柳州西门子授权一级代理商交换机供应商采购

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SINAMICS PCS 逆变器柜系统概述

SINAMICS PCS，控制柜，4 门，敞开式

SINAMICS PCS 逆变柜，用于工业电池存储系统和静态无功功率补偿系统 (STATCOM) 1)，属于 SINAMICS 机柜装置。

可用于公共和工业中压电网。

SINAMICS PCS 逆变柜是电池制造商、系统集成商、解决方案合作伙伴、工厂建设者和投资于电池存储系统或静态补偿系统的工业终端客户的理想选择1)。

SINAMICS PCS 的使用优化了能源效率，同时提高了工厂可用性。

1) 根据要求

亮点

结构紧凑

高性能

可靠性

选型和组态简便

快速调试

基于 SINAMICS S120 变频柜/装置系列，经过型式试验，即连即用，高度优化至 2000 mm

基于 SINAMICS 平台工业设计，具有优异的鲁棒性、可用性和安全性

设计用于工业和公共电网系统中的可靠线路运行

将电池存储设备连接到工业或公共中压电网

经过技术优化的系列设备，采用久经验证的 SINAMICS S120 系列标准组件，备件种类显著减少

选型、组态和订购都非常简便，只有一个订货号，统一的客户文档

高效液体冷却，可用于苛刻环境

通过高效液体冷却，实现无源组件的佳冷却

降低辅助电源要求，显著节能

采用高效的液体冷却，可以简便地集成到容器或控制室中

SINAMICS Startdrive 可集成在 TIA Portal 中，CU320-2 PN 标配一个 PROFINET 接口

线路连接符合 VDE-AR-N 4110 规定的单元证书，从而简化了工厂认证，加快项目规划和实施

提供有经认证的 MATLAB/Simulink 仿真模型

电池选择灵活，支持不同的电池技术/电压

用于弧岛电网和互联电网应用

应用

SINAMICS PCS 是一款即连即用、具有所有必要功能的灵活工业逆变器，符合标准 VDE-AR-N 4110。这包括将固定电池储能设备连接到公共电网和非公共中压电网的装置证书，其电压质量符合标准 EN 50160。

除电网变频器外，还需要一个专用中压变压器、一个带有电池管理系统 (BMS) 的固定式电池储能设备以及上位开环/闭环控制系统。这些都不在供货范围内。

这些组件一起构成发电系统 (PGS)，在电网接入点 (GCP) 连接到中压电网。

SINAMICS PCS 可用于补偿工业电网中的无功功率，以符合电网运营商规定的功率因数。这意味着可以优化能源成本。

对于发电系统和电池储能设备，必须使用系统证书验证符合性。SINAMICS PCS 逆变器具有符合 VDE-AR-N 4110 技术连接规则的装置证书，可大大减少发电系统认证费用。用户负责认证整个系统。

经认证的 MATLAB/Simulink 仿真模型可用于电厂仿真。

目标行业和典型应用

用户侧储能应用（工业），如：

峰值负荷范围通过尽可能优化基本负载的尺寸，优化工厂馈电利用率

能源管理：通过电池储能系统的充/放电管理，实现稳定的电能供应，以避免负载峰值

后备电源1)：电源故障时，可继续提供电能，以稳定正在运行的进程，并能以协调的方式终止

通过储存可再生能源（如光伏），优化自身能源消耗

STATCOM：静态无功补偿系统1)

利用电池储能装置，提高供电质量

供电侧储能应用（能源和智能电网），如：

电池储能装置，以覆盖峰值负载

通过使用电池储能和提供无功功率，调节频率，稳定电网电压，来实现电网稳定

通过提供启动电能，实现电厂的黑启动1)

微电网和弧岛电网：例如：使用并联电池，降低燃油成本，优化发电机容量

1) 根据要求

设计

SINAMICS PCS 是一个液冷型有源供电装置，包括一个有源进线柜 (LCM)、一个有源滤波柜 (AIM) 和一个有源整流柜 (ALM)。
此外，SINAMICS PCS 配有热交换器模块（泵柜），其中包含客户的原水连接。
电网、辅助电源连接和总线电缆都连接在进线柜中。直流电源接入点位于有源整流柜中。

