Řešení rychlého přepínače + bezproblémového přepínání PCS (<20 ms)

Datum vyhotovení: 2026-09-07 Vyhotovil: Hoenergy Zahraniční obchodní divize – Technické centrum Zpracovatel: Alvin

§0 Porozumění za 30 sekund (exekutivní shrnutí)

Otázka: Hlavní problém zákazníka: Jak může systém pro ukládání energie zajistit nepřerušované napájení zátěže při výpadku sítě? Jakou rychlost přepnutí lze dosáhnout?

🔴 A. Klíčové závěry

🔴 B. Rychlý přehled tří červených linií

Úplný seznam červených linií R1–R10 naleznete v příloze A.

§1 Produktové portfolio (Hoenergy D-Cube + Enniu EQS)

1.1 Přehled produktového portfolia

1.2 Řada Enjiu EQS (6 modelů pokriven všechny úrovně proudu)

⚠️ Při kombinaci s 125kW PCS (AC400V) je doba přepnutí ≤20 ms; při kombinaci s 215kW PCS (AC800V) je doba přepnutí ≤30 ms

Technické parametry EQS: Samostatný list produktu EQS

1.3 Rozměry a instalace produktu EQS

1.3.1 Rozměry produktu

1.3.2 Způsob instalace

✅ Správný způsob instalace: kolmo k zemi, upevněno na stěnu

❌ Nesprávný způsob instalace: instalace rovnoběžně se zemí

§2 Výběr EQS (podle počtu jednotek PCS 125 kW × N)

2.1 Obecný princip výběru: dvě provozní podmínky rozhodují

Klíčový vzorec:

Zdánlivý výkon EQS ≥ Maximální nabíjecí výkon PCS + výkon zátěže (musí být splněno za všech provozních podmínek)

Proč je dvojitá podmínka rozhodující:

1. Trasa nabíjecího proudu: síť → EQS → PCS → baterie (prochází EQS)
2. Trasa proudu zátěže: síť → EQS → zátěž (prochází EQS)
3. Oba proudy se v místě EQS algebraicky sčítají (stejný směr)
4. Když se období nabíjení (doplnění energie v úložišti v době nízké ceny elektřiny) překrývá s obdobím vysokého zatížení → tok EQS dosahuje maxima

Předpoklad nabíjecího výkonu (typická provozní podmínka):

| Strategie nabíjení | Nabíjecí výkon jednoho PCS | |---| | Plný nabíjecí výkon (výchozí) | 125 kW (stejný výkon jako při vybíjení) | | Omezený nabíjecí výkon (konzervativní) | 100 kW | | Nabíjení mimo špičku (doporučeno) | Různá období, špičkový výkon jednoho zařízení klesá na 50–80 kW |

2.2 Požadavky na zátěž (Schopnost ostrovního provozu PCS Enjoy)

VSG skutečně zlepšuje tyto tři typy scénářů:

1. Rozběh motoru – virtuální setrvačnost J simuluje akumulaci energie v rotoru a dokáže absorbovat 6–8násobný záběrný proudový ráz, aniž by došlo ke zhroucení frekvence (v režimu VF způsobuje rázový proud přímo pokles frekvence);
2. Magnetizační proudový ráz transformátoru – virtuální tlumení D potlačuje přechodné kmity;
3. Rozložení výkonu při paralelním provozu více strojů – stabilnější na základě virtuální impedance.

Zátěže, které nelze použít nebo vyžadují zvláštní posouzení (stejná omezení jako u režimu VF):

1. Jednofázová zařízení s velkým výkonem (>30 % celkového výkonu) vyžadují oddělovací transformátor DyN11;
2. Přímý rozběh velkých motorů (>10 kW) vyžaduje měkký rozběh nebo snížení napětí hvězda–trojúhelník;
3. Nelineární zátěže (frekvenční měniče, usměrňovače a THD > 8 %) vyžadují aktivní filtr APF;
4. Rázové zátěže (bodové svářečky, elektrické obloukové pece) vyžadují zvětšení kapacity PCS 1,5–2×;
5. Příliš velká kompenzační kondenzátorová baterie (>30 % kapacity PCS) může způsobit samoodeběžné kmity;
6. Paralelní provoz s dieselgenerátorem/fotovoltaikou vyžaduje synchronní kontrolu a koordinované řízení.

