Comutação Rápida do Interruptor + Solução de Comutação Sem Interrupção do PCS (<20ms)

Data de elaboração: 2026-09-07 Unidade de elaboração: Hoenergy Departamento Internacional - Centro de Tecnologia Elaborador: Alvin

§0 Compreender em 30 segundos (Resumo Executivo)

P. Questão central do cliente: Como é que um sistema de armazenamento de energia consegue garantir que as cargas não ficam sem alimentação quando ocorre uma falha na rede durante o funcionamento em paralelo? Qual é o tempo de comutação que pode ser alcançado?

🔴 A. Conclusões-chave

🔴 B. Resumo Rápido das Três Linhas Vermelhas

As linhas vermelhas completas R1-R10 encontram-se no Apêndice A.

§1 Portfólio de produtos (Hoenergy D-Cube + Enex EQS)

1.1 Visão Geral do Portfólio de Produtos

1.2 Série EQS Enjiu (6 modelos cobrindo todas as classes de corrente)

⚠️ Com PCS de 125 kW (AC400V), tempo de comutação ≤20 ms; com PCS de 215 kW (AC800V), tempo de comutação ≤30 ms.

Parâmetros técnicos da EQS: Ficha técnica do produto EQS

1.3 Dimensões e instalação do produto EQS

1.3.1 Dimensões do produto

1.3.2 Método de Instalação

✅ Método de instalação correto: fixado perpendicularmente ao solo na parede

❌ Método de instalação incorreto: instalado paralelamente ao solo

§2 Seleção de EQS (por número de PCS de 125 kW × N)

2.1 Princípio Geral de Seleção: Determinado pelo Duplo Regime de Funcionamento

Fórmula central:

Capacidade aparente do EQS ≥ Potência máxima de carga do PCS + potência consumida pela carga (deve ser satisfeita em qualquer regime de funcionamento)

Por que o regime duplo é o regime determinante:

1. Caminho da corrente de carga: rede → EQS → PCS → bateria (passa pelo EQS)
2. Caminho da corrente da carga: rede → EQS → carga (passa pelo EQS)
3. As duas correntes somam-se algebricamente no EQS (na mesma direção)
4. Quando o período de carregamento (reposição de energia na bateria nos horários de tarifa fora de pico) se sobrepõe a períodos de alta carga → o fluxo através do EQS atinge o pico

Premissas de potência de carregamento (regime típico):

2.2 Requisitos de Carga (Capacidade off-grid do PCS Enjiu)

Os três cenários em que o VSG realmente traz melhorias são:

1. Arranque de motores — a inércia virtual J simula o armazenamento de energia do rotor, sendo capaz de absorver correntes de arranque 6 a 8 vezes superiores sem provocar colapso de frequência (no modo VF, a corrente de impacto causa diretamente uma queda de frequência);
2. Corrente de inrush de magnetização do transformador — o amortecimento virtual D suprime oscilações transitórias;
3. Partilha de potência em paralelo de múltiplas unidades — mais estável com base na impedância virtual.

Cargas não aplicáveis ou que requerem avaliação especial (mesmas limitações do modo VF):

1. Equipamentos monofásicos de alta potência (>30% da potência total) requerem um transformador de isolamento DyN11;
2. Arranque direto de motores de grande porte (>10 kW) requer arranque suave ou arranque estrela-triângulo;
3. Cargas não lineares (inversores, retificadores, THD > 8%) requerem filtro ativo APF;
4. Cargas de impacto (máquinas de soldar por pontos, fornos a arco) requerem ampliação da capacidade do PCS em 1,5 a 2 vezes;
5. Armários de compensação de capacitância excessivamente grandes (>30% da capacidade do PCS) podem causar auto-oscilação excitada;
6. Funcionamento em paralelo com geradores a diesel/PV requer verificação de sincronismo e controlo coordenado.

2.2 Tabela de seleção para condição única (apenas carga, bateria sem carregamento)

Premissas:

• cosφ = 0,8 (valor típico para aplicações industriais e comerciais antes da compensação; geralmente 0,90–0,98 após compensação)
• Em condição única, o PCS apenas descarrega, com carga da bateria suficiente
• Carga máxima em condição única P_load = N × 100 kW (80% da capacidade do PCS, mantendo 20% de margem de capacidade do PCS, hipótese conservadora de engenharia)
• A referência de carga plena do utilizador (125 kW/unidade) é apresentada no caso padrão do §2.9 (condição extrema)

2.3 Tabela de seleção para duplo regime de funcionamento (carga + carga simultâneas, mais conservadora)

Premissas (considerando carga à potência nominal, compatível com a potência nominal do PCS):