SINAMICS PCS 的硬件相关功能在控制模块 CU320-2 中实现。客户特定的开环控制系统（如 SIMATIC S7）必须叠加在控制模块 CU320-2 上。别开环控制系统的基本任务是控制 SINAMICS PCS（打开/关闭），以及输入电力公司规定的整定值和限值。对于涉及电池存储设备的应用，需要电池管理系统 (BMS) 来保护电池不受不允许的工作点的影响。

SINAMICS PCS 通过电厂侧配套变压器接入中压电网行，可在 250 V 至 500 V 范围内自由选择不同的额定电网电压。从而 SINAMICS PCS 可使用不同的电池电压。

SINAMICS PCS 柜的主要组件一览

进线柜 (LCM)
进线柜提供用户侧接入点。其中包括：低压断路器、电网侧电压测量和辅助电源接入点。
此外，测试和传输端子排与控制模块一起提供，并与别开环控制系统连接。低压断路器具有集成的过载和短路保护功能。

有源滤波装置 (AIM)
有源滤波装置包括栅极滤波器和可选交流侧预充电电路以及电压检测装置。

有源整流装置 (ALM)
有源整流装置包括电网变频器以及相关的开环和闭环控制组件。
有源整流装置包含直流熔断器和接线片，用于直流电源和/或电池储能设备。

换热器装置 (HEM)
换热器装置包含整个系统的再冷却系统。这是系统侧冷却水供应的连接点。

SINAMICS PCS，系统解决方案

功能

SINAMICS PCS 电网转换器通过改变直流电压来控制电池充放电过程。

如果 SINAMICS PCS 的直流电压低于电池空载电压，则将电能馈入电网。
否则，给电池充电。
如果转换器处的直流电压与电池空载电压一致，则不发生能量流动。

要馈入电网的有功功率控制器将叠加在电压控制器上。另外，还可以选择动态指定有功功率的上限和下限值。此外，还有一个无功功率控制器。
上位开环控制系统必须发布有功功率和无功功率的设定值以及有功功率的限值。

发生电压骤降时，可以采用符合 VDE 4410 的方式，向电网施加 SINAMICS PCS 无功功率。公共直流环节中的直流电压增加到电池的空载电压。因此，电池不再供电。

集成

在系统方面，运营公司必须提供一种装置，用于断开直流电源/电池储给装置（在 DC+ 和 DC-）直流连接的所有电极。这至少必须符合标准 IEC 60947（断路器、负载开关、隔离开关、负载隔离开关和熔断器保护式隔离开关）的要求，并且必须适合建立安全的电气断开点。直流电源/电池储能装置的设计和构造必须确保其绝缘，且不直接接地。不允许将 DC+、DC- 或中心点电位接地。

为了符合 EMC 限值，如果需要，必须采取额外的措施（如滤波器、屏蔽电缆、金属电缆管道等）。为此，建议根据 CISPR 11 在电厂/系统侧进行测量。

电源转换系统设计用于工业环境，应在距离任何住宅环境至少 30m 的地方运行。所用直流连接电缆的长度不得超过 60 m（系统的空间范围）。在工业环境中，允许的排放水平很高。工业环境中使用的设备可能具有相对较高的发射干扰，但也需要具有较高的抗干扰性。
SINAMICS PCS 不适用于住宅区，因此无法确保此类环境中的无线电接收适当保护。

