在 “雙碳” 目標(biāo)的大背景下，儲能技術(shù)作為能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵所在，正經(jīng)歷著日新月異的發(fā)展。儲能變流器（PCS）作為儲能系統(tǒng)的 “心臟”，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的效率、成本和可靠性。

近期，依托于天津大學(xué)十余年的寬禁帶半導(dǎo)體變流技術(shù)成果，天津恩特能源快速落地了全球首款145kW工商業(yè)儲能變流器產(chǎn)品，其性能達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

憑借著第三代半導(dǎo)體器件和四合一磁集成技術(shù)的完美融合，這款工商業(yè)儲能變流器在成本、效率、功率密度和壽命等核心指標(biāo)上實現(xiàn)了重大突破，為儲能行業(yè)樹立了新的標(biāo)桿。

為了了解磁集成技術(shù)在儲能變流器領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，《磁性元件與電源》采訪了這款儲能變流器的磁集成產(chǎn)品解決方案供應(yīng)商——國家級電氣工程高級工程師、惠州市磁極新能源科技有限公司（簡稱“磁極新能源”）研發(fā)總經(jīng)理海來布曲，共同探討多合一磁集成的應(yīng)用優(yōu)勢和技術(shù)挑戰(zhàn)。

國家級電氣工程高級工程師、磁極新能源研發(fā)總經(jīng)理海來布曲

高頻化與高功率密度的完美融合

工商業(yè)儲能變流器的開關(guān)頻率通常在 3.6 kHz 至 50 kHz 之間，具體取決于功率器件類型、電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、效率與損耗的平衡以及電磁兼容等因素的影響。

如常見的IGBT受開關(guān)損耗和散熱影響，通常工作在 3.6–20 kHz 范圍內(nèi)；兩電平的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，開關(guān)頻率也較低，一般是3.6–15 kHz。

而這款工商業(yè)儲能變流器實現(xiàn)了碳化硅（SiC）器件、軟開關(guān)控制技術(shù)和四合一磁集成技術(shù)的結(jié)合，將變流器的開關(guān)頻率提升到了30–100kHz，是傳統(tǒng)變流器的數(shù)倍之多。

四合一磁集成應(yīng)用，145kW工商業(yè)儲能變流器產(chǎn)品圖

提高開關(guān)頻率帶來了一系列的好處。中國電源學(xué)會理事、天津大學(xué)王議鋒教授對這款儲能變流器在功率密度、充放效率和壽命提升等方面的優(yōu)異表現(xiàn)給予了充分肯定：

功率密度提高2-6倍。磁集成后，該變流器體積更加小巧，能夠靈活地應(yīng)用于各種場景；重量也大幅減輕，降低了運(yùn)輸、安裝的難度和成本。

更為重要的是，這種磁集成并非簡單的物理合并，而是通過與先進(jìn)的功率控制算法相結(jié)合，產(chǎn)生了協(xié)同效應(yīng)。

一充一放效率提高3 - 5%。相較傳統(tǒng)變流器88%-92%的充放循環(huán)效率，該產(chǎn)品輕載效率達(dá)95%，滿載效率突破98.9%，一充一放的滿載循環(huán)效率提高了 3 - 5%。這意味著在相同的儲能容量下，用戶能夠獲得更多的可用電量，顯著提高了經(jīng)濟(jì)效益。

壽命提升2 倍以上。該變流器采用無電解電容設(shè)計和改進(jìn)的智能自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)，通過精確控制開關(guān)過程與優(yōu)化散熱設(shè)計，變流器壽命提升至10-15年，較傳統(tǒng)產(chǎn)品延長2倍以上，并且質(zhì)保周期與儲能系統(tǒng)核心部件對齊，從根本上解決了傳統(tǒng)變流器中電解電容壽命短、易失效的問題。

中國電源學(xué)會理事、天津大學(xué)王議鋒教授（右三）

采用碳化硅器件提高頻率縮小體積，無疑是非常明智的選擇，也是未來儲能變流器產(chǎn)品的發(fā)展趨勢。那這款產(chǎn)品是如何實現(xiàn)整體系統(tǒng)的降本，以消除碳化硅器件帶來的成本上漲問題呢？磁集成技術(shù)在這個過程中又起到了哪些作用？

四合一 開大功率逆變電感磁集成先河

據(jù)海來布曲介紹，這款儲能變流器采用了T型三電平電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（A/B/C/N四橋臂），每路 120 度交錯，從結(jié)構(gòu)設(shè)計角度看，需要 4 顆電感才能實現(xiàn)該電路的設(shè)計功能。

為了更好地降低系統(tǒng)成本，尤其是碳化硅器件導(dǎo)致的成本上升問題，磁極新能源結(jié)合電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將電路上使用的4顆電感進(jìn)行了磁集成設(shè)計，創(chuàng)造性地設(shè)計出了四合一磁集成電感。

這款四合一磁集成電感的出現(xiàn)，也突破了行業(yè)的兩大難題：

一是解決了A、B、 C 三相對地的共模電流問題（即EMC問題），傳統(tǒng)分立電感方案及早期磁集成方案均難以有效解決此問題。

二是解決了相位不平衡時電感易飽和的問題。磁集成后，由于存在相位不平衡（每相電流大小不一致），尤其是缺相時，電感容易進(jìn)入飽和狀態(tài)，這對磁性元件企業(yè)的設(shè)計能力提出了較高的要求，比如磁集成過程中對磁耦合的精確計算。

