આપાવર કન્વર્ઝન સિસ્ટમ(PCS) એ બેટરી અને પાવર ગ્રીડ અથવા AC લોડ વચ્ચેનું ઇન્ટરફેસ છે. તે માત્ર પાવર ગુણવત્તા અને બેટરી એનર્જી સ્ટોરેજ સિસ્ટમના આઉટપુટની ગતિશીલ લાક્ષણિકતાઓને જ નિર્ધારિત કરતું નથી, પણ બેટરીની સલામતી અને આયુષ્યને પણ નોંધપાત્ર રીતે અસર કરે છે. સર્કિટ ટોપોલોજી અને ટ્રાન્સફોર્મર રૂપરેખાંકનના આધારે, PCS ના મૂળભૂત પ્રકારોને પાવર-ફ્રીક્વન્સી સ્ટેપ-અપ પ્રકાર અને ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ ડાયરેક્ટ-કનેક્શન પ્રકારમાં વિભાજિત કરી શકાય છે, જેમ કે આકૃતિમાં બતાવ્યા પ્રમાણે.
હાલમાં, પરંપરાગત બેટરી ક્લસ્ટરોનું વોલ્ટેજ સ્તર 1500V કરતાં વધુ નથી, અને ચાર્જની સ્થિતિ (SOC) પર આધાર રાખીને ચોક્કસ વધઘટ શ્રેણી છે. તેથી, વિવિધ પાવર ગ્રીડ અથવા લોડની વોલ્ટેજ આવશ્યકતાઓને અનુકૂલિત કરવા માટે, પાવર ફ્રીક્વન્સી ટ્રાન્સફોર્મર ઘણીવાર PCS (પાવર કન્વર્ઝન સિસ્ટમ) ની AC બાજુ પર ગોઠવવામાં આવે છે. આ માત્ર એસી વોલ્ટેજ બૂસ્ટિંગ અથવા નિયમનને પ્રાપ્ત કરતું નથી, પરંતુ સિંગલ-તબક્કાના લોડને સપ્લાય કરવા માટે ત્રણ-ફેઝ ફોર-ઓફ-ગ્રીડ સિસ્ટમમાં વાયર સિસ્ટમ બનાવવાની પણ મંજૂરી આપે છે. વધુમાં, તે ઊર્જા સંગ્રહ પ્રણાલીના રક્ષણ અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક સુસંગતતા દમનને સુધારે છે.
તબક્કાઓની સંખ્યાના આધારે, પાવર ફ્રીક્વન્સી સ્ટેપ-અપ ટાઈપ પીસીએસને સિંગલ-સ્ટેજ અને ડબલ-સ્ટેજ ટોપોલોજીમાં વિભાજિત કરી શકાય છે.
પાવર-ફ્રીક્વન્સી સ્ટેપ-અપ સિંગલ-સ્ટેજ PCS ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા અને સરળ માળખું પ્રદાન કરે છે; જો કે, તે ઓછી બેટરી ક્ષમતા અને વોલ્ટેજ પસંદગીમાં મર્યાદિત સુગમતાથી પીડાય છે. વધુમાં, PCS ની ડીસી બાજુએ એક ટૂંકી-સર્કિટ ખામી સરળતાથી બેટરી પેકમાં મોટા પ્રવાહમાં વધારો તરફ દોરી શકે છે, જે નોંધપાત્ર જોખમ ઊભું કરે છે. સિંગલ-સ્ટેજ પીસીએસને આઉટપુટ વોલ્ટેજ સ્તરના આધારે બે-સ્તર, ત્રણ-સ્તર અથવા બહુ-સ્તરની સિસ્ટમમાં પણ વર્ગીકૃત કરી શકાય છે. જેમ જેમ સ્તરોની સંખ્યામાં વધારો થાય છે તેમ, આકૃતિમાં બતાવ્યા પ્રમાણે, પીસીએસના ડીસી વોલ્ટેજ સ્તર અને આઉટપુટ પાવર ગુણવત્તાને વધુ સુધારી શકાય છે.
પાવર-ફ્રિકવન્સી બૂસ્ટ-ટાઇપ ટુ-સ્ટેજ PCS, આકૃતિ 2-22 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, બેટરી ઇનપુટ ટર્મિનલ પર બાયડાયરેક્શનલ DC/DC કન્વર્ટર સાથે ગોઠવવામાં આવે છે, જે બેટરી પેકની ક્ષમતામાં વધારો કરે છે અને બેટરીની પસંદગીની લવચીકતાને વધારે છે અને વોલ્ટની પસંદગીમાં બહુવિધ નિયંત્રણ અને નિયંત્રણ પ્રાપ્ત કરી શકે છે. જો કે, તેની ઊંચી કિંમત, પ્રમાણમાં જટિલ નિયંત્રણ અને ઓછી કાર્યક્ષમતા છે. DC/DC કન્વર્ટરના વિવિધ માળખાના આધારે, બે-સ્ટેજ PCS ને બિન-અલગ અને અલગ પ્રકારમાં વિભાજિત કરી શકાય છે. આઇસોલેટેડ બે-સ્ટેજ PCS વોલ્ટેજ ટ્રાન્સફોર્મેશન રેશિયોને વધુ બહેતર બનાવી શકે છે અને તેમાં વ્યાપક બેટરી વોલ્ટેજ અનુકૂલનક્ષમતા છે, પરંતુ મોટી-ક્ષમતા આઇસોલેટેડ હાઇ-બૂસ્ટ રેશિયો બાયડાયરેક્શનલ DC/DC કન્વર્ટરની ડિઝાઇન નોંધપાત્ર તકનીકી પડકારો રજૂ કરે છે. મુખ્ય મુશ્કેલીઓમાં ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ ટ્રાન્સફોર્મર ડિઝાઇન, સિસ્ટમ ઇન્સ્યુલેશન, ફેઝ-શિફ્ટ અથવા સિરીઝ રેઝોનન્ટ સોફ્ટ સ્વિચિંગ અને હાઇ પાવર ડેન્સિટી ડિઝાઇનનો સમાવેશ થાય છે.
લિથિયમ-આયન બેટરી માટે, જે સામાન્ય રીતે મોટી-ક્ષમતા ઉર્જા સંગ્રહ પ્રણાલીઓમાં ઉપયોગમાં લેવાય છે, જ્યારે ચાર્જની સ્થિતિ (SOC) 15% થી 85% ની રેન્જમાં હોય ત્યારે આઉટપુટ વોલ્ટેજ નોંધપાત્ર રીતે બદલાતું નથી. તેથી, મારા દેશમાં હાલમાં ઉપયોગમાં લેવાતી મોટાભાગની મોટી-ક્ષમતા ઉર્જા સ્ટોરેજ સિસ્ટમ્સ સિંગલ-સ્ટેજ પાવર કન્વર્ઝન સિસ્ટમ (PCS) નો ઉપયોગ કરે છે. જો કે, જેમ જેમ DC વોલ્ટેજ 1500V ની નજીક આવે છે, તેમ ત્રણ-સ્તરની ટોપોલોજી સ્ટ્રક્ચર્સ વધુને વધુ અપનાવવામાં આવશે. 1500V બેટરી એનર્જી સ્ટોરેજ સિસ્ટમ જરૂરી ફૂટપ્રિન્ટ અને સ્વીચ બોક્સ અને ડીસી કેબલ જેવા વિદ્યુત ઉપકરણોના ઉપયોગને ઘટાડે છે, આમ સિસ્ટમના ખર્ચમાં અમુક અંશે ઘટાડો થાય છે. જો કે, બેટરી અને PCS વચ્ચેના ટૂંકા અંતરને કારણે, તે મોટા પાયે ફોટોવોલ્ટેઇક પાવર પ્લાન્ટમાં જોવા મળતા DC ટ્રાન્સમિશન નુકસાનમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો ઓફર કરતું નથી. વધુમાં, તે બાયડાયરેક્શનલ ડીસી સર્કિટ બ્રેકર્સ અને બાયડાયરેક્શનલ ડીસી કોન્ટેક્ટર્સ જેવા ઘટકો પર ઉચ્ચ પ્રદર્શનની માંગ કરે છે. ડીસી સર્કિટની ઇલેક્ટ્રિકલ સેફ્ટી અને પ્રોટેક્શન ડિઝાઇન આ સિસ્ટમના અમલીકરણમાં મુખ્ય પડકાર છે.
