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STS + PCS无缝切换方案(<20ms)

30秒读懂

一句话:用 STS 做电网/电池秒级切换 + PCS 做构网离网运行,让储能柜替代或减配传统 UPS + 柴发。

0.1 核心卖点

  • 切换时间 ≤ 20 ms — 比ATS更快,无缝切换
  • 单系统 125 kW ~ 750 kW,最多 6 柜并机
  • 离网运行 ≥ 2 h(可扩展电池容量,可堆叠到 8 h)
  • 替代/减配柴发,省油省运维

0.2 四步选型路径

步骤 做什么 查哪
1 明确负载(功率 / 类型 / 备电时长) 客户输入
2 查 R1–R6 确定带载率 §7.1
3 算柜数 + 选 STS §5 + §6
4 校验充电 STS + 一次投载 §7.3

0.3 五条红线速记

  1. 储能充电功率 + 负载功率 ≤ STS(最大工作功率)
  2. 多模块一次投载 ≤ 40%
  3. 离网 cosφ ≥ 0.8
  4. 感性 / 钨丝 / 充电桩 → 必须 DyN11
  5. 6 柜是离网带载上限

1 适用产品

1.1 ENJOY 系列

类型 型号 容量
STS ESTS250-M (ESTS250-S) 250 kW
STS ESTS500-M (ESTS500/1000-S) 500 kW
PCS EPCS125-AM (D-Cube-A250/375/500) 125 kW
PCS EPCS125-AM-F (D-Cube-S125/261-EU) 125 kW

1.2 Hoenergy 系列

类型 型号 容量
STS ESTS250-S 250 kW
STS ESTS500-S 500 kW
STS ESTS1000-S 1000 kW
储能一体柜 D-Cube-S125/261-EU 125 kW / 261 kWh(液冷)
PCS 一体柜 D-Cube-A250 250 kW
PCS 一体柜 D-Cube-A375 375 kW
PCS 一体柜 D-Cube-A500 500 kW
电池柜 D-Cube-261D 261 kWh(与 A 系列配套)

2 系统构成

2.1 拓扑 A:一台 STS + 一台 PCS

图片

2.2 拓扑 B:一台 STS + 多台 PCS(电池一簇一管理)

图片

2.3 三大部件职责

部件 作用
STS 静态转换开关 实时检测电网状态,异常时快速切离电网,防止孤岛与反送电
PCS 储能变流器 并网时跟网运行(PQ 模式);离网时构网运行(VF 模式)
Bypass 旁路开关 维护检修 STS 时闭合,其余时段断开
电池系统 + BMS 存储电能,提供 SoC / SoH / 电芯状态数据,保障安全边界

3 工作模式

3.1 模式 1|并网运行(常态)

  • 负载由电网供电
  • 储能按 EMS 策略执行削峰填谷 / 需量管理 / 调频等经济性任务
  • PCS 工作在跟网(Grid-Following)模式

3.2 模式 2|离网切换(故障瞬间)

  1. STS 检测到市电电压/频率越限或失电
  2. STS 断开电网侧连接(毫秒级)
  3. PCS 由跟网切换至构网(Grid-Forming / VF)模式,主动建立电压与频率
  4. 负载在无感知的情况下继续运行

3.3 模式 3|离网供电(持续)

  • PCS 作为唯一电源,独立支撑负载
  • 供电时长 = 可用电量 ÷ 负载功率(例:1 柜 261 kWh,带 100 kW 负载 ≈ 2.3 h)
  • 如现场有光伏,可与 PV 组成微电网延长续航

3.4 模式 4|并网恢复

  • STS 检测电网恢复并稳定(设置并网时间,在多长时间内相位调整完成,并且从离网状态切换到并网状态)
  • PCS 同期后平滑并网,负载切回市电
  • 储能转入充电,为下一次停电做准备

4 典型应用场景

场景 痛点 方案价值
数据机房 / 通信基站 断电即业务中断 毫秒级接管,替代或减配 UPS 与柴发
精密制造 / 半导体 一次瞬断导致整批报废 保护关键工序,避免高额损失
医院 / 商业综合体 应急照明、电梯、消防必须保电 满足保障性负载供电要求
电网薄弱地区工厂 频繁停电、电压不稳 提升供电可靠性,稳定生产
离网 / 弱网微电网 无市电或市电不可靠 PV + BESS 构建独立供电系统

