Predstavme si, že batériový systém skladovania energie má vybíjať pri 50 kW, ale skutočný výstup sa ustáli na 35 kW. Nemusí to znamenať, že je niečo zle. Rozdiel môže jednoducho znamenať, že 50 kW je to, čo miesto chce, zatiaľ čo 35 kW je to, čo batéria a zariadenie na premenu výkonu v danej chvíli dokážu podporiť. Tento rozdiel je užitočný spôsob, ako chápať PCS, BMS a EMS ako časti toho istého prevádzkového procesu.Tri úlohy, rôzne druhy autority
EMS zvyčajne stojí najbližšie k prevádzkovému cieľu miesta. Môže rozhodnúť, že batéria sa má vybíjať, pretože záťaž vzrástla, solárny výkon klesol alebo iný prevádzkový pokyn vyžaduje použitie uloženej energie. Bezprostredný výsledok môže byť jednoduchý: nabíjať, vybíjať alebo držať určitú úroveň výkonu. Siemens Energy opisuje EMS ako vrstvu, ktorá riadi celkovú prevádzku a dispečing BESS, zatiaľ čo PCS vykonáva premenu výkonu a BMS monitoruje a riadi podmienky batérie. (siemens-energy.com)
Batéria má svoj vlastný prevádzkový stav. Napätia článkov, teploty a ďalšie merania spolu s odhadovanými stavmi, ako je SOC, ovplyvňujú, koľko nabíjania alebo vybíjania dokáže podporiť. Infineon uvádza odhad SOC/SOH spolu s monitorovaním, balansovaním, detekciou porúch a komunikáciou medzi základnými funkciami BMS pre skladovanie energie v batériách. (infineon.com) V riadených systémoch môže BMS komunikovať stav batérie spolu s limitmi nabíjacieho napätia, nabíjacieho prúdu a vybíjacieho prúdu. Victron napríklad dokumentuje batérie, ktoré tieto limity dynamicky posielajú systémovému kontroléru podľa toho, ako sa mení napätie článkov, SOC alebo teplota. (victronenergy.com)
Limit batérie preto slúži inému účelu než požiadavka EMS. Predstavme si, že EMS žiada vybíjanie 50 kW, zatiaľ čo aktuálne limity na strane batérie znamenajú, že dostupných je len približne 35 kW. Hodnota 35 kW nastavuje hranicu na strane batérie za týchto podmienok. Ak miesto potrebuje iba 20 kW, nie je dôvod vybíjať pri 35 kW len preto, že batéria môže. Ak miesto chce 50 kW, požadovaný prevádzkový bod sa musí znížiť na niečo, čo systém skutočