Solusi Penyimpanan Energi Koneksi Langsung Tegangan Menengah (E4Matrix)

Zhejiang Rockwell Energy Technology Co., Ltd.

Menghadapi kerugian energi yang tinggi dan pendapatan terbatas dari proyek penyimpanan energi, arsitektur koneksi grid konvensional hampir tidak dapat memenuhi persyaratan untuk operasi yang efisien. Solusi penyimpanan energi koneksi langsung tegangan menengah E4Matrix mengadopsi teknologi transformator keadaan padat SST untuk menyederhanakan tautan konversi demi efisiensi dan keandalan yang unggul.

1. Latar Belakang Industri dan Titik Nyeri

1.1 Latar Belakang Industri

Dengan latar belakang strategi dual-karbon dan pembangunan sistem tenaga baru, pembangkit listrik penyimpanan beralih dari "peran pendukung" menjadi "kebutuhan grid". Menurut Administrasi Energi Nasional, kapasitas terpasang kumulatif penyimpanan tipe baru melebihi 80 GW pada tahun 2025, dengan penyimpanan durasi menengah 2–4 jam menjadi pendorong pertumbuhan utama. Namun, dua hambatan teknis masih membatasi penyebaran dalam skala besar: efisiensi konversi energi dan risiko kegagalan titik tunggal.

1.2 Empat Titik Nyeri Solusi Tradisional

Titik masalah	Perilaku konvensional	Akar penyebab fisik
Rugi-rugi tanpa beban yang tinggi	PCS + transformator penaik tegangan beroperasi dalam keadaan berenergi sepanjang waktu, mengalami kerugian 1%–2%	Rugi-rugi inti pada transformator frekuensi jala tidak dapat dihilangkan
Banyak tahap konversi	Baterai → PCS → transformator → jaringan: 4 tahap konversi	Kerugian 1%–3% terakumulasi pada setiap tahap
Ketidakseimbangan SOC	Kedalaman pengisian/pengosongan berbeda antar klaster baterai	Penyeimbangan pasif bergantung pada konsistensi baterai
Kegagalan titik tunggal	Satu modul yang gagal dalam desain cascaded H-bridge (CHB) menghentikan pembangkit	Tidak ada kemampuan bypass redundan

1.3 Koneksi Langsung Tradisional vs. SST — Perbedaan Fisik

Pendekatan tradisional: empat konversi daya, mengalami rugi-rugi di setiap tahap

Pada instalasi penyimpanan tradisional, DC baterai harus melewati empat perangkat terpisah untuk mencapai jaringan 10 kV — setiap tahap merupakan "pajak daya":

Langkah	Peralatan	Bentuk arus	Kerugian pada tahap ini	Dalam istilah sederhana
①	Konverter DC/DC	Baterai DC → busbar DC (step-up/step-down)	~2%–3%	"Meluruskan" tegangan baterai sesuai dengan yang dibutuhkan PCS
②	PCS (inverter)	DC → AC 0,4 kV	~2%	Mengubah DC menjadi AC agar dapat masuk ke jaringan listrik
③	Transformator step-up	AC 0,4 kV → AC 10 kV	~1%–2%	Menaikkan AC tegangan rendah ke tegangan menengah untuk koneksi ke jaringan listrik
④	Peralatan sakelar koneksi jaringan	AC 10 kV ke busbar	Dapat diabaikan	Gerbang terakhir

Poin fisik utama — rugi-rugi beban nol: selama trafo penaik tegangan (③) terhubung ke jaringan, intinya terus dimagnetisasi oleh jaringan bahkan ketika sistem penyimpanan tidak sedang mengisi maupun mengosongkan daya, sehingga menghasilkan rugi-rugi inti (beban nol). Trafo 100 MVA memiliki rugi-rugi beban nol sekitar 1,5%, yang dikonsumsi secara terus-menerus selama 8.760 jam setahun — sebuah "rugi-rugi menganggur".

Estimasi total rugi-rugi: ~2% + 2% + 1,5% saat pengisian, dan jumlah yang sama saat pengosongan — rugi-rugi bolak-balik sekitar 8%–11%.