5 产品配置推荐表

配置表仅做标准场景下推荐具体选型需要根据负载类型工作场景等信息,根据第6节校验

STS 功率 = 储能充电功率 + 负载使用功率

单相负载上限 = min(PCS 总额定 × 带载率,PCS 总额定 ÷ 3)

5.1 ESTS + D-Cube-A 系列 + 261D

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电网侧(STS 总功率) 交流侧(PCS 总功率) 2 h 备电 4 h 备电 6 h 备电 8 h 备电
ESTS500-S (500 kW) 1 × D-Cube-A250 (250 kW) 2 × 261D (522 kWh) 4 × 261D (1044 kWh) 6 × 261D (1566 kWh) 8 × 261D (2088 kWh)
ESTS1000-S (1000 kW) 1 × D-Cube-A375 (375 kW) 3 × 261D (783 kWh) 6 × 261D (1566 kWh) 9 × 261D (2349 kWh) 12 × 261D (3132 kWh)
ESTS1000-S (1000 kW) 1 × D-Cube-A500 (500 kW) 4 × 261D (1044 kWh) 8 × 261D (2088 kWh) 12 × 261D (3132 kWh) 16 × 261D (4176 kWh)
ESTS1000-S (1000 kW) 1 × A375 + 1 × A250 (625 kW) 5 × 261D (1305 kWh) 10 × 261D (2610 kWh) 15 × 261D (3915 kWh) 20 × 261D (5220 kWh)
ESTS1000-S (1000 kW) 2 × D-Cube-A375 (750 kW) 6 × 261D (1566 kWh) 12 × 261D (3132 kWh) 18 × 261D (4698 kWh) 24 × 261D (6264 kWh)

5.2 ESTS + D-Cube-S125/261-EU 系列

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电网侧(STS 总功率) 交流侧 PCS 额定功率 电池容量
ESTS250-S (250 kW) 1 × D-Cube-S125/261-EU 125 kW 261 kWh
ESTS500-S (500 kW) 2 × D-Cube-S125/261-EU 250 kW 522 kWh
ESTS1000-S (1000 kW) 3 × D-Cube-S125/261-EU 375 kW 783 kWh
ESTS1000-S (1000 kW) 4 × D-Cube-S125/261-EU 500 kW 1044 kWh
ESTS1000-S (1000 kW) 5 × D-Cube-S125/261-EU 625 kW 1305 kWh
ESTS1000-S (1000 kW) 6 × D-Cube-S125/261-EU 750 kW 1566 kWh

6 配置选型公式与速查

6.1 核心公式

STS 功率 ≥ 储能充电功率 + 负载使用功率

任何工况下都必须满足此硬性约束,否则 STS 过载跳闸。

6.2 场景速查

场景 储能柜数 推荐 STS 推荐带载(阻性 80%) 一次可投最大负载
小型商铺 / 别墅 1 台 1 × 250 kW 100 kW 50 kW
中型商铺 / 小型办公 1–2 台 1 × 500 kW 200–300 kW 100 kW
商业综合体 2–3 台 1×250 + 1×500 并机 300–400 kW 150 kW
小型工厂 3–4 台 2 × 500 kW 并机 400–500 kW 200 kW
中型工厂 4–5 台 2 × 500 kW 并机 300–500 kW 250 kW
大型工厂(满配) 6 台 2 × 500 kW 并机 200–600 kW 300 kW

详细负载类型限制见 §7.1 R1–R6;完整产品配置矩阵见 §7.2–§7.3。

6.3 负载类型速查入口

负载类型 最大带载率 关键限制 详见
纯阻性(电热、白炽灯) ≤ 100%,推荐 80% 最友好 R1
变频类(变频空调/水泵) ≤ 60%(含照明混合 ≤ 70%) 需核算启动电流 R3
感性 / 冲击(直启电机、定频空调) ≤ 15–20% 冲击电流大,必须降额 R2
钨丝灯 / AC 充电桩 需加 DyN11 隔离变压器 防直流分量触发绝缘告警 R4

7 离网负载带载规则 R1–R6

适用于使用恩玖 125 kW PCS 的设备:D-Cube-S125/261-EU、D-Cube-A250/375/500。 公式:STS 功率 = 储能充电功率 + 负载使用功率