运营公司必须使用相应的冗余和备份系统，来满足整个系统的可用性要求。

SINAMICS PCS 非 UPS 系统。

SINAMICS PCS，系统概述

LCM 进线柜

AIM 有源滤波装置

ALM 有源整流装置

HEM 换热器装置

CU320-2 上启用的断路器

C/D 控制，交流预充电（可选 L36）

E/F 反馈，交流预充电（可选 L36）

G/J 反馈，3WL 断路器

K 3 AC 400 V 泵电源

L DC 24 V 控制电压

组态定义电网连接电压和电池电压

两步配置系统：

选择电池，以佳利用转换器的功率容量

选择转换器的电网连接电压，以便连接特定电池

以下适用于额定电网连接电压：

额定电网连接电压 U AC 符合标准 EN 50160 和 VDE-AR-N 4110

250 ... 500 V 3 AC

公差范围连续运行

±10 % UN AC

公差范围 60 秒运行

±15 % UN AC

超出规定的公差范围

根据 VDE-AR-N 4110 规范动态支持电网

电网连接指南

VDE-AR-N 4110:2018-11

确定直流电压极限和额定有功功率的公式

小直流电压UDCmin = 460 V + 1.56 x (UN AC - 250 V)

大直流电压UDCmax = 小值 (1100 V; 2.7 × UN AC)

额定无功功率：PN = 1.74 kW/V × UN AC

额定电网连接电压和直流电压范围一览（圆整值）

额定电网连接电压
UN AC
AC V

额定视在功率
S
kVA

额定有效功率
PN
kW

额定电压 DC
UN DC
V

小直流电压
UDCmin
V

大直流电压
UDCmax
V

500

933

870

975

850

1100

450

842

783

936

772

400

750

696

887

694

1080

350

659

609

781

616

945

300

567

522

674

538

810

250

476

435

568

460

675

根据标准 VDE-AR-N 4110，电网接入点 (PCC) 可实现的有功功率 = 上表中的有功功率 PN 减去变压器的功率损耗。

注
每个 SINAMICS PCS 发电系统都必须使用专用变压器。如果在一台变压器上运行多个 SINAMICS PCS 发电系统，会导致电网谐波增加以及系统之间的不良相互作用。并联运行时，不能排除会有后续损坏。

根据额定电网连接电压推荐的变压器一览

额定电网连接电压
UN AC
AC V

变压器的视在功率
STransf
kVA

相对短路电压
uk
%

1000

5

800

6

630

8

500

10

变压器必须将中压调整为 SINAMICS PCS 的选定电网连接电压。
实际电网电压必须在 VDE-AR-N 4110 的公差范围内。不允许移动此公差带。因此，我们建议在变压器的顶部电压侧提供有载分接开关，以调整电压。

变压器的漏感：40 ... 45 μH ±5 %.必须提供栅极电抗器，以降低变压器的漏感。

如果 SINAMICS PCS 在 IT 电网系统中运行，则变压器的二次侧不得接地。

此外，变压器必须满足 VDE-AR-N 4110 第 6.2.2.6 节变压器中规定的要求。

电池要求

电池电压范围必须在 SINAMICS PCS 的允许直流电压限制范围内（请参见“额定电网连接电压和直流电压范围一览（圆整值）”）。

电池必须配备合适的直流熔断器（在 DCP 和 DCN 中）和电池管理系统 (BMS)，该系统可持续监测蓄电池，并可通过直流接触器断开电池的所有极 -无论是在正常操作中，还是在故障时 - 参见操作手册。

