Energiespeicherlösung

Eine Energiespeicherlösung besteht aus einem oder mehreren Energiespeichermodulen.

Ein Energiespeichermodul (ESM) ist im Wesentlichen wie ein Kondensatormodul, in dem Energie mit Hilfe einer Kondensatorbank gespeichert wird. Die wichtigen Unterschiede jedoch sind folgende:

Ein ESM hat generell wesentlich mehr Speicherkapazität (>20mF) als ein typisches Kondensatormodul und kann somit signifikant mehr Energie speichern.
Es hat seine eigenen Leistungstransistoren, um den Energiefluss zu und aus dem Gleichspannungszwischenkreis zu steuern.
Die Speicherspannung ist über die Elektronik von dem Zwischenkreis des Umrichters entkoppelt.
Durch das Hinzufügen von Erweiterungsmodulen (EM) kann der Energiespeicher noch weiter ausgebaut werden.
Andere Formen der Energiespeicherung umfassen Doppelschichtkondensatoren (DLC) und Batterien.

ESM-Typen

Es gibt drei Arten von Energiespeicherlösungen:

Energie-Speicher
1. Wie ein Kondensatormodul; speichert Bremsenergie, die bei Bedarf wieder ins System eingespeist wird
2. Fügen Sie EMs für zusätzlichen Energiespeicher hinzu
3. Mehrere EMs sind parallel verbunden
Energie-Versorgung
1. Stellt bei Netzausfall für kurze Zeit Energie zur Verfügung
2. Fügen Sie EMs für zusätzlichen Energiespeicher hinzu
3. Mehrere EMs sind parallel verbunden
Energie-Speicher und Versorgung
1. Erfüllt sowohl die Speicher- als auch die Versorgungsfunktion
2. Die Energiemenge, die für die Notstromversorgung zurückgehalten werden soll, ist individuell konfigurierbar
3. Fügen Sie EMs für zusätzlichen Energiespeicher hinzu
4. Mehrere EMs sind parallel verbunden
Speicher-Manager
1. Erfüllt sowohl die Speicher- als auch die Versorgungsfunktion
2. Die Energiemenge, die für die Notstromversorgung zurückgehalten werden soll, ist individuell konfigurierbar
3. Unterstützt verschiedene erweiterte Energiespeichermodule einschließlich EMs, DLCs, Batterien
4. Mehrere DLCs sind in Reihe geschaltet

Kontrolltypen

There are two Control Types - Threshold Voltages and Droop Control. The control type depends on the selected ESM's ControlTyp setting in the database.

Threshold Voltages

The ESM engages when U_DC reachs either the lower or upper threshold voltages.

ESM_V1
- The upper bus voltage threshold when the ESM starts to store braking energy by feeding current into its capacitors (sink current, I_S)
- The sink current, I_S, is the needed current to maintain U_DC = ESM_V1, up to I_Smax
ESM_V0
- The lower bus voltage threshold when the ESM starts to supply power to the bus (source current, I_Q). when the loss of Mains supply power
- The source current, I_Q, is the needed current to maintain U_DC = ESM_V0, up to I_Qmax

Note: In the chart below, U₀ = ESM_V0 and U₁ = ESM_V1

The control characteristics for supply devices define the relationship between U_DC and I_DC. Voltage U_DC is the voltage at the terminals of the device. The current vector system applies, i.e., current I_DC is positive when the current flows into the device from the DC grid (sink mode) and negative when it flows out of the device (source mode).

In the control characteristic, the DC-current equals 0 in these voltage ranges:

U_DC ≤ U_min
U_Q1 ≤ U_DC ≤ U_S1
U_DC ≥ U_max

Symbol	Description	Units	Range
I_Q2	Maximum current in source mode	A	I_Q2≤ I_Q1
I_Q1	Current of a constant value in source mode	A	I_Q1≤ 0
I_S1	Current of a constant value in sink mode	A	I_S1≥ 0
I_S2	Maximum current in sink mode	A	I_S1≤ I_S2

U_min	Minimum voltage	V	U_min< U_max
U_Q2	Minimum voltage of current I_Q1	V	U_min < U_Q2 ≤ U_Q1
U_Q1	Minimum voltage of current 0	V	U_Q2 < U_Q1 ≤ U_S1
U_S1	Start voltage of slope G_S1	V	U_Q1 < U_S1 ≤ U_S2
U_S2	Start voltage of slope G_S2	V	U_S1 < U_S2 ≤ U_max
U_max	Maximum voltage	V	U_min< U_max