2.2 Tabulka výběru pro jedno provozní zatížení (pouze zátěž, baterie se nenabíjí)

Předpoklady:

• cosφ = 0,8 (typická hodnota pro průmyslové a komerční instalace před kompenzací; po kompenzaci obvykle 0,90–0,98)
• Při jednom provozním režimu PCS pouze vybíjí, baterie je dostatečně nabitá
• Maximální zátěž při jednom provozním režimu P_load = N × 100 kW (80 % kapacity PCS, 20 % rezerva kapacity PCS, konzervativní inženýrský předpoklad)
• Případ plného zatížení na jednu jednotku (125 kW/ jednotku) viz referenční případ v §2.9 (extrémní provozní podmínky)

2.3 Tabulka výběru pro duální provozní režim (současné nabíjení + zatížení, nejpřísnější)

Předpoklady (při plném nabíjecím výkonu, v souladu se jmenovitým výkonem PCS):

• Nabíjecí výkon jednoho PCS = 125 kW (plný výkon, stejný jako vybíjecí výkon PCS)
• Celkový nabíjecí výkon = N × 125 kW
• Maximální zatížení v jednom režimu P_load = N × 100 kW (80 % kapacity PCS, v souladu s inženýrským přístupem v §2.2)
• cosφ výchozí 0,8 (typické průmyslové a komerční aplikace)

Zdůvodnění předpokladu plného nabíjecího výkonu: EMS v projektech úložišť energie obvykle neomezuje nabíjecí výkon (v době nabíjení je cena elektřiny nízká, proto je podporováno intenzivní nabíjení). Konzervativně se předpokládá plný výkon 125 kW/jednotku, tvoří kontrast s variantou omezení výkonu (A) v §6.5.

> Přístup uživatele k plnému zatížení (P_load = N × 125 kW) viz referenční případ v §6.9 (1250+1250=2500 kW → EQS-4000R, červená linie R7), což je přísnější než tato tabulka.

⚠️ Závažné upozornění: Při předpokladu plného nabíjecího výkonu se u 4 a více PCS blížíme horní hranici EQS-2000R, u 6 a více je nutné přejít na vyšší specifikaci EQS-2600R/4000R.

2.4 Srovnání výběru jednoho provozního režimu vs. dvou provozních režimů (klíčový poznatek)

Klíčové poznatky:

• Pro dva provozní režimy je zapotřebí vyšší třída EQS než pro jeden režim, navýšení o 1–2 třídy;
• N ≤ 3 jednotky: rozdíl mezi jedním a dvěma režimy je malý, EQS-500/750 pokryjí oba případy;
• N = 4–6 jednotek: u dvou režimů navýšení o 1 třídu, EQS-2000R je maximální kapacita pokrytá v rámci aktuální specifikace;
• N ≥ 7 jednotek: dva provozní režimy vyžadují EQS-2600R/4000R.

2.5 Kompromisní řešení projektu (dvojitý provozní režim pokrývá N ≥ 7 jednotek PCS)

Podrobný výpočet pro řešení A (omezení nabíjecího výkonu na ≤ 50 kW/jednotku):

Řešení B: Nabíjení mimo špičku (doporučeno):

• Období nízkého tarifu: nízká cena elektřiny → doba nabíjení
• Období špičky: vysoká cena elektřiny → vybíjení se zatížením + bez nabíjení

Při nabíjení mimo špičku se doby nabíjení a zatížení přirozeně nepřekrývají, takže dvojitý provozní režim přechází na pokrytí jedním provozním režimem. Jedná se o nejpoužívanější řešení v oblasti průmyslových a komerčních systémů pro ukládání energie.

Řešení C: Rozšíření výběru EQS:

Překročení horní hranice specifikace projektu a rozšíření na EQS-2600R (2600 A) nebo EQS-4000R (4000 A).

