Stel dat een batterij-energieopslagsysteem wordt gevraagd om met 50 kW te ontladen, maar het werkelijke uitgangsvermogen stabiliseert op 35 kW. Er hoeft niet per se iets mis te zijn. Het verschil kan simpelweg betekenen dat 50 kW is wat de locatie wil, terwijl 35 kW is wat de batterij en de vermogensconversie-apparatuur op dat moment kunnen ondersteunen. Die kloof is een nuttige manier om PCS, BMS en EMS te begrijpen als onderdelen van hetzelfde bedrijfsproces.Drie rollen, verschillende soorten bevoegdheid
Het EMS staat meestal het dichtst bij het operationele doel van de locatie. Het kan besluiten dat de batterij moet ontladen omdat de belasting is gestegen, de zonneproductie is gedaald of een andere operationele instructie vraagt om opgeslagen energie te gebruiken. Het directe resultaat kan eenvoudig zijn: laden, ontladen of op een bepaald vermogensniveau blijven. Siemens Energy beschrijft het EMS als de laag die de algemene BESS-operatie en dispatch beheert, terwijl het PCS de vermogensconversie uitvoert en het BMS de batterijcondities bewaakt en regelt. (siemens-energy.com)
De batterij heeft haar eigen bedrijfsconditie. Celspanningen, temperaturen en andere metingen, samen met geschatte toestanden zoals SOC, bepalen hoeveel laden of ontladen ze kan ondersteunen. Infineon noemt SOC/SOH-schatting, naast monitoring, balancering, foutdetectie en communicatie, als kernfuncties van BMS voor batterij-energieopslag. (infineon.com) In beheerde systemen kan het BMS de batterijstatus communiceren samen met grenzen voor laadspanning, laadstroom en ontlaadstroom. Victron documenteert bijvoorbeeld batterijen die deze grenzen dynamisch naar de systeemcontroller sturen wanneer celspanning, SOC of temperatuur verandert. (victronenergy.com)
Een batterijlimiet dient daarom een ander doel dan een EMS-verzoek. Stel dat het EMS vraagt om 50 kW ontlading, terwijl de huidige limieten aan batterijzijde betekenen dat slechts ongeveer 35 kW beschikbaar is. De 35 kW-waarde zet onder die omstandigheden de grens aan batterijzijde. Als de locatie slechts 20 kW nodig heeft, is er geen reden om met 35 kW te ontladen alleen omdat de batterij dat kan. Als de locatie 50 kW wil, moet het gevraagde bedrijfspunt worden teruggebracht tot iets wat het systeem werkelijk kan ondersteunen.
Stel dat hetzelfde bedieningsscherm een verzoek van 50 kW, een toegestane waarde van 35 kW en een gemeten uitgang van 34.7 kW toont. Alle drie worden uitgedrukt in kilowatt, maar ze beschrijven verschillende dingen: intentie, grens en resultaat. De eenheid alleen is niet genoeg. Het label en de bron doen ertoe, omdat een setpoint, een limiet en een werkelijke meting terecht kunnen verschillen zonder op een storing te wijzen.
Hetzelfde systeem kan meerdere limieten tegelijk dragen. Victron documenteert een opzet waarin een door het BMS geleverde laadstroomlimiet wordt vergeleken met een door de gebruiker geconfigureerd maximum en de lagere waarde wordt toegepast, terwijl apparaatlimieten actief kunnen blijven. Welke controller deze beperkingen met elkaar verzoent, verschilt per architectuur, dus een universele hiërarchie is misleidend. Een verzoek beschrijft de beoogde operatie; een limiet definieert de grens waarbinnen die operatie kan plaatsvinden. Het haalbare bedrijfspunt ligt waar die twee samenkomen. (victronenergy.com)
Het PCS zet een haalbaar verzoek om in vermogen
Zodra een operationeel verzoek binnen de actieve limieten past, zet het PCS die beslissing om in elektrische vermogensstroom. De batterij werkt aan de DC-zijde, terwijl de locatie of het net meestal aan de AC-zijde zit; het PCS regelt de conversie tussen beide. Siemens Energy beschrijft het PCS als het vermogensconversie-element van de BESS, los van het EMS dat dispatch beheert en het BMS dat batterijcondities beheert. (siemens-energy.com)
Een eenvoudig diagram kan een nette volgorde suggereren waarin het EMS een opdracht geeft, het BMS die goedkeurt en het PCS die uitvoert. Echte systemen zijn meestal meer verdeeld. NXP’s referentieontwerp voor hoogspannings-BESS geeft de batterijmanagementunit bijvoorbeeld verantwoordelijkheid voor interlockmonitoring en contactorbesturing, naast communicatie met een EMS. Als batterijbescherming isolatie vereist, kan die reactie plaatsvinden binnen de batterijbeschermingslaag in plaats van te wachten op een optimalisatiebesluit op locatieniveau. (nxp.com)
Het PCS werkt ook binnen zijn eigen elektrische limieten en AC-zijdige condities. De uiteindelijke vermogensstroom wordt gevormd door het operationele verzoek samen met batterij-, converter- en systeembeperkingen. Een enkele controller het “brein” van het systeem noemen verbergt hoe bevoegdheid werkelijk is verdeeld. Het EMS bepaalt wat de locatie wil dat de batterij doet. Het BMS levert batterijzijdige status, limieten en bescherming. Het PCS zet een toegestaan bedrijfspunt om in gecontroleerd elektrisch vermogen.
Het voorbeeld van 50 kW wordt nuttiger als omstandigheden veranderen terwijl het systeem draait. Een verzoek dat een minuut geleden haalbaar was, kan onhaalbaar worden nadat de batterijtemperatuur stijgt of een andere batterijzijdige limiet strakker wordt. In de door Victron gedocumenteerde opzet schakelen Multis en Quattros in eilandmodus uit wanneer de maximale ontlaadstroom nul bereikt. NXP’s BESS-batterijmanagementunit omvat ook contactorbesturing en laat zien hoe batterijzijdige bescherming kan verschuiven van een gecommuniceerde operationele limiet naar fysieke isolatie wanneer dat nodig is. (victronenergy.com) (nxp.com)
Een veranderende limiet betekent simpelweg dat het haalbare bedrijfspunt is verschoven. Batterijzijdige status en limieten kunnen aan hogere besturing worden gecommuniceerd via interfaces zoals CAN FD, RS485 en Ethernet; NXP neemt alle drie op in zijn BESS-batterijmanagementunit voor communicatie met een EMS. Hogere besturing kan dan reageren op de nieuwe batterijgrens terwijl het PCS blijft werken binnen de beperkingen die actief blijven. Het regelproces is dus continu: omstandigheden worden geobserveerd, limieten bijgewerkt, operationele verzoeken waar nodig aangepast, en de werkelijke operatie wordt onderdeel van de informatie voor de volgende beslissing. (nxp.com)
Zo gezien wordt een 3S-diagram een kaart van hoe een operationele intentie wordt omgezet in uitvoerbare vermogensstroom. Het EMS vertegenwoordigt wat de locatie wil doen, het BMS levert de batterijzijdige informatie en grenzen die bepalen wat mogelijk is, en het PCS voert de conversie uit die het resulterende bedrijfspunt werkelijk maakt. Wanneer een systeem om 50 kW vraagt en 35 kW levert, is de nuttige vraag welke beperking 35 kW tot het haalbare bedrijfspunt maakte. Die vraag zegt meer over het systeem dan alleen de namen van de controllers.