G_Q2	Slope of curve up to U_Q2	A/V	G_Q2>0
G_Q1	Slope of curve up to U_Q1	A/V	G_Q1>0
G_S1	Slope of curve starting at U_S1	A/V	G_S1>0
G_S2	Slope of curve starting at U_S2	A/V	G_S2>0

Spannungspegel

For proper ESM operation, set the voltage levels per the following:

Voltage Levels: ESM

ESM_V0 < Vz0 < ESM_V1 <= Vz1

Voltage Levels: ESM + Supply Peak Power Optimization (Vt0 & Vt1)

ESM_V0 < Vz0 < Vt0 < Vt1 < ESM_V1 <= Vz1

Benutzeroberfläche und Eingaben

Graphische Darstellung der Energiespeicherlösungen (ESS) ohne und mit Erweiterungsmodul (EM).

Durch Klicken auf die ESS im Eingabefenster erscheinen die Details wie unten gezeigt. Das Auswählen einer ESS beinhaltet ein oder mehrere ESMs mit keinem oder mehreren Erweiterungsmodulen (EM). Das gezeigt Beispiel ist ein DEK-Modul (20mF) mit zwei Erweiterungsmodulen EM2.0A2020 (je 40mF); in Summe also 100mF. Die Dynamische Energie-Kombination DEK ist ein Modul, das Energiespeicher und -versorgung kombiniert und in diesem Fall 70% der Speicherkapazität für die Notversorgung reserviert hält.

Die folgenden Daten können im Eingabefeld manuell eingegeben werden. Alternativ sind bereits Daten zu den jeweiligen Modulen hinterlegt.

Typ: Energie-Speicher (DES)
- ESM_V1 ist die Zwischenkreisspannung, bei der der DES beginnt, Energie zu speichern.
Typ: Energie-Versorgung (DEV)
- ESM_V0 ist die Zwischenkreisspannung, bei der die DEV mit der Notstromversorgung beginnt, weil Netzausfall erkannt wird.
- Zeit der Verlustleistung ist der Zeitpunkt während des Zyklus in dem der Stromausfall auftritt.
- Verlustleistung Dauer beschreibt wie lange der Stromausfall andauert.
- Beides, die Zeit der Verlustleistung und die Verlustleistung Dauer können auf der Hauptoberfläche, oder im Leistung gegen Zeit Chart durch klicken auf den power Profil Knopf eingestellt werden.
Typ: Energie-Speicher und Versorgung (DEK)
- Speicher verwendet für Backup-Leistung ist der Anteil am Speicher, der für die DEV-Funktion reserviert bleibt.

Formel

Energiespeichers

Die Formel zur Berechnung des Energiespeichers lautet:

Symbol	Beschreibung	Einheiten
E	Speicherbare Energie	J
C	Kapazität	F
V₀	Minimum Spannung (normalerweise 200V für Energiespeicher, 0V für Backup-Versorgung)	V
V₁	Maximum Spannung (normalerweise 450V)	V

Energiespeichermodul I2t

Für die Energiespeichermodul (ESM) gilt das I2t-ESM-Modell

Symbol	Bedeutung	Einheit
I	Anwendungsstrom bei Beispielzeit [n]	A
I_N	Dauer-Nennstrom bei Nenndrehmoment und Drehzahl	A
I_Max	Maximaler Nennstrom	A
t_max	Dauer bei maximalem Nennstrom	s
I2t_n-1	I2t-Wert bei vorheriger Beispielzeit [n-1]	%

Doppelschichtkondensatoren (DLCs)

DLCs können sowohl in Reihe als auch parallel geschalten werden. Betrachten Sie die Lösung 01x DSM4.0-60-xx-xx 04x DLC-2-10-90. Wird von programme ein Doppelschichtkondensator entsprechend ausgelegt bedeutet: 4 Stränge bestehend aus Doppelschichtkondensatoren (DLC), jeder Strang besteht aus 2 in Reihe geschalteten DLCs. Jeder DLC hat 10F Kapazität und 90V maximale Spannung. Also 8 Speicher gesammt mit 20F Gesamtkapazität und 2 x 90V = 180 V maximaler Gesamtspannung.