• EQS-2600R – kapacita 400 V: 1800 kVA
• EQS-4000R – kapacita 400 V: 2770 kVA
• Vhodné pro scénáře s plným nabíjecím výkonem u 10 jednotek PCS

2.6 Výběr AC 800V vysokonapěťové platformy

• Pokud zákazník používá 800V platformu (ve spojení s ENJOY 215 kW PCS), kapacita EQS pro jeden provozní režim se zdvojnásobí (při stejné proudové úrovni), doba přepnutí se sníží z ≤20 ms na ≤30 ms.

Pravidlo: 1–2 → EQS-500 | 3–4 → EQS-750 | 5–8 → EQS-1300 | 9–10 → EQS-2000

2.7 Rozhodovací strom pro výběr zařízení

Příklad typického výsledku výběru zařízení:

2.8 Shrnutí klíčových vzorců pro výběr zařízení

Zdánlivý výkon EQS (kVA) ≥ [nabíjecí výkon PCS (kW) + výkon spotřeby zátěže (kW)] / cosφ

S_EQS ≥ (N × P_charge + P_load) / cosφ

kde:
  S_EQS    zdánlivý výkon EQS (kVA)
  N        počet jednotek PCS
  P_charge nabíjecí výkon jedné PCS (kW), při jednom provozním režimu = 0
  P_load   výkon spotřeby zátěže (kW)
  cosφ     účiník (u průmyslových a komerčních instalací po kompenzaci obvykle 0,90–0,98)

Červená linie R6 (výběr zařízení určují dva provozní režimy):

Červená linie R7:

10 jednotek PCS při plném nabíjecím výkonu + plné zatížení 1250 kW současně → celkový výkon 2500 kW → je nutné zvolit EQS-4000R (2770 kVA) a zároveň cosφ ≥ 0,91.

3 Schéma topologie produktového portfolia

3.1 Schéma elektrického zapojení EQS

3.2 Skříň pro ukládání energie řady S (PCS + baterie v jednom)

• Podrobná konfigurační tabulka je následující:

3.3 Řada A PCS integrovaná skříň + 261D bateriová skříň

Řada A je venkovní PCS integrovaná skříň uvedená na trh společností HOENERGY, kterou je nutné používat ve spojení s bateriovými skříněmi D-Cube-261D (řada A a řada D jsou fyzicky odděleny a propojeny stejnosměrnou sběrnicí). PCS řady A je rovněž založen na 125 kW modulech En Jiu (stejná hardwarová platforma PCS jako u řady S), kompatibilita s přepínači En Jiu EQS byla ověřena.

Srovnání výběru řady A vs. řady S:

Příklad připojení řady A (typická konfigurace 2 MWh):

• D-Cube-A500 (500 kW PCS) × 2 + D-Cube-261D × 8 = 1000 kW PCS + 2,088 MWh
• Připojení k EQS-2000R (13385 kVA) nebo EQS-4000R (2770 kVA)
• Podrobnosti o řešení řady A konzultujte s technickými pracovníky HOENERGY

Rozhraní D-Cube a EQS:

D-Cube AC výstup (U/V/W/N2)  ──►  EQS svorky na straně zátěže
D-Cube DI/DO (přepínání VSG) ──►  EQS řídicí svorky DO4+/DO4-, DI3+/DI3-
D-Cube povolení algoritmu VSG ──►  0x5066 / 0x02FF přednastaveno

§4 Vnitřní struktura EQS + princip přepínání ≤20 ms

4.1 Základní komponenty statického přepínače EQS

Jádrem EQS je obousměrný statický přepínač se zpětně paralelně zapojenými tyristory (SCR), kde každý pól (A/B/C nebo s N) tvoří dvě zpětně paralelně zapojené SCR, které vytvářejí jednotku pro obousměrnou vodivost. To je základní důvod, proč dokáže dosáhnout ≤20 ms.

