电源调节系统（PCS）仅占锂离子 和铅酸电池存储系统总成本的一小部分，如图1所示。然而，由于电池成本下降，PCS所占成本份额将会增加。电池单元的价格，如图 2 所示。有鉴于此，明智的做法是设计电力电子转换器以实现效率和可靠性，从而降低总拥有成本。
图1。不同电化学技术的成本和相对成本。图片由工业电子学会 IEEE 开放期刊提供
图2 . 过去十年的锂离子电池和电池组成本。图片由工业电子学会 IEEE 开放期刊提供
设计
逆变器 设计逆变器时必须考虑电池的特性。在完全充电和完全放电状态之间，电池的端电压可能变化高达 40%。
此外，交流电压应保持尽可能高，以尽量减少半导体中的电流应力，这是电力电子转换器损耗的主要来源。通过这种方式，保证了具有高效的DC-AC转换。
国际标准将低压和中压 (MV) 之间的界限固定为 1.5 kV，并对在 MV 下工作的设备提出了额外的安全要求。同时，效率化将推动额定交流和直流电压的提高。此外，许多串联的电池单元可能会降低系统可靠性。此外，还要考虑技术标准和国家电网规范制定的安全、谐波含量和 PQ 能力的限制和要求。
电力电子转换器
电力电子转换器首先可以根据是否使用升压变压器进行分类。当不使用变压器时 ，中压连接所需的升压仍然可以通过串联半导体或子模块来完成。此外，可以通过在电池和连接到电网的 DC-AC 转换器之间添加额外的 DC-DC 转换器来管理 DC 电压。然而，额外的转换步骤增加了复杂性、增加了成本，并且可能导致进一步的功率损耗。必须指出技术或操作困难作为此决定的原因。连接固定储能的的选择 到中压电网的是一个两电平（2L）电压源换流器（VSC），如图3（a）所示。然而，还创建了一些其他拓扑，包括三电平 T 型、中性点钳位 (NPC) 转换器和有源中性点钳位 (ANPC) 转换器，如图 3(b)、3(c) 所示。 ) 和 3(d) 分别。
图3 . 基于变压器的两电平和三电平 DC-AC 转换器拓扑：(a) 两电平 VSC，(b) 三电平 T 型 VSC，(c) 三电平中性点钳位 VSC，以及 (d)三电平有源中性点钳位VSC。图片由工业电子学会 IEEE 开放期刊提供
图 4 显示了在各种
开关频率 (fs) 下连接到 400 V 线对线交流电网的 100 kW 两电平和三电平 VSC 的半导体模块的效率。表 1 列出了转换器的规格。选择适当额定值的 IGBT
二极管模块进行分析。
图4 . 对于表 1 中给出的转换器规格，在不同开关频率下运行的 PWM 调制两电平和三电平 VSC 拓扑在额定功率下的效率。所用图片由IEEE 工业电子学会开放期刊提供
表格1 。考虑电路拓扑之间的效率和损耗分布比较的规范。
在较高开关频率下，三电平拓扑的性能优于两电平转换器；此外，中性点钳位拓扑在组件之间表现出更好的损耗分布，如图 5 所示。更高的开关频率还受益于远离人类可听噪声频率和交流输出音量的减小谐波滤波器，可提高转换器功率密度。大型并网BESS 它们装在容器中，通常安装在远离人员的地方，这使得电力电子设备能够以低开关频率（例如 4 kHz）运行，完全在人类可听噪声范围内。其结果是半导体的开关损耗较低，如图 5 中的红色部分所示。此外，如图 5 所示，两级 VSC 表现出异常的传导损耗，这证明了其在低 fs 水平下广泛使用的合理性。
图5 . 逆变器运行期间两电平 (a) 和三电平 (b)-(c)-(d) 拓扑中的损耗分布，开关频率 f s = 4 kHz（蓝色+红色）且 f s = 12 kHz（蓝色+红色+黄色），考虑表 1 中的规格和图 3 中的组件命名法。使用的图像由IEEE Open Journal of the Industrial Electronics Society提供
根据储能中压转换器的成本比较，如图 6 所示的模块化多电平转换器 (MMC) 比图 7 所示的级联 H 桥 (CHB) 更昂贵，后者是更实惠的替代方案。CHB 和 MMC 等多级拓扑已被证明是用于并网储能应用的有效电路拓扑，因为它们在高开关频率下具有较低的总谐波含量、较高的功率密度和较高的效率。
图 7 . 三相 DC-AC CHB。图片由工业电子学会 IEEE 开放期刊提供
储能系统的可靠性
在检查储能系统的可靠性时会考虑电力电子设备和电池。对两种 BESS 配置、一个完全额定的 2 L 转换器和四个部分额定的 2 L 转换器进行了比较。这两种配置在各种操作条件、电池功率、循环计数和串并联电池配置下进行了测试。该研究证明了低功耗应用中更高可靠性的潜力。此外，还发现可靠性、功率水平和周期之间的关系成反比。研究结果可用作未来可靠性研究以及各种拓扑和电池配置比较的指南。
根据查阅的文献，尽管两电平 VSC 拓扑是并网 BESS 转换器中的，但其他拓扑也可以确保卓越的成本、效率、功率密度和系统可靠性。此外，已经确定电池功能以及操作条件会影响转换器的有效性和可靠性。尽管如此，很少有研究表明改用更高效的转换器会如何影响 BESS 的拥有成本。鉴于这一点以及图 4 和图 5 提供的知识，进一步的研究应集中于展示各种转换器拓扑对 BESS 技术和财务绩效的影响。此外，对各种网格功能进行分析也至关重要，
BESS 直流-交流电力电子转换器的主要要点
本文讨论了各种 BESS 电力电子转换器。以下是一些要点。
电力电子转换器的设计应实现效率和可靠性，以降低总拥有成本。
为了确保高效的直流-交流转换，额定交流电压应保持尽可能高，以减少半导体中的电流应力，这是电力电子转换器损耗的主要原因。
两级 (2L) VSC、三级 T 型 NPC 转换器或 ANPC 转换器是广泛使用的选项。
在较高开关频率下，三电平拓扑的性能优于两电平转换器；此外，中性点钳位拓扑尤其显示出组件之间更好的损耗分布。
MMC 为并网应用提供非常低的谐波含量，但它们比 CHB 更昂贵。
尽管两电平 VSC 拓扑是并网 BESS 转换器常见的拓扑，但其他拓扑也可以在成本、效率、功率密度和系统可靠性方面提供卓越的性能。
