В една батерийна система за съхранение на енергия EMS определя какво обектът изисква от батерията, BMS определя какво батерията може да поддържа безопасно, а PCS превръща изпълнимата команда в електрическа мощност. Правомощията им се припокриват, но отговорностите им не са взаимозаменяеми.
Да предположим, че от батерийна система за съхранение на енергия се изисква разреждане с мощност 50 kW, но действителната изходна мощност се установява на 35 kW. Това не означава непременно, че има неизправност. Разликата може просто да означава, че обектът иска 50 kW, докато батерията и оборудването за преобразуване на мощността могат да осигурят 35 kW в този момент. Тази разлика е полезен начин да разберем PCS, BMS и EMS като части от един и същ работен процес.
Три роли с различни правомощия
EMS обикновено е най-близо до оперативната цел на обекта. Тя може да реши, че батерията трябва да се разрежда, защото товарът е нараснал, соларното производство е намаляло или друга оперативна инструкция изисква използване на съхранената енергия. Непосредственият резултат може да е прост: зареждане, разреждане или поддържане на определено ниво на мощност. Siemens Energy описва EMS като слоя, който управлява цялостната работа и диспечирането на BESS, докато PCS извършва преобразуването на мощността, а BMS наблюдава и контролира състоянието на батерията. (siemens-energy.com)
Батерията има собствено работно състояние. Напреженията на клетките, температурите и други измерени величини, заедно с оценени състояния като SOC, определят допустимото зареждане и разреждане. Infineon включва оценката на SOC/SOH наред с наблюдението, балансирането, откриването на неизправности и комуникацията сред основните функции на BMS за батерийно съхранение на енергия. (infineon.com) В управляваните системи BMS може да предава състоянието на батерията заедно с ограничения за напрежението на зареждане, зарядния ток и разрядния ток. Victron например описва батерии, които изпращат тези ограничения динамично към системния контролер при промени в напрежението на клетките, SOC или температурата. (victronenergy.com)
Следователно ограничението на батерията има различна цел от заявката на EMS. Да предположим, че EMS изисква разреждане с 50 kW, но текущите ограничения от страна на батерията позволяват само около 35 kW. Стойността 35 kW определя границата на батерията при тези условия. Ако обектът се нуждае само от 20 kW, няма причина разреждането да бъде с 35 kW само защото батерията го позволява. Ако обектът иска 50 kW, заявената работна точка трябва да бъде намалена до стойност, която системата действително може да поддържа.
Представете си, че един и същ контролен екран показва заявка за 50 kW, допустима стойност 35 kW и измерена изходна мощност 34.7 kW. И трите са изразени в киловати, но описват различни неща: намерение, граница и резултат. Самата мерна единица не е достатъчна. Наименованието и източникът са важни, защото зададената стойност, ограничението и действителното измерване могат основателно да се различават, без това да означава неизправност.
Една система може да има няколко ограничения едновременно. Victron описва конфигурация, при която ограничението на зарядния ток, предоставено от BMS, се сравнява с максимална стойност, зададена от потребителя, и се прилага по-ниската стойност, докато ограниченията на отделните устройства могат да останат активни. Кой контролер съгласува тези ограничения зависи от архитектурата, затова универсалната йерархия е подвеждаща. Заявката описва желаната работа; ограничението определя границата, в която тази работа може да се осъществи. Изпълнимата работна точка е пресечната точка на двете. (victronenergy.com)
PCS превръща изпълнимата заявка в мощност
Когато оперативната заявка се вмести в активните ограничения, PCS превръща това решение в поток на електрическа мощност. Батерията работи от страната на постоянния ток (DC), докато обектът или мрежата обикновено са от страната на променливия ток (AC); PCS управлява преобразуването между тях. Siemens Energy описва PCS като елемента за преобразуване на мощността в BESS, различен от EMS, която управлява диспечирането, и BMS, която управлява състоянието на батерията. (siemens-energy.com)
Една проста схема може да внуши ясна последователност, при която EMS издава команда, BMS я одобрява, а PCS я изпълнява. Реалните системи обикновено са по-разпределени. Например референтният проект на NXP за високоволтова BESS възлага на блока за управление на батерията отговорност за наблюдението на защитните блокировки и управлението на контакторите, както и за комуникацията с EMS. Ако защитата на батерията изисква изолиране, това действие може да се извърши в слоя за защита на батерията, без да се чака решение за оптимизация на ниво обект. (nxp.com)
PCS също работи в рамките на собствените си електрически ограничения и условията от страната на AC. Крайният поток на мощност се определя от оперативната заявка заедно с ограниченията на батерията, преобразувателя и системата. Наричането на който и да е отделен контролер „мозък“ на системата прикрива действителното разпределение на правомощията. EMS определя какво обектът би искал да прави батерията. BMS предоставя състоянието, ограниченията и защитата от страна на батерията. PCS превръща допустимата работна точка в контролиран поток на електрическа мощност.
Примерът с 50 kW става още по-полезен, ако условията се променят по време на работа. Заявка, която е била изпълнима преди минута, може да стане неизпълнима след повишаване на температурата на батерията или затягане на друго ограничение от нейна страна. В описаната от Victron конфигурация Multis и Quattros се изключват в островен режим, когато максималният разряден ток достигне нула. Блокът за управление на батерията в BESS на NXP също включва управление на контакторите, което показва как защитата от страна на батерията може при необходимост да премине от предадено оперативно ограничение към физическо изолиране. (victronenergy.com) (nxp.com)
Промяната в ограничението просто означава, че изпълнимата работна точка се е преместила. Състоянието и ограниченията от страна на батерията могат да се предават към управлението на по-високо ниво чрез интерфейси като CAN FD, RS485 и Ethernet; NXP включва и трите в своя блок за управление на батерията в BESS за комуникация с EMS. След това управлението на по-високо ниво може да реагира на новата граница на батерията, докато PCS продължава да работи в рамките на останалите активни ограничения. Следователно управлението е непрекъснат процес: условията се наблюдават, ограниченията се актуализират, оперативните заявки се коригират при необходимост, а действителната работа става част от информацията за следващото решение. (nxp.com)
Погледната така, схемата 3S показва как оперативното намерение се превръща в изпълним поток на мощност. EMS представя какво иска да постигне обектът, BMS предоставя информацията и границите от страна на батерията, които определят възможното, а PCS извършва преобразуването, което реализира получената работна точка. Когато система изисква 50 kW и предоставя 35 kW, полезният въпрос е кое ограничение е направило 35 kW изпълнимата работна точка. Този въпрос разкрива повече за системата, отколкото самите имена на контролерите.
