Схема безперебійного перемикання швидкого перемикача + PCS (<20мс)

Дата підготовки: 2026-09-07 Організація-укладач: Hoenergy, Відділ закордонних операцій — Технічний центр Укладач: Alvin

§0 Зрозуміти за 30 секунд (резюме)

Q. Ключове питання клієнта: Як система накопичення енергії може забезпечити безперебійне живлення навантаження під час збою в мережі? Який час перемикання можна досягти?

🔴 A. Ключові висновки

🔴 B. Короткий огляд трьох «червоних ліній»

Повний перелік «червоних ліній» R1-R10 наведено у Додатку A.

§1 Асортимент продукції (Hoenergy D-Cube + Energy EQS)

1.1 Огляд асортименту продукції

1.2 Серія Enjiu EQS (6 моделей, повний діапазон струмів)

⚠️ У поєднанні з PCS 125 kW (AC400V) час перемикання ≤20 ms; у поєднанні з PCS 215 kW (AC800V) час перемикання ≤30 ms

Технічні параметри EQS: Сторінка продукту EQS

1.3 Розміри та встановлення виробу EQS

1.3.1 Розміри виробу

1.3.2 Спосіб встановлення

✅Правильний спосіб встановлення: вертикально до землі, закріплено на стіні

❌Неправильний спосіб встановлення: паралельно до землі

§2 Вибір EQS (за кількістю PCS по 125 кВт × N)

2.1 Загальний принцип вибору: визначальним є подвійний режим роботи

Ключова формула:

Повна потужність EQS ≥ Максимальна потужність заряджання PCS + Потужність навантаження (має виконуватися для будь-якого режиму роботи)

Чому подвійний режим є визначальним:

1. Шлях струму заряджання: мережа → EQS → PCS → батарея (проходить через EQS)
2. Шлях струму навантаження: мережа → EQS → навантаження (проходить через EQS)
3. Обидва струми алгебраїчно підсумовуються в точці EQS (в одному напрямку)
4. Коли період заряджання (підзарядка накопичувача в години мінімального тарифу) збігається з періодом високого навантаження → потік через EQS досягає пікового значення

Припущення щодо потужності заряджання (типовий режим роботи):

2.2 Вимоги до навантаження (Off-grid Load Capacity of Enjoy PCS)

VSG справді покращує роботу в цих трьох сценаріях:

1. Пуск електродвигунів — віртуальна інерція J імітує енергію ротора і може поглинати пусковий струм, що у 6–8 разів перевищує номінальний, без спричинення частотного колапсу (у режимі VF кидок струму безпосередньо призводить до падіння частоти);
2. Струм намагнічування трансформатора — віртуальне демпфірування D пригнічує перехідні коливання;
3. Розподіл потужності при паралельній роботі кількох пристроїв — більш стабільний завдяки віртуальному імпедансу.

Навантаження, до яких режим не може бути застосований або потребує окремої оцінки (обмеження такі ж, як і для режиму VF):

1. Однофазне потужне обладнання (>30% загальної потужності) потребує ізолюючого трансформатора DyN11;
2. Прямий пуск великих електродвигунів (>10 кВт) потребує пристрою плавного пуску або схеми «зірка–трикутник» для зниження напруги;
3. Нелінійні навантаження (частотні перетворювачі, випрямлячі, THD > 8%) потребують активного фільтра APF;
4. Ударні навантаження (зварювальні апарати точкового зварювання, дугові печі) потребують збільшення потужності PCS у 1,5–2 рази;
5. Надмірно велика конденсаторна компенсаційна установка (>30% потужності PCS) може спричинити самозбудження коливань;
6. Паралельна робота з дизель-генератором/фотовольтаїкою потребує перевірки синхронізації та узгодженого керування.

2.2 Таблиця підбору для одного режиму роботи (лише навантаження, акумулятор не заряджається)

Припущення:

• cosφ = 0,8 (типове значення для промислово-комерційних споживачів до компенсації; після компенсації зазвичай 0,90–0,98)
• У одному режимі роботи PCS лише розряджається, акумулятор має достатній заряд
• Максимальне навантаження в одному режимі P_load = N × 100 кВт (80 % потужності PCS, з резервом 20 % потужності PCS, консервативне інженерне припущення)
• Специфікація користувача на повне навантаження (125 кВт/одиниця) наведена у §2.9 «Еталонний кейс» (екстремальний режим)

2.3 Таблиця вибору для подвійного режиму роботи (заряджання + навантаження одночасно, найжорсткіші умови)

