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Anwendungsszenarien und Kernauswahl von Gleichstromschützen und Gleichstromsicherungen in BESS
2026-04-22
In einem Batteriespeichersystem (BESS) ist der Gleichstromschütz für die Ein-/Ausschaltsteuerung zuständig, die Gleichstromsicherung hingegen für den Kurzschluss- und Überlastschutz. Beide sind gemäß dem Prinzip „Hierarchie + Funktion“ eng miteinander verknüpft und bilden gemeinsam eine Hochspannungs-Gleichstrom-Sicherheitsbarriere.
●DC CONTACTOR
Als zentrale Schaltstelle des Batteriespeichersystems (BESS) ist der Gleichstromschütz die wichtigste Ein-/Ausschaltkomponente des Hochspannungskreises. Er wird hauptsächlich auf den folgenden Systemebenen eingesetzt, übernimmt die Ein-/Ausschaltsteuerung des Hochspannungskreises und passt sich den Anforderungen verschiedener Energiespeicherprojekte an.
1. Akku-/Cluster-Ebene
Der Haupt-Gleichstromschütz steuert das Ein- und Ausschalten des Batteriepacks/Akkuclusters und des Zusammenführungskreises. Der Vorlade-Gleichstromschütz ist in Reihe mit dem Vorladewiderstand geschaltet und bildet so einen Vorladekreis. Dies ermöglicht einen sanften Systemstart, begrenzt effektiv den Einschaltstrom und verhindert dessen Auswirkungen auf den DC-seitigen Filterkondensator des PCS sowie auf Ausgleichsströme bei parallelgeschalteten Batterieclustern. Er ist die zentrale Ein-/Ausschaltkomponente der BESS-Batterieeinheit.
2. Hochspannungskasten/Sammelschienenschrank (BCP)
Als Hauptschaltelement zwischen Batteriecluster und PCS ist der DC-Schütz für das Umschalten des BESS-Systems zwischen netzgekoppeltem und netzunabhängigem Betrieb, die Abschaltisolation und die Wartungsabschaltung zuständig. Er passt sich verschiedenen Anwendungsszenarien von Energiespeicherkraftwerken an und ist die zentrale unterstützende Komponente für BESS-Projekte.
3 Stück DC-Seite
Der DC-Schütz verbindet den Batteriestromkreis mit dem DC-Bus des PCS und arbeitet mit dem Batteriemanagementsystem (BMS) und dem Energiemanagementsystem (EMS) zusammen, um die Lade- und Entladestrategien umzuschalten und Fehler schnell zu isolieren. Dadurch wird der sichere und stabile Betrieb des BESS-Systems gewährleistet. Er ist die zentrale Ein-/Ausschaltkomponente des PCS des BESS-Systems.
4. Feuerverbindung
Wenn es im BESS-System zu einem thermischen Durchgehen der Batterie oder zu einem Brand kommt, gibt das BMS/EMS (Batteriemanagementsystem/Energiemanagementsystem) sofort einen Bremsbefehl aus, um den DC-Schütz schnell zu schalten, die Energieabgabe der fehlerhaften Einheit zu unterbrechen, Sicherheitsrisiken zu reduzieren und ist eine Schlüsselkomponente für den Sicherheitsschutz des BESS-Systems.
Auswahlkriterien
Der DC-Schütz muss an die Hochspannungsumgebung von 1000–1500 VDC des Batteriespeichersystems (BESS) angepasst sein. Sein Nennkurzzeitstrom muss dem maximal zu erwartenden Kurzschlussstrom des Systems entsprechen, um ein Verschweißen der Kontakte im Fehlerfall zu vermeiden. Er ist mit Hilfskontakten für das Batteriemanagementsystem (BMS) ausgestattet, um den Ein-/Aus-Zustand der Kontakte in Echtzeit zu überwachen, und zeichnet sich durch eine hohe Vibrations- und Temperaturbeständigkeit aus. Damit erfüllt er die Anforderungen des Betriebs von BESS in Energiespeicherkraftwerken unter verschiedenen Bedingungen und entspricht den Auswahlkriterien diverser BESS-Projekte.
