Seleção da topologia do PCS de armazenamento de energia de 1500 V: arquitetura de estágio único versus ANPC

Arquitectura do Sistema de Descarga para Conversão de Tensão de 1500V
A seleção da topologia do sistema de conversão de energia define o desempenho de descarga e a gama de funcionamento do sistema. A transição das arquiteturas de armazenamento de energia de 1000 V para 1500 V reduz os custos de infraestrutura, aumenta a densidade de potência e exige projetos de inversores semicondutores otimizados para a máxima eficiência.

A seleção da topologia de inversor correta garante a integração perfeita com a infraestrutura da rede elétrica e com as instalações residenciais de energia solar e baterias. O funcionamento a alta tensão minimiza as perdas na linha durante os ciclos de descarga, embora a tensão CC mais elevada exija um design de isolamento rigoroso e um controlo preciso dos semicondutores.

Configurações de Conversão de Estágio Único vs. Dois Estágios
Os engenheiros avaliam duas configurações principais de interface CC ao projetar sistemas de descarga de alta tensão. Os modelos de conversão de estágio único e de dois estágios oferecem vantagens e desvantagens distintas em relação à quantidade de componentes, à eficiência do sistema e à flexibilidade da gama de funcionamento de entrada durante ciclos de descarga profunda.

A conversão de estágio único liga as baterias diretamente à ponte inversora. Esta configuração proporciona uma elevada eficiência máxima e layouts de hardware mais simples, mas limita a flexibilidade operacional ao emparelhar baterias de energia solar para instalações residenciais com diferentes tensões de descarga.

A conversão em dois estágios incorpora um conversor CC/CC intermédio antes do estágio de inversão. Este estágio de potência extra otimiza a adaptação da tensão CC em amplas gamas de estado de carga, embora a complexidade do circuito de controlo aumente e as perdas de conversão cresçam ligeiramente.

Elevação de tensão por frequência de rede versus ligação direta de alta tensão
O projeto da cadeia de descarga ligada à rede depende de dois métodos principais de ajuste de tensão. A escolha determina a área ocupada, a proteção de ligação à terra e os requisitos de isolamento elétrico em baterias de painéis solares de grande escala e comerciais para aplicações residenciais.

Os sistemas de elevação de tensão por frequência de rede utilizam transformadores de alta potência à frequência da rede após inversão de baixa tensão. Esta abordagem proporciona um isolamento galvânico robusto e uma proteção contra falhas simplificada, mas introduz um peso substancial, sobrecarga de área e perdas no núcleo.

Os sistemas de ligação direta de alta tensão eliminam os transformadores elevadores, gerando uma elevada saída CA diretamente a partir de barramentos CC de 1500 V. A remoção de componentes magnéticos reduz o tamanho do equipamento e aumenta a eficiência global da descarga, exigindo equipamentos de monitorização de isolamento rápido.

Vantagens da Topologia ANPC de Três Níveis a 1500V
Operar a 1500 V torna as topologias convencionais de inversores de dois níveis impraticáveis ​​devido às limitações de tensão de comutação. A topologia ANPC de três níveis com ponto neutro fixo ativo (ANPC) tornou-se o hardware padrão para aplicações de armazenamento de energia de alta tensão.

As topologias ANPC dividem a ligação CC de 1500 V em passos mais pequenos, reduzindo as perdas de comutação e a distorção harmónica total da corrente de saída. O menor stress térmico permite uma maior potência de saída, garantindo um funcionamento seguro em ambientes de armazenamento de energia elétrica em concessionárias ou residências.