PCS คืออะไร? - ตัวแปลงพลังงานแบบสองทิศทาง PCS

เครื่องแปลงพลังงานสำรอง หรือที่รู้จักกันในชื่ออินเวอร์เตอร์กักเก็บพลังงานแบบสองทิศทาง มีชื่อภาษาอังกฤษว่า PCS (Power Conversion System) ใช้ในเครื่องกักเก็บพลังงานแบบเชื่อมต่อกริด ระบบกักเก็บพลังงานแบบไมโครกริด และระบบกักเก็บพลังงานแบบเชื่อมต่อไฟฟ้ากระแสสลับอื่นๆ เพื่อเชื่อมต่อชุดแบตเตอรี่และโครงข่ายไฟฟ้า (หรือโหลด) ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่แปลงพลังงานไฟฟ้าแบบสองทาง ไม่เพียงแต่แปลงกระแสไฟฟ้าตรงจากแบตเตอรี่กักเก็บเป็นกระแสไฟฟ้าสลับ แล้วส่งต่อไปยังโครงข่ายไฟฟ้าหรือใช้เป็นโหลดไฟฟ้ากระแสสลับเท่านั้น แต่ยังแปลงกระแสไฟฟ้ากระแสสลับจากโครงข่ายไฟฟ้าเป็นกระแสไฟฟ้าตรงเพื่อชาร์จแบตเตอรี่ได้อีกด้วย

ตัวแปลงพลังงานสำรอง (PCS) ประกอบด้วยวงจรซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์ เช่น วงจรจ่ายไฟ วงจรควบคุม วงจรป้องกัน และวงจรตรวจสอบ ตัวแปลงพลังงานสำรองแบบเฟสเดียวแบ่งออกเป็นแบบกล้องตัวเดียวและแบบสามกล้อง มักประกอบด้วยอุปกรณ์ลดแรงดัน DC-DC แบบสองทิศทางและตัวแปลง DC/AC ขั้ว DC มักจะเป็น 48Vdc และขั้ว AC คือ 220Vac ตัวแปลงพลังงานสำรองแบบสามเฟสแบ่งออกเป็นสองประเภท ตัวแปลงพลังงานสำรองแบบสามเฟสกำลังต่ำประกอบด้วยอุปกรณ์เพิ่มแรงดัน DC-DC แบบสองทิศทางและอุปกรณ์แปลง DC/AC AC-DC แบบสองขั้นตอน ตัวแปลงพลังงานสำรองแบบสามเฟสกำลังสูงประกอบด้วยอุปกรณ์แปลง DC/AC AC-DC แบบขั้นตอนแรก ตัวแปลงพลังงานสำรองแบ่งออกเป็นสามประเภท ได้แก่ การแยกความถี่สูง การแยกความถี่ไฟฟ้า และแบบไม่แยก ตัวแปลงพลังงานสำรองแบบเฟสเดียวและสามเฟสกำลังต่ำที่ต่ำกว่า 20 กิโลวัตต์โดยทั่วไปจะใช้การแยกความถี่สูง และ 50 กิโลวัตต์ถึง 250 กิโลวัตต์โดยทั่วไปจะใช้การแยกความถี่ไฟฟ้า , 500 กิโลวัตต์ขึ้นไปโดยทั่วไปจะใช้วิธีการไม่แยก

พารามิเตอร์ทางเทคนิคที่สำคัญของตัวแปลงพลังงาน: เนื่องจากโอกาสการใช้งานที่แตกต่างกัน ฟังก์ชันและพารามิเตอร์ทางเทคนิคของตัวแปลงพลังงานจึงค่อนข้างแตกต่างกัน การเลือกควรคำนึงถึงแรงดันไฟฟ้าของระบบ ตัวประกอบกำลังไฟฟ้า กำลังไฟฟ้าสูงสุด ประสิทธิภาพการแปลงไฟฟ้า เวลาในการเปลี่ยนระบบ ฯลฯ ซึ่งการเลือกพารามิเตอร์เหล่านี้มีอิทธิพลอย่างมากต่อการทำงานของระบบกักเก็บพลังงาน

แรงดันไฟฟ้าของชุดแบตเตอรี่และแรงดันไฟฟ้าขาเข้าของตัวแปลงพลังงานกักเก็บ อินเวอร์เตอร์กักเก็บพลังงานแต่ละเทคโนโลยีมีความแตกต่างกันอย่างมากในแรงดันไฟฟ้าของระบบ ตัวแปลงพลังงานกักเก็บที่มีโครงสร้างแบบเฟสเดียวสองขั้นตอนจะมีแรงดันไฟฟ้าประมาณ 50 โวลต์ และตัวแปลงพลังงานกักเก็บที่มีโครงสร้างแบบสามเฟสสองขั้นตอนจะมีแรงดันไฟฟ้าอยู่ระหว่าง 150 โวลต์ถึง 550 โวลต์ ตัวแปลงพลังงานกักเก็บสามเฟสที่มีหม้อแปลงแยกความถี่ไฟฟ้าจะมีแรงดันไฟฟ้าอยู่ระหว่าง 500 โวลต์ถึง 800 โวลต์ และตัวแปลงพลังงานกักเก็บสามเฟสที่ไม่มีหม้อแปลงแยกความถี่ไฟฟ้าจะมีแรงดันไฟฟ้าอยู่ระหว่าง 600 โวลต์ถึง 900 โวลต์

