》，全球能源模型既定政策情景 (Stated Policies Scenario) 顯示，電池儲能的總?cè)萘繉?022年的45太瓦時 (TWh) 增長至2030年的552太瓦時，復合年增長率 (CAGR) 達37%。

另一方面，據(jù)彭博新能源財經(jīng) (Bloomberg NEF) 的數(shù)據(jù)顯示，鋰離子電池單體的價格已經(jīng)降至歷史最低點，每千瓦時為107美元，相比2013年的535美元/千瓦時降低了約80%，這在很大程度上推動了電池儲能系統(tǒng)市場的發(fā)展。同時，可再生能源帶來的積極影響也不可忽視，國際能源署 (IEA) 預測，到2030年將新增超過800吉瓦 (GW) 光伏基礎設施。

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更高的功率和電壓

大功率充電器通常用于商業(yè)場合，電池儲能系統(tǒng)通常與光伏逆變器系統(tǒng)配合使用。目前，額定電壓為1500V的光伏逆變器已進入批量生產(chǎn)并投入使用。因此，功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng) (PCS) 的直流電壓也需要提升到相同水平。在大功率轉(zhuǎn)換應用中，如光伏逆變器和電動汽車直流充電樁，高壓是一個明顯的趨勢，因為高壓可以在相同輸出功率下帶來更低的電流，減少系統(tǒng)損耗和電纜直徑。然而，高壓系統(tǒng)也對元器件提出了挑戰(zhàn)。在1500V系統(tǒng)中，一般首選多電平電路中額定電壓為 1200 V 的功率器件，或兩電平拓撲結(jié)構(gòu)中額定電壓為 2000 V 的碳化硅 MOSFET。此外，必須仔細考慮由更高電壓和更大功率引起的安全和電磁干擾問題。

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分布式系統(tǒng)和智能系統(tǒng)

一、分布式儲能系統(tǒng)

分布式儲能系統(tǒng)是將多個分散布置的儲能單元通過軟件平臺進行統(tǒng)一協(xié)調(diào)與管理的綜合系統(tǒng)，廣泛應用于中低壓配電網(wǎng)、微電網(wǎng)及用戶側(cè)。其核心優(yōu)勢在于接入位置靈活，可部署于工業(yè)園區(qū)、商業(yè)樓宇、新能源電站等不同場景，實現(xiàn)電能的就地存儲與高效利用。該系統(tǒng)具備多項關鍵功能：首先，可實現(xiàn)跨區(qū)域就地儲能系統(tǒng)的集中監(jiān)控與管理，提升運維效率；其次，支持多種運行策略模式，如峰谷套利、需量管理、平滑出力等，滿足不同用戶需求；再次，多個獨立儲能站可通過虛擬聚合形成“虛擬電廠”，實現(xiàn)資源的統(tǒng)一調(diào)度與優(yōu)化配置；同時，系統(tǒng)支持Web端與移動端訪問，具備本地與云端雙模數(shù)據(jù)存儲能力，保障數(shù)據(jù)安全與遠程可控性。

在電力系統(tǒng)中，分布式儲能廣泛參與“削峰填谷”——在用電低谷時充電、高峰時放電，有效緩解電網(wǎng)調(diào)峰壓力，延緩輸配電設施擴容升級。尤其在光伏、風電等可再生能源滲透率不斷提升的背景下，分布式儲能還能平抑電源波動，提升電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性與靈活性。

二、智能儲能系統(tǒng)

智能儲能系統(tǒng)是在分布式基礎上深度融合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能與邊緣計算技術的先進儲能形態(tài)，具備自感知、自學習、自決策與自適應能力，是未來儲能發(fā)展的核心方向。該系統(tǒng)通過部署大量傳感器與智能網(wǎng)關，實時采集電壓、電流、溫度、充放電狀態(tài)等運行數(shù)據(jù)，并結(jié)合氣象預測、電價信號、負荷曲線等外部信息，構(gòu)建儲能運行“數(shù)字孿生”模型?；贏I算法，系統(tǒng)可動態(tài)優(yōu)化充放電策略，實現(xiàn)經(jīng)濟運行最大化。例如，在分時電價機制下，自動選擇最低電價時段充電、最高電價時段放電；在參與電力市場輔助服務時，智能響應調(diào)度指令，提供調(diào)頻、備用等服務。

此外，智能系統(tǒng)具備故障預警與健康管理功能，能提前識別電池老化、熱失控等風險，提升系統(tǒng)安全性與壽命。通過與能源管理系統(tǒng)（EMS）、微電網(wǎng)控制系統(tǒng)聯(lián)動，實現(xiàn)“源-網(wǎng)-荷-儲”協(xié)同優(yōu)化，推動能源系統(tǒng)向數(shù)字化、智慧化轉(zhuǎn)型。

未來，隨著5G、區(qū)塊鏈與云邊協(xié)同技術的發(fā)展，智能儲能系統(tǒng)將實現(xiàn)更高效的分布式協(xié)同控制與去中心化交易，成為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)與“雙碳”目標實現(xiàn)的關鍵支撐。