检查直流熔断器的适用性

SINAMICS PCS 直流连接的所有电极均采用 3NB2 型 SENTRON SITOR 半导体保护熔断器进行保护，该熔断器在工厂安装。

熔断器订货号

3NB2357-4KK16

操作等级，符合标准 IEC 60269

aR

额定电压 U N

1250 V DC

额定分断能力 I 1N

150 kA

额定电流 I N

1600 A

熔断器根据 SINAMICS PCS 的大允许直流电流设计，并保证直流侧电网转换器的短路保护。

在设计系统时，必须仔细检查工厂安装的直流熔断器的额定电流是否适合特定的系统配置 - 参见操作手册。

发电系统的解耦保护

解耦保护是发电系统的重要组成部分。SINAMICS PCS 具有集成去耦保护功能，包含在交付范围内。

支持以下保护功能：

电压降低防护 U< 和 U<<

电压增加防护 U> 和 U>>

频率降低保护 f<

频率增加防护 f> 和 f>>

根据 VDE-AR-N-4120 发布的建议，解耦保护预先进行了参数设置，需要时可在调试整个系统时进行调整。
有关更多信息，请参见操作手册。

预充电

SINAMICS PCS 可从交流电网（选件 L36）或直流电源预充电。

对于交流侧的预充电（选件 L36），在电池接触器闭合之前，SINAMICS PCS 的直流电压必须首先与直流电源的空载电压一致。电池接触器必须由外部控制。

对于直流侧的预充电，必须选择不超过 200 A 的直流电流（预充电电流）电路。
只有在预充电过程完成、且直流电源直接连接到 SINAMICS PCS 的直流环节时，才允许打开 SINAMICS PCS。
SINAMICS PCS 的脉冲只能在主电池接触器闭合时启用。
对于直流侧的预充电，必须在外部实施预充电操作的完整开环控制。主电池接触器只能在预充电完成后闭合，即 SINAMICS PCS 直流链路电压与电池电压相一致。
要预充电的 SINAMICS PCS 直流环节电容器的电容可参考操作手册。

远程访问（可选）

可根据请求通过 SINEMA RC 和合适的 SCALANCE 路由器远程访问 CU320-2。

电缆和接口

必须使用 EMC 屏蔽电源电缆，将 SINAMICS PCS 连接到相关变压器和直流电源/电池储能装置。此外，我们建议开环和闭环控制电路使用屏蔽电缆和导体。

更多信息，请参见操作手册。

技术规范一般技术数据

电气数据

额定电网连接电压 U AC

公差范围连续运行

±10 % UN AC

公差范围 60 秒运行

±15 % UN AC

超出规定的公差范围

根据 VDE-AR-N 4110 规范动态支持电网

辅助电源

400 V 3 AC

额定功率 P N

435 ... 870 kW

电网系统组态

中性点接地电网（TN/TT 系统）或不接地电网（IT 系统）

电网频率

50 Hz

交流电流，大

1067 A

DC current（直流电流）

大电流

1050 A

大峰值短路电流（由直流环节电容产生）

25.2 kA

直流电压纹波

≤ 1 % 1)

电流消耗 (400 V 3 AC)

约 10 A 2) 

直流环节电容

19330 μF

脉冲频率

4 kHz

大功耗，50 Hz 500 V 时 3)

散热到冷却液

27.3 kW

散热到周围空气

3.7 kW

额定短路电流（符合 IEC）

100 kA

小短路电流  4)

可调

机械规格

防护等级

IP21

保护类别 I，符合标准 IEC 62477-1

过电压类别

III 符合 IEC 62477-1

污染等级

2 符合 IEC 62477-1 规定

设备只能在污染程度为 2 的环境中运行；应遵循以下指南，尤其是应避免冷凝：

使用配有由风扇通风的过滤器的通风外壳。这意味着通风是通过外壳内的一个或多个风扇进行的，该风扇可实现主动的空气进出。或者使用加热器持续加热壳体。或者，性地中断注入热空气，这样就无需对冷凝点进行冷却。

冲击危险保护

EN 50274 和 DGUV Regulation 3，用于预定用途时

柜机系统

Rittal TS 8，带双倒钩锁的门，托盘形式的地板，用于收集任何泄漏的水。
下方进线，穿过氯丁橡胶垫

面漆

RAL 7035（室内要求）

冷却空气需要量

0.5 m3/s (17.66 ft3/s)

声压级 L pA (1 m)  5)

76 dB(A)

1) 在稳态运行中，SINAMICS PCS 直流连接处直流电压纹波的 rms 值通常 ≤1%，基于直流电压值。这取决于 SINAMICS PC 和电池的控制器参数设置。

2) 需要 32 A 馈电装置。

3) 标定的功率损耗是在 100 % 容量利用率时的大值。正常情况下，损耗相应会低些。

4) 可靠脱扣保护装置所需的低电流。

5) 有源滤波装置和有源整流装置的总声压级。

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