4.2 Klíčová otázka: Je EQS čistě polovodičový, nebo hybridní polovodič + mechanický?

Q. Je EQS čistě polovodičový spínač (pouze SCR), nebo hybridní polovodič + mechanický?

🔴 A. Hybridní polovodič + mechanický (Hybrid Static Switch) — jedná se o klíčový návrh, který stojí za 99,97% účinností EQS při plném zatížení:

4.3 Přepínací sekvence ≤20 ms

Síť → ostrov (výpadek sítě):

t=0 ms      Porucha sítě
t<5 ms      PCS detekuje bypass napětí 0x0AAF: 0→2 (přechodný stav)
t=5-10 ms   Řídicí deska EQS vyhodnotí: výpadek sítě → spustí přípravu sepnutí SCR
t=10-15 ms  EQS mechanický bypass rozepne (oddálení kontaktů)
            + SCR převezme vedení (přirozená komutace, přepnutí při průchodu proudu nulou)
t=15-20 ms  Mechanický bypass zcela rozepnut, veškerý proud zátěže prochází přes SCR
            + PCS přepne do ostrový režim VSG (0x5066=1, 0x02FF=1)
t≤20 ms     Přepnutí dokončeno, zátěž je trvale napájena PCS VSG
            + 0x0219 řídicí povel STS: 1→0
            + 0x0F3A DI3 desky A3 hlásí rozepnutí externího spínače

Ostrov → síť (obnova sítě):

t=0 s       Obnova sítě (0x0AAF: 1→2→0)
t=0 s       PCS přechází do fáze pomocné sekundární regulace frekce
            - EMS načte 0x018C/0x018D pro výpočet P_tot/Q_tot
            - Nastaví P_tot/n do 0x500E (Pset), krok ≤10 %, interval ≥100 ms
t=90-180 s  Frekvence/napětí se sladí se síťovou referencí
t=okamžik sepnutí  EQS mechanický bypass sepne (při průchodu proudu nulou)
            + 0x0219 řídicí povel STS: 0→1
            + 0x0F3A DI3 hlásí sepnutí externího spínače
t=po sepnutí      SCR se přirozeně vypne, ustálená cesta je obnovena mechanickým bypassem
            + PCS přepne do síťový režim VSG (0x5066=0)

4.4 Princip nulového proudu při spínání

Klíčem k dosažení doby ≤20 ms u EQS je přirozená komutace (Natural Commutation):

Otázka: Co je přirozená komutace? Proč musí spínání probíhat při nulovém proudu?

🔴 Odpověď: Přirozená komutace = využití vlastnosti střídavého proudu, který sám každých 10 ms (při 50 Hz) prochází nulou, takže k přepnutí kanálu SCR dochází v okamžiku průchodu proudu nulou.

• SCR je polořízený prvek; jakmile sepne, musí počkat na průchod proudu nulou, aby mohl být vypnut (nelze jej nuceně vypnout);
• u síťového kmitočtu 50 Hz dochází k průchodu nulou každých 10 ms, takže nejpozději do 10 ms se nulový bod vždy vyskytne;
• EQS přepíná v bodě průchodu proudu nulou → spínání při nulovém proudu, bez oblouku, bez rázu, bez napěťových špiček;
• právě proto může EQS dosáhnout životnosti až 1 milion cyklů (čistě mechanické spínače jsou spalovány elektrickým obloukem na kontaktech, čistě polovodičové SCR mají naopak velké ztráty při trvalém vedení proudu).

§5 Křivka životnosti EQS + data o spolehlivosti

5.1 EQS životnostní algoritmus (tvrdý kritérium pro výběr projektu)

Vzorec pro výběr životnosti EQS:

Návrhová životnost EQS ≥ Životnost projektu × Roční počet přepnutí × Bezpečnostní koeficient

Kde:
- Životnost projektu = 15 let (průmyslový a komerční standard)
- Roční počet přepnutí = Počet síťových anomálií/rok × Bezpečnostní rezerva (2–3×)
- Bezpečnostní koeficient = 1,5 (konzervativní)

Typický příklad výpočtu životnosti projektu:

5.2 Zdroj životnosti 1 milion cyklů (měření ENJOY)

Životnost 1 milion cyklů EQS vychází z měření provedeného v závodě Enjiu, klíčové údaje:

Klíčový výklad: 1 milion cyklů je mechanická životnost (bez opotřebení kontaktů); elektrická životnost (včetně opotřebení kontaktů) je ≥100 000 cyklů.
Standardní typ EQS je z výroby dimenzován na 100 000 cyklů, typ s prodlouženou životností je dimenzován na 1 milion cyklů.