Припущення (за умови заряджання на повній потужності, що відповідає номіналу PCS):

• Потужність заряджання одного PCS = 125 кВт (повна потужність, така ж, як потужність розряджання PCS)
• Загальна потужність заряджання = N × 125 кВт
• Максимальне навантаження в одному режимі P_load = N × 100 кВт (80% потужності PCS, узгоджено з інженерним підходом у §2.2)
• cosφ за замовчуванням 0,8 (типове значення для промислових і комерційних об'єктів)

Походження припущення про заряджання на повній потужності: у проєктах систем накопичення енергії EMS, як правило, не обмежує потужність заряджання (тариф на електроенергію в період заряджання нижчий, що стимулює більше заряджання). Консервативне припущення — повна потужність 125 кВт/одиницю, що контрастує зі схемою обмеження потужності (варіант A) у §6.5.

> Підхід користувача до повного навантаження (P_load = N × 125 кВт) див. у §6.9 еталонному прикладі (1250+1250=2500 кВт → EQS-4000R, червона лінія R7), що є жорсткішим, ніж у цій таблиці.

⚠️ Серйозне попередження: за припущення заряджання на повній потужності для 4 і більше PCS значення наближається до верхньої межі EQS-2000R, для 6 і більше PCS необхідно розширити специфікацію до EQS-2600R/4000R.

2.4 Порівняння вибору для одного режиму роботи проти двох режимів роботи (ключові висновки)

Ключові висновки:

• Два режими роботи вимагають вищого рівня EQS порівняно з одним режимом, діапазон модернізації становить 1-2 рівні;
• N ≤ 3 одиниці: різниця між одним/двома режимами невелика, EQS-500/750 здатні покрити потреби;
• N = 4-6 одиниць: підвищення на 1 рівень для двох режимів роботи, EQS-2000R є максимальною ємністю, яку можна покрити в межах поточних специфікацій;
• N ≥ 7 одиниць: два режими роботи потребують EQS-2600R/4000R.

2.5 Інженерні компромісні рішення (подвійний режим роботи з N ≥ 7 PCS)

Детальний розрахунок для рішення A (обмеження потужності заряджання ≤ 50 kW/одиницю):

Рішення B: заряджання у позапікові години (рекомендовано):

• Період провалу: низький тариф → час заряджання
• Період піку: високий тариф → розряджання з живленням навантаження + без заряджання

Після заряджання у позапікові години час заряджання та час навантаження природно розділені, і подвійний режим перетворюється на покриття одним режимом. Це найпоширеніше рішення для промислово-комерційних систем зберігання енергії.

Рішення C: розширення вибору EQS:

Перевищення верхньої межі специфікації проєкту шляхом розширення до EQS-2600R (2600 A) або EQS-4000R (4000 A).

• EQS-2600R, ємність 400V: 1800 kVA
• EQS-4000R, ємність 400V: 2770 kVA
• Підходить для сценаріїв повної потужності заряджання з 10 PCS

2.6 Вибір обладнання для платформи AC 800 В високої напруги

• Якщо замовник використовує платформу 800 В (у поєднанні з PCS ENJOY 215 кВт), ємність EQS для одного робочого режиму подвоюється (за того самого рівня струму), час перемикання знижується з ≤20 мс до ≤30 мс.

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

2.7 Дерево рішень для вибору обладнання

Приклад типових результатів вибору:

2.8 Підсумок основних формул вибору обладнання

Повна потужність EQS (кВА) ≥ [Потужність заряджання PCS (кВт) + Потужність навантаження (кВт)] / cosφ

S_EQS ≥ (N × P_charge + P_load) / cosφ

Де:
  S_EQS    Повна потужність EQS (кВА)
  N        Кількість PCS
  P_charge Потужність заряджання одного PCS (кВт), при одному режимі = 0
  P_load   Потужність навантаження (кВт)
  cosφ     Коефіцієнт потужності (зазвичай 0,90–0,98 після компенсації для промислових і комерційних об'єктів)

Червона лінія R6 (вибір обладнання визначається двома режимами роботи):

Червона лінія R7:

10 PCS на повній потужності заряджання + 1250 кВт повного навантаження одночасно → загальна потужність 2500 кВт → необхідно обрати EQS-4000R (2770 кВА), при цьому cosφ ≥ 0,91.

3 Схема топології продуктового портфоліо

3.1 Схема електричних з'єднань EQS

3.2 Серія S — інтегрована шафа зберігання енергії (PCS + акумулятор в одному)

• Детальна таблиця конфігурацій наведена нижче:

3.3 A 系列 PCS 一体柜 + 261D 电池柜

A 系列是 HOENERGY 推出的户外 PCS 一体柜，需要与 D-Cube-261D 电池柜配套使用（A 与 D 物理分离，之间直流母线连接）。A 系列 PCS 同样基于恩玖 125 kW 模块（与 S 系列同一 PCS 硬件平台），与恩玖 EQS 切换兼容性已验证。

A 系列 vs S 系列选型对比：

A 系列接入示例（2 MWh 典型配置）：

• D-Cube-A500（500 kW PCS）× 2 + D-Cube-261D × 8 = 1000 kW PCS + 2.088 MWh
• 接入 EQS-2000R（13385 kVA）或 EQS-4000R（2770 kVA）
• 详细 A 系列方案联系 HOENERGY 技术人员

D-Cube 与 EQS 接口：

D-Cube 交流输出 (U/V/W/N2)  ──►  EQS 负载侧端子
D-Cube DI/DO（VSG 切换）    ──►  EQS 控制端子 DO4+/DO4-, DI3+/DI3-
D-Cube VSG 算法使能         ──►  0x5066 / 0x02FF 已预置

Розділ §4 Внутрішня структура EQS + принцип перемикання ≤20 мс

4.1 Ключові компоненти статичного перемикача EQS

Основою EQS є двонаправлений статичний перемикач на основі зустрічно-паралельних тиристорів (SCR): кожен полюс (A/B/C або плюс N) складається з двох SCR, увімкнених зустрічно-паралельно, що утворюють двонаправлений провідний елемент. Саме це є причиною того, що він здатний забезпечити час перемикання ≤20 мс.

4.2 Ключове питання: EQS — це повністю твердотільний або гібрид твердотільного та механічного комутатора?

Q. EQS — це повністю твердотільний перемикач (лише SCR) чи гібрид твердотільного та механічного комутатора?

🔴 A. Гібрид твердотільного та механічного комутатора (Hybrid Static Switch) — це ключова конструкція, що забезпечує ККД EQS 99,97% при повному навантаженні:

4.3 Перемикання ≤20 мс — часова діаграма

Мережа → Офлайн (зникнення мережі):

t=0 ms      Збій мережі
t<5 ms      PCS виявляє напругу байпасу 0x0AAF: 0→2 (перехідний процес)
t=5-10 ms   Плата керування EQS приймає рішення: зникнення мережі → ініціює підготовку до увімкнення SCR
t=10-15 ms  EQS механічний байпас розмикається (розділення контактів)
            + SCR перебирає на себе провідність (природня комутація, перемикання при переході струму через нуль)
t=15-20 ms  Механічний байпас повністю розімкнений, увесь струм навантаження проходить через SCR
            + PCS перемикається в режим офлайн VSG (0x5066=1, 0x02FF=1)
t≤20 ms     Перемикання завершено, навантаження безперервно живиться від PCS VSG
            + 0x0219 Команда керування STS: 1→0
            + 0x0F3A Зворотний зв'язок DI3 плати A3 про розмикання зовнішнього вимикача

Офлайн → Мережа (відновлення мережі):

t=0 s       Відновлення мережі (0x0AAF: 1→2→0)
t=0 s       PCS входить у фазу допоміжного вторинного регулювання частоти
            - EMS зчитує 0x018C/0x018D для обчислення P_tot/Q_tot
            - Встановлює P_tot/n у 0x500E (Pset), крок ≤10%, інтервал ≥100 мс
t=90-180 s  Вирівнювання частоти/напруги з еталоном мережі
t=момент замикання  EQS механічний байпас замикається (при переході струму через нуль)
            + 0x0219 Команда керування STS: 0→1
            + 0x0F3A Зворотний зв'язок DI3 про замикання зовнішнього вимикача
t=після замикання  SCR природньо вимикається, стаціонарний шлях відновлює провідність через механічний байпас
            + PCS перемикається в режим мережа VSG (0x5066=0)

4.4 Принцип перемикання при нульовому струмі

Ключовим фактором, що дозволяє EQS досягти часу перемикання ≤20 мс, є природня комутація (Natural Commutation):

Q. Що таке природня комутація? Чому перемикання повинно відбуватися при нульовому струмі?

🔴 A. Природня комутація = використання властивості змінного струму, який сам по собі перетинає нульове значення кожні 10 мс (50 Гц), для перемикання каналу SCR саме в момент переходу струму через нуль.

• SCR — це напівкерований прилад, який після ввімкнення може бути вимкнений лише тоді, коли струм перетне нульове значення (примусове вимкнення неможливе);
• у промисловій мережі 50 Гц перетин нуля відбувається кожні 10 мс, тобто максимум через 10 мс гарантовано настає момент переходу через нуль;
• EQS перемикає канал у момент переходу струму через нуль → перемикання при нульовому струмі, без електричної дуги, без ударних струмів, без сплесків напруги;
• саме тому ресурс EQS сягає 1 000 000 циклів (у чисто механічних комутаторах електрична дуга випалює контакти, а у чисто твердотільних SCR значні втрати через тривалу провідність).

§5 Крива терміну служби EQS + дані про надійність

5.1 Алгоритм ресурсу EQS (обов'язковий критерій вибору проєкту)

Формула вибору ресурсу EQS:

Ресурс EQS, розрахований при проєктуванні ≥ Термін служби проєкту × Кількість перемикань на рік × Коефіцієнт безпеки

Де:
- Термін служби проєкту = 15 років (промисловий і комерційний стандарт)
- Кількість перемикань на рік = Кількість аномалій мережі/рік × Запас безпеки (2-3 рази)
- Коефіцієнт безпеки = 1,5 (консервативний)

Типовий приклад розрахунку ресурсу для проєкту:

5.2 Походження ресурсу в 1 мільйон циклів (реальні вимірювання ENJOY)

Ресурс EQS у 1 мільйон циклів отримано за результатами реальних вимірювань на заводі ENJOY. Ключові дані:

Ключове тлумачення: 1 мільйон циклів — це механічний ресурс (без урахування зношування контактів); електричний ресурс (з урахуванням зношування контактів) становить ≥100 тисяч циклів.
Стандартна модель EQS постачається із заводським ресурсом 100 тисяч циклів, модель подовженого ресурсу — 1 мільйон циклів.

5.4 Рекомендації щодо вибору (за типом проєкту)

§6 Три ключові механізми VSG + взаємодія з EQS

6.1 Три основні механізми VSG

6.2 Координація часової послідовності перемикання EQS та трьох механізмів VSG

                 EQS механічна дія          Відгук алгоритму VSG
                 ─────────────             ────────────
t=0 ms           Аварія в мережі            PCS виявляє 0x0AAF=2 (перехідний процес)
                                            ↓
t=0-5 ms         EQS ініціює підготовку SCR  PCS J (віртуальна інерція) запускається
                                            Вивільняє «кінетичну енергію віртуального ротора»
                                            Пригнічує падіння частоти RoCoF
                                            ↓
t=5-15 ms        EQS механічний байпас розмикається  PCS D (віртуальне демпфування) запускається
                 SCR переймає провідність    Негативний зворотний зв'язок пригнічує перехідні коливання
                                            ↓
t=15-20 ms       EQS повністю розімкнено     PCS Kf (первинне регулювання частоти) запускається
                 100% навантаження через SCR P-f статизм, відновлення стаціонарного стану
                                            ↓
t≤20 ms          Перемикання завершено       PCS працює у стаціонарному режимі
                                            0x5066=1, 0x02FF=1
                                            Команда встановлення 0x500E Pset
                                            ↓
t>20 ms          Стаціонарний механічний байпас розімкнено  VSG продовжує формування мережі
                 SCR вимкнено                Очікування 0x0AAF=0 (відновлення мережі)

6.3 Підтримка мережі при несправності на стороні мережі 1,5 × номінальної потужності / 200 мс

Q. Чому VSG може забезпечити 1,5 × номінальної потужності протягом 200 мс?

🔴 A. Дві причини:

Цінність застосування:

• У типових сценаріях промислового та комерційного використання 0,4 кВ миттєві несправності мережі (удари блискавки, короткі замикання обладнання) трапляються близько 5–10 разів на рік;
• Підтримуюча здатність VSG 1,5 × дозволяє PCS під час несправності активно подавати реактивну потужність, підтримуючи відновлення напруги на стороні мережі;
• Цього не можуть досягти PCS лише з керуванням PV (PQ) — режим PQ лише виконує команди й не виконує активну підтримку мережі.

7 Детальний розбір еталонного кейсу: вибір 10 PCS з двома режимами роботи

Q. Запитання клієнта: Мені потрібно 10 PCS по 125 кВт (10 × 125 = 1250 кВт загальної потужності PCS), навантаження також становить 1250 кВт (повне навантаження), заряджання та навантаження відбуваються одночасно — який EQS обрати?

7.1 Накладення потужності заряджання та навантаження

Відомі дані:

• Кількість PCS N = 10
• Загальна потужність PCS = 10 × 125 = 1250 кВт
• Загальна потужність навантаження = 1250 кВт (повне навантаження, без резерву)
• Заряджання та навантаження відбуваються одночасно (сценарій без диференційованого тарифу або вимога замовника щодо нульового перемикання)
• Загальна потужність заряджання = 10 × 125 = 1250 кВт

Розрахунок (червона лінія R6):

7.2 Порівняння кандидатських моделей EQS (за 10 ПКСів у двох режимах на повній потужності)

Ключовий висновок (червона лінія R7): 10 ПКСів на повній потужності заряджання + 1250 кВт повного навантаження одночасно → EQS-4000R (2770 кВА) — єдина це прийнятна модель, але з жорсткими інженерними обмеженнями:

• cosφ < 0.91 → EQS-4000R перевантажується (спрацьовує червона лінія, обов'язково знизити потужність або збільшити номінал)
• cosφ ≥ 0.91 → EQS-4000R у безпечному режимі (після компенсації SVG/конденсаторами на промислових об'єктах зазвичай досягається 0.92-0.98)
• cosφ ≥ 0.95 → EQS-4000R має запас 5% (найоптимальніший режим роботи)

7.3 Чотири шляхи інженерних компромісів (відсортовані за пріоритетом)

Рекомендовані рішення:

§8 Підключення EQS та визначення сигналів

7.1 Силові клеми

7.2 Клеми керування (ядро: цифрові DIO)

7.3 Вхід живлення керування

⚠️ Червона лінія R9: Живлення керування EQS 220 VAC має бути незалежним, заборонено брати його з шини постійного струму PCS (щоб уникнути втрати живлення в момент перемикання).

7.4 Сигнальна діаграма EQS-D-Cube

7.5 Заводські попередньо інтегровані інтерфейси (D-Cube ↔ EQS)

§8 Чотири режими роботи

8.1 Огляд режимів

§9 FAQ та питання, що потребують уточнення

9.1 FAQ (відсортовано за частотою звернень)

Q1. Чи справді час перемикання становить ≤20 мс?

🔴 A. EQS «у поєднанні з 125 kW (IP20) PCS — ≤20 мс», за умови, що PCS перебуває у режимі VSG, а підключення DO4/DI3 виконано правильно.

Q2. Скільки часу PCS може працювати безперервно після переходу в автономний режим?

🔴 A. Визначається ємністю системи зберігання енергії. D-Cube-S125 (125 kWh) при повному навантаженні 125 kW може працювати безперервно 1 годину, D-Cube-S261 (261 kWh) при повному навантаженні — 2 години, серія A — до 8 годин. При SOC нижче 20% рекомендується перейти на дизельний генератор або знизити навантаження.

Q3. Чому верхня межа паралельного з'єднання VSG становить 10 пристроїв, а не 12?

🔴 A. Сам алгоритм VSG підтримує 12 пристроїв, але тимчасово обмежено 10-ма, з трьох причин:

1. Стабільність балансування SOC: 10 пристроїв — це верхня межа, визначена інженерним досвідом;
2. Густина струму одного EQS: 10 пристроїв × 125 kW = 1,25 MW, густина струму EQS-2000R (2000 A) контрольована;
3. Майбутнє розширення: на другому етапі проєкту можна розширити до 12 пристроїв (теоретична верхня межа VSG) без заміни EQS.

Q4. Як забезпечується узгодженість SOC під час паралельної роботи кількох PCS?

🔴 A. EMS через 0x500E/0x500F надсилає команди вторинного регулювання частоти, розподіляючи потужність пропорційно до SOC. Жорстке обмеження: діапазон потужності між окремими PCS має бути ≤ (загальне навантаження / кількість PCS) × 20%.

Q5. EQS-2000R — це 3P без N1, чи можна використовувати його в системах TN-C/TN-S?

🔴 A. Потрібна особлива перевірка. 3P-модель не має клеми N1; якщо в системах TN-C/TN-S навантаження потребує нейтрального проводу, необхідно обрати 4P-модель (EQS-500/750/1300) або використовувати зовнішній вузол нейтралі.

Додаток A Ключові червоні лінії

A.1 Проєктні «червоні лінії» (їх порушення призведе до непрацездатності рішення)

Угода про нумерацію «червоних ліній»: R1-R5 = загальні інженерні обмеження (§0.2 стисло); R6-R10 = жорсткі обмеження вибору обладнання для даного проєкту з §6 (безпосередньо формують таблиці §6.x); R11-R12 = межі параметрів VSG (перевіряються під час налагодження).