Pendekatan koneksi langsung SST: satu konversi, diselesaikan dalam satu langkah

Arus searah baterai melewati satu perangkat SST langsung ke jaringan 10 kV:

Langkah	Peralatan	Bentuk arus	Kerugian pada tahap ini	Dalam istilah sederhana
①	SST transformator keadaan padat	Baterai DC → AC frekuensi tinggi → DC → AC 10 kV	~1%–2%	"Step-up + inversi + isolasi" semuanya di dalam satu kotak; transformator frekuensi tinggi menggantikan transformator frekuensi jala

Poin fisik utama — rugi-rugi siaga nol: ketika SST dalam keadaan idle, perangkat elektronik daya internalnya dapat dimatikan sepenuhnya. Karena tidak ada inti yang perlu dimagnetisasi, rugi-rugi beban nol = 0.

Estimasi total rugi-rugi: rugi-rugi round-trip sekitar 4%–5% — kira-kira setengah dari pendekatan tradisional.

Satu gambaran perbedaan

Tradisional (4 tahap):

Baterai → DC/DC → PCS → Trafo step-up → 10 kV
[2–3%] [2%] [1,5%] - trafo terus dalam keadaan idle dan mengonsumsi daya

Koneksi langsung SST (1 tahap):

Baterai → [SST trafo solid-state] → 10 kV
Trafo frekuensi tinggi internal: kecil, efisien
Dimatikan sepenuhnya saat siaga: rugi-rugi nol

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

2. Tinjauan Solusi dan Proposisi Nilai

2.1 Definisi Solusi (BLUF)

Sistem penyimpanan koneksi langsung tegangan menengah SST (E4Matrix) menggunakan trafo solid-state sebagai intinya, menggantikan arsitektur "PCS + trafo step-up" tradisional atau cascaded H-bridge (CHB), sehingga kluster baterai terhubung langsung ke busbar tegangan menengah 10 kV. Sistem ini memberikan:

Efisiensi round-trip +2% (rugi-rugi beban nol trafo dihilangkan)
Energi yang dapat digunakan +6% (penyeimbangan SOC aktif)
Rugi-rugi kegagalan titik tunggal <0,1% (bypass redundan tingkat modul)
Tidak ada rugi-rugi beban nol (SST turun ke rugi-rugi nol saat dimatikan)

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

2.2 Proposisi Nilai Inti

Dimensi nilai	Metrik	vs. tradisional
Efisiensi energi	Efisiensi round-trip +2%	~8% lebih banyak energi siklus yang dipulihkan selama masa pakai 20 tahun
Kapasitas terpakai	Penyeimbangan SOC +6%	6% lebih banyak energi yang dilepaskan dari kapasitas yang sama
Keandalan	Kegagalan titik tunggal <0,1%	Kehilangan 100% pada kegagalan kaskade CHB
Luas area	−30%	Transformator penaik tegangan dan switchgear HV dihilangkan
Kecepatan respons	Tingkat milidetik	Tidak ada komponen mekanis dalam regulasi daya

3. Arsitektur Sistem

3.1 Topologi Sistem (Lapis demi Lapis)

Lapisan interkoneksi grid: busbar tegangan menengah AC 10 kV (jalur masuk loop ganda) — sakelar interkoneksi grid QF (dibuka untuk pemeliharaan untuk membentuk celah kasat mata), CT/PT pengukuran (pengukuran gateway), dan perangkat proteksi (arus lebih / diferensial / tegangan rendah)
Lapisan konversi: kelompok modul SST (redundansi N+1) — modul A (aktif), modul B (aktif), modul C (siaga, secara otomatis mengambil alih saat terjadi kegagalan)
Lapisan penyimpanan: kelompok klaster baterai — Klaster 1 (LFP-280Ah), Klaster 2 (LFP-280Ah), Klaster 3 (LFP-280Ah)
Lapisan manajemen: EMS + BMS + pengendali pemadam kebakaran + SCADA tingkat pabrik

