В системах накопления энергии на основе батарей (BESS) контактор постоянного тока отвечает за управление включением/выключением, а предохранитель постоянного тока — за защиту от короткого замыкания и перегрузки. Эти два элемента тесно взаимосвязаны в соответствии с принципом «иерархия + функция», образуя вместе высоковольтный защитный барьер постоянного тока.
●DC CONTACTOR
В качестве "контроллера высоковольтных переключателей" в системах накопления энергии (BESS) контактор постоянного тока является основным компонентом, обеспечивающим включение/выключение высоковольтной цепи в системе BESS. Он применяется в основном на следующих уровнях системы, выполняя функцию управления включением/выключением высоковольтной цепи и адаптируясь к потребностям различных проектов BESS по хранению энергии.
1. На уровне аккумуляторного блока/кластера
Основной контактор постоянного тока управляет включением/выключением аккумуляторного блока/кластера и цепи подключения; контактор постоянного тока предварительной зарядки соединен последовательно с резистором предварительной зарядки, образуя цепь предварительной зарядки, обеспечивающую плавный пуск системы, что позволяет эффективно ограничивать пусковой ток при включении и предотвращать его воздействие на конденсатор фильтра постоянного тока на стороне PCS, а также воздействие циркулирующего тока при параллельном соединении аккумуляторных кластеров. Это основной компонент включения/выключения, поддерживающий работу аккумуляторного блока BESS.
2. Высоковольтный распределительный щит/шинный шкаф (BCP)
В качестве основного компонента цепи включения/выключения между аккумуляторным блоком и PCS, DC CONTACTOR отвечает за переключение системы BESS в режиме подключения к сети/автономного режима, изоляцию при отключении и отключение питания для технического обслуживания, адаптируясь к различным сценариям применения BESS на электростанциях с накопителями энергии и являясь ключевым вспомогательным компонентом для проектов BESS.
3. PCS DC Side
Контактор постоянного тока соединяет цепь батареи и шину постоянного тока PCS, взаимодействует с BMS (системой управления батареей) и EMS (системой управления энергией) для осуществления переключения стратегий зарядки и разрядки, а также быстрого выявления неисправностей, обеспечивая безопасную и стабильную работу системы BESS. Это основной компонент включения/выключения, поддерживающий PCS системы BESS.
4. Пожарная связь
При возникновении теплового разгона или возгорания в системе BESS, система управления батареей/энергоснабжением (BMS/EMS) немедленно выдает команду на торможение, чтобы быстро отключить контактор постоянного тока, прекратить подачу энергии от неисправного блока, снизить риски для безопасности и является ключевым компонентом защиты системы BESS.
Пункты отбора
Контактор постоянного тока должен быть адаптирован к высоковольтной среде системы хранения энергии (BESS) с напряжением 1000–1500 В постоянного тока. Его номинальный кратковременный выдерживаемый ток должен соответствовать максимальному ожидаемому току короткого замыкания системы, чтобы избежать сваривания контактов в случае неисправностей. Он оснащен вспомогательными контактами для системы управления батареей (BMS) для мониторинга состояния контактов в режиме реального времени, обладает хорошей виброустойчивостью и устойчивостью к перепадам температуры, отвечает требованиям многорежимной работы BESS на электростанциях с накопителями энергии и соответствует стандартам выбора различных проектов BESS.
●DC FUSE
В качестве "защитного механизма от перегрузки по току" системы BESS, предохранитель постоянного тока является основным компонентом защиты от короткого замыкания и перегрузки системы BESS, охватывая все уровни системы, адаптируясь к потребностям защиты различных проектов BESS по хранению энергии и являясь ключевым компонентом защиты системы BESS.
1. Уровень аккумуляторного модуля/блока
К каждому модулю/блоку последовательно подключен небольшой предохранитель постоянного тока, который позволяет быстро локализовать короткое замыкание внутри отдельной ячейки или модуля, предотвратить распространение неисправности на весь кластер, обеспечить основную защиту от короткого замыкания для модуля батареи BESS и является основным защитным компонентом, поддерживающим модуль батареи BESS.
2. Уровень кластера батарей (BCP)
Предохранители постоянного тока средней и высокой мощности соединены последовательно с положительным и отрицательным полюсами кластерного соединения и используются для защиты от коротких замыканий между кластерами и сильных токовых воздействий, вызванных неисправностями на стороне PCS, обеспечивая нормальную работу других блоков при локальных неисправностях в системе BESS, и являются ключевым компонентом защиты, поддерживающим шинный шкаф BESS.
3. PCS DC Link
Высокоскоростной предохранитель постоянного тока (DC FUSE) последовательно подключен между конденсаторной батареей постоянного тока на стороне PCS и плечом моста IGBT, что позволяет за миллисекунды отключать ток короткого замыкания, возникающий при прямом коротком замыкании IGBT, предотвращать перегорание силовых модулей, шин и ламинированных шин, предотвращать тепловой разгон батареи из-за неисправностей, защищать основные силовые устройства PCS и является ключевым компонентом защиты на стороне PCS системы BESS.
Пункты отбора
Для сценариев постоянного тока предпочтительны высокоскоростные предохранители постоянного тока класса AR, обладающие отключающей способностью, соответствующей требованиям максимального ожидаемого тока короткого замыкания системы (обычно не менее 20–50 кА, в зависимости от конструкции системы), и адаптированные к высоковольтной среде 1500 В постоянного тока. Необходимо обеспечить иерархическую координацию защиты с контакторами постоянного тока и автоматическими выключателями для обеспечения разумного времени срабатывания защиты, гарантировать безопасную и стабильную работу системы хранения энергии и удовлетворить потребности в выборе предохранителей постоянного тока в различных проектах систем хранения энергии.
Логика координации и распространенные слепые зоны
— Логика координации
Контактор постоянного тока отвечает за управляемое отключение (нормальная работа/техническое обслуживание), а предохранитель постоянного тока — за защиту от экстремальных нагрузок (короткое замыкание/перегрузка). Вместе они образуют многоуровневую защиту, обеспечивая двойную защиту высоковольтной цепи постоянного тока системы хранения энергии.
— Распространенные слепые зоны
При больших токах короткого замыкания контактор постоянного тока склонен к свариванию контактов, что приводит к нарушению нормального размыкания цепи; защита от малых и множественных перегрузок не является целью проектирования предохранителя постоянного тока, поэтому он имеет задержку в срабатывании из-за собственных защитных характеристик. Эти проблемы необходимо избегать путем управления временем работы BMS/EMS и иерархической защиты (взаимодействуя с автоматическими выключателями постоянного тока), чтобы обеспечить безопасную работу системы BESS при любых условиях эксплуатации и в полной мере использовать основные функции управления и защиты контактора и предохранителя постоянного тока.