Esquema de conmutación sin interrupciones del interruptor de transferencia rápida + PCS (<20 ms)

Fecha de elaboración: 2026-09-07 Unidad elaboradora: Centro Técnico - Departamento de Negocios en el Extranjero de Hoenergy Elaborado por: Alvin

P. Problema central del cliente: ¿Cómo puede el sistema de almacenamiento de energía garantizar que las cargas no se interrumpan cuando se produce un corte en la red eléctrica durante la operación en paralelo? ¿Cuál es el tiempo de conmutación alcanzable?

🔴 A. Conclusiones clave

🔴 B. Resumen rápido de las tres líneas rojas

La lista completa de líneas rojas R1-R10 se encuentra en el Apéndice A.

§1 Portafolio de productos (Hoenergy D-Cube + En Jiu EQS)

1.1 Resumen de la cartera de productos

1.2 Enjoy EQS Series (6 modelos en todos los niveles de corriente)

⚠️ Con PCS de 125 kW (AC400V), el tiempo de conmutación es ≤20 ms; con PCS de 215 kW (AC800V), el tiempo de conmutación es ≤30 ms.

Parámetros técnicos de EQS: Ficha de producto EQS

1.3 Dimensiones e instalación del producto EQS

1.3.1 Dimensiones del producto

1.3.2 Método de instalación

✅ Método de instalación correcto: fijado a la pared en posición perpendicular al suelo

❌ Método de instalación incorrecto: instalado en paralelo al suelo

§2 Selección de EQS (según el número de PCS de 125 kW × N)

2.1 Principio general de selección: condiciones duales决定

Fórmula clave:

Capacidad aparente del EQS ≥ potencia máxima de carga del PCS + potencia consumida por la carga (debe cumplirse en cualquier condición de funcionamiento)

Por qué la condición dual es la condición决定:

1. Ruta de corriente de carga: red eléctrica → EQS → PCS → batería (pasa por el EQS)
2. Ruta de corriente de carga: red eléctrica → EQS → carga (pasa por el EQS)
3. Las dos corrientes se suman algebraicamente en el EQS (en la misma dirección)
4. Cuando el período de carga (recarga de almacenamiento en horas valle de tarifa) se superpone con el período de alta demanda de carga → el flujo por el EQS alcanza su pico

Supuestos de potencia de carga (condiciones típicas de funcionamiento):

2.2 Requisitos de carga (Capacidad off-grid del PCS EnJoy)

Lo que VSG realmente mejora son estos tres escenarios:

1. Arranque de motores: la inercia virtual J simula el almacenamiento de energía del rotor, capaz de absorber el impacto de la corriente de arranque de 6-8 veces sin provocar colapso de frecuencia (en modo VF, la corriente de impacto provoca directamente una caída de frecuencia).
2. Corriente de energización (inrush) de transformadores: el amortiguamiento virtual D suprime las oscilaciones transitorias.
3. Distribución de potencia en paralelo multi-unidad: más estable gracias a la impedancia virtual.

Cargas no aplicables o que requieren evaluación especial (mismas limitaciones que el modo VF):

1. Equipos monofásicos de alta potencia (>30 % de la potencia total) requieren un transformador de aislamiento DyN11.
2. Arranque directo de motores grandes (>10 kW) requiere arranque suave o arranque estrella-triángulo.
3. Cargas no lineales (variadores de frecuencia, rectificadores, THD > 8 %) requieren filtro activo APF.
4. Cargas de impacto (máquinas de soldar por puntos, hornos de arco) requieren ampliar la capacidad del PCS 1,5-2 veces.
5. Bancos de compensación capacitiva excesivos (>30 % de la capacidad del PCS) pueden provocar autoexcitación y oscilaciones.
6. Funcionamiento en paralelo con generadores diésel / fotovoltaica requiere verificación de sincronismo y control coordinado.

2.2 Tabla de selección para una sola condición de funcionamiento (solo carga, la batería no se carga)

Supuestos:

• cosφ = 0,8 (valor típico en aplicaciones industriales y comerciales antes de la compensación; tras la compensación suele situarse entre 0,90 y 0,98)
• En una sola condición de funcionamiento, el PCS solo descarga, con la batería con carga suficiente
• Carga máxima en una sola condición de funcionamiento P_load = N × 100 kW (80 % de la capacidad del PCS, dejando un margen del 20 % sobre la capacidad del PCS, supuesto de ingeniería conservadora)
• Para el dimensionamiento a plena carga del usuario (125 kW/unidad), consulte el caso de referencia en condiciones extremas de la §2.9