Lapisan	Komposisi	Aliran daya	Aliran sinyal	Rasional desain
① Sambungan grid	Busbar 10 kV, sakelar sambungan grid QF, pengukuran CT/PT, proteksi	Penyimpanan ↔ grid, dua arah	Posisi sakelar → SCADA	Sakelar sambungan grid adalah batas keamanan fisik; membukanya untuk pemeliharaan menciptakan celah yang terlihat
② Konversi	Modul SST N+1	10 kV AC ↔ DC sisi baterai	EMS → perintah daya SST; SST → status EMS	Redundansi N+1: jika suatu unit gagal, unit lainnya akan berbagi beban secara otomatis — tanpa penghentian operasi
③ Penyimpanan	Klaster baterai (LFP-280Ah)	DC baterai ↔ SST	BMS → EMS: SOC / suhu / tegangan	Klaster bersifat independen; energi diseimbangkan di antara klaster melalui SST
④ Manajemen	EMS + BMS + sistem pemadam kebakaran + SCADA	Tanpa daya, hanya informasi	Agregasi data seluruh instalasi	Otak sistem: memutuskan kapan harus mengisi daya, berapa banyak, dan klaster mana yang mendapatkan lebih banyak

3.2 Arsitektur Tiga Tingkat

Tingkat	Komponen	Fungsi	Redundansi
Tingkat antarmuka	Modul SST (AC/DC + DC/DC)	Koneksi langsung tegangan menengah, konversi dua arah, isolasi	Siaga panas N+X
Tingkat penyimpanan	Kluster baterai (sel LFP-280Ah)	Penyimpanan energi, penyeimbangan SOC	Proteksi sekering tingkat kluster
Tingkat manajemen	BMS + EMS	Manajemen baterai, penyaluran energi	Pengontrol ganda dalam siaga panas

3.3 Bagian Dalam Modul SST (Modul Tunggal dalam Tiga Tahap)

Struktur keseluruhan

Aliran daya: Masukan AC 10 kV → ① tahap penyearah masukan → busbar DC → ② tahap isolasi frekuensi tinggi → DC tegangan rendah → ③ tahap antarmuka baterai → klaster baterai

Tahapan daya	Fungsi	Komponen utama	Dalam istilah sederhana	Parameter fisik utama
① Tahapan penyearah masukan	Mengubah AC 10 kV menjadi busbar DC	Jembatan penuh SiC MOSFET, resistor start lembut, filter EMI	"Meluruskan" AC menjadi DC	Busbar DC ~12–15 kV; start lembut membatasi arus masuk saat penutupan
② Tahapan isolasi frekuensi tinggi	Step up/down + isolasi listrik melalui transformator frekuensi tinggi	Jembatan penuh SiC, transformator frekuensi tinggi (20 kHz+), kapasitor resonan	Teknologi inti: transformator frekuensi tinggi kecil menggantikan transformator frekuensi jala-jala yang besar — volume berkurang lebih dari 10x	Ketahanan isolasi 42 kV; frekuensi 20 kHz+ (dibandingkan frekuensi jala-jala 50 Hz); pensakelaran lembut ZVS dengan efisiensi 98,5%
③ Tahapan antarmuka baterai	Mengubah tegangan busbar DC menjadi 200–1000 V yang dibutuhkan baterai, dan mengontrol pengisian/pengosongan	Konverter DC/DC, IGBT/SiC dua arah	Seperti adaptor tegangan yang mencocokkan tegangan baterai secara otomatis	Output 200–1000 V tanpa tingkat; akurasi kontrol arus ±1%

Mengapa membaginya menjadi tiga tahap daya?

Memisahkan ① dan ②: tahap penyearah menangani "AC → DC", sedangkan tahap isolasi dikhususkan untuk "konversi tegangan + isolasi keselamatan". Memisahkan keduanya menjaga stres tegangan pada perangkat di setiap tahap tetap dalam batas wajar dan memperpanjang masa pakai.
Transformator frekuensi tinggi di ②: ukuran transformator berbanding terbalik dengan frekuensi — semakin tinggi frekuensi, semakin kecil inti dan lilitannya pada daya yang sama. Transformator 20 kHz kira-kira 90% lebih kecil daripada unit frekuensi jala 50 Hz — ini adalah dasar fisik dari pengurangan luas tapak SST sebesar −30%.
Penyeimbangan SOC di ③: tahap antarmuka baterai dapat mengontrol secara presisi arus pengisian/pengosongan setiap kluster, dan EMS menggunakan hal ini untuk "mengisi daya kluster SOC tinggi lebih sedikit, kluster SOC rendah lebih banyak" — penyeimbangan aktif.