• Potência de carga de um único PCS = 125 kW (potência nominal, igual à potência de descarga do PCS)
• Potência total de carga = N × 125 kW
• Carga máxima em regime único P_load = N × 100 kW (80% da capacidade do PCS, consistente com o critério de engenharia em §2.2)
• cosφ padrão 0,8 (típico para aplicações industriais e comerciais)

Origem da premissa de carga à potência nominal: em projetos de armazenamento de energia, o EMS geralmente não limita a potência de carga (o preço da eletricidade nos períodos de carga é baixo, incentivando carga elevada). A premissa conservadora considera potência nominal de 125 kW por unidade, em contraste com o esquema de limitação de potência (A) em §6.5.

> Critério de carga plena do usuário (P_load = N × 125 kW) ver caso de referência em §6.9 (1250+1250=2500 kW → EQS-4000R, linha vermelha R7), que é mais conservador do que esta tabela.

⚠️ Aviso grave: sob a premissa de carga à potência nominal, com mais de 4 PCS já se aproxima do limite do EQS-2000R, e com mais de 6 PCS é obrigatório ampliar a especificação para EQS-2600R/4000R.

2.4 Comparação de Seleção de Condição Única vs. Condição Dupla (Insight-chave)

关键洞察：

• 双工况比单工况需要更高级 EQS，升级幅度 1-2 档；
• N ≤ 3 台：单/双工况差异小，EQS-500/750 都能覆盖；
• N = 4-6 台：双工况升 1 档，EQS-2000R 是当前规格上限内能覆盖的最大容量；
• N ≥ 7 台：双工况需要 EQS-2600R/4000R。

2.5 Solução de compromisso de engenharia (cobertura de dois cenários operacionais com N ≥ 7 PCS)

Cálculo detalhado da Solução A (limitação da potência de carga a ≤ 50 kW/unidade):

Solução B – Carga em horário fora de pico (recomendada):

• Período de vale: tarifa baixa → período de carga
• Período de pico: tarifa alta → descarga com carga + sem carga

Com a carga em horário fora de pico, os períodos de carga e de carga útil ficam naturalmente separados, de modo que os dois cenários operacionais passam a ser cobertos como um único cenário operacional. Esta é a solução mais comumente utilizada em sistemas de armazenamento de energia comerciais e industriais.

Solução C – Expansão da seleção do EQS:

Ultrapassar o limite superior de especificação do projeto e ampliar para o EQS-2600R (2600 A) ou o EQS-4000R (4000 A).

• Capacidade do EQS-2600R em 400 V: 1800 kVA
• Capacidade do EQS-4000R em 400 V: 2770 kVA
• Adequado para cenários com 10 unidades de PCS em carga à potência nominal

2.6 Seleção da plataforma de alta tensão AC 800V

• Se o cliente adotar a plataforma de 800V (com o PCS ENJOY 215 kW), a capacidade do EQS em uma única condição é duplicada (mesma classe de corrente) e o tempo de comutação é reduzido de ≤20 ms para ≤30 ms.

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

2.7 Árvore de Decisão de Seleção

Exemplos Típicos de Resultados de Seleção:

2.8 Resumo das fórmulas-chave de seleção

Capacidade aparente do EQS (kVA) ≥ [Potência de carga do PCS (kW) + Potência da carga utilizada (kW)] / cosφ

S_EQS ≥ (N × P_charge + P_load) / cosφ

Onde:
  S_EQS    Capacidade aparente do EQS (kVA)
  N        Quantidade de PCSs
  P_charge Potência de carga de um único PCS (kW); em condição única = 0
  P_load   Potência da carga utilizada (kW)
  cosφ     Fator de potência (tipicamente 0,90-0,98 após compensação industrial e comercial)

Linha vermelha R6 (duas condições de operação determinam a seleção):

Linha vermelha R7:

10 PCSs carregando à potência máxima + carga plena de 1250 kW simultaneamente → potência total de 2500 kW → é obrigatório selecionar o EQS-4000R (2770 kVA), e cosφ ≥ 0,91.

3 Diagrama de topologia do portfólio de produtos

3.1 Diagrama de Ligação Elétrica do EQS

3.2 Armário integrado de armazenamento de energia da série S (PCS + bateria integrado)

• A tabela de configuração detalhada é a seguinte:

3.3 Armário integrado PCS série A + Armário de bateria 261D

A série A é o armário PCS integrado para exteriores lançado pela HOENERGY, que necessita de ser utilizado em conjunto com o armário de bateria D-Cube-261D (A e D são fisicamente separados, ligados por um barramento DC entre si). O PCS da série A também é baseado no módulo En Jiu de 125 kW (a mesma plataforma de hardware PCS da série S), e a compatibilidade com o comutador En Jiu EQS foi verificada.