2.3 Tabla de selección de doble condición de operación (carga + consumo simultáneos, la más estricta)

Supuestos (carga a plena potencia, en concordancia con la potencia nominal del PCS):

• Potencia de carga de un solo PCS = 125 kW (plena potencia, igual a la potencia de descarga del PCS)
• Potencia total de carga = N × 125 kW
• Carga máxima en condición única de operación P_load = N × 100 kW (80% de la capacidad del PCS, coherente con el criterio de ingeniería §2.2)
• cosφ predeterminado 0,8 (típico para uso industrial y comercial)

Origen del supuesto de carga a plena potencia: en proyectos de almacenamiento de energía, el EMS generalmente no limita la potencia de carga (durante los periodos de carga la tarifa eléctrica es baja, por lo que se incentiva cargar lo máximo posible). Como supuesto conservador se toma plena potencia de 125 kW por unidad, en contraste con el esquema de limitación de potencia §6.5 (A).

> Criterio de carga plena del usuario (P_load = N × 125 kW) véase §6.9 caso de referencia (1250+1250=2500 kW → EQS-4000R, línea roja R7), más estricto que esta tabla.

⚠️ Advertencia grave: bajo el supuesto de carga a plena potencia, con más de 4 PCS ya se está cerca del límite del EQS-2000R, y con más de 6 PCS es obligatorio ampliar la especificación al EQS-2600R/4000R.

2.4 Comparación de selección entre modo único y modo dual (conclusión clave)

Conclusión clave:

• El modo dual requiere un EQS de gama más alta que el modo único, con un aumento de 1 a 2 gamas;
• N ≤ 3 unidades: la diferencia entre modo único y dual es pequeña, EQS-500/750 pueden cubrir ambos casos;
• N = 4-6 unidades: en modo dual se sube 1 gama, EQS-2000R es la capacidad máxima cubrible dentro de las especificaciones actuales;
• N ≥ 7 unidades: el modo dual requiere EQS-2600R/4000R.

2.5 Solución de compromiso de ingeniería (cobertura de doble régimen de funcionamiento con N ≥ 7 PCS)

Cálculo detallado de la solución A (limitación de la potencia de carga ≤ 50 kW/unidad):

Solución B: carga en horario valle (recomendada):

• Periodo valle: tarifa baja → periodo de carga
• Periodo punta: tarifa alta → descarga con carga + sin carga

Con la carga en horario valle, los periodos de carga y de carga del sistema se solapan, la cobertura en doble régimen se transforma en cobertura en un único régimen de funcionamiento. Es la solución más utilizada en el almacenamiento de energía industrial y comercial.

Solución C: ampliación de la selección de EQS:

Supera el límite superior de especificación del proyecto y se amplía a EQS-2600R (2600 A) o EQS-4000R (4000 A).

• Capacidad del EQS-2600R a 400V: 1800 kVA
• Capacidad del EQS-4000R a 400V: 2770 kVA
• Apto para escenarios de carga a plena potencia de 10 unidades PCS

2.6 Selección de plataforma de alta tensión AC 800V

• Si el cliente adopta una plataforma de 800V (con PCS ENJOY de 215 kW), la capacidad del EQS para un único modo de funcionamiento se duplica (con el mismo nivel de corriente), el tiempo de conmutación se reduce de ≤20 ms a ≤30 ms.

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

2.7 Árbol de decisiones de selección

Ejemplo de resultados típicos de selección:

2.8 Resumen de las fórmulas clave para la selección

Capacidad aparente del EQS (kVA) ≥ [Potencia de carga del PCS (kW) + Potencia consumida por la carga (kW)] / cosφ

S_EQS ≥ (N × P_charge + P_load) / cosφ

Donde:
  S_EQS    Capacidad aparente del EQS (kVA)
  N        Número de unidades PCS
  P_charge Potencia de carga de un solo PCS (kW), = 0 en condición simple
  P_load   Potencia consumida por la carga (kW)
  cosφ     Factor de potencia (normalmente 0.90-0.98 tras compensación en entornos industriales y comerciales)

Línea roja R6 (La condición dual determina la selección):

Línea roja R7:

10 unidades PCS cargando a plena potencia + 1250 kW a plena carga simultáneamente → potencia total de 2500 kW → se debe seleccionar el EQS-4000R (2770 kVA), y cosφ ≥ 0.91.

