Představte si, že bateriový systém ukládání energie má vybíjet výkonem 50 kW, ale skutečný výstup se ustálí na 35 kW. Nemusí být nutně nic špatně. Rozdíl může jednoduše znamenat, že 50 kW je to, co místo chce, zatímco 35 kW je to, co baterie a výkonová konverzní zařízení mohou v daném okamžiku podpořit. Tato mezera je užitečným způsobem, jak chápat PCS, BMS a EMS jako části stejného provozního procesu.Tři role, různé druhy pravomoci
EMS obvykle sedí nejblíže provoznímu cíli místa. Může rozhodnout, že baterie má vybíjet, protože se zvýšila zátěž, klesl solární výkon nebo jiný provozní pokyn vyžaduje použití uložené energie. Okamžitý výsledek může být jednoduchý: nabíjet, vybíjet nebo držet konkrétní úroveň výkonu. Siemens Energy popisuje EMS jako vrstvu, která řídí celkový provoz a dispečink BESS, zatímco PCS provádí výkonovou konverzi a BMS monitoruje a řídí podmínky baterie. (siemens-energy.com)
Baterie má svůj vlastní provozní stav. Napětí článků, teploty a další měření, společně s odhadovanými stavy jako SOC, ovlivňují, kolik nabíjení nebo vybíjení může podpořit. Infineon uvádí odhad SOC/SOH spolu s monitorováním, vyrovnáváním, detekcí poruch a komunikací mezi klíčovými funkcemi BMS pro bateriová úložiště energie. (infineon.com) V řízených systémech může BMS komunikovat stav baterie spolu s limity nabíjecího napětí, nabíjecího proudu a vybíjecího proudu. Victron například dokumentuje baterie, které tyto limity dynamicky posílají systémovému řadiči podle změn napětí článků, SOC nebo teploty. (victronenergy.com)
Limit baterie tedy slouží jinému účelu než požadavek EMS. Představte si, že EMS požaduje 50 kW vybíjení, zatímco aktuální limity na straně baterie znamenají, že je dostupných jen asi 35 kW. Hodnota 35 kW nastavuje hranici na straně baterie za těchto podmínek. Pokud místo potřebuje jen 20 kW, není důvod vybíjet 35 kW jen proto, že baterie může. Pokud místo chce 50 kW, požadovaný provozní bod musí být snížen na něco, co systém skutečně dokáže podpořit.
Představte si, že stejná řídicí obrazovka ukazuje požadavek 50 kW, povolenou hodnotu 35 kW a naměřený výstup 34.7 kW. Všechna tři čísla jsou vyjádřena v kilowattech, ale popisují různé věci: záměr, hranici a výsledek. Jednotka sama o sobě nestačí. Označení a zdroj jsou důležité, protože setpoint, limit a skutečné měření se mohou legitimně lišit, aniž by ukazovaly poruchu.
Stejný systém může nést několik limitů najednou. Victron dokumentuje jedno uspořádání, v němž se limit nabíjecího proudu poskytnutý BMS porovnává s uživatelem nastaveným maximem a použije se nižší hodnota, zatímco limity na úrovni zařízení mohou zůstat aktivní. Který řadič tato omezení slaďuje, se liší podle architektury, takže univerzální hierarchie je zavádějící. Požadavek popisuje zamýšlený provoz; limit definuje hranici, v níž tento provoz může probíhat. Proveditelný provozní bod je tam, kde se tyto dvě věci setkají. (victronenergy.com)
PCS promění proveditelný požadavek ve výkon
Jakmile provozní požadavek zapadá do aktivních limitů, PCS promění toto rozhodnutí v tok elektrického výkonu. Baterie pracuje na DC straně, zatímco místo nebo síť je obvykle na AC straně; PCS řídí konverzi mezi nimi. Siemens Energy popisuje PCS jako výkonově-konverzní prvek BESS, odlišný od EMS, který řídí dispečink, a BMS, který řídí podmínky baterie. (siemens-energy.com)
Jednoduché schéma může naznačovat čistou sekvenci, v níž EMS vydá příkaz, BMS jej schválí a PCS jej provede. Skutečné systémy jsou obvykle více distribuované. Referenční návrh vysokonapěťového BESS od NXP například dává jednotce správy baterie odpovědnost za monitorování blokování a řízení stykačů i za komunikaci s EMS. Pokud ochrana baterie vyžaduje izolaci, tato reakce může nastat ve vrstvě ochrany baterie místo čekání na optimalizační rozhodnutí na úrovni místa. (nxp.com)
PCS také pracuje v rámci vlastních elektrických limitů a podmínek na AC straně. Konečný tok výkonu je formován provozním požadavkem společně s omezeními baterie, měniče a systému. Nazývat kterýkoli jeden řadič „mozkem“ systému zakrývá, jak je pravomoc ve skutečnosti rozdělena. EMS určuje, co by místo chtělo, aby baterie dělala. BMS poskytuje stav, limity a ochranu na straně baterie. PCS převádí povolený provozní bod na řízený elektrický výkon.
Příklad 50 kW je užitečnější, pokud se podmínky mění, zatímco systém běží. Požadavek, který byl proveditelný před minutou, se může stát neproveditelným po zvýšení teploty baterie nebo zpřísnění jiného limitu na straně baterie. V dokumentovaném nastavení Victron se Multis a Quattros vypnou v ostrovním režimu, když maximální vybíjecí proud dosáhne nuly. Jednotka správy baterie NXP BESS také zahrnuje řízení stykačů, což ukazuje, jak se ochrana na straně baterie může v případě potřeby přesunout od komunikovaného provozního limitu k fyzické izolaci. (victronenergy.com) (nxp.com)
Měnící se limit jednoduše znamená, že proveditelný provozní bod se posunul. Stav a limity na straně baterie lze komunikovat vyššímu řízení přes rozhraní jako CAN FD, RS485 a Ethernet; NXP zahrnuje všechny tři na své jednotce správy baterie BESS pro komunikaci s EMS. Vyšší řízení pak může reagovat na novou hranici baterie, zatímco PCS pokračuje v provozu v rámci omezení, která zůstávají aktivní. Řídicí proces je proto nepřetržitý: podmínky se pozorují, limity se aktualizují, provozní požadavky se podle potřeby upravují a skutečný provoz se stává součástí informací použitých pro další rozhodnutí. (nxp.com)
Viděno tímto způsobem se schéma 3S stává mapou toho, jak se provozní záměr mění v proveditelný tok výkonu. EMS představuje to, co místo chce udělat, BMS poskytuje informace a hranice na straně baterie, které určují, co je možné, a PCS provádí konverzi, která výsledný provozní bod uskuteční. Když systém požaduje 50 kW a dodává 35 kW, užitečná otázka zní, jaké omezení učinilo z 35 kW proveditelný provozní bod. Tato otázka odhalí o systému více než samotné názvy řadičů.