અલ્ટ્રા-મોટા-સ્કેલ બેટરી એનર્જી સ્ટોરેજ પાવર સ્ટેશનની એપ્લિકેશનને સક્ષમ કરવા, અને ઘણા બધા બેટરી પેકના સમાંતર કનેક્શનને ટાળવા તેમજ પાવર ફ્રીક્વન્સી ટ્રાન્સફોર્મર્સને કારણે થતા નુકસાનને ટાળવા અને ખર્ચ ઘટાડવા માટે, ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ ડાયરેક્ટ-કનેક્ટેડ PCS એક મોડ્યુલર રિસર્ચ સ્ટ્રક્ચર સાથેનું મુખ્ય રિસર્ચ સ્ટ્રક્ચર બની ગયું છે. પાવર ફ્રિક્વન્સી સ્ટેપ-અપ પીસીએસની જેમ, ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ ડાયરેક્ટ-કનેક્ટેડ પીસીએસને પણ પાવર કન્વર્ઝન સ્ટેજની સંખ્યા અનુસાર સિંગલ-સ્ટેજ અને બે-સ્ટેજ ટોપોલોજીમાં વિભાજિત કરી શકાય છે.
કેસ્કેડેડ સિંગલ-સ્ટેજ PCS પાવર ફ્રીક્વન્સી ટ્રાન્સફોર્મર વિના ઉચ્ચ વોલ્ટેજનું આઉટપુટ કરી શકે છે, જે સીધા ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ પાવર ગ્રીડ સાથે જોડાય છે, જે તેને અલ્ટ્રા-મોટા-સ્કેલ એનર્જી સ્ટોરેજ સિસ્ટમ્સ બનાવવા માટે યોગ્ય બનાવે છે. વ્યક્તિગત મોડ્યુલોમાં ઓછી સ્વિચિંગ ફ્રીક્વન્સી સાથે પણ નીચા આઉટપુટ વોલ્ટેજ હાર્મોનિક્સને સુનિશ્ચિત કરીને, કાસ્કેડ સ્ટ્રક્ચર મલ્ટિ-સ્તરનું આઉટપુટ પ્રાપ્ત કરે છે, આમ સ્વિચિંગ નુકસાન ઘટાડે છે. જો કે, કેસ્કેડેડ સિંગલ-સ્ટેજ પીસીએસને ડીસી બાજુ પર મ્યુચ્યુઅલ ઇન્સ્યુલેશનની જરૂર પડે છે, પરિણામે નીચા આઉટપુટ વોલ્ટેજ માટે ઉચ્ચ ઇન્સ્યુલેશન તણાવ થાય છે, ખાસ ડિઝાઇનની જરૂર પડે છે. દરેક બૅટરી પૅક અને ગ્રાઉન્ડ વચ્ચે સામાન્ય-મોડ વર્તમાન પાથ હોય છે, જેને સામાન્ય-મોડ વર્તમાન દમન માટે ઉકેલની જરૂર હોય છે.
બેટરી પેકના ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગ કરંટમાં બીજી-હાર્મોનિક રિપલ હોય છે, જે બેટરીના વર્તમાન પાથ પર નકારાત્મક અસર કરે છે અને ખર્ચમાં વધારો કરે છે. કાસ્કેડ સિંગલ-સ્ટેજ પીસીએસને મુખ્યત્વે H-બ્રિજ કેસ્કેડેડ અને મોડ્યુલર મલ્ટિલેવલ કન્વર્ટર (MMC) કાસ્કેડ પ્રકારોમાં વિભાજિત કરી શકાય છે, જેમ કે આકૃતિમાં બતાવ્યા પ્રમાણે.
એકંદરે, ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ ડાયરેક્ટ-કનેક્શન PCS (પાવર કન્વર્ઝન સિસ્ટમ) એ અલ્ટ્રા-ઊર્જા સ્ટોરેજ સિસ્ટમ્સની અતિ મોટી ક્ષમતા દ્વારા લાવવામાં આવેલી સુરક્ષા અને કાર્યક્ષમતા પડકારોને પહોંચી વળવા માટેનો મુખ્ય ઉકેલ છે. જો કે, તે બેટરી પેક અને અલગ DC/DC કન્વર્ટર બંને પર ઉચ્ચ ઇન્સ્યુલેશન આવશ્યકતાઓ મૂકે છે, જે તેના વ્યાપક અપનાવવા અને એપ્લિકેશનને મર્યાદિત કરે છે. વધુમાં, અલ્ટ્રા-મોટી ક્ષમતાવાળી બેટરી સિસ્ટમ્સની કેન્દ્રિત સ્ટેકીંગ, ઇલેક્ટ્રિકલ કનેક્શન અને સલામતી ડિઝાઇનમાં પડકારો છે.