3 Diagrama de topología de la combinación de productos

3.1 Diagrama de cableado eléctrico EQS

3.2 Armario integrado de almacenamiento de la serie S (PCS + batería integrados)

• La tabla de configuración detallada es la siguiente:

3.3 A-Series PCS Integrated Cabinet + 261D Battery Cabinet

The A-Series is the outdoor PCS integrated cabinet launched by HOENERGY, which needs to be used together with the D-Cube-261D battery cabinet (A and D are physically separated, connected via a DC bus). The A-Series PCS is also based on the En Jiu 125 kW module (same PCS hardware platform as the S-Series), compatibility with the En Jiu EQS switch has been verified.

Comparación de selección entre la serie A y la serie S:

Ejemplo de integración de la serie A (configuración típica de 2 MWh):

• D-Cube-A500 (500 kW PCS) × 2 + D-Cube-261D × 8 = 1000 kW PCS + 2,088 MWh
• Conexión a EQS-2000R (13385 kVA) o EQS-4000R (2770 kVA)
• Para soluciones detalladas de la serie A, contacte con el personal técnico de HOENERGY

Interfaz entre D-Cube y EQS:

Salida de CA de D-Cube (U/V/W/N2)  ──►  Terminal del lado de carga del EQS
DI/DO de D-Cube (conmutación VSG) ──►  Terminal de control del EQS DO4+/DO4-, DI3+/DI3-
Habilitación del algoritmo VSG de D-Cube ──►  0x5066 / 0x02FF preestablecidos

§4 Estructura interna del EQS + Principio de conmutación ≤20 ms

4.1 Componentes principales del interruptor estático EQS

El núcleo del EQS es un interruptor estático con tiristores (SCR) antiparalelos bidireccionales; cada polo (A/B/C o U/N) está formado por dos SCR conectados en antiparalelo que componen una unidad de conducción bidireccional. Esta es la razón fundamental por la que puede alcanzar ≤20 ms.

4.2 Pregunta clave: ¿El EQS es totalmente de estado sólido o un híbrido de estado sólido + mecánico?

P. ¿El EQS es un interruptor totalmente de estado sólido (solo SCR) o un híbrido de estado sólido + mecánico?

🔴 R. Híbrido de estado sólido + mecánico (Hybrid Static Switch) — este es el diseño clave que permite al EQS alcanzar una eficiencia a plena carga del 99,97 %:

4.3 Secuencia de conmutación ≤20 ms

De red a isla (caída de la red):

t=0 ms      Fallo de red
t<5 ms      PCS detecta tensión de bypass 0x0AAF: 0→2 (transitorio)
t=5-10 ms   Placa de control EQS evalúa: caída de red → activa preparación de conducción SCR
t=10-15 ms  EQS abre bypass mecánico (separación de contactos)
            + SCR asume la conducción (conmutación natural, en paso por cero de corriente)
t=15-20 ms  Bypass mecánico completamente abierto, toda la corriente de carga circula por SCR
            + PCS conmuta a modo isla VSG (0x5066=1, 0x02FF=1)
t≤20 ms     Conmutación completada, la carga es alimentada continuamente por PCS VSG
            + 0x0219 Comando de control STS: 1→0
            + 0x0F3A A3 placa DI3 realimenta apertura del interruptor externo

De isla a red (recuperación de la red):

t=0 s       Recuperación de red (0x0AAF: 1→2→0)
t=0 s       PCS entra en fase de regulación secundaria auxiliar de frecuencia
            - EMS lee 0x018C/0x018D para calcular P_tot/Q_tot
            - Establece P_tot/n en 0x500E (Pset), paso ≤10%, intervalo ≥100 ms
t=90-180 s  Frecuencia/tensión alineadas con referencia de red
t=instante de cierre  EQS cierra bypass mecánico (en paso por cero de corriente)
            + 0x0219 Comando de control STS: 0→1
            + 0x0F3A DI3 realimenta cierre del interruptor externo
t=después del cierre  SCR se apaga naturalmente, ruta estable restablece conducción por bypass mecánico
            + PCS conmuta a modo red VSG (0x5066=0)

4.4 Principio de conmutación de corriente cero

La clave para que EQS logre un tiempo de conmutación ≤20 ms es la conmutación natural (Natural Commutation):

P. ¿Qué es la conmutación natural? ¿Por qué es imprescindible realizar la conmutación con corriente cero?

🔴 R. Conmutación natural = aprovechar la característica de la corriente alterna, que pasa por cero cada 10 ms (50 Hz), para completar la conmutación del canal SCR en el instante en que la corriente cruza por cero.

