حل تخزين الطاقة بالاتصال المباشر للجهد المتوسط (E4Matrix)

Zhejiang Rockwell Energy Technology Co., Ltd.

في مواجهة الفقد العالي للطاقة والإيرادات المحدودة لمشاريع تخزين الطاقة، بالكاد تستطيع بنى الربط بالشبكة التقليدية تلبية متطلبات التشغيل الفعال. يعتمد حل تخزين الطاقة بالربط المباشر بالجهد المتوسط E4Matrix على تقنية المحولات ذات الحالة الصلبة SST لتبسيط روابط التحويل لتحقيق كفاءة وموثوقية فائقتين.

1. خلفية الصناعة ونقاط الألم

1.1 خلفية الصناعة

في ظل استراتيجية الكربون المزدوج وبناء نظام الطاقة الجديد، تنتقل محطات تخزين الطاقة من "دور داعم" إلى "ضرورة للشبكة". وفقاً للإدارة الوطنية للطاقة، تجاوزت السعة المركبة التراكمية لتخزين الطاقة من النوع الجديد 80 جيجاواط في عام 2025، حيث أصبح تخزين الطاقة متوسط المدة الذي يستمر من 2 إلى 4 ساعات المحرك الرئيسي للنمو. ومع ذلك، لا تزال هناك عقبتان تقنيان تحدان من النشر واسع النطاق: كفاءة تحويل الطاقة ومخاطر الفشل في نقطة واحدة.

1.2 نقاط الألم الأربع في الحلول التقليدية

نقطة الألم	الممارسة التقليدية	السبب الجذري الفيزيائي
خسائر عالية بدون حمل	يعمل PCS ومحول الرفع تحت الجهد على مدار الساعة، مما يؤدي إلى فقدان 1%–2%	لا يمكن القضاء على خسائر القلب في محول التردد الشبكي
مراحل تحويل متعددة	البطارية → PCS → المحول → الشبكة: 4 مراحل تحويل	يتراكم فقدان بنسبة 1%–3% في كل مرحلة
عدم توازن حالة الشحن	يختلف عمق الشحن/التفريغ بين مجموعات البطاريات	يعتمد التوازن السلبي على تجانس البطاريات
عطل أحادي النقطة	يؤدي تعطل وحدة واحدة في تصميم الجسر H المتتالي (CHB) إلى توقف المحطة	لا توجد إمكانية تجاوز احتياطية

1.3 الاتصال المباشر التقليدي مقابل SST — الفرق المادي

النهج التقليدي: أربع عمليات تحويل للطاقة، تُفرض عليها ضريبة في كل خطوة

في محطة تخزين تقليدية، يجب أن يمر التيار المستمر للبطارية عبر أربعة أجهزة منفصلة للوصول إلى شبكة 10 كيلو فولت — كل مرحلة هي "ضريبة طاقة":

الخطوة	المعدات	الشكل الحالي	الفقد في هذه المرحلة	بكلمات بسيطة
①	محول التيار المستمر إلى التيار المستمر	تيار مستمر للبطارية → قضيب تجميع التيار المستمر (رفع/خفض)	~2%–3%	"يضبط" جهد البطارية ليناسب ما يحتاجه نظام تحويل الطاقة
②	نظام تحويل الطاقة (العاكس)	تيار مستمر → تيار متردد 0.4 كيلو فولت	~2%	يحول التيار المستمر إلى تيار متردد ليتمكن من الدخول إلى الشبكة
③	محول رافع	تيار متردد 0.4 كيلو فولت → تيار متردد 10 كيلو فولت	~1%–2%	يرفع جهد التيار المتردد المنخفض إلى جهد متوسط للاتصال بالشبكة
④	معدات التحويل للاتصال بالشبكة	تيار متردد 10 كيلو فولت إلى قضيب التجميع	ضئيل	البوابة النهائية

النقطة الفيزيائية الرئيسية — الفقدان بدون حمل: طالما أن محول رفع الجهد (③) متصل بالشبكة، فإن قلبه يستمر في ممغنطته بواسطة الشبكة حتى عندما لا يكون نظام التخزين في حالة شحن أو تفريغ، مما ينتج عنه فقد في القلب (فقدان بدون حمل). محول بقدرة 100 ميجا فولت أمبير له فقدان بدون حمل يبلغ حوالي 1.5%، يُستهلك باستمرار على مدار 8760 ساعة في السنة — وهو ما يُسمى "فقدان الخمول".

إجمالي الفقدان المقدر: ~2% + 2% + 1.5% عند الشحن، ونفس المقدار عند التفريغ — فقدان الدورة الكاملة يبلغ حوالي 8%–11%.

نهج التوصيل المباشر لـ SST: تحويل واحد، يتم في خطوة واحدة

يمر التيار المستمر للبطارية عبر جهاز SST واحد مباشرة إلى شبكة 10 كيلوفولت:

```

الخطوة	المعدات	شكل التيار	الفقد في هذه المرحلة	بمعنى أبسط
①	محول الحالة الصلبة SST	تيار مستمر للبطارية → تيار متردد عالي التردد → تيار مستمر → تيار متردد 10 كيلو فولت	~1%–2%	"رفع الجهد + التحويل العكسي + العزل" كلها داخل صندوق واحد؛ حيث يحل محول عالي التردد محل محول تردد الشبكة

النقطة الفيزيائية الرئيسية — عدم وجود فقدان في وضع الاستعداد: عندما يكون محول الحالة الصلبة (SST) في حالة خمول، يمكن إيقاف تشغيل أجهزة إلكترونيات الطاقة الداخلية الخاصة به بالكامل. ومع عدم وجود قلب للمغنطة، فإن فقدان الحمل الخفيف = 0.

إجمالي الفقدان المقدر: فقدان ذهاب وإياب بنسبة حوالي 4%–5% — أي ما يقرب من نصف الفقدان في النهج التقليدي.

نظرة شاملة في صورة واحدة للفرق

التقليدي (4 مراحل):

البطارية → DC/DC → PCS → محول رفع → 10 kV
[2–3%] [2%] [1.5%] - يستمر المحول في العمل دون حمل واستهلاك الطاقة

الاتصال المباشر بمحول الحالة الصلبة (SST) (مرحلة واحدة):

البطارية → [محول الحالة الصلبة SST] → 10 kV
المحول الداخلي عالي التردد: صغير وفعال
إيقاف التشغيل الكامل في وضع الاستعداد: فقدان صفري

Medium-Voltage Direct-Connect Energy Storage Solution (E4Matrix)

2. نظرة عامة على الحل وقيمة العرض

2.1 تعريف الحل (BLUF)

يستخدم نظام تخزين الاتصال المباشر بجهد متوسط بمحول الحالة الصلبة (SST) (E4Matrix) محول الحالة الصلبة كنواة له، ليحل محل بنية "PCS + محول رفع" التقليدية أو بنية جسر H المتتالي (CHB)، بحيث تتصل مجموعات البطاريات مباشرة بقضيب التوصيل بجهد متوسط 10 kV. ويقدم:

كفاءة الذهاب والإياب +2% (إلغاء فقدان الحمل الخفيف للمحول)
الطاقة القابلة للاستخدام +6% (موازنة نشطة لحالة الشحن SOC)
فقدان فشل نقطة واحدة <0.1% (تجاوز احتياطي على مستوى الوحدة)
لا يوجد فقدان في الحمل الخفيف (ينخفض محول الحالة الصلبة SST إلى فقدان صفري عند إيقاف التشغيل)

Medium-Voltage Direct-Connect Energy Storage Solution (E4Matrix)

2.2 عرض القيمة الأساسية

بُعد القيمة	المقياس	مقارنةً بالتقليدي
كفاءة الطاقة	كفاءة الدورة الكاملة +2%	استرداد طاقة دورة أكثر بنحو 8% على مدى عمر افتراضي 20 عاماً
السعة القابلة للاستخدام	موازنة حالة الشحن +6%	إطلاق طاقة أكثر بنسبة 6% من نفس السعة
الموثوقية	فشل النقطة الواحدة <0.1%	خسارة 100% عند فشل تتابع CHB
البصمة المكانية	−30%	إزالة محول الرفع ومفاتيح الجهد العالي
سرعة الاستجابة	مستوى المللي ثانية	لا توجد أجزاء ميكانيكية في تنظيم الطاقة

3. بنية النظام

3.1 طوبولوجيا النظام (طبقة تلو الأخرى)