Comparação de seleção entre as séries A e S:

Exemplo de integração da série A (configuração típica de 2 MWh):

• D-Cube-A500 (PCS de 500 kW) × 2 + D-Cube-261D × 8 = 1000 kW PCS + 2,088 MWh
• Integração com EQS-2000R (13385 kVA) ou EQS-4000R (2770 kVA)
• Para soluções detalhadas da série A, contacte a equipa técnica da HOENERGY

Interface entre D-Cube e EQS:

Saída AC do D-Cube (U/V/W/N2)  ──►  Terminais do lado da carga do EQS
DI/DO do D-Cube (comutação VSG)  ──►  Terminais de controlo do EQS DO4+/DO4-, DI3+/DI3-
Ativação do algoritmo VSG do D-Cube  ──►  0x5066 / 0x02FF pré-configurados

§4 Estrutura interna do EQS + Princípio de comutação ≤20 ms

4.1 Componentes centrais do interruptor estático EQS

O núcleo do EQS é o interruptor estático com tiristores (SCR) em antiparalelo bidirecional, em que cada pólo (A/B/C ou mais N) é composto por dois SCR em antiparalelo formando uma unidade de condução bidirecional. Esta é a razão fundamental pela qual consegue atingir ≤20 ms.

4.2 Questão-chave: O EQS é totalmente estático ou uma combinação de estático + mecânico?

P. O EQS é um interruptor totalmente estático (apenas com SCR) ou uma combinação de estático + mecânico?

🔴 R. Combinação de estático + mecânico (Hybrid Static Switch) — esta é a principal característica de design que permite ao EQS alcançar 99,97% de eficiência em plena carga:

4.3 Sequência de comutação ≤20 ms

On-grid → Off-grid (queda da rede):

t=0 ms      Falha na rede
t<5 ms      PCS deteta tensão de bypass 0x0AAF: 0→2 (transitório)
t=5-10 ms   Placa de controlo EQS avalia: queda de rede → prepara disparo do SCR
t=10-15 ms  Bypass mecânico EQS abre (separação dos contactos)
            + SCR assume a condução (comutação natural, no cruzamento por zero da corrente)
t=15-20 ms  Bypass mecânico totalmente aberto, toda a corrente da carga passa pelo SCR
            + PCS muda para o modo VSG off-grid (0x5066=1, 0x02FF=1)
t≤20 ms     Comutação concluída, carga alimentada continuamente pelo PCS VSG
            + 0x0219 Comando de controlo STS: 1→0
            + 0x0F3A Placa A3 DI3 reporta abertura do interruptor externo

Off-grid → On-grid (retorno da rede):

t=0 s       Retorno da rede (0x0AAF: 1→2→0)
t=0 s       PCS entra na fase de regulação secundária auxiliar
            - EMS lê 0x018C/0x018D para calcular P_tot/Q_tot
            - Define P_tot/n em 0x500E (Pset), passo ≤10%, intervalo ≥100 ms
t=90-180 s  Alinhamento de frequência/tensão com a referência da rede
t=momento do fecho  Bypass mecânico EQS fecha (no cruzamento por zero da corrente)
            + 0x0219 Comando de controlo STS: 0→1
            + 0x0F3A DI3 reporta fecho do interruptor externo
t=após fecho  SCR desliga-se naturalmente, caminho estável restaurado pela condução do bypass mecânico
            + PCS muda para o modo VSG on-grid (0x5066=0)

4.4 Princípio da Comutação de Corrente Zero

A chave para o EQS atingir ≤20 ms é a Comutação Natural (Natural Commutation):

P. O que é comutação natural? Por que a comutação de corrente zero é obrigatória?

🔴 R. Comutação natural = aproveitar a característica da corrente alternada, que cruza zero a cada 10 ms (50 Hz), para concluir a comutação do canal SCR no instante exato em que a corrente passa por zero.

• O SCR é um dispositivo semicontrolado: uma vez em condução, é necessário esperar a corrente passar por zero para que possa ser desligado (não é possível forçar o desligamento);
• Em frequência industrial de 50 Hz, a corrente cruza zero a cada 10 ms — no máximo após 10 ms haverá, com certeza, um cruzamento por zero;
• O EQS realiza a comutação no ponto de cruzamento por zero da corrente → comutação de corrente zero, sem arco, sem choque, sem picos de tensão;
• É por isso que o EQS atinge uma vida útil de 1 milhão de ciclos (interruptores mecânicos puros sofrem erosão dos contatos pelo arco; SCRs totalmente de estado sólido apresentam perdas elevadas durante condução prolongada).

