Să presupunem că unui sistem de stocare a energiei în baterii i se cere să descarce la 50 kW, dar ieșirea reală se stabilizează la 35 kW. Nu este neapărat ceva greșit. Diferența poate însemna pur și simplu că 50 kW este ceea ce dorește amplasamentul, iar 35 kW este ceea ce bateria și echipamentul de conversie a puterii pot susține în acel moment. Acest decalaj este o modalitate utilă de a înțelege PCS, BMS și EMS ca părți ale aceluiași proces operațional.Trei roluri, tipuri diferite de autoritate
EMS se află de obicei cel mai aproape de obiectivul operațional al amplasamentului. Poate decide că bateria trebuie să descarce deoarece sarcina a crescut, producția solară a scăzut sau o altă instrucțiune operațională cere folosirea energiei stocate. Rezultatul imediat poate fi simplu: încărcare, descărcare sau menținere la un anumit nivel de putere. Siemens Energy descrie EMS ca stratul care gestionează operarea și dispecerizarea generală a BESS, în timp ce PCS realizează conversia puterii, iar BMS monitorizează și controlează condițiile bateriei. (siemens-energy.com)
Bateria are propria sa condiție de operare. Tensiunile celulelor, temperaturile și alte măsurători, împreună cu stări estimate precum SOC, afectează câtă încărcare sau descărcare poate susține. Infineon include estimarea SOC/SOH, alături de monitorizare, echilibrare, detectarea defectelor și comunicare, printre funcțiile centrale ale BMS pentru stocarea energiei în baterii. (infineon.com) În sistemele gestionate, BMS poate comunica starea bateriei împreună cu limitele de tensiune de încărcare, curent de încărcare și curent de descărcare. Victron, de exemplu, documentează baterii care trimit aceste limite dinamic către controlerul sistemului pe măsură ce tensiunea celulei, SOC sau temperatura se schimbă. (victronenergy.com)
Prin urmare, o limită a bateriei servește un scop diferit față de o cerere EMS. Să presupunem că EMS cere o descărcare de 50 kW, în timp ce limitele curente de pe partea bateriei înseamnă că sunt disponibili doar aproximativ 35 kW. Valoarea de 35 kW stabilește limita de pe partea bateriei în acele condiții. Dacă amplasamentul are nevoie de doar 20 kW, nu există motiv să descarce la 35 kW doar pentru că bateria poate. Dacă amplasamentul dorește 50 kW, punctul de operare cerut trebuie redus la ceva ce sistemul poate susține efectiv.
Imaginați-vă că același ecran de control arată o cerere de 50 kW, o valoare admisibilă de 35 kW și o ieșire măsurată de 34.7 kW. Toate trei sunt exprimate în kilowați, dar descriu lucruri diferite: intenție, limită și rezultat. Unitatea singură nu este suficientă. Eticheta și sursa contează, deoarece un setpoint, o limită și o măsurare reală pot diferi legitim fără să indice o defecțiune.
Același sistem poate avea mai multe limite în același timp. Victron documentează o configurație în care o limită de curent de încărcare furnizată de BMS este comparată cu un maxim configurat de utilizator, iar valoarea mai mică este aplicată, în timp ce limitele la nivel de dispozitiv pot rămâne active. Controlerul care reconciliază aceste constrângeri variază în funcție de arhitectură, deci o ierarhie universală este înșelătoare. O cerere descrie operarea intenționată; o limită definește granița în care acea operare poate avea loc. Punctul de operare fezabil este locul unde cele două se întâlnesc. (victronenergy.com)
PCS transformă o cerere fezabilă în putere
Odată ce o cerere operațională se încadrează în limitele active, PCS transformă acea decizie în flux de putere electrică. Bateria operează pe partea DC, în timp ce amplasamentul sau rețeaua sunt de obicei pe partea AC; PCS controlează conversia dintre ele. Siemens Energy descrie PCS ca elementul de conversie a puterii din BESS, distinct de EMS care gestionează dispecerizarea și de BMS care gestionează condițiile bateriei. (siemens-energy.com)
O diagramă simplă poate sugera o secvență curată în care EMS emite o comandă, BMS o aprobă și PCS o execută. Sistemele reale sunt de obicei mai distribuite. Designul de referință BESS de înaltă tensiune al NXP, de exemplu, atribuie unității de management al bateriei responsabilitatea pentru monitorizarea interlock și controlul contactoarelor, precum și comunicarea cu un EMS. Dacă protecția bateriei cere izolare, acel răspuns poate apărea în stratul de protecție al bateriei, fără a aștepta o decizie de optimizare la nivelul amplasamentului. (nxp.com)
PCS operează și în propriile limite electrice și condiții de pe partea AC. Fluxul final de putere este modelat de cererea operațională împreună cu constrângerile bateriei, convertorului și sistemului. A numi un singur controler „creierul” sistemului ascunde felul în care autoritatea este distribuită de fapt. EMS determină ce ar dori amplasamentul să facă bateria. BMS furnizează starea, limitele și protecția de pe partea bateriei. PCS convertește un punct de operare admisibil în putere electrică controlată.
Exemplul de 50 kW devine mai util dacă se schimbă condițiile în timp ce sistemul funcționează. O cerere care era fezabilă acum un minut poate deveni infezabilă după ce temperatura bateriei crește sau o altă limită de pe partea bateriei se restrânge. În configurația documentată de Victron, Multis și Quattros se opresc în mod insular atunci când curentul maxim de descărcare ajunge la zero. Unitatea de management al bateriei BESS de la NXP include și controlul contactoarelor, arătând cum protecția de pe partea bateriei poate trece de la o limită operațională comunicată la izolare fizică atunci când este necesar. (victronenergy.com) (nxp.com)
O limită în schimbare înseamnă pur și simplu că punctul de operare fezabil s-a mutat. Starea și limitele de pe partea bateriei pot fi comunicate către controlul de nivel superior prin interfețe precum CAN FD, RS485 și Ethernet; NXP le include pe toate trei în unitatea sa de management al bateriei BESS pentru comunicarea cu un EMS. Controlul de nivel superior poate răspunde apoi noii granițe a bateriei, în timp ce PCS continuă să opereze în constrângerile care rămân active. Procesul de control este deci continuu: condițiile sunt observate, limitele sunt actualizate, cererile operaționale sunt ajustate unde este necesar, iar operarea reală devine parte din informația folosită pentru următoarea decizie. (nxp.com)
Privită astfel, o diagramă 3S devine o hartă a modului în care o intenție operațională se transformă în flux de putere executabil. EMS reprezintă ce vrea amplasamentul să facă, BMS furnizează informațiile și limitele de pe partea bateriei care modelează ce este posibil, iar PCS realizează conversia care face real punctul de operare rezultat. Când un sistem cere 50 kW și livrează 35 kW, întrebarea utilă este ce constrângere a făcut ca 35 kW să fie punctul de operare fezabil. Această întrebare spune mai mult despre sistem decât doar numele controlerelor.