• El SCR es un dispositivo semiconductor semicontrolado: una vez que entra en conducción, debe esperar a que la corriente se haga cero para poder bloquearse (no se puede forzar su bloqueo);
• En la frecuencia industrial de 50 Hz, la corriente pasa por cero cada 10 ms, por lo que siempre habrá un paso por cero en un tiempo máximo de espera de 10 ms;
• EQS conmuta en el punto de cruce por cero de la corriente → conmutación con corriente cero, sin arco, sin sobrecorrientes y sin picos de tensión;
• Esta es la razón por la que la vida útil de EQS puede alcanzar 1 millón de operaciones (los interruptores puramente mecánicos sufren erosión de contactos por arco, mientras que los SCR puramente de estado sólido presentan elevadas pérdidas por conducción prolongada).

§5 Curva de vida útil EQS + Datos de fiabilidad

5.1 Algoritmo de vida útil EQS (requisito rígido para la selección de proyectos)

Fórmula de selección de vida útil EQS:

Vida útil de diseño EQS ≥ Vida útil del proyecto × Número de conmutaciones anuales × Coeficiente de seguridad

Donde:
- Vida útil del proyecto = 15 años (estándar comercial e industrial)
- Número de conmutaciones anuales = Número de anomalías de la red/año × Margen de seguridad (2-3 veces)
- Coeficiente de seguridad = 1,5 (conservador)

Ejemplo típico de cálculo de vida útil del proyecto:

5.2 Origen del millón de ciclos de vida útil (medición real de ENJOY)

La vida útil de 1 millón de ciclos del EQS proviene de mediciones reales realizadas en la fábrica de ENJOY. Datos clave:

Interpretación clave: 1 millón de ciclos corresponde a la vida mecánica (sin desgaste de contactos); la vida eléctrica (con desgaste de contactos) es ≥100 000 ciclos.
El EQS estándar de fábrica se etiqueta con 100 000 ciclos, mientras que la versión de larga duración se etiqueta con 1 millón de ciclos.

5.4 Recomendaciones de selección (por tipo de proyecto)

§6 Los tres mecanismos principales del VSG y la coordinación con EQS

6.1 Los tres mecanismos centrales de VSG

6.2 Conmutación del EQS y secuencia de cooperación de los tres mecanismos del VSG

                 Acción mecánica del EQS              Respuesta del algoritmo VSG
                 ────────────────────────              ───────────────────────
t=0 ms           Fallo en la red                        PCS detecta 0x0AAF=2 (transitorio)
                                                       ↓
t=0-5 ms         EQS activa preparación SCR            PCS J (inercia virtual) se inicia
                                                       Libera "energía cinética del rotor virtual"
                                                       Suprime la caída de frecuencia RoCoF
                                                       ↓
t=5-15 ms        EQS abre bypass mecánico               PCS D (amortiguamiento virtual) se inicia
                 SCR toma la conducción                 Retroalimentación negativa suprime la oscilación transitoria
                                                       ↓
t=15-20 ms      EQS totalmente abierto                     PCS Kf (regulación primaria de frecuencia) se inicia
                 Carga 100% a través de SCR               Caída P-f, recuperación del estado estacionario
                                                       ↓
t≤20 ms          Conmutación completada                 PCS en estado estacionario
                                                       0x5066=1, 0x02FF=1
                                                       Comando de ajuste inferior de Pset 0x500E
                                                       ↓
t>20 ms          Bypass mecánico estable abierto         VSG continúa formando red
                 SCR apagado                            Esperando 0x0AAF=0 (red recuperada)

6.3 Soporte de formación de red ante falla del lado de la red con 1,5 veces la potencia nominal / 200 ms

P. ¿Por qué el VSG puede proporcionar 1,5 veces la potencia nominal durante 200 ms?

🔴 R. Dos razones:

Valor de aplicación:

• En los escenarios comerciales e industriales predominantes de 0,4 kV, la frecuencia de fallas instantáneas de la red (impactos de rayos, cortocircuitos en equipos) es de aproximadamente 5-10 veces/año;
• La capacidad de soporte de 1,5 veces del VSG permite al PCS inyectar reactiva de forma activa durante la falla, apoyando la recuperación de tensión del lado de la red;
• Esto no puede lograrse con un PCS que solo disponga de control PQ: el modo PQ únicamente sigue las consignas, sin soportar activamente la red.

7 Análisis detallado de un caso de referencia: selección de 10 PCS con doble condición de funcionamiento

P. Pregunta del cliente: Necesito 10 PCS de 125 kW (10 × 125 = 1250 kW de potencia total de PCS), la carga también es de 1250 kW (a plena carga), la carga y la descarga ocurren simultáneamente, ¿qué EQS debo elegir?