§5 Curva de vida útil EQS + Dados de fiabilidade

5.1 Algoritmo de Vida Útil EQS (Critério Rígido de Seleção de Projeto)

Fórmula de seleção de vida útil EQS:

Vida útil projetada do EQS ≥ Vida útil do projeto × Número de comutações anuais × Coeficiente de segurança

Onde:
- Vida útil do projeto = 15 anos (padrão comercial e industrial)
- Número de comutações anuais = Número de anomalias da rede/ano × Margem de segurança (2 a 3 vezes)
- Coeficiente de segurança = 1,5 (conservador)

Exemplo de cálculo da vida útil em projetos típicos:

5.2 Origem da vida útil de 1 milhão de ciclos (medição real da ENJOY)

A vida útil de 1 milhão de ciclos do EQS provém de medições reais realizadas na fábrica da ENJOY. Dados principais:

Interpretação-chave: 1 milhão de ciclos corresponde à vida mecânica (sem desgaste dos contactos); a vida elétrica (com desgaste dos contactos) é ≥100 mil ciclos.
O modelo padrão EQS é especificado de fábrica para 100 mil ciclos, enquanto o modelo de longa vida útil é especificado para 1 milhão de ciclos.

5.4 Recomendações de Seleção (por Tipo de Projeto)

§6 Três Mecanismos Principais do VSG + Coordenação com o EQS

6.1 Os Três Mecanismos Centrais do VSG

6.2 Coordenação da comutação do EQS e das três mecânicas do VSG

                 Ação mecânica do EQS        Resposta do algoritmo VSG
                 ─────────────                ────────────
t=0 ms           Falha na rede                PCS deteta 0x0AAF=2 (transitório)
                                                  ↓
t=0-5 ms         EQS aciona preparação        PCS J(inércia virtual) inicia
                 do SCR                        Liberta "energia cinética do rotor virtual"
                                                  Suprime a queda de frequência RoCoF
                                                  ↓
t=5-15 ms        EQS abre bypass mecânico     PCS D(amortecimento virtual) inicia
                 SCR assume a condução          Realimentação negativa suprime oscilações transitórias
                                                  ↓
t=15-20 ms      EQS completamente aberto      PCS Kf(regulação primária de frequência) inicia
                 Carga 100% passa pelo SCR     Droop P-f, recuperação do regime permanente
                                                  ↓
t≤20 ms          Comutação concluída           PCS já em regime permanente
                                                  0x5066=1, 0x02FF=1
                                                  0x500E comando de definição de Pset
                                                  ↓
t>20 ms          Bypass mecânico em regime     VSG continua a formar a rede
                 permanente, aberto            SCR desligado
                                                  Aguarda 0x0AAF=0 (rede recuperada)

6.3 Suporte de formação de rede para falha do lado da rede a 1,5 vezes a potência nominal / 200 ms

P. Por que o VSG consegue fornecer 1,5 vezes a potência nominal durante 200 ms?

🔴 R. Dois motivos:

Valor de aplicação:

• Nos cenários comerciais e industriais predominantes de 0,4 kV, a frequência de falhas instantâneas na rede (queda de raio, curto-circuito em equipamentos) é de aproximadamente 5-10 vezes/ano;
• A capacidade de suporte de 1,5 vezes do VSG permite que o PCS injete potência reativa ativamente durante a falha, sustentando a recuperação da tensão do lado da rede;
• Isso é algo que um PCS com controle puramente PQ não consegue realizar — o modo PQ apenas segue as instruções e não oferece suporte ativo à rede.

7 Análise detalhada de casos de referência: seleção de 10 PCS em duplo regime de operação

P. Pergunta do cliente: Preciso de 10 PCS de 125 kW (10 × 125 = 1250 kW de potência total do PCS), e a carga também é de 1250 kW (carga máxima). O carregamento e a carga ocorrem simultaneamente. Qual EQS devo escolher?

