来源：快猛电池 发布日期：2026-06-12 17:18:41

可再生能源（RESs）的间歇性和不行猜测性严重影响了电网运转的安全性和稳定性。电池储能体系（BESS）被广泛认为是缓解这一问题的有用处理方案。电力转化体系（PCS）作为DC之间的接口发挥效果。电池以及AC电网，在BESS使用中发挥着关键效果。本文提出了一种新式PCS拓扑结构，旨在进步PCS的可靠性和稳定性，然后提升BESS的整体效率和可靠性。模块化规划完成了对每个电池组的独立操控，增强了体系对电池毛病和异常情况的响应才能。DC总线电压可根据电池状况动态调整，以保证毛病穿越才能。即便在缺乏冗余的情况下，它也能通过下降DC总线电压快速阻隔毛病模块，而不影响其他模块的正常运转。这增强了体系冗余以及容错才能，然后进一步进步可靠性。此外，最近电平调制与的结合...脉冲宽度调制明显下降了DC link滤波电感电流纹波，然后下降了其电感量和本钱。此外，提出了一种在各种工况下针对每个电池组的state of charge（SOC）均衡操控方法，以防止过充和过放。该方法延长了电池寿数并进一步下降了本钱。最终，在MATLAB/Simulink环境下进行了多种场景下的仿真。仿真结果验证了所提出的拓扑结构和操控策略的可行性与有用性。

导言

随着风能和太阳能的快速展开，可再生能源（RESs）的浸透率正在逐步进步[1]。但是，RESs具有间歇性和不行猜测性的特色[2]。这些特性使得电网不稳定的问题日益突出[3]。能量存储体系（ESS）已被证明是处理这一问题的有用方案，可用于缓解RES功率波动[4]，增强电网稳定性[5]以及搬运峰值负荷[6]。现在，三种首要的ESS技术已完成商业化：抽水蓄能体系、压缩空气储能体系和电池储能体系（BESS）[7]。在各种ESS中，BESS因其低本钱和高能量密度[8]、长循环寿数[9]、低自放电率[10]以及快速功率响应[11]等明显优势而得到了快速展开。BESS被广泛认为是应对可再生能源并网相关应战最有用的处理方案之一[12]。
BESS由power conditioning system (PCS)、battery management system (BMS)和energy management system (EMS)组成[13]。其间，PCS作为DC电池与AC电网之间的接口[14]，在衔接电池组与电网方面发挥着至关重要的效果[15]。大规模BESS的功能和容量很大程度上取决于PCS[16]，由于它决定了BESS的运转状况[17]。因而，有必要对高可靠性的PCS拓扑结构展开研讨，以进步BESS的可靠性[18]。
电池安满是BESS最重要的问题[19]。当产生电池毛病时，它会给其他电池带来重大危险，并或许导致整个体系的灾难性失效[20]。在严重情况下，这或许会导致体系崩溃或火灾事情[21]。因而，有必要对PCS的高可靠性拓扑结构展开研讨，以进步BESS的可靠性[22]。
考虑到开关设备的电压和电流额定值，低额定功率电池或转化器的并联与串联成为完成高容量目标的有用方法。为了构建高功率、高容量的BESS，电池一般选用串并联方式互连，以满足实践的电压和功率需求[23]。在实践使用中，PCS拓扑结构一般可分为两大首要类型：集中式PCS[24]和多支路式PCS[25]。
在集中式拓扑结构中，电池串联形成多个簇，然后并联衔接到高功率并网DC/AC转化器的DC链路上[24]。虽然这种拓扑结构具有本钱效益，但存在可靠性低的缺点。单个电池单元的毛病或许导致整个体系停机，然后造成重大损失。
为了进步可靠性，提出了多分支类型的拓扑结构。这些可以进一步分为两个子类型：榜首种子类型是低功率型，其间每个电池组都衔接到一个低功率并网DC/AC转化器，然后完成了对每个电池组的独立操控[26]，[27]。由于每个电池组的运转状况不会影响其他电池组，因而与集中式比较，整个PCS的可靠性得到了提升。虽然这种结构进步了可靠性，但它也明显增加了本钱和操控复杂度。
第二种子类型是高功率型。每个电池组串联形成一个电池簇，该电池簇衔接到DC/DC转化器的输出端。每个DC/DC转化器的直流母线衔接到高功率转化器的直流母线上[28]，[29]。这种拓扑结构的优点是对每个电池簇具有独立的电流操控才能。它允许独立操控每个电池簇的荷电状况（SOC），这对于防止电池组过充或过放至关重要。但是，当产生电池组毛病时，该拓扑结构无法及时阻隔毛病电池组，然后导致整个电池簇停机。
综上所述，现有的集中式PCS存在可靠性低的问题，而多支路式PCS虽然进步了可靠性，但仍面临单体电池对整个体系影响明显以及操控复杂度高等应战。为了处理上述PCS拓扑结构的局限性，本文提出了一种新式多模块PCS（MPCS）拓扑结构，旨在明显进步体系的可靠性和本钱效益。该拓扑选用模块化规划，完成了低开关损耗、低滤波电感和高可靠性。MPCS拓扑用多个半桥低功率模块替代了传统的单全功率DC/DC转化器。这种模块化规划完成了对每个电池组的独立操控，使其可以在不中止整个电池簇运转的情况下阻隔过充或过放的电池组。此外，比较于全功率DC/DC转化器，模块化结构使得MPCS更易于安装和维护。
此外，MPCS拓扑可以与BMS无缝集成，以精确操控每个电池组，然后进步体系可靠性。选用SOC平衡操控来保证电池簇内部及电池簇之间的SOC平衡，下降电池过充或过放的危险，并延长电池寿数。通过根据电池组的状况动态调整DC-link电压，可最小化DC-link电压纹波，然后可以使用低电感滤波电感器以节约本钱。表1展现了其与最先进拓扑（如Modular Multilevel Converter (MMC)）的对比情况。