4.1 Spesifikasi Peralatan Utama

Peralatan	Model / spesifikasi	Parameter teknis utama
Modul SST	Tipe koneksi langsung 10 kV	1,0 / 1,25 / 1,5 MW per modul; efisiensi 98,5%; harmonik <1%
Kluster baterai	LFP-280Ah	Nominal 3,2 V; umur siklus >8.000; DOD 95%
BMS	Arsitektur tiga tingkat	Arus penyeimbang aktif ±2 A; akurasi pengambilan sampel ±1 mV
EMS	Dispatch tingkat pembangkit	Respons <100 ms; mendukung IEC 60870-5-104 / DNP3.0 / Modbus
Pemadam kebakaran	Perfluorheksanon	Deteksi + penekanan tingkat kluster <10 s; pencegahan penyalaan kembali

4.2 Kinerja Tingkat Sistem

Parameter	Rating	Uji / validasi
Daya nominal	1,2 MW (dapat diperluas hingga 5 MW)	Stasiun GDS Chongqing
Kapasitas nominal	2,4 MWh (dapat diperluas)	Sama
Efisiensi keseluruhan	≥90% (sisi AC)	Diukur oleh Lembaga Penelitian Tenaga Listrik
Kedalaman penyeimbangan SOC	99%	Diukur
Waktu respons	<50 ms	Regulasi daya penuh
Standar koneksi grid	GB/T 34120 / GB/T 36276	Uji tipe

5. Sorotan Teknis dan Prinsip Fisik

5.1 Sorotan 1: Rugi-Rugi Tanpa Beban Nol

Prinsip fisik: dalam pendekatan tradisional, transformator penaik tegangan menghasilkan rugi-rugi inti (eksitasi) setiap kali terhubung ke jaringan, mengonsumsi daya 24 jam sehari. Dalam pendekatan koneksi langsung SST, ketika baterai tidak mengisi maupun tidak mengosongkan daya, modul SST dapat diatur ke mode siaga daya nol, perangkat elektronika dayanya dimatikan sepenuhnya dan rugi-rugi tanpa beban dikurangi hingga nol.
Manfaat terukur: untuk pembangkit 100 MW / 200 MWh, hal ini menghemat sekitar 18.000 MWh rugi-rugi tanpa beban per tahun (berdasarkan rugi-rugi inti transformator 1,5%).

5.2 Sorotan 2: Penyeimbangan SOC Aktif

Prinsip fisik: Perbedaan SOC antar klaster baterai muncul akibat perbedaan hambatan internal dan suhu. Penyeimbangan pasif tradisional hanya membuang kelebihan energi. Pendekatan SST memanfaatkan kemampuan daya dua arah tingkat modul: EMS menghitung SOC setiap klaster dan secara aktif mentransfer energi dari klaster SOC tinggi ke klaster SOC rendah.
Manfaat terukur: energi yang dapat digunakan +6%, dan masa pakai baterai lebih panjang (pengisian berlebih/pengosongan berlebih dihindari).

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

5.3 Sorotan 3: Redundansi Modul N+X

Prinsip fisik: modul SST beroperasi dalam siaga panas N+X. Ketika ada modul yang gagal, EMS mendeteksinya dan dengan mulus mem-bypass modul yang rusak sementara modul yang tersisa secara otomatis membagi daya.
Manfaat terukur: kerugian kegagalan titik tunggal <0,1% (dibandingkan dengan penghentian pembangkit 100% pada kaskade CHB).

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

6. Perbandingan Ekonomi dengan Pendekatan Tradisional

6.1 Perbandingan TCO Siklus Hidup 25 Tahun (basis 100 MW / 200 MWh)

Item biaya	Tradisional (RMB 10 ribu)	SST koneksi langsung (RMB 10 ribu)	Penghematan
Investasi awal	3.200	2.900	−9,4%
Pemeliharaan tahunan transformator	45	8	−82%
Rugi-rugi tanpa beban (25 tahun)	1.350	0	−100%
Penggantian baterai (manfaat penyeimbangan SOC)	1.200	1.050	−12,5%
TCO 25 tahun	12.750	10.230	−19,8%

6.2 Analisis Pengembalian

Investasi awal tambahan: ~RMB 1,5 juta (premium peralatan SST)
Penghematan operasional tahunan: ~RMB 1,8 juta
Periode pengembalian: ~10 bulan

7. Referensi Proyek Landmark

```

Proyek	Konfigurasi	Data terukur utama	Signifikansi
GDS Chongqing	1,2 MW / 2,4 MWh	Efisiensi keseluruhan 90%; kedalaman pengisian/pengosongan penyeimbangan SOC 99%	Model penyimpanan pusat data
Jaringan Listrik Guangdong, interkoneksi 6 distrik	Interkoneksi fleksibel multi-distrik	Efisiensi peralatan 98,7% (+4%)	Model interkoneksi fleksibel jaringan distribusi
CNPC Kunshan	Stasiun pengisian hibrida ultra-cepat SST	Efisiensi 95%+; pengurangan luas area 40%	Instalasi pertama di dunia

8. Standar Teknis dan Kepatuhan

Kategori	Standar	Ruang Lingkup
Koneksi grid	GB/T 34120	Peraturan teknis untuk sistem penyimpanan energi elektrokimia yang terhubung ke grid
Keselamatan baterai	GB/T 36276	Baterai lithium-ion untuk penyimpanan energi listrik
Konverter	GB/T 34133	Spesifikasi teknis untuk konverter penyimpanan energi
Pemadam kebakaran	GB/T 42288	Peraturan keselamatan untuk pembangkit listrik penyimpanan energi elektrokimia
Internasional	IEC 62933	Seri standar untuk sistem penyimpanan energi listrik

9. Pengiriman dan Layanan

9.1 Model Pengiriman

Tahap	Durasi	Ruang Lingkup
Desain solusi	2 minggu	Survei lokasi, konfigurasi kapasitas, desain sistem
Pra-fabrikasi pabrik	6 minggu	Produksi modular, pengujian pabrik
Instalasi di lokasi	4 minggu	Pengangkatan, pengkabelan, komisioning
Penerimaan sambungan grid	2 minggu	Uji sambungan grid menyeluruh, penerimaan grid
Total	14 minggu	30% lebih singkat dari metode tradisional

9.2 Layanan Siklus Hidup Penuh

Garansi: baterai 10 tahun / SST 5 tahun / sistem 3 tahun
O&M: pemantauan jarak jauh + inspeksi tahunan + respons darurat 24 jam
Peningkatan: pemutakhiran jarak jauh OTA perangkat lunak EMS

Peralatan yang Dideploy

Lainnya

Trafo Padat Keadaan Solid Efisiensi Tinggi RWSST 8.5kV hingga 40.5kV

Temukan Seri RWSST SST (840-3360kVA) Dengan fitur redundansi N+3 efisiensi 98% & desain pra-fabrikasi untuk pusat data Menurunkan TCO & pengerahan lebih cepat Lihat spesifikasinya

RW Energy
Trafo Padat Modular untuk Integrasi Energi yang Dapat Disesuaikan

Eksplorasi Solid State Transformers SST menggunakan Power Electronic Building Blocks PEBB Topologi modular untuk integrasi tegangan dan kapasitas yang fleksibel di berbagai lokasi

RW Energy
Transformator Padat Modular untuk Pusat Data Berbasis Teknologi PEBB

Transformator Solid State modular dengan efisiensi tinggi untuk pusat data Berbasis teknologi PEBB mendukung akses AC dan DC yang fleksibel dengan kepadatan daya tinggi

RW Energy