集中式與分布式解決方案

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電池儲能系統(tǒng)和光伏逆變器系統(tǒng)的生態(tài)系統(tǒng)集成

直流充電站的發(fā)展給當?shù)仉娋W(wǎng)帶來了挑戰(zhàn)。潛在的問題包括大量充電設備同時運行對電網(wǎng)的影響、低功率因數(shù)設備或空載設備對電網(wǎng)造成的諧波影響，以及當?shù)刈儔浩魅萘康南拗啤Ｔ谏虡I(yè)案例中，連接光伏逆變器系統(tǒng)和電池儲能系統(tǒng)變得至關重要。光伏逆變器可以與電網(wǎng)分擔部分電力負荷，電池儲能系統(tǒng)更為關鍵，它可以減少對電網(wǎng)的影響，實現(xiàn)能源套利，降低用戶成本。住宅用電池儲能系統(tǒng)還有助于減少高峰期電力需求，從而為家庭節(jié)約成本。另一個特點是，住宅電池儲能系統(tǒng)可作為備用電源，在電網(wǎng)發(fā)生故障時提供應急電力。

系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)描述

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構(gòu)建電池儲能系統(tǒng)的四個要素

電池組、電池管理系統(tǒng)（BMS）、電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（PCS）和能量管理系統(tǒng)（EMS）是電池儲能系統(tǒng)的四大核心組成部分。電池組是核心儲能單元，由多個電池串并聯(lián)構(gòu)成，負責電能與化學能的轉(zhuǎn)換。BMS作為“大腦”，實時監(jiān)測電池的電壓、電流、溫度等參數(shù)，管理荷電狀態(tài)、健康狀態(tài)及充放電保護，實現(xiàn)電池均衡，保障安全與壽命。PCS實現(xiàn)電能雙向轉(zhuǎn)換，將電池的直流電逆變?yōu)榻涣麟娸敵?，或把交流電整流為直流電充電，支持并網(wǎng)與離網(wǎng)運行，具備調(diào)頻、調(diào)壓功能。EMS是系統(tǒng)“中樞神經(jīng)”，綜合分析運行數(shù)據(jù)、負荷需求與電價信息，制定最優(yōu)充放電策略，實現(xiàn)能量優(yōu)化調(diào)度，并可參與電力市場輔助服務。四者協(xié)同工作，使系統(tǒng)具備調(diào)頻、削峰填谷、平滑新能源出力等功能，廣泛應用于電網(wǎng)、工商業(yè)及微網(wǎng)場景，有效提升能源利用效率與電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的關鍵支撐。

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交流耦合系統(tǒng)和直流耦合系統(tǒng)

電池儲能系統(tǒng)目前分為兩類，即交流耦合系統(tǒng)和直流耦合系統(tǒng)。交流耦合電池儲能系統(tǒng)是一個獨立的系統(tǒng)，可以添加到現(xiàn)有的光伏/發(fā)電系統(tǒng)/電網(wǎng)中，因此易于升級。然而，它需要額外的功率轉(zhuǎn)換級來實現(xiàn)完全充/放電，因此損耗較高。另一方面，直流耦合系統(tǒng)可通過連接到直流母線以提供額外的儲能能力，通常用于住宅混合光伏逆變器。它只涉及一個DC-DC轉(zhuǎn)換步驟，因為直流母線電壓通常較高，可能會帶來安全或改裝方面的挑戰(zhàn)，需要在產(chǎn)品設計時提前做出考慮。

交流耦合系統(tǒng)

直流耦合系統(tǒng)

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雙向運行

電池儲能系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換級需要雙向運行，這一功能主要由三相逆變器實現(xiàn)。在充電時，三相逆變器工作于整流模式，將電網(wǎng)的三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電，為電池組充電；在放電時，它則作為逆變器運行，將電池輸出的直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電，饋入電網(wǎng)或供給負載。這種雙向能量流動能力，使儲能系統(tǒng)能靈活參與調(diào)峰、調(diào)頻和應急供電。三相逆變器采用PWM控制技術，輸出高品質(zhì)正弦波，確保電能質(zhì)量符合并網(wǎng)標準。其高效率、高可靠性的設計，配合智能控制策略，可實現(xiàn)毫秒級響應，提升系統(tǒng)整體運行穩(wěn)定性，是儲能系統(tǒng)與電網(wǎng)能量交互的核心樞紐。

AC/DC逆變器：效率可能相對較低，尤其是在高功率轉(zhuǎn)換時，能量損耗會相對較大。其性能在電能質(zhì)量和穩(wěn)定性方面可能不如三相逆變器，但在一些對性能要求不高的應用場景中，仍然可以滿足基本需求。

總之，三相逆變器和AC/DC逆變器在電池儲能系統(tǒng)中都有各自的應用場景和特點。在選擇合適的逆變器時，需要根據(jù)具體的應用需求、功率要求、電能質(zhì)量要求和預算等因素進行綜合考慮。

來源：網(wǎng)絡

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