طبقة التوصيل بالشبكة: قضبان توزيع الجهد المتوسط بتيار متردد 10 كيلو فولت (دخول بحلقة مزدوجة) — مفتاح التوصيل بالشبكة QF (مفتوح للصيانة لتكوين فجوة مرئية)، ومحولات قياس التيار/الجهد CT/PT (قياس البوابة)، وأجهزة الحماية (زيادة التيار / التفاضلي / انخفاض الجهد)
طبقة التحويل: مجموعة وحدات SST (تكرار N+1) — الوحدة A (نشطة)، الوحدة B (نشطة)، الوحدة C (احتياطية، تتولى المهمة تلقائيًا عند حدوث عطل)
طبقة التخزين: مجموعة عناقيد البطاريات — المجموعة 1 (LFP-280Ah)، المجموعة 2 (LFP-280Ah)، المجموعة 3 (LFP-280Ah)
طبقة الإدارة: نظام إدارة الطاقة EMS + نظام إدارة البطاريات BMS + وحدة تحكم مكافحة الحرائق + نظام سكادا على مستوى المحطة

الطبقة	المكونات	تدفق الطاقة	تدفق الإشارة	الأساس المنطقي للتصميم
① الربط بالشبكة	قضبان توزيع 10 كيلوفولت، مفتاح ربط الشبكة QF، قياس محولات التيار/الجهد، الحماية	التخزين ↔ الشبكة، ثنائي الاتجاه	موضع المفتاح → سكادا	مفتاح الربط بالشبكة هو الحد الفاصل للسلامة المادية؛ فتحه للصيانة يخلق فجوة مرئية
② التحويل	وحدات SST N+1	تيار متردد 10 كيلوفولت ↔ تيار مستمر من جانب البطارية	نظام إدارة الطاقة → أوامر طاقة SST؛ SST → حالة نظام إدارة الطاقة	التكرار N+1: في حالة فشل أي وحدة، تتقاسم الوحدات الأخرى الحمل تلقائيًا — بدون إيقاف تشغيل
③ التخزين	مجموعات البطاريات (LFP-280Ah)	تيار مستمر للبطارية ↔ SST	نظام إدارة البطارية → نظام إدارة الطاقة: حالة الشحن / درجة الحرارة / الجهد	المجموعات مستقلة؛ يتم موازنة الطاقة بينها من خلال SST
④ الإدارة	نظام إدارة الطاقة + نظام إدارة البطارية + مكافحة الحرائق + سكادا	لا توجد طاقة، معلومات فقط	تجميع بيانات المحطة بأكملها	العقل المدبر: يقرر متى يتم الشحن، وكمية الشحن، وأي مجموعة تحصل على المزيد

3.2 البنية ثلاثية الطبقات

الطبقة	المكون	الوظيفة	التكرار
طبقة الواجهة	وحدة SST (AC/DC + DC/DC)	توصيل مباشر للجهد المتوسط، وتحويل ثنائي الاتجاه، وعزل	احتياطي ساخن N+X
طبقة التخزين	مجموعة البطاريات (خلايا LFP-280Ah)	تخزين الطاقة، وموازنة حالة الشحن	حماية المصهرات على مستوى المجموعة
طبقة الإدارة	BMS + EMS	إدارة البطارية، وتوزيع الطاقة	وحدتا تحكم في وضع الاحتياطي الساخن

3.3 داخل وحدة SST (وحدة واحدة في ثلاث مراحل)

الهيكل العام

تدفق الطاقة: دخل تيار متردد 10 كيلو فولت → ① مرحلة المقوم المدخلي → قضيب التيار المستمر → ② مرحلة العزل عالي التردد → تيار مستمر منخفض الجهد → ③ مرحلة واجهة البطارية → مجموعة البطاريات

مرحلة الطاقة	الوظيفة	المكونات الرئيسية	بمعنى مبسط	المعلمات الفيزيائية الرئيسية
① مرحلة المقوم المدخلي	تحويل تيار متردد 10 كيلو فولت إلى قضبان تيار مستمر	جسر كامل من SiC MOSFET، مقاومة البدء السلس، مرشح التداخل الكهرومغناطيسي	"تقويم" التيار المتردد إلى تيار مستمر	قضبان تيار مستمر ~12-15 كيلو فولت؛ البدء السلس يحد من تيار الاندفاع عند الإغلاق
