很多人第一次接触储能PCS时都会有一个疑问为什么变流器启动不能像家里的电灯一样直接一按开关就行为什么还要增加直流预充交流预充两个步骤其实这两个看似不起眼的动作却决定着一台PCS能否安全、可靠地启动。今天我们就来聊聊PCS启动过程中最容易被忽视却又最重要的两个环节——直流预充DC Pre-charge和交流预充AC Pre-charge。一、为什么不能直接合闸我们先来看一个生活中的例子。假设家里有一个1000L的大水箱现在水箱是空的。如果直接把总阀门一下子全部打开会发生什么答案很简单水流会瞬间特别大管道会受到巨大的冲击阀门也会受到很大的压力。正确的方法应该是先打开一个小阀门让水慢慢流进去等水位差不多以后再把总阀门打开。PCS预充的原理其实和这个完全一样。二、什么是直流预充PCS内部都有一个非常大的直流母线电容DC-Link Capacitor。例如一台125kW PCS母线电容往往达到几千微法甚至上万微法。刚上电的时候电池电压800V母线电容电压0V。如果此时直接闭合直流主接触器会发生什么由于电容相当于一个短路瞬间会产生非常大的充电电流。这就是工程上常说的浪涌电流Inrush Current它可能达到额定电流的几十倍甚至上百倍。结果就是接触器触点烧蚀熔断器误动作电池受到冲击电容寿命下降。因此就需要增加一个预充回路。三、直流预充是如何工作的典型电路如下电池 │ ├────直流主接触器──────────────┐ │ │ └──直流预充接触器──预充电阻─────┘ │ DC-Link电容启动流程第一步闭合直流预充接触器电流经过预充电阻缓慢给母线电容充电。由于串联了电阻电流被限制电容电压逐渐上升不会产生巨大冲击。当母线电压达到电池电压的90%~95%左右时第二步闭合直流主接触器。此时电容已经基本充满主接触器两端几乎没有压差因此不会再产生很大的浪涌电流。最后断开直流预充接触器。整个直流预充完成。四、为什么还需要交流预充很多人认为直流侧已经预充好了是不是交流侧就不用管了其实不是。对于中大功率PCS如100kW、125kW、250kW等交流侧同样可能存在较大的冲击电流。例如LCL滤波器、EMI滤波电容、电缆分布电容、变压器励磁电流隔离型PCS。如果直接闭合交流主接触器同样可能出现接触器拉弧、冲击电流过大、电网扰动增加。因此很多PCS都会增加交流预充AC Pre-charge。五、交流预充是如何工作的典型结构如下PCS输出 │ LCL滤波器 │ ├────交流主接触器────────────┐ │ │ └──交流预充接触器──预充电阻───┘ │ 电网启动时首先闭合交流预充接触器。由于中间串联了一只预充电阻PCS与电网之间不会直接硬连接冲击电流被限制。等待几百毫秒以后交流侧各种电容、电感逐渐进入稳定状态。随后闭合交流主接触器最后断开交流预充接触器。整个交流预充完成。六、交流预充能代替锁相吗答案是不能。很多刚接触PCS的工程师容易产生误解既然有交流预充是不是就不用锁相了实际上交流预充解决的是接触器合闸时的浪涌电流。而PLL锁相解决的是PCS输出电压与电网电压的同步问题。例如如果PCS输出是380V电网也是380V但是PCS相位是0°电网相位却是180°那么即使有交流预充交流主接触器闭合瞬间仍然可能产生很大的环流。因此交流预充不能替代PLL锁相二者缺一不可。七、PCS启动流程一般是什么样一个比较典型的并网PCS启动流程如下DSP启动 → 检测电网 → PLL锁相成功 → 直流预充 → 直流主接触器 → 断开直流预充 → 交流预充 → 交流主接触器 → 断开交流预充 → PWM启动 → 正常并网运行当然不同厂家产品略有区别但整体思想基本一致先建立稳定的直流母线再建立安全的交流连接最后进入正常运行。八、写在最后对于普通用户来说PCS启动可能只是短短几秒钟。但对于研发工程师而言这几秒钟里却包含着电力电子控制、继电器控制、锁相同步、预充保护等众多技术细节。一个优秀的PCS并不是启动得快而是每一步都经过精心设计让设备在安全、可靠的前提下完成启动。直流预充保护的是母线电容交流预充保护的是交流侧接触器和电网而它们共同守护的则是整个储能系统的安全稳定运行。关注《新储智汇》一起用通俗易懂的方式聊透储能PCS、电力电子控制与新能源技术。