5.4 Doporučení pro výběr (podle typu projektu)

§6 Tři hlavní mechanismy VSG + součinnost s EQS

6.1 Tři hlavní mechanismy VSG

6.2 Časová koordinace přepínání EQS a tří hlavních mechanismů VSG

                 Mechanický EQS úkon        VSG odezní rukojeť
             SZS úkon         PCS zátěž
             ─────────────         ────────────
t=0 ms           Porucha sítě                  PCS detekuje 0x0AAF=2 (přechodný děj)
                                                ↓
t=0-5 ms         EQS spustí přípravu SCR       PCS J (virtuální setrvačnost) startuje
                                                Uvolňuje „virtuální kinetickou energii rotoru"
                                                Potlačuje pokles frekvence RoCoF
                                                ↓
t=5-15 ms        EQS mechanický bypass vypne   PCS D (virtuální tlumení) startuje
                 SCR přebírá vedení            Záporná zpětná vazba potlačuje přechodné kmity
                                                ↓
t=15-20 ms      EQS zcela vypne                PCS Kf (primární regulace frekvence) startuje
                 Zátěž 100 % jde přes SCR       P-f klesání, ustálení do rovnováhy
                                                ↓
t≤20 ms         Přepnutí dokončeno             PCS již běží v ustáleném stavu
                                                0x5066=1, 0x02FF=1
                                                0x500E Pset příkaz k podání
                                                ↓
t>20 ms         Ustálený mechanický bypass vypnutý  VSG pokračuje v tvorbě sítě
                 SCR vypne                      Čeká na 0x0AAF=0 (obnovení sítě)

6.3 Síťová porucha – podpora formováním sítě při 1,5× jmenovitém výkonu / 200 ms

Q. Proč je VSG schopen dodat 1,5× jmenovitý výkon po dobu 200 ms?

🔴 A. Ze dvou důvodů:

Praktický přínos:

• V běžných scénářích průmyslových a komerčních sítí 0,4 kV se okamžité poruchy sítě (úder blesku, zkrat zařízení) vyskytují přibližně 5–10× ročně;
• Podpůrná schopnost VSG 1,5× umožňuje PCS aktivně dodávat jalový výkon během poruchy a podporovat obnovu síťového napětí;
• Toto čistě řízení PCS typu PQ nedokáže – režim PQ pouze sleduje zadané instrukce a síť aktivně nepodporuje.

7 Podrobný rozbor referenčního případu: výběr 10 jednotek PCS pro dva provozní režimy

Otázka zákazníka: Potřebuji 10 jednotek PCS o výkonu 125 kW (10 × 125 = 1250 kW celkového výkonu PCS), zátěž je také 1250 kW (plné zatížení), nabíjení a zátěž probíhají současně. Který EQS mám zvolit?

7.1 Nabíjení + současný výkon se zátěží

Známé hodnoty:

• Počet PCS jednotek N = 10
• Celkový výkon PCS = 10 × 125 = 1250 kW
• Celkový výkon zátěže = 1250 kW (plné zatížení, bez rezervy)
• Nabíjení a zátěž probíhají současně (scénář bez časově rozlišené sazby nebo požadavek zákazníka na 0 přepnutí)
• Celkový nabíjecí výkon = 10 × 125 = 1250 kW

Výpočet (červená čára R6):

7.2 Porovnání kandidátních modelů EQS (10 jednotek PCS při plném výkonu ve dvou provozních režimech)

Klíčový závěr (červená linka R7): 10 jednotek PCS při plném nabíjecím výkonu + 1250 kW plné zatížení současně → EQS-4000R (2770 kVA) je jediný použitelný model, avšak s tvrdým technickým omezením:

