Tegyük fel, hogy egy akkumulátoros energiatároló rendszertől 50 kW kisütést kérnek, de a tényleges kimenet 35 kW-on áll be. Ettől még nem feltétlenül hibás bármi. A különbség egyszerűen azt jelentheti, hogy az 50 kW az, amit a helyszín igényel, míg a 35 kW az, amit az akkumulátor és a teljesítményátalakító berendezés abban a pillanatban támogatni tud. Ez a különbség hasznos módja annak, hogy a PCS-t, a BMS-t és az EMS-t ugyanannak az üzemeltetési folyamatnak a részeiként értsük meg.Három szerep, különböző jogosultságok
Az EMS általában a helyszín üzemeltetési céljához áll a legközelebb. Dönthet úgy, hogy az akkumulátornak ki kell sütnie, mert nőtt a terhelés, csökkent a napenergia-termelés, vagy egy másik üzemeltetési utasítás a tárolt energia felhasználását kéri. A közvetlen eredmény egyszerű lehet: töltés, kisütés vagy tartás egy adott teljesítményszinten. A Siemens Energy az EMS-t olyan rétegként írja le, amely a BESS teljes működését és üzemirányítását kezeli, míg a PCS a teljesítményátalakítást végzi, a BMS pedig az akkumulátor állapotait felügyeli és szabályozza. (siemens-energy.com)
Az akkumulátornak saját üzemi állapota van. A cellafeszültségek, hőmérsékletek és más mérések, valamint az olyan becsült állapotok, mint az SOC, befolyásolják, mekkora töltést vagy kisütést tud támogatni. Az Infineon az SOC/SOH becslést a felügyelet, kiegyenlítés, hibafelismerés és kommunikáció mellett az akkumulátoros energiatárolás alapvető BMS-funkciói közé sorolja. (infineon.com) Menedzselt rendszerekben a BMS az akkumulátor állapotát a töltési feszültségre, töltőáramra és kisütőáramra vonatkozó korlátokkal együtt kommunikálhatja. A Victron például olyan akkumulátorokat dokumentál, amelyek ezeket a korlátokat dinamikusan küldik a rendszervezérlőnek, ahogy a cellafeszültség, az SOC vagy a hőmérséklet változik. (victronenergy.com)
Egy akkumulátorkorlát ezért más célt szolgál, mint egy EMS-kérés. Tegyük fel, hogy az EMS 50 kW kisütést kér, miközben az aktuális akkumulátoroldali korlátok alapján csak körülbelül 35 kW áll rendelkezésre. A 35 kW érték ilyen körülmények között az akkumulátoroldali határt jelöli ki. Ha a helyszínnek csak 20 kW-ra van szüksége, nincs ok 35 kW-tal kisütni pusztán azért, mert az akkumulátor képes lenne rá. Ha a helyszín 50 kW-ot igényel, a kért üzemi pontot olyan szintre kell csökkenteni, amelyet a rendszer ténylegesen támogatni tud.
Képzeljük el, hogy ugyanaz a vezérlőképernyő 50 kW kérést, 35 kW megengedett értéket és 34.7 kW mért kimenetet mutat. Mindhárom kilowattban van kifejezve, mégis különböző dolgokat írnak le: szándékot, határt és eredményt. Az egység önmagában nem elég. A címke és a forrás számít, mert egy alapjel, egy korlát és egy tényleges mérés jogosan eltérhet egymástól anélkül, hogy ez meghibásodást jelezne.