7.1 完整规则 R1–R6

规则 原文(节选) 工程含义 典型负载
R1 纯阻性负载功率 ≤ PCS 额定功率,支持 100% 带载能力,推荐按 80% 带载能力配比 电阻加热、白炽灯、电热水器等,加载率上限 80% 电锅炉、电热水器、白炽灯
R2 纯感性负载功率 ≤ PCS 额定功率的 15%~20%(直启电机、水泵、电钻、非变频空调等冲击性负荷) 启动电流 6–8×额定,必须深度降额 + 软启 直启电机、水泵、电钻、非变频空调
R3 变频器类负载功率 ≤ PCS 额定功率的 60%;变频空调+照明等常规负载 ≤ PCS 额定功率的 70% 变频器有整流谐波,按 60–70% 降额 变频空调、变频水泵、变频电梯
R4 特殊负载(电能质量要求高负荷,如剧场钨丝灯具、交流充电桩等)需在 PCS 交流输出端增加 DyN11 隔离变压器,增强可靠性和抗干扰性 DyN11 隔离变压器抗谐波 + 抗冲击 + 电气隔离 剧场钨丝灯、AC 充电桩、医疗设备
R5 PCS 离网模式运行,功率因数 ≥ 0.8(纯阻性负载);
● 单模块一次投载率可支持 100% 投入/切除,推荐按 80% 投入
● 多模块开机离网运行时一次投载率 ≤ 40%,剩余负载缓慢投入
● 特殊应用方案,需与我司技术人员详细确认设计方案与负载特性
离网并机硬约束,违规则触发 PCS 保护或模块间环流 所有离网 / 微网场景
R6 单相也需适应上方限制(R1–R5),支持不平衡带载 100%,单相额定功率 = 1/3 PCS 额定功率 三相可完全不平衡;单相物理上限 = PCS/3 单相大功率负荷、单相充电桩、单相空调

7.2 储能×STS 基础配置矩阵(R1 / R5 / R6)

储能柜数 PCS 总额定 推荐 STS 配置 STS 总额定 三相最大放电(R1:80%) 单相最大放电(R6:PCS/3) 一次投载(R5)
1 台 125 kW 1 × 250 kW 250 kW 100 kW 41.67 kW 单模块 100%,推荐 80%(100 kW)
1 台 125 kW 1 × 500 kW 500 kW 100 kW 41.67 kW 单模块 100%,推荐 80%(100 kW)
2 台 250 kW 1 × 500 kW 500 kW 200 kW 83.33 kW 多模块 ≤ 40%(≤ 100 kW)
3 台 375 kW 1 × 500 kW 500 kW 300 kW 125 kW 多模块 ≤ 40%(≤ 150 kW)
4 台 500 kW 1 × 500 kW 500 kW 400 kW 166.67 kW 多模块 ≤ 40%(≤ 200 kW)
5 台 625 kW 2 × 500 kW 并机 1000 kW 500 kW 208.33 kW 多模块 ≤ 40%(≤ 250 kW)
6 台 750 kW 2 × 500 kW 并机 1000 kW 600 kW 250 kW 多模块 ≤ 40%(≤ 300 kW)

R5 适用:所有储能柜数,离网运行均要求 cosφ ≥ 0.8(纯阻性负载)。 R6 适用:单相物理硬上限 = PCS/3;同时三相可完全不平衡到 100% 单相带载。

7.3 三相平衡 / 单相不平衡负载放电限制(R1–R5 / R6)

7.3.1 三相平衡负载

储能柜数 PCS 总额定 R1 纯阻性 ≤100%/推80% R2 纯感性 ≤15–20% R3 变频类 ≤60% R3 变频+照明 ≤70% R4 特殊负载 钨丝灯/AC 充电桩
1 台 125 kW 100 kW 19–25 kW 75 kW 87.5 kW 需 DyN11
2 台 250 kW 200 kW 38–50 kW 150 kW 175 kW 需 DyN11
3 台 375 kW 300 kW 56–75 kW 225 kW 262.5 kW 需 DyN11
4 台 500 kW 400 kW 75–100 kW 300 kW 350 kW 需 DyN11
5 台 625 kW 500 kW 94–125 kW 375 kW 437.5 kW 需 DyN11
6 台 750 kW 600 kW 113–150 kW 450 kW 525 kW 需 DyN11

7.3.2 单相不平衡负载(R6 + R1–R5)

R6 关键:单相物理硬上限 = PCS 总额定 / 3;同时单相也须遵守 R1–R5 限制。 单相负载上限 = min(PCS 总额定 × 带载率,PCS 总额定 / 3)

