储能变流器工作原理及市场前景分析

储能变流器，英文名Power Conversion System（简称PCS），是储能电池与电网之间功率交换的重要单元，在储能系统中价值量占比能达到20%左右。近年来，全球储能市场爆发，对PCS的需求增大，国内厂商不断扩大海外市场，对PCS的研究也成为关注热点。

PCS工作原理及功能

PCS由IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、PCB板（印刷电路板）、电线电缆等硬件组成，可以分为单相机与三相机。

PCS按功率大小又可分为高频隔离、工频隔离、不隔离三种方式。单相机和20KW以下三相PCS采用高频隔离的方式，50KW到250KW采用工频隔离的方式，500KW以上采用不隔离的方式。

PCS技术参数只要看系统电压、功率因数、切换时间、峰值功率等，这些参数对储能系统功能影响较大。

PCS的工作模式主要有并网和离网两种。

在并网模式下，PCS实现储能电池与电网之间的双向能量转换。主要功能是根据微网监控指令进行恒功率或恒流控制，给电池充电或放电，同时平滑风电光伏等波动性较强的输出。

在离网模式中，PCS可以根据实际需求，给本地部分负荷提供满足电网电能质量要求的交流电能。

PCS的主要功能包括过欠压、过载、过流、短路、过温等的保护、具备孤岛检测能力进行模式切换、实现对上级控制系统及能量交换机的通信功能、并网-离网平滑切换控制等。

PCS的主要特点包括充、放电一体化设计，实现交流系统和直流系统的能量双向流动；可以实现并网与离网的无缝切换；功率因数任意可调，在容量范围内可以全发无功，实现无功补偿；

此外，特点还包括多台PCS可多机并联运行，且总输出功率不小于叠加总功率的95%；10KW换流器单体之间相互独立；主功率回路采用高可靠性功率模块；支持多种储能电池，不同型号仅只有控制器的软件不同；完善的极端保护功能，有效防止逆变器的异常损坏等。

应用场景及国内厂商

按照应用场景的不同，PCS可以分为储能电站、集中式、工商业及户用四大类，主要区别是功率大小。

储能电站PCS的功率一般大于10MW，选取级联型多电平拓扑，采用IGBT模块设计，一般N个交流器安装到集装箱内部，支持多机并联运行，需变压器升压接入电网。

集中式PCS的功率在250KW以上，当前多采用两电平拓扑，同样采用IGBT模块化设计，使用功率器件较少，单机功率可达MW级，对系统可靠性要求较高。

工商业PCS的功率一般在250KW以下，当前多采用三电平拓扑，与分布式光伏相结合，可以实现自发自用，在国外还可利用电网峰谷差价获利。

家庭户用PCS的功率在10KW以下，与户用光伏相结合，作为应急电源、电费管理等，对安全规范、噪声等要求较高。

PCS与传统光伏逆变器的技术大抵相当，所以早先切入PCS的企业基本都是逆变器产商。

从PCS产业链来说，上游是IGBT、PCB板等，中游是各类型储能变流器，下游是风光电站、电网系统等。

PCS上游材料的核心是IGBT，不过IGBT对设计及工艺的要求较高，我国企业起步晚，目前主要以国外跨国企业为主，以英飞凌、三菱电机、富士电机等，其中占比最高的是英飞凌，达15.9%。不过近年来，我国IGBT自给率在逐步提升，国产有替代海外的趋势。

PCS中游、下游与光伏逆变器生产厂商基本是同一批，国内主要的企业包括阳光电源、比亚迪、科华数据、上能电气、固德威、昆兰新能源、盛弘股份、索英电器、科陆电子等。不过由于PCS不同技术存在一定壁垒，应用领域均有不同，目前暂无绝对龙头。

阳光电源：主打大型电源侧储能PCS产品，以配套自身储能系统为主，部分对外销售，阳光电源储能业务的定位是提供储能系统解决方案。

上能电气：公司主要产品为交流储能变流器和直流储能变流器，分别应用于发电侧新能源并网和火电储能联合调频领域、电网侧调频调峰领域、用户侧工商业领域储能等。

固德威：拥有较齐全的储能产品系列和能源解决方案，涵盖单相、三相、高压、低压、直流耦合、交流耦合等全系逆变器和储能电池产品。

科士达：公司现有产品有模块化储能变流器、集中式储能变流器，储能业务占总营收比重达10%。

盛弘股份：盛弘股份首创多分支储能变流器，将多组电池分散接入储能变流器，减少电池簇并联，降低电池损耗，能够更大化利用电池。

未来展望

全球气候变暖已成为全球最大的生态难题，全球开始向“低碳化”转型，我国也提出“30·60”的战略目标，当前人们获得可再生能源最有效的方式就是发电，因此储能作为实现“30·60”目标不可或缺的一环，其市场规模不断增长，PCS又是储能装置中不可替代的器件之一，存在巨大发展机遇。

储能PCS市场目前市场规模相当可观，且还有着足够的发展潜力。各PCS企业目前并不在硬件成本比拼，而是朝着市场端、客户服务、售后服务等方向发展，具有较高的毛利润。

据悉，2015年我国PCS产量仅有5.5万KW，当时市场均价在1元/W左右，到2021年，PCS产量已增长至194.75万KW，年增长率超80%，市场均价也达到了1.135元/W。

据相关机构预测，到2025年，PCS全球市场空间将达到410亿元，年增长速度达60%左右。

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