●DC FUSE
Als „aktuelles Sicherheitstor“ des BESS ist die DC-Sicherung die ultimative Schutzkomponente gegen Kurzschluss und Überlastung des BESS-Systems. Sie deckt alle Ebenen des Systems ab, passt sich den Schutzanforderungen verschiedener Energiespeicherprojekte an und ist die zentrale Schutzkomponente des BESS-Systems.
1. Batteriemodul-/Akkupack-Ebene
Mit jedem Modul/Pack ist eine kleine DC-Sicherung in Reihe geschaltet, die einen Kurzschlussfehler innerhalb einer einzelnen Zelle oder eines Moduls schnell isolieren kann, verhindert, dass sich der Fehler auf den gesamten Cluster ausbreitet, einen grundlegenden Kurzschlussschutz für das BESS-Batteriemodul bietet und die zentrale Schutzkomponente darstellt, die das BESS-Batteriemodul unterstützt.
2. Batteriecluster-Ebene (BCP)
Mittel- und Hochleistungs-Gleichstromsicherungen sind in Reihe mit den positiven und negativen Polen des Clusterzusammenflusses geschaltet. Sie dienen dem Schutz vor Kurzschlüssen zwischen Clustern und großen Stromspitzen, die durch Fehler auf der PCS-Seite verursacht werden. Dadurch wird der normale Betrieb anderer Einheiten bei lokalen Fehlern im BESS-System sichergestellt. Die Sicherung ist eine wichtige Schutzkomponente, die den BESS-Sammelschienenschrank unterstützt.
3. PCS DC-Verbindung
Eine Hochgeschwindigkeits-Gleichstromsicherung ist in Reihe zwischen der DC-seitigen Kondensatorbank des PCS und dem IGBT-Brückenarm geschaltet. Sie kann den durch einen direkten Kurzschlussfehler des IGBT erzeugten Kurzschlussstrom in Millisekunden unterbrechen, ein Durchbrennen von Leistungsmodulen, Sammelschienen und laminierten Sammelschienen verhindern, ein thermisches Durchgehen der Batterie durch Fehler verhindern, die Kernleistungsgeräte des PCS schützen und ist die zentrale Schutzkomponente auf der PCS-Seite des BESS-Systems.
Auswahlkriterien
Für Gleichstromszenarien wird eine Hochgeschwindigkeits-Gleichstromsicherung der Klasse aR bevorzugt, deren Abschaltvermögen den Anforderungen des maximal zu erwartenden Kurzschlussstroms des Systems entspricht (üblicherweise mindestens 20 kA bis 50 kA, abhängig von der Systemauslegung) und die für die Hochspannung von 1500 V DC geeignet ist. Sie muss eine hierarchische Schutzkoordination mit Gleichstromschützen und Leistungsschaltern gewährleisten, um eine angemessene Schutzzeit zu sichern, den sicheren und stabilen Betrieb des Batteriespeichersystems (BESS) zu gewährleisten und die Anforderungen an die Gleichstromsicherungsauswahl verschiedener BESS-Projekte zu erfüllen.
Koordinationslogik und häufige blinde Flecken
--Koordinationslogik
Der Gleichstromschütz dient dem kontrollierten Abschalten (Normalbetrieb/Wartung), die Gleichstromsicherung dem Schutz vor Kurzschluss und Überlast. Beide bilden zusammen einen mehrstufigen Schutz und gewährleisten so die doppelte Sicherheit des Hochspannungs-Gleichstromkreises im Batteriespeichersystem.
--Häufige blinde Flecken
Bei hohen Kurzschlussströmen neigt der Gleichstromschütz zum Kontaktverschweißen, was zum Ausfall der normalen Stromkreisunterbrechung führt. Der Schutz vor geringfügigen Mehrfachüberlastungen ist nicht die Auslegungsaufgabe der Gleichstromsicherung, weshalb diese aufgrund ihrer Schutzeigenschaften verzögert reagiert. Diese Probleme müssen durch eine zeitgesteuerte BMS/EMS-Struktur und ein hierarchisches Schutzkonzept (in Zusammenarbeit mit Gleichstromleistungsschaltern) vermieden werden, um den sicheren Betrieb des Batteriespeichersystems unter allen Betriebsbedingungen zu gewährleisten und die Kernfunktionen von Gleichstromschütz und Gleichstromsicherung optimal zu nutzen.
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