一般而言，磁集成耦合系數(shù)越小，意味著對磁集成設(shè)計或計算的精度要求越高，以往的磁集成方案只能解決相位不平衡時的飽和問題，但缺相帶來的電感飽和問題始終無法解決。

很多磁集成方案通常需要在磁集成器件上添加非晶納米晶或功率型錳鋅鐵氧體的屏蔽磁塊，其原因就在于磁集成耦合系數(shù)不夠低。

而這款磁集成電感的耦合系數(shù)是0.07，接近于零耦合，這是這款磁集成電感設(shè)計的精妙之處，也是這款磁集成電感性能優(yōu)異的原因。

據(jù)海來布曲介紹，這款磁集成電感采用的材料是金屬磁粉芯，并且磁芯實現(xiàn)了一體成型，大大簡化了磁集成產(chǎn)品制造難度，提高了磁集成產(chǎn)品一致性和生產(chǎn)效率。

目前這種大功率的逆變電感磁集成在技術(shù)實現(xiàn)上是相當(dāng)有難度的，據(jù)了解此前只有華為在光伏逆變器中，實現(xiàn)了三相七柱磁集成。這款磁集成電感的出現(xiàn)，也將類似的磁集成思路和實踐拓寬到了工商業(yè)儲能領(lǐng)域，且磁集成功率也進(jìn)一步提高。

體積與重量降低30%-70%

高集成度的磁集成產(chǎn)品，雖然在設(shè)計或生產(chǎn)上更具難度，但其好處也是顯而易見的。

傳統(tǒng)儲能變流器中，EMI濾波電感、網(wǎng)側(cè)LCL濾波電感、輔助電源變壓器等磁性元件體積占比達(dá)25%-40%，重量占比亦接近。

磁極新能源研發(fā)的四合一磁集成技術(shù)，巧妙地原本分散的4顆電感進(jìn)行了磁集成設(shè)計，減少冗余空間占用，磁集成后體積與重量降低了30%-70%。

功率密度、效率雙重提升

目前100kW左右的儲能變流器，其磁性元件效率一般在98.5% 左右。

海來布曲告訴《磁性元件與電源》，這款四合一磁集成電感效率超過98.9%，進(jìn)一步提高了磁性元件效率。

不僅如此，這款儲能變流器系統(tǒng)功率密度之所以能提高2 - 6 倍，磁集成的設(shè)計功不可沒。

相較于分立電感的方案，磁集成后功率密度提升了60%，大大促進(jìn)了產(chǎn)品小型化進(jìn)程。

優(yōu)化磁路和選材 成本降低5%

另一方面，儲能市場上游材料（如碳酸鋰）價格持續(xù)走低；電芯從 280Ah 向 314Ah 升級加速，部分廠商清庫存甩賣舊型號，進(jìn)一步拉低價格。

上游材料成本下降疊加技術(shù)升級，推動儲能系統(tǒng)成本持續(xù)下行，使降本成為2024年行業(yè)核心競爭焦點(diǎn)。

根據(jù)公開資料顯示，2024年，2 小時磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)全年中標(biāo)均價從年初的約 1.1 元 / Wh 降至 0.628 元 /Wh，降幅達(dá) 43%，接近腰斬。

這種降價幅度，倒逼著產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)的企業(yè)必須進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。

傳統(tǒng)的分立電感方案，除了體積占比過大，成本占比也在15% - 20%。隨著功率的提高，分立磁性元件方案越來越難以適應(yīng)新的技術(shù)發(fā)展需求。

這款磁集成產(chǎn)品通過優(yōu)化磁路設(shè)計和選用新型磁性材料，磁集成后，在保證性能的同時，成本也減少了 5%。

四合一磁集成電感產(chǎn)品圖

結(jié)語

磁極新能源這款四合一磁集成電感，通過多維度創(chuàng)新，實現(xiàn)了磁路重構(gòu)與元件融合，在產(chǎn)品體積、重量、成本和功率密度等多個方面都有了明顯提升。

王議鋒教授特別提到，磁性元件如EMI濾波電感、網(wǎng)側(cè)LCL濾波電感、輔助電源變壓器等，占變流器體積和重量的25%-40%、成本的15%-20%。磁極新能源研發(fā)的磁集成技術(shù)和產(chǎn)品不僅可顯著降低磁件的成本、體積及重量，同時通過與變流器先進(jìn)功率控制方法相互結(jié)合，還可以改善變流器的動態(tài)響應(yīng)特性、提升其電網(wǎng)支撐能力，例如在系統(tǒng)發(fā)生低電壓穿越故障時，變流器的沖擊電流不超過正常峰值電流，對儲能電池和變流器均不會造成損害，大大提升系統(tǒng)的可靠性及使用壽命。

這不僅僅是一項技術(shù)上的創(chuàng)新，更是對儲能行業(yè)發(fā)展模式的一次變革。通過整合磁集成技術(shù)、碳化硅器件和智能控制算法，磁極新能源的四合一磁集成電感實現(xiàn)了 “硬件 + 軟件” 的深度協(xié)同優(yōu)化，為儲能變流器的設(shè)計提供了全新的思路。

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審核編輯 黃宇