เมื่ออินเวอร์เตอร์กักเก็บพลังงานทำงานปกติ ค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าควรมากกว่า 0.99 เมื่อระบบเข้าร่วมในการควบคุมค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า ช่วงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าควรกว้างที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

อินเวอร์เตอร์กักเก็บพลังงานมีระยะเวลาการสลับสองแบบ หนึ่งคือการสลับการชาร์จและการคายประจุ อินเวอร์เตอร์กักเก็บพลังงานขนาดใหญ่ควรสามารถสลับสถานะการทำงานได้อย่างรวดเร็ว โดยปกติแล้ว อินเวอร์เตอร์จะต้องอยู่ในสถานะการชาร์จที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้ากำลัง 90% และสถานะการคายประจุที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้ากำลัง 90% เวลาในการสลับต้องไม่เกิน 200 มิลลิวินาที และอีกช่วงเวลาหนึ่งสำหรับการสลับระหว่างโหมดเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าและโหมดนอกโครงข่ายไฟฟ้า โดยเวลาในการสลับต้องไม่เกิน 100 มิลลิวินาที

เครื่องแปลงพลังงานสำรองมีสองโหมดการทำงานหลักๆ คือ แบบเชื่อมต่อกับกริดและแบบออฟกริด โหมดเชื่อมต่อกับกริดสามารถแปลงพลังงานแบบสองทิศทางระหว่างชุดแบตเตอรี่และกริด ด้วยคุณสมบัติของอินเวอร์เตอร์แบบเชื่อมต่อกับกริด เช่น การป้องกันการเกิดไอส์แลนด์ การติดตามเฟสและความถี่ของแรงดันไฟฟ้าในกริดโดยอัตโนมัติ การควบคุมแรงดันต่ำ ฯลฯ ตามความต้องการของการควบคุมกริดหรือการควบคุมภายใน PCS จะแปลงไฟฟ้ากระแสสลับของกริดเป็นไฟฟ้ากระแสตรง ชาร์จแบตเตอรี่ มีหน้าที่จัดการการชาร์จและคายประจุแบตเตอรี่ ในช่วงที่มีโหลดสูงสุดของกริด เครื่องจะแปลงไฟฟ้ากระแสตรงของแบตเตอรี่เป็นไฟฟ้ากระแสสลับและป้อนกลับไปยังกริดสาธารณะ เมื่อคุณภาพไฟฟ้าไม่ดี เครื่องจะป้อนไฟฟ้าให้กับกริดหรือดูดซับพลังงานไฟฟ้าที่ใช้งานอยู่ ชดเชยพลังงานไฟฟ้ารีแอกทีฟ เป็นต้น โหมดออฟกริด หรือที่เรียกว่าการทำงานแบบแยกกริด หมายความว่าระบบแปลงไฟฟ้า (PCS) สามารถตัดการเชื่อมต่อจากกริดหลักได้ตามความต้องการจริงและเป็นไปตามข้อกำหนดที่ตั้งไว้ และจ่ายกระแสไฟฟ้าสลับบางส่วนในพื้นที่ให้ตรงตามข้อกำหนดด้านคุณภาพไฟฟ้าของกริด

ในระบบไมโครกริดที่ประกอบด้วยแหล่งพลังงานหลายแหล่ง ตัวแปลงพลังงานกักเก็บถือเป็นอุปกรณ์หลัก เนื่องจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น เซลล์แสงอาทิตย์และพลังงานลม มีความผันผวน และโหลดก็มีความผันผวนเช่นกัน และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้เชื้อเพลิงสามารถผลิตไฟฟ้าได้เท่านั้น แต่ไม่สามารถดูดซับไฟฟ้าได้ หากมีเพียงเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานลม และเชื้อเพลิงในระบบ การทำงานของระบบอาจไม่สมดุล เมื่อพลังงานหมุนเวียนมีมากกว่ากำลังโหลด ระบบอาจล้มเหลว และตัวแปลงพลังงานกักเก็บสามารถดูดซับพลังงานและส่งพลังงานออกมาได้ พลังงานและความเร็วในการตอบสนองมีความเร็วสูง และมีบทบาทในการสร้างสมดุลในระบบ