② مرحلة العزل عالي التردد	رفع/خفض الجهد + العزل الكهربائي عبر محول عالي التردد	جسر كامل من SiC، محول عالي التردد (20 كيلو هرتز+)، مكثف رنيني	التكنولوجيا الأساسية: محول صغير عالي التردد يحل محل المحول الكبير بتردد الشبكة — تقليل الحجم بأكثر من 10 أضعاف	تحمل عزل 42 كيلو فولت؛ تردد 20 كيلو هرتز+ (مقابل 50 هرتز لتردد الشبكة)؛ تبديل سلس ZVS بكفاءة 98.5%
③ مرحلة واجهة البطارية	تحويل جهد قضبان التيار المستمر إلى 200-1000 فولت التي تحتاجها البطارية، والتحكم في الشحن/التفريغ	محول تيار مستمر/تيار مستمر، IGBT/SiC ثنائي الاتجاه	مثل محول جهد يطابق جهد البطارية تلقائيًا	خرج متدرج 200-1000 فولت؛ دقة التحكم في التيار ±1%

لماذا يتم تقسيمها إلى ثلاث مراحل للطاقة؟

فصل ① و ②: تتولى مرحلة المقوم معالجة "تيار متردد → تيار مستمر"، بينما تُخصص مرحلة العزل لـ "تحويل الجهد + العزل الآمن". يؤدي فصلهما إلى الحفاظ على إجهاد الجهد على أجهزة كل مرحلة ضمن حدود معقولة وإطالة العمر الافتراضي.
المحول عالي التردد في ②: حجم المحول يتناسب عكسياً مع التردد — كلما زاد التردد، صغر حجم القلب والملفات عند نفس القدرة. محول بتردد 20 كيلوهرتز أصغر بنسبة تقارب 90% من وحدة بتردد الشبكة 50 هرتز — وهذا هو الأساس الفيزيائي لتقليل مساحة SST بنسبة 30%.
موازنة SOC في ③: يمكن لمرحلة واجهة البطارية التحكم بدقة في تيار الشحن/التفريغ لكل مجموعة، ويستخدم نظام إدارة الطاقة هذه الميزة لـ "شحن المجموعات ذات SOC العالي بشكل أقل، والمجموعات ذات SOC المنخفض بشكل أكثر" — موازنة نشطة.

4.1 مواصفات المعدات الرئيسية

المعدات	الطراز / المواصفات	المعلمات الفنية الرئيسية
وحدة SST	نوع التوصيل المباشر 10 كيلو فولت	1.0 / 1.25 / 1.5 ميجاواط لكل وحدة؛ كفاءة 98.5٪؛ التوافقيات <1٪
مجموعة البطاريات	LFP-280Ah	جهد اسمي 3.2 فولت؛ عمر دوري >8,000؛ عمق التفريغ 95٪
BMS	بنية ثلاثية المستويات	تيار الموازنة النشطة ±2 أمبير؛ دقة أخذ العينات ±1 مللي فولت
EMS	التوزيع على مستوى المحطة	استجابة <100 مللي ثانية؛ يدعم IEC 60870-5-104 / DNP3.0 / Modbus
مكافحة الحرائق	بيرفلوروهكسانون	كشف على مستوى المجموعة + إخماد <10 ثوانٍ؛ منع إعادة الاشتعال

4.2 أداء على مستوى النظام

المعلمة	التصنيف	الاختبار / التحقق
الطاقة المقننة	1.2 ميجاواط (قابلة للتوسيع إلى 5 ميجاواط)	محطة GDS تشونغتشينغ
السعة المقننة	2.4 ميجاواط ساعة (قابلة للتوسيع)	نفس المحطة
الكفاءة الإجمالية	≥90% (جانب التيار المتردد)	تم قياسها بواسطة معهد أبحاث الطاقة الكهربائية
عمق موازنة حالة الشحن	99%	تم قياسها
وقت الاستجابة	<50 مللي ثانية	تنظيم الطاقة الكاملة
معيار الاتصال بالشبكة	GB/T 34120 / GB/T 36276	تم اختبار النوع

5. أبرز الميزات التقنية والمبادئ الفيزيائية

5.1 الميزة الأولى: انعدام الفقد في حالة عدم الحمل

المبدأ الفيزيائي: في النهج التقليدي، ينتج محول الرفع فقدًا في القلب (فقد الإثارة) كلما كان متصلًا بالشبكة، مما يستهلك الطاقة على مدار 24 ساعة في اليوم. في نهج التوصيل المباشر لنظام SST، عندما لا تكون البطارية في حالة شحن أو تفريغ، يمكن ضبط وحدة SST على وضع الاستعداد بطاقة صفرية، حيث يتم إيقاف تشغيل أجهزة إلكترونيات الطاقة بالكامل وتقليل الفقد في حالة عدم الحمل إلى الصفر.