储能柜数 PCS 总额定 单相物理上限 R6: PCS/3 R1+R6 单相纯阻性 min(80%, PCS/3) R2+R6 单相纯感性 min(20%, PCS/3) R3+R6 单相变频 min(60%, PCS/3) R3+R6 单相变频+照明 min(70%, PCS/3)
1 台 125 kW 41.67 kW 33.33 kW(80%) 8.33 kW(20%) 25 kW(60%) 29.17 kW(70%)
2 台 250 kW 83.33 kW 66.67 kW(80%) 16.67 kW(20%) 50 kW(60%) 58.33 kW(70%)
3 台 375 kW 125 kW 100 kW(80%) 25 kW(20%) 75 kW(60%) 87.5 kW(70%)
4 台 500 kW 166.67 kW 133.33 kW(80%) 33.33 kW(20%) 100 kW(60%) 116.67 kW(70%)
5 台 625 kW 208.33 kW 166.67 kW(80%) 41.67 kW(20%) 125 kW(60%) 145.83 kW(70%)
6 台 750 kW 250 kW 200 kW(80%) 50 kW(20%) 150 kW(60%) 175 kW(70%)

R6 解读:支持三相 100% 不平衡带载——例如 6 台 750 kW PCS,A 相满载 250 kW,B/C 相空载,PCS 仍可正常运行。 R6 + R5:单相负载同样受 R5 一次投载率约束(单模块 80%,多模块 ≤ 40%)。

7.4 配置与投载策略(R1 + R5)

7.4.1 充电模式 — STS 容量校验(R1 + STS 公式)

公式:STS 功率 = 储能充电功率 + 负载使用功率(最坏工况:满功率充电 + R1 80% 同步带载)

储能柜数 PCS 总额定 充电功率上限 同步负载(R1 80%) 合计需求 STS 总额定 STS 余量 结论
1 台 125 kW 125 kW 100 kW 225 kW 250 kW +25 kW ✅ 满足(1×250k)
1 台 125 kW 125 kW 100 kW 225 kW 500 kW +275 kW ✅ 满足(1×500k)
2 台 250 kW 250 kW 200 kW 450 kW 500 kW +50 kW ✅ 满足(1×500k)
3 台 375 kW 375 kW 300 kW 675 kW 500 kW −175 kW ❌ 不满足 → 限充电 ≤ 200 kW
4 台 500 kW 500 kW 400 kW 900 kW 500 kW −400 kW ❌ 不满足 → 限充电 ≤ 100 kW
5 台 625 kW 625 kW 500 kW 1125 kW 1000 kW −125 kW ⚠️ 临界 → 限充电 ≤ 500 kW
6 台 750 kW 750 kW 600 kW 1350 kW 1000 kW −350 kW ❌ 不满足 → 限充电 ≤ 400 kW

7.4.2 一次投载策略(R5 详解)

并机模式 一次投载率(R5) 储能柜数 一次最大投入负载 剩余负载分批策略(R5)
单模块(1 台 PCS) 100% 投入/切除,推荐 80% 1 台 125 kW(100%) / 100 kW(推荐) 单步即可,无需分批
多模块(≥ 2 台 PCS) ≤ 40% 2 台 ≤ 100 kW 余 100 kW 分批(80+20 或 60+40)
多模块 ≤ 40% 3 台 ≤ 150 kW 余 150 kW 分批(100+50 或 80+40+30)
多模块 ≤ 40% 4 台 ≤ 200 kW 余 200 kW 分批(100+60+40)
多模块 ≤ 40% 5 台 ≤ 250 kW 余 250 kW 分批(100+80+70)
多模块 ≤ 40% 6 台 ≤ 300 kW 余 300 kW 分批(100+80+80+40)

R5 时序:先投 40% → 稳定 100 ms → 投 30% → 稳定 → 投 20% → 稳定 → 投最后 10%。 R5 特殊应用:如需突破 40% 一次投载率约束,必须联系厂商技术人员详细确认设计方案与负载特性。

7.4.3 推荐配置速查(含全部 R1–R6 适用标注)