• cosφ < 0,91 → EQS-4000R je přetížen (červená linka se aktivuje, nutno snížit výkon nebo zvětšit specifikaci)
• cosφ ≥ 0,91 → EQS-4000R je bezpečný (po kompenzaci průmyslovým SVG/kondenzátory se obvykle dosáhne 0,92–0,98)
• cosφ ≥ 0,95 → EQS-4000R s rezervou 5 % (nejideálnější provozní režim)

7.3 Čtyři kompromisní cesty realizace (seřazeno podle priority)

Doporučená řešení:

§8 EQS zapojení a definice signálů

7.1 Výkonové svorky

7.2 Řídicí svorky (jádro: DIO digitální)

7.3 Vstup napájení řízení

⚠️ Červená linie R9: Řídicí napájení EQS 220 VAC musí být napájeno nezávisle a nesmí být odebíráno ze stejnosměrné sběrnice PCS (aby se zabránilo ztrátě napájení v okamžiku přepnutí).

7.4 Signálový diagram EQS-D-Cube

7.5 Továrně předintegrovaná rozhraní (D-Cube ↔ EQS)

§8 Čtyři pracovní můdy

8.1 Přehled režimů

§9 Často kladené dotazy a otevřené otázky

9.1 Často kladené otázky (seřazeno podle frekvence dotazů)

Q1. Je doba přepnutí ≤20 ms skutečná?

🔴 A. EQS „ve spojení s 125 kW (IP20) PCS ≤20 ms" za podmínky, že PCS je v režimu VSG a zapojení DO4/DI3 je provedeno správně.

Q2. Jak dlouho dokáže PCS po přepnutí do ostrovního režimu nepřetržitě dodávat energii?

🔴 A. Závisí na kapacitě akumulace. D-Cube-S125 (125 kWh) při plném zatížení 125 kW vydrží 1 hodinu, D-Cube-S261 (261 kWh) při plném zatížení 2 hodiny, řada A až 8 hodin. Při SOC pod 20 % se doporučuje přepnout na dieselgenerátor nebo snížit zatížení.

Q3. Proč je horní limit paralelního řazení VSG 10 jednotek, a ne 12?

🔴 A. Algoritmus VSG sám o sobě podporuje 12 jednotek, ale aktuálně je provozně omezen na 10, a to ze tří důvodů:

1. Stabilita vyrovnávání SOC: 10 jednotek je inženýrsky ověřený horní limit;
2. Proudová hustota jedné jednotky EQS: 10 jednotek × 125 kW = 1,25 MW, proudovou hustotu EQS-2000R (2000 A) lze udržet pod kontrolou;
3. Budoucí rozšíření: ve druhé fázi projektu lze rozšířit na 12 jednotek (teoretický limit VSG) bez nutnosti výměny EQS.

Q4. Jak je při paralelním řazení více PCS zajištěna konzistence SOC?

🔴 A. EMS zasílá prostřednictvím registrů 0x500E/0x500F pokyny pro sekundární regulaci frekvence a přiděluje výkon podle poměru SOC. Tvrdé omezení: rozptyl výkonu jednotlivých PCS ≤ (celkové zatížení / počet PCS) × 20 %.

Q5. EQS-2000R je 3P bez N1 – lze jej použít v systémech TN-C/TN-S?

🔴 A. Vyžaduje zvláštní posouzení. Model 3P nemá svorku N1; pokud zátěž v systému TN-C/TN-S vyžaduje nulový vodič, je nutné zvolit 4P model (EQS-500/750/1300) nebo použít externí řešení pro vytvoření umělého uzlu.

Příloha A Klíčové červené linie

A.1 Konstrukční červené linie (jejich porušení způsobí nefunkčnost návrhu)

Konvence číslování červených linií: R1–R5 = obecná inženýrská omezení (§0.2 zkratky); R6–R10 = tvrdá omezení výběru zařízení v §6 tohoto projektu (přímo řídí tabulky v §6.x); R11–R12 = hranice parametrů VSG (kontrolovány při ladění).