Załóżmy, że system magazynowania energii ma rozładować się z mocą 50 kW, ale rzeczywista moc ustala się na poziomie 35 kW. Nie musi to oznaczać usterki. Różnica może po prostu pokazywać, że 50 kW jest tym, czego oczekuje obiekt, natomiast 35 kW jest tym, co bateria i układ konwersji mocy mogą w danym momencie obsłużyć. Ten rozdźwięk pomaga zrozumieć PCS, BMS i EMS jako części tego samego procesu operacyjnego.Trzy role i różne zakresy decyzyjności
EMS znajduje się zwykle najbliżej celu operacyjnego obiektu. Może zdecydować, że bateria powinna się rozładować, ponieważ wzrosło obciążenie, spadła produkcja z fotowoltaiki albo inna instrukcja pracy wymaga użycia zgromadzonej energii. Bezpośredni wynik może być prosty: ładowanie, rozładowanie lub utrzymanie określonego poziomu mocy. Siemens Energy opisuje EMS jako warstwę zarządzającą ogólną pracą i dysponowaniem BESS, podczas gdy PCS odpowiada za konwersję mocy, a BMS monitoruje i kontroluje warunki pracy baterii. (siemens-energy.com)
Bateria ma własny stan operacyjny. Napięcia ogniw, temperatury i inne pomiary, razem z szacowanymi stanami takimi jak SOC, wpływają na to, jaką moc ładowania lub rozładowania może obsłużyć. Infineon wymienia estymację SOC/SOH obok monitoringu, balansowania, wykrywania usterek i komunikacji jako podstawowe funkcje BMS w magazynowaniu energii. (infineon.com) W systemach zarządzanych BMS może przekazywać status baterii oraz limity napięcia ładowania, prądu ładowania i prądu rozładowania. Victron opisuje na przykład baterie, które dynamicznie wysyłają te limity do kontrolera systemu, gdy zmienia się napięcie ogniw, SOC lub temperatura. (victronenergy.com)
Limit baterii pełni więc inną funkcję niż żądanie EMS. Jeśli EMS żąda rozładowania z mocą 50 kW, a aktualne limity po stronie baterii oznaczają, że dostępne jest około 35 kW, wartość 35 kW wyznacza granicę baterii w tych warunkach. Jeżeli obiekt potrzebuje tylko 20 kW, nie ma powodu rozładowywać baterii z mocą 35 kW tylko dlatego, że jest to możliwe. Jeżeli obiekt chce 50 kW, żądany punkt pracy trzeba obniżyć do poziomu, który system rzeczywiście może obsłużyć.
Wyobraźmy sobie, że ten sam ekran sterowania pokazuje żądanie 50 kW, dopuszczalną wartość 35 kW i zmierzoną moc wyjściową 34,7 kW. Wszystkie trzy wartości są wyrażone w kilowatach, ale opisują różne rzeczy: zamiar, granicę i wynik. Sama jednostka nie wystarczy. Liczą się etykieta i źródło, ponieważ nastawa, limit i rzeczywisty pomiar mogą się zasadnie różnić bez wskazywania awarii.
Ten sam system może mieć jednocześnie kilka limitów. Victron opisuje układ, w którym limit prądu ładowania dostarczany przez BMS jest porównywany z maksymalną wartością ustawioną przez użytkownika, a stosowana jest wartość niższa, przy czym aktywne mogą pozostać również limity na poziomie urządzeń. To, który kontroler uzgadnia te ograniczenia, zależy od architektury, dlatego uniwersalna hierarchia byłaby myląca. Żądanie opisuje zamierzoną pracę; limit definiuje granicę, w której ta praca może się odbywać. Wykonalny punkt pracy znajduje się tam, gdzie te dwie wartości się spotykają. (victronenergy.com)
PCS zamienia wykonalne żądanie w przepływ mocy
Gdy żądanie pracy mieści się w aktywnych limitach, PCS zamienia tę decyzję w przepływ energii elektrycznej. Bateria pracuje po stronie DC, natomiast obiekt lub sieć zwykle po stronie AC; PCS kontroluje konwersję między tymi stronami. Siemens Energy opisuje PCS jako element konwersji mocy w BESS, odrębny od EMS zarządzającego dysponowaniem i od BMS zarządzającego warunkami baterii. (siemens-energy.com)
Prosty schemat może sugerować czystą sekwencję, w której EMS wydaje polecenie, BMS je zatwierdza, a PCS wykonuje. Rzeczywiste systemy są zwykle bardziej rozproszone. Referencyjny projekt wysokonapięciowego BESS firmy NXP przypisuje jednostce zarządzania baterią odpowiedzialność za monitorowanie blokad i sterowanie stycznikami, a także za komunikację z EMS. Jeżeli ochrona baterii wymaga izolacji, reakcja może nastąpić w warstwie ochrony baterii, bez czekania na decyzję optymalizacyjną na poziomie obiektu. (nxp.com)
PCS działa również w ramach własnych ograniczeń elektrycznych i warunków po stronie AC. Ostateczny przepływ mocy jest kształtowany przez żądanie pracy razem z ograniczeniami baterii, konwertera i całego systemu. Nazywanie jednego kontrolera „mózgiem” systemu zaciera rzeczywisty podział decyzyjności. EMS określa, co obiekt chciałby, aby bateria zrobiła. BMS przekazuje status, limity i ochronę po stronie baterii. PCS zamienia dopuszczalny punkt pracy w kontrolowaną moc elektryczną.
Przykład 50 kW staje się bardziej użyteczny, jeśli warunki zmieniają się podczas pracy systemu. Żądanie, które minutę wcześniej było wykonalne, może stać się niewykonalne po wzroście temperatury baterii albo zaostrzeniu innego limitu po stronie baterii. W udokumentowanej konfiguracji Victron urządzenia Multi i Quattro wyłączają się w trybie wyspowym, gdy maksymalny prąd rozładowania spada do zera. Jednostka zarządzania baterią BESS firmy NXP obejmuje także sterowanie stycznikami, co pokazuje, że ochrona po stronie baterii może przejść od komunikowanego limitu pracy do fizycznej izolacji, gdy jest to wymagane. (victronenergy.com) (nxp.com)
Zmieniający się limit oznacza po prostu, że przesunął się wykonalny punkt pracy. Status i limity po stronie baterii mogą być przekazywane do sterowania wyższego poziomu przez interfejsy takie jak CAN FD, RS485 i Ethernet; NXP uwzględnia wszystkie trzy w swojej jednostce zarządzania baterią BESS do komunikacji z EMS. Sterowanie wyższego poziomu może wtedy zareagować na nową granicę baterii, podczas gdy PCS nadal pracuje w ramach aktywnych ograniczeń. Proces sterowania jest więc ciągły: warunki są obserwowane, limity aktualizowane, żądania pracy korygowane tam, gdzie to konieczne, a rzeczywista praca staje się częścią informacji używanej przy kolejnej decyzji. (nxp.com)
W takim ujęciu diagram 3S staje się mapą tego, jak zamiar operacyjny zmienia się w możliwy do wykonania przepływ mocy. EMS reprezentuje to, co obiekt chce zrobić, BMS dostarcza informacje i granice po stronie baterii, które określają, co jest możliwe, a PCS wykonuje konwersję, dzięki której wynikowy punkt pracy staje się rzeczywistością. Gdy system żąda 50 kW, a dostarcza 35 kW, użyteczne pytanie brzmi: jakie ograniczenie sprawiło, że 35 kW stało się wykonalnym punktem pracy? To pytanie mówi o systemie więcej niż same nazwy kontrolerów.