الفائدة المحسوبة: بالنسبة لمحطة بقدرة 100 ميجاواط / 200 ميجاواط ساعة، يوفر هذا حوالي 18,000 ميجاواط ساعة من الفقد في حالة عدم الحمل سنويًا (بناءً على فقد قلب المحول بنسبة 1.5%).

5.2 الميزة الثانية: الموازنة النشطة لحالة الشحن

المبدأ الفيزيائي: تنشأ اختلافات حالة الشحن بين مجموعات البطاريات من الاختلافات في المقاومة الداخلية ودرجة الحرارة. تقوم الموازنة السلبية التقليدية ببديد الطاقة الزائدة ببساطة. يستفيد نهج SST من قدرة الطاقة ثنائية الاتجاه على مستوى الوحدة: حيث يحسب نظام إدارة الطاقة حالة الشحن لكل مجموعة وينقل الطاقة بنشاط من المجموعات ذات حالة الشحن العالية إلى المجموعات ذات حالة الشحن المنخفضة.
الفائدة المحسوبة: طاقة قابلة للاستخدام +6%، وعمر أطول للبطارية (تجنب الشحن الزائد/التفريغ الزائد).

حل تخزين الطاقة بالتوصيل المباشر للجهد المتوسط (E4Matrix)

5.3 الميزة الثالثة: التكرار الزائد للوحدات N+X

المبدأ الفيزيائي: تعمل وحدات SST في وضع الاستعداد الساخن N+X. عند فشل أي وحدة، يكتشف نظام إدارة الطاقة ذلك ويتجاوز الوحدة المعطلة بسلاسة بينما تتقاسم الوحدات المتبقية الطاقة تلقائيًا.
الفائدة المحسوبة: فقد الفشل في نقطة واحدة <0.1% (مقارنة بإغلاق المحطة بنسبة 100% في تدرج CHB).

حل تخزين الطاقة بالتوصيل المباشر للجهد المتوسط (E4Matrix)

6. المقارنة الاقتصادية مع النهج التقليدي

6.1 مقارنة تكلفة الملكية الإجمالية لدورة الحياة على مدى 25 عامًا (خط أساس 100 ميجاواط / 200 ميجاواط ساعة)

بند التكلفة	التقليدي (10 آلاف يوان)	الاتصال المباشر بـ SST (10 آلاف يوان)	التوفير
الاستثمار الأولي	3,200	2,900	−9.4%
الصيانة السنوية للمحول	45	8	−82%
خسائر الحمل الخفيف (25 عاماً)	1,350	0	−100%
استبدال البطارية (فائدة موازنة حالة الشحن)	1,200	1,050	−12.5%
التكلفة الإجمالية للملكية على مدى 25 عاماً	12,750	10,230	−19.8%

6.2 تحليل فترة الاسترداد

الاستثمار الأولي الإضافي: ~1.5 مليون يوان صيني (علاوة معدات SST)
الوفورات التشغيلية السنوية: ~1.8 مليون يوان صيني
فترة الاسترداد: ~10 أشهر

7. مراجع المشاريع البارزة

المشروع	التكوين	البيانات المقاسة الرئيسية	الأهمية
جي دي إس تشونغتشينغ	1.2 ميجاواط / 2.4 ميجاواط ساعة	كفاءة إجمالية 90%؛ عمق شحن/تفريغ متوازن لحالة الشحن بنسبة 99%	نموذج تخزين مركز البيانات
شبكة قوانغدونغ للطاقة، الربط بين 6 مناطق	ربط مرن متعدد المناطق	كفاءة المعدات 98.7% (+4%)	نموذج الربط المرن لشبكة التوزيع
CNPC كونشان	محطة شحن هجينة فائقة السرعة بتقنية SST	كفاءة تزيد عن 95%؛ تقليل المساحة بنسبة 40%	أول تركيب من نوعه في العالم

8. المعايير الفنية والامتثال

الفئة	المعيار	النطاق
الربط بالشبكة	GB/T 34120	اللوائح الفنية لأنظمة تخزين الطاقة الكهروكيميائية المتصلة بالشبكة
سلامة البطارية	GB/T 36276	بطاريات الليثيوم أيون لتخزين الطاقة الكهربائية
المحول	GB/T 34133	المواصفات الفنية لمحولات تخزين الطاقة
مكافحة الحرائق	GB/T 42288	لوائح السلامة لمحطات تخزين الطاقة الكهروكيميائية
دولي	IEC 62933	سلسلة معايير أنظمة تخزين الطاقة الكهربائية

9. التسليم والخدمات

9.1 نموذج التسليم

المرحلة	المدة	النطاق
تصميم الحل	أسبوعان	مسح الموقع، تكوين السعة، تصميم النظام
التصنيع المسبق في المصنع	6 أسابيع	الإنتاج المعياري، اختبار المصنع
التركيب في الموقع	4 أسابيع	الرفع، التوصيل، التشغيل
قبول الاتصال بالشبكة	أسبوعان	اختبارات الاتصال الكامل بالشبكة، قبول الشبكة
الإجمالي	14 أسبوعاً	أقصر بنسبة 30% من التقليدي

9.2 خدمات دورة الحياة الكاملة

الضمان: البطارية 10 سنوات / SST 5 سنوات / النظام 3 سنوات
التشغيل والصيانة: المراقبة عن بُعد + الفحص السنوي + الاستجابة للطوارئ على مدار 24 ساعة
الترقيات: الترقية عن بُعد عبر OTA لبرنامج EMS

المعدات المُنَصَّبة

المزيد

RWSST محول الحالة الصلبة عالي الكفاءة 840 إلى 3360 كيلو فولت أمبير

اكتشف سلسلة RWSST SST (840-3360 كيلو فولت أمبير). تتميز بمعيار N+3 للزائدة، وكفاءة تبلغ 98٪ وتصميم مُعد مسبقًا لمراكز البيانات. تكلفة إجمالية أقل وأسرع نشر. شاهد المواصفات.

RW Energy
محولات الحالة الصلبة القابلة للتبديل لتكامل الطاقة المرن

استكشاف المحولات الثابتة SST باستخدام كتل البناء الإلكترونية للطاقة PEBB. توبولوجيا مودولية لمرونة دمج الجهد والقدرة عبر مواقع متنوعة

RW Energy
محول دولة صلبة موديولي لصالح مراكز البيانات مستندًا إلى تقنية PEBB

محول صلب موديولي عالي الكفاءة لمرافق البيانات. يعتمد على تقنية PEBB، ويدعم الوصول المرن للتيار المتردد والمستمر بكثافة قدرة عالية.

RW Energy

اترك معلومات الاتصال الخاصة بك لتلقي الوثائق الفنية الكاملة واستشارة مجانية من مهندسينا

Zhejiang Rockwell Energy Technology Co., Ltd. is an international enterprise specializing in the research, development and manufacturing of recloser controllers, power quality management, power monitoring systems and other high-end power equipment. In today's critical period of global energy transition and power system upgrading, the company has gathered a group of top talents in the fields of power engineering, automation control, software development, etc., who carry the enthusiasm and persistence for the power business, and are committed to overcoming the complex problems in the power system, and promoting the intelligent development of the power industry with innovative technology. Mission: To make global electricity smarter, more reliable and more efficient with innovative technology. Vision: To be the leader in global power intelligence.

Manager

RW Energy

المزيد من المعلومات