Ugyanazon a rendszeren egyszerre több korlát is érvényben lehet. A Victron egy olyan elrendezést dokumentál, amelyben a BMS által megadott töltőáram-korlátot összevetik a felhasználó által beállított maximummal, és az alacsonyabb értéket alkalmazzák, miközben az eszközszintű korlátok továbbra is aktívak maradhatnak. Hogy melyik vezérlő hangolja össze ezeket a korlátozásokat, architektúránként változik, ezért az univerzális hierarchia félrevezető. Egy kérés a szándékolt működést írja le; egy korlát azt a határt határozza meg, amelyen belül ez a működés megtörténhet. A megvalósítható üzemi pont ott van, ahol ez a kettő találkozik. (victronenergy.com)
A PCS a megvalósítható kérést teljesítménnyé alakítja
Miután egy üzemi kérés belefér az aktív korlátokba, a PCS ezt a döntést elektromos teljesítményáramlássá alakítja. Az akkumulátor a DC oldalon működik, míg a helyszín vagy a hálózat jellemzően az AC oldalon van; a PCS vezérli a kettő közötti átalakítást. A Siemens Energy a PCS-t a BESS teljesítményátalakító elemeként írja le, elkülönítve az üzemirányítást kezelő EMS-től és az akkumulátorállapotokat kezelő BMS-től. (siemens-energy.com)
Egy egyszerű ábra tiszta sorrendet sugallhat: az EMS parancsot ad, a BMS jóváhagyja, a PCS pedig végrehajtja. A valós rendszerek többnyire elosztottabban működnek. Az NXP nagyfeszültségű BESS referencia-terve például az akkumulátor-kezelő egység feladatai közé sorolja a reteszelés-felügyeletet és a kontaktorvezérlést, valamint az EMS-sel folytatott kommunikációt. Ha az akkumulátor védelme leválasztást igényel, ez a válasz az akkumulátorvédelmi rétegen belül is megtörténhet, nem kell megvárnia egy helyszínszintű optimalizálási döntést. (nxp.com)
A PCS saját elektromos korlátain és az AC oldali feltételeken belül is működik. A végső teljesítményáramlást az üzemi kérés, valamint az akkumulátor-, átalakító- és rendszerkorlátok együtt alakítják. Ha bármelyik vezérlőt a rendszer „agyának” nevezzük, az elfedi, hogyan oszlik meg valójában a jogosultság. Az EMS meghatározza, mit szeretne a helyszín az akkumulátortól. A BMS biztosítja az akkumulátoroldali állapotot, korlátokat és védelmet. A PCS az engedélyezett üzemi pontot szabályozott elektromos teljesítménnyé alakítja.
Az 50 kW-os példa hasznosabbá válik, ha a rendszer működése közben változnak a feltételek. Ami egy perccel korábban még megvalósítható kérés volt, az megvalósíthatatlanná válhat, ha az akkumulátor hőmérséklete emelkedik, vagy egy másik akkumulátoroldali korlát szigorodik. A Victron dokumentált beállításában a Multik és Quattrók szigetüzemben leállnak, amikor a maximális kisütőáram nullára csökken. Az NXP BESS akkumulátor-kezelő egysége kontaktorvezérlést is tartalmaz, ami megmutatja, hogyan léphet át az akkumulátoroldali védelem egy kommunikált üzemi korlátból fizikai leválasztásba, amikor erre szükség van. (victronenergy.com) (nxp.com)
Egy változó korlát egyszerűen azt jelenti, hogy a megvalósítható üzemi pont elmozdult. Az akkumulátoroldali állapot és korlátok magasabb szintű vezérlés felé olyan interfészeken keresztül kommunikálhatók, mint a CAN FD, az RS485 és az Ethernet; az NXP mindhármat tartalmazza BESS akkumulátor-kezelő egységén az EMS-sel való kommunikációhoz. A magasabb szintű vezérlés ezután reagálhat az új akkumulátoroldali határra, miközben a PCS továbbra is az aktív korlátokon belül működik. A vezérlési folyamat ezért folyamatos: a feltételeket megfigyelik, a korlátokat frissítik, az üzemi kéréseket szükség esetén módosítják, és a tényleges működés a következő döntéshez használt információ részévé válik. (nxp.com)
Így nézve a 3S ábra annak térképe lesz, hogyan alakul át egy üzemeltetési szándék végrehajtható teljesítményáramlássá. Az EMS azt képviseli, amit a helyszín tenni szeretne, a BMS az akkumulátoroldali információkat és határokat adja meg, amelyek formálják, mi lehetséges, a PCS pedig elvégzi azt az átalakítást, amely a létrejövő üzemi pontot valósággá teszi. Amikor egy rendszer 50 kW-ot kér és 35 kW-ot ad le, a hasznos kérdés az, milyen korlát tette a 35 kW-ot megvalósítható üzemi ponttá. Ez a kérdés többet árul el a rendszerről, mint önmagukban a vezérlők nevei.