7.1 Sobreposição de potência de carga + carregamento

Conhecido:

• Número de PCS N = 10
• Potência total do PCS = 10 × 125 = 1250 kW
• Potência total da carga = 1250 kW (carga total, sem margem)
• Carregamento e carga ocorrem simultaneamente (cenário sem tarifação por horário ou requisito do cliente de comutação 0)
• Potência total de carregamento = 10 × 125 = 1250 kW

Cálculo (linha vermelha R6):

7.2 Comparação dos Modelos de EQS Candidatos (por 10 PCS em plena potência em duas condições de operação)

Conclusão-chave (Linha Vermelha R7): 10 PCS em carga máxima + 1250 kW de plena carga em simultâneo → EQS-4000R (2770 kVA) é o único modelo viável, mas com restrições rígidas de engenharia:

• cosφ < 0,91 → EQS-4000R entra em sobrecarga (Linha Vermelha acionada, é obrigatório reduzir a potência ou aumentar a especificação)
• cosφ ≥ 0,91 → EQS-4000R em condição segura (tipicamente alcançável entre 0,92-0,98 após compensação por SVG/capacitores industriais e comerciais)
• cosφ ≥ 0,95 → EQS-4000R com margem de 5% (condição de operação ideal)

7.3 Quatro Caminhos de Compromisso de Engenharia (Ordenados por Prioridade)

Soluções Recomendadas:

§8 Cablagem e Definição de Sinais do EQS

7.1 Terminais de potência

7.2 Terminais de controlo (núcleo: DIO digital)

7.3 Entrada da Fonte de Alimentação de Controle

⚠️ Linha Vermelha R9: A fonte de alimentação de controle 220 VAC do EQS deve ser alimentada de forma independente e não pode ser obtida a partir do barramento CC do PCS (para evitar perda de energia no instante da comutação).

7.4 Diagrama de fluxo de sinal do EQS-D-Cube

7.5 Interface pré-integrada de fábrica (D-Cube ↔ EQS)

§8 Quatro modos de funcionamento

8.1 Visão Geral dos Modos

§9 Perguntas Frequentes (FAQ) e Questões a Esclarecer

9.1 Perguntas Frequentes (FAQ) (ordenado por frequência de consulta)

Q1. O tempo de comutação ≤20 ms é realmente verdade?

🔴 R. O EQS, "quando combinado com PCS de 125 kW (IP20), apresenta ≤20 ms", desde que o PCS esteja no modo VSG e a cablagem DO4/DI3 esteja correta.

Q2. Após a comutação para operação off-grid, por quanto tempo o PCS consegue manter o fornecimento de forma contínua?

🔴 R. Depende da capacidade de armazenamento de energia. O D-Cube-S125 (125 kWh) pode operar continuamente durante 1 hora com carga plena de 125 kW; o D-Cube-S261 (261 kWh) pode operar durante 2 horas com carga plena, e a série A pode operar até 8 horas no máximo. Quando o SOC for inferior a 20%, recomenda-se comutar para o gerador a diesel ou reduzir a carga.

Q3. Por que o limite superior de paralelismo VSG é de 10 unidades em vez de 12?

🔴 R. O algoritmo VSG em si suporta 12 unidades, mas, por enquanto, o limite adotado é de 10 unidades, por três razões:

1. Estabilidade do balanceamento de SOC: 10 unidades é o limite superior com base na experiência de engenharia;
2. Densidade de corrente de uma única unidade EQS: 10 unidades × 125 kW = 1,25 MW, e a densidade de corrente do EQS-2000R (2000 A) é controlável;
3. Expansão futura: a Fase 2 do projeto pode ser expandida para 12 unidades (limite teórico do VSG), sem necessidade de substituir o EQS.

Q4. Como garantir a consistência do SOC durante o paralelismo de múltiplos PCS?

🔴 R. O EMS emite comandos de regulação secundária de frequência por meio de 0x500E/0x500F, distribuindo a potência proporcionalmente ao SOC. Restrição rígida: a diferença máxima de potência entre os PCS ≤ (carga total/número de PCS) × 20%.

Q5. O EQS-2000R é 3P sem N1. Pode ser utilizado em sistemas TN-C/TN-S?

🔴 R. Requer confirmação especial. O modelo 3P não possui terminal N1. Se as cargas do sistema TN-C/TN-S necessitarem do condutor N, deve-se selecionar obrigatoriamente um modelo 4P (EQS-500/750/1300) ou utilizar um ponto neutro externo.

Apêndice A Linhas Vermelhas Críticas

A.1 Linhas vermelhas de projeto (a violação tornará a solução inválida)

Convenção de numeração das linhas vermelhas: R1-R5 = restrições gerais de engenharia (§0.2 resumo); R6-R10 = restrições rígidas de seleção do §6 deste projeto (direcionam diretamente as tabelas do §6.x); R11-R12 = limites dos parâmetros VSG (validados durante a depuração).