储能变流器，重要的新兴电力电源转化设备趋势

【导读】储能变流器是连接储能电池系统和电网的双向电流可控转换装置，能够在电网和储能系统间精确快速地调节电压、频率、功率，实现恒功率恒流充放电以及平滑波动性电源输出。储能变流器不仅能满足传统并网变流器对直流电转换为交流电的逆变要求，还可满足储能系统“充电+放电”带来的双向变流需求，具有对电池充电和放电功能，可用于光伏、风力发电功率平滑、削峰填谷、微型电网等多种场合。

2023年，在全球中大功率储能变流器出货量排名中，阳光电源、科华新能、上能电气在国内企业中排名前三，三者均为老牌光伏逆变器企业。在小功率储能变流器市场中，排名靠前的国内企业固德威、古瑞瓦特、华为、德业股份、阳光电源、首航新能源、锦浪科技均为光伏逆变器行业龙头企业。

从光伏到储能的转变中，国内逆变器企业已经不再局限于生产储能变流器产品，而是借助国内的电池优势，直接向客户提供储能系统。这为中小企业进入储能系统和设备的研发生产提供了市场机遇。

储能变流器的系统组成

储能变流器主要由直流侧、交流侧、控制系统和通信模块四部分组成。

1、直流侧

直流侧是储能变流器的输入端，负责接收来自电池组或储能设备的直流电能。直流侧主要包括直流母线、电容器、电感等组件。

2、交流侧

交流侧是储能变流器的输出端，负责将经过逆变操作的直流电能转化为交流电能输出。交流侧主要包括逆变器、滤波器和输出变压器等组件。

3、控制系统

控制系统负责对整个系统的运行进行监测和控制，主要包括主控单元、测量单元和保护单元等。

（1）主控单元

负责实时监测系统的运行状态，根据用户需求进行电能转化和控制策略的调节。主控单元通常采用微处理器或数字信号处理器等芯片，具有高性能计算和数据处理能力。

（2）测量单元

测量单元用于对电压、电流、频率等参数进行实时测量和采样。测量单元将测量数据传输给主控单元，供其进行计算和判断。

（3）保护单元

保护单元负责监测系统的工作状态，一旦发现异常情况(如过流、过压、过温等)，会及时采取保护措施，防止设备损坏和人员受伤。

4、通信模块

通信模块用于与上位机进行通信、监控和远程控制等，可以实现储能变流器的远程监控和控制，提高储能系统的可靠性和安全性。

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方案：基于极海APM32F107单相并网储能变流器应用方案

如下图所示，单相并网储能变流器一般由前级DC/DC与后级DC/AC组成。前级DC/DC作为电池的功率控制级，由双向BUCK-BOOST电路构成，通过控制流过电池的电流来响应充放电指令；后级DC/AC作为连接电网跟电池的桥梁，主要捕获电网的电压、频率来控制储能系统接入电网并调整母线电压到适合储能工作的电压平台。极海工业级互联型APM32F107系列MCU，拥有高效内核运算能力、丰富外设资源以及增强型存储空间，仅需单颗芯片就可实现单相并网储能变流器前后级控制的应用需求。

单相储能变流器实现框图

方案优势

• 32位Arm® Cortex®-M3 内核，工作主频96MHz，支持DC/DC、DC/AC运算

• 内置 2 个12位高精度 ADC，最多 16 个外部通道，支持 DMA，满足DC/DC、DC/AC单元的3通道电压及3通道电流采集需求

• 1个提供 7 通道 PWM 输出的 16位高级定时器，支持死区生成和刹车输入等功能，满足DC/DC、DC/AC控制需求，并且刹车输入可在紧急情况快速停机保护器件免受损坏

• 4个16位通用定时器具有捕获功能，可实时捕获电网的频率信息

• 3 个 USART通讯接口，支持电池以及上层系统的交互需求

• Flash高达256KB，SRAM高达64KB，满足程序存储和运算要求，并且有冗余支持程序扩展

• 84Bytes 备份寄存器可灵活保存控制参数，无需外部EEPROM

典型应用

APM32F107系列MCU是极海于2022年11月发布的工业级互联型MCU，是高性能、低功耗、传输连接及实时功能的嵌入式应用的优选产品。目前该系列产品已在工业网关、PLC、楼宇控制器、光伏逆变器、交换机等领域客户实现开发应用。

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