7.1 Carga + Superposición de potencia de carga

Datos conocidos:

• Número de PCS N = 10
• Potencia total del PCS = 10 × 125 = 1250 kW
• Potencia total de la carga = 1250 kW (carga completa, sin margen)
• La carga y la demanda de carga ocurren simultáneamente (escenario sin tarifa diferenciada por horario o requisito del cliente de conmutación 0)
• Potencia total de carga = 10 × 125 = 1250 kW

Cálculo (línea roja R6):

7.2 Comparación de modelos EQS candidatos (según 10 PCS a plena potencia en doble condición)

Conclusión clave (línea roja R7): 10 PCS en carga a plena potencia + 1250 kW a plena carga simultáneamente → EQS-4000R (2770 kVA) es el único modelo utilizable, pero con restricciones duras de ingeniería:

• cosφ < 0,91 → EQS-4000R sobrecargado (se activa la línea roja; se debe reducir potencia o ampliar la especificación)
• cosφ ≥ 0,91 → EQS-4000R seguro (tras la compensación con SVG/capacitores industriales y comerciales, normalmente se puede alcanzar 0,92-0,98)
• cosφ ≥ 0,95 → EQS-4000R con margen del 5 % (condición de trabajo más favorable)

7.3 Cuatro rutas de compromiso de ingeniería (ordenadas por prioridad)

Soluciones recomendadas:

§8 Cableado y definición de señales del EQS

7.1 Terminales de potencia

7.2 Bornes de control (núcleo: DIO digital)

7.3 Entrada de alimentación de control

⚠️ Línea roja R9: La alimentación de control del EQS a 220 VCA debe ser suministrada de forma independiente, y no puede tomarse del bus de CC del PCS (para evitar la pérdida de alimentación en el instante de la conmutación).

7.4 Diagrama de flujo de señales EQS-D-Cube

7.5 Interfaces preintegradas en fábrica (D-Cube ↔ EQS)

§8 Cuatro modos de operación

8.1 Resumen de modos

§9 Preguntas frecuentes (FAQ) y cuestiones pendientes de aclaración

9.1 Preguntas frecuentes (ordenadas por frecuencia de consulta)

P1. ¿El tiempo de conmutación ≤20 ms es real?

🔴 R. EQS "con PCS de 125 kW (IP20) ≤20 ms", siempre que el PCS esté en modo VSG y el cableado DO4/DI3 sea correcto.

P2. Después de cambiar a modo isla, ¿cuánto tiempo puede mantener la carga el PCS?

🔴 R. Depende de la capacidad de almacenamiento. El D-Cube-S125 (125 kWh) puede mantener 125 kW a plena carga durante 1 hora; el D-Cube-S261 (261 kWh) puede mantenerla 2 horas a plena carga, y la serie A puede funcionar hasta 8 horas. Cuando el SOC sea inferior al 20 %, se recomienda conmutar a generador diésel o reducir la carga.

P3. ¿Por qué el límite de paralelismo en VSG es de 10 unidades y no de 12?

🔴 R. El algoritmo VSG admite de por sí 12 unidades, pero actualmente se aplican 10 por tres motivos:

1. Estabilidad del equilibrado de SOC: 10 unidades es el límite máximo según la experiencia de ingeniería;
2. Densidad de corriente por EQS: 10 unidades × 125 kW = 1,25 MW; la densidad de corriente del EQS-2000R (2000 A) es controlable;
3. Ampliación futura: en la segunda fase del proyecto se puede ampliar a 12 unidades (límite teórico del VSG) sin necesidad de sustituir el EQS.

P4. ¿Cómo se garantiza la consistencia del SOC cuando hay varios PCS en paralelo?

🔴 R. El EMS envía consignas de regulación secundaria a través de 0x500E/0x500F y asigna la potencia de forma proporcional al SOC. Restricción rígida: la diferencia de potencia entre cada PCS debe ser ≤ (carga total / número de PCS) × 20 %.

P5. El EQS-2000R es 3P sin N1, ¿se puede utilizar en sistemas TN-C/TN-S?

🔴 R. Hay que confirmarlo especialmente. El modelo 3P no dispone de borne N1; si el sistema TN-C/TN-S requiere neutro (N) para las cargas, debe elegirse un modelo 4P (EQS-500/750/1300) o bien incorporar un tratamiento externo del punto neutro.

Anexo A Líneas rojas clave

A.1 Líneas rojas de diseño (su incumplimiento invalida la solución)

Convención de numeración de líneas rojas: R1–R5 = restricciones generales de ingeniería (§0.2 referencia rápida); R6–R10 = restricciones duras de selección del §6 de este proyecto (impulsan directamente las tablas del §6.x); R11–R12 = límites de parámetros VSG (verificar durante la puesta en marcha).