لنفترض أن نظام تخزين طاقة بالبطاريات طُلب منه التفريغ عند 50 kW، لكن الخرج الفعلي استقر عند 35 kW. ليس بالضرورة أن يكون هناك خطأ. فقد يعني الفرق ببساطة أن 50 kW هو ما يريده الموقع، بينما 35 kW هو ما تستطيع البطارية ومعدات تحويل القدرة دعمه في تلك اللحظة. وتمثل هذه الفجوة طريقة مفيدة لفهم PCS وBMS وEMS بوصفها أجزاء من عملية التشغيل نفسها.ثلاثة أدوار، وأنواع مختلفة من الصلاحيات
يقع EMS عادةً في أقرب موضع من هدف تشغيل الموقع. فقد يقرر أن البطارية ينبغي أن تفرّغ لأن الحمل ازداد، أو انخفض إنتاج الطاقة الشمسية، أو لأن تعليمة تشغيلية أخرى تستدعي استخدام الطاقة المخزنة. وقد تكون النتيجة الفورية بسيطة: الشحن أو التفريغ أو الثبات عند قدرة محددة. تصف Siemens Energy EMS بأنه الطبقة التي تدير تشغيل BESS الإجمالي وإرساله، بينما ينفذ PCS تحويل القدرة ويراقب BMS ظروف البطارية ويتحكم بها. (siemens-energy.com)
للبطارية ظروف تشغيل خاصة بها. تؤثر جهود الخلايا ودرجات الحرارة والقياسات الأخرى، إلى جانب الحالات المقدّرة مثل SOC، في مقدار الشحن أو التفريغ الذي يمكنها دعمه. وتدرج Infineon تقدير SOC/SOH إلى جانب المراقبة والموازنة واكتشاف الأعطال والاتصال ضمن الوظائف الأساسية لـ BMS في تخزين طاقة البطاريات. (infineon.com) في الأنظمة المُدارة، يمكن لـ BMS إرسال حالة البطارية إلى جانب حدود جهد الشحن وتيار الشحن وتيار التفريغ. وتوثّق Victron، على سبيل المثال، بطاريات ترسل هذه الحدود ديناميكياً إلى متحكم النظام عند تغير جهد الخلية أو SOC أو درجة الحرارة. (victronenergy.com)
لذلك يخدم حد البطارية غرضاً مختلفاً عن طلب EMS. افترض أن EMS يطلب تفريغاً بمقدار 50 kW، بينما تعني الحدود الحالية من جهة البطارية أن المتاح لا يتجاوز تقريباً 35 kW. يحدد الرقم 35 kW الحد من جهة البطارية في تلك الظروف. وإذا كان الموقع يحتاج فقط إلى 20 kW، فلا سبب للتفريغ عند 35 kW لمجرد أن البطارية قادرة عليه. وإذا كان الموقع يريد 50 kW، فيجب خفض نقطة التشغيل المطلوبة إلى مستوى يمكن للنظام دعمه فعلياً.
تخيّل أن شاشة التحكم نفسها تعرض طلباً بقيمة 50 kW، وقيمة مسموح بها قدرها 35 kW، وخرجاً مقاساً قدره 34.7 kW. تُعبَّر القيم الثلاث كلها بالكيلوواط، لكنها تصف أشياء مختلفة: النية والحد والنتيجة. لا تكفي الوحدة وحدها. فالملصق والمصدر مهمان، لأن نقطة الضبط والحد والقياس الفعلي قد تختلف بشكل مشروع من دون أن يدل ذلك على عطل.
يمكن للنظام نفسه أن يحمل عدة حدود في الوقت ذاته. توثّق Victron ترتيباً تُقارَن فيه حدود تيار الشحن التي يوفرها BMS بحد أقصى يضبطه المستخدم، ويُطبَّق الحد الأدنى منهما، بينما قد تبقى حدود مستوى الجهاز فعّالة. يختلف المتحكم الذي يوفّق بين هذه القيود باختلاف البنية، لذا فإن افتراض تسلسل هرمي عام مضلل. يصف الطلب التشغيل المقصود؛ ويحدد الحد الإطار الذي يمكن أن يحدث التشغيل ضمنه. ونقطة التشغيل الممكنة هي حيث يلتقي الاثنان. (victronenergy.com)
يحوّل PCS طلباً ممكناً إلى قدرة كهربائية
عندما يتوافق طلب التشغيل مع الحدود النشطة، يحوّل PCS ذلك القرار إلى تدفق قدرة كهربائية. تعمل البطارية على جانب DC، بينما يكون الموقع أو الشبكة عادةً على جانب AC؛ ويتحكم PCS في التحويل بينهما. وتصف Siemens Energy جهاز PCS بأنه عنصر تحويل القدرة في BESS، وهو متميز عن EMS الذي يدير الإرسال وعن BMS الذي يدير ظروف البطارية. (siemens-energy.com)
قد يوحي مخطط بسيط بتسلسل واضح يصدر فيه EMS أمراً، ويوافق عليه BMS، ثم ينفذه PCS. لكن الأنظمة الفعلية تكون عادةً أكثر توزيعاً. فعلى سبيل المثال، يحمّل التصميم المرجعي عالي الجهد BESS من NXP وحدة إدارة البطارية مسؤولية مراقبة التعشيق والتحكم في الموصلات، إلى جانب الاتصال مع EMS. وإذا تطلبت حماية البطارية العزل، فقد تحدث هذه الاستجابة ضمن طبقة حماية البطارية بدلاً من انتظار قرار تحسين على مستوى الموقع. (nxp.com)
يعمل PCS أيضاً ضمن حدوده الكهربائية الخاصة وظروف جانب AC. ويتشكل تدفق القدرة النهائي من طلب التشغيل مع قيود البطارية والمحوّل والنظام. إن تسمية أي متحكم واحد «دماغ» النظام تخفي كيفية توزيع الصلاحيات فعلياً. يحدد EMS ما يرغب الموقع أن تفعله البطارية. ويوفر BMS حالة جانب البطارية وحدودها وحمايتها. ويحوّل PCS نقطة تشغيل مسموحاً بها إلى قدرة كهربائية متحكم بها.
يصبح مثال 50 kW أكثر فائدة إذا تغيرت الظروف أثناء تشغيل النظام. قد يصبح طلب كان ممكناً قبل دقيقة غير ممكن بعد ارتفاع درجة حرارة البطارية أو تشدد حد آخر من جهة البطارية. في إعداد Victron الموثّق، تتوقف أجهزة Multis وQuattros في وضع الجزيرة عندما يصل الحد الأقصى لتيار التفريغ إلى الصفر. كما تتضمن وحدة إدارة البطارية BESS من NXP تحكماً في الموصلات، ما يوضح كيف يمكن أن تنتقل الحماية من جهة البطارية من حد تشغيل مُبلَّغ به إلى عزل مادي عند الحاجة. (victronenergy.com) (nxp.com)
يعني الحد المتغير ببساطة أن نقطة التشغيل الممكنة قد تحركت. يمكن إرسال حالة جانب البطارية وحدوده إلى تحكم أعلى مستوى عبر واجهات مثل CAN FD وRS485 وEthernet؛ وتضمّن NXP الثلاثة جميعاً في وحدة إدارة البطارية BESS الخاصة بها للاتصال مع EMS. ويمكن للتحكم الأعلى مستوى عندئذ الاستجابة للحد الجديد للبطارية، بينما يستمر PCS في العمل ضمن القيود التي تظل نشطة. لذلك فإن عملية التحكم مستمرة: تُرصَد الظروف، وتُحدَّث الحدود، وتُعدَّل طلبات التشغيل عند الضرورة، ويصبح التشغيل الفعلي جزءاً من المعلومات المستخدمة للقرار التالي. (nxp.com)
بهذه الرؤية، يصبح مخطط 3S خريطة لكيفية تحول نية التشغيل إلى تدفق قدرة قابل للتنفيذ. يمثل EMS ما يريد الموقع القيام به، ويوفر BMS المعلومات والحدود من جهة البطارية التي تشكل ما هو ممكن، ويجري PCS التحويل الذي يجعل نقطة التشغيل الناتجة واقعية. عندما يطلب النظام 50 kW ويقدم 35 kW، يكون السؤال المفيد هو: أي قيد جعل 35 kW نقطة التشغيل الممكنة؟ يكشف هذا السؤال عن النظام أكثر مما تكشفه أسماء المتحكمات وحدها.