应用场景 推荐配置 R1 三相 R2 感性 R3 变频 R4 特殊 R5 投载 R6 单相
小负载 / 户用(≤100 kW) 1 台储能 + 1×250 kW STS 100 kW 19–25 kW 75 kW 加 DyN11 单模块 80% ≤ 33 kW
小型工商业(≤200 kW) 2 台储能 + 1×500 kW STS 200 kW 38–50 kW 150 kW 加 DyN11 ≤40%(100 kW) ≤ 67 kW
中型工商业(≤300 kW) 3 台储能 + 1×500 kW STS 300 kW 56–75 kW 225 kW 加 DyN11 ≤40%(150 kW) ≤ 100 kW
中型工商业(≤400 kW) 4 台储能 + 1×500 kW STS 400 kW 75–100 kW 300 kW 加 DyN11 ≤40%(200 kW) ≤ 133 kW
大型工商业(≤500 kW) 5 台储能 + 2×500 kW STS 并机 500 kW 94–125 kW 375 kW 加 DyN11 ≤40%(250 kW) ≤ 167 kW
大型工商业 / 微电网(≤600 kW) 6 台储能 + 2×500 kW STS 并机 600 kW 113–150 kW 450 kW 加 DyN11 ≤40%(300 kW) ≤ 200 kW

7.5 关键风险提示(R1–R6 对照)

风险点 触发规则 应对措施
充电 + 带载超过 STS 容量 R1 + STS 公式 充电功率限制 = STS 总额定 − 当前负载
直启电机启动过流 R2 加软启动器,或按 PCS 15–20% 降额
变频器谐波干扰 R3 PCS 输出端加 EMC 滤波器,或按 60% 降额
钨丝灯 / 充电桩冲击 R4 必须 加 DyN11 隔离变压器
多模块一次投载 > 40% R5 严格分批投切,每批间隔 ≥ 100 ms
离网功率因数 < 0.8 R5 检查负载性质,禁止纯容性 / 纯感性负载
单相负载超过 PCS/3 R6 检查单相电流,必要时调整三相平衡
单相大负载不平衡 R6 利用 PCS 不平衡带载能力,但单相 ≤ PCS/3
充电场景 ≥ 3 台储能 R1 + R5 启用 EMS 分时策略,夜间充电 + 白天放电

8 常见问题 FAQ(按问询频率排序)

Q1:离网时能不能一次全部投上负载? 单台 PCS 可一次投 100%(推荐 80%);多台并机时一次投载功率不得超过 40%,剩余负载须分批软启动(间隔 5–10 s),否则触发模块间环流保护。这是硬性约束。

Q2:并机数量上限是多少? 离网带载配置上限为 6 台;通讯总线实测稳定上限为 9 台。两者含义不同,前者是带载能力约束,后者是通讯承载约束。

Q3:离网时对负载功率因数有要求吗? 有。离网运行要求 cosφ ≥ 0.8,低于此值 PCS 可能降额或跳机。

Q4:储能能不能完全替代柴发? 可以覆盖绝大多数中短时停电(数小时级)。若要求 24 h 以上不间断供电,建议储能 + 柴发混合配置:储能负责秒级接管与削峰,柴发负责长时兜底。

Q5:某一台 PCS 故障会不会影响整组? 从机故障不影响其余机组(硬件总线始终连通,故障机仅停止收发)。主机故障需要软件选举新主机,业务切换耗时 3–5 分钟,此期间有功中断。因此纯备电场景可接受,若同时承担 FCR / aFRR 等秒级调频任务,需在方案中提前声明。

Q6:环网结构是不是就代表不会停电? 不是。环网提供的是通讯链路冗余(防线路断),不是单机供电冗余。单台 PCS 故障不会被环网"自动绕过",仍需主机剔除。这一点须向客户解释清楚。


附录 A|设计六条红线(硬约束)

红线 ≠ 风险:红线是绝对不可突破的硬约束;风险提示见 §7.5。

  1. 储能充电功率 + 负载功率 ≤ STS 功率 —— 任何工况下必须满足
  2. 4 柜储能 + 1×500 kW STS 不可行 —— 充电功率已占满 STS,无负载余量
  3. 6 柜是离网带载配置上限 —— 超出需新增 STS 集群(500+500 kW),不可简单叠加
  4. 多模块离网一次投载 ≤ 40% —— 硬性约束,非建议值
  5. 感性 / 钨丝灯 / 充电桩必须加 DyN11 隔离变压器
  6. 离网运行 cosφ ≥ 0.8 —— 低于此值 PCS 降额或跳机

附录 B|并机数与一次投载对照

并机数 一次投载上限(≤40%) 折算 125 kW 模块数
2 台 100 kW 0.8
3 台 150 kW 1.2
4 台 200 kW 1.6
5 台 250 kW 2.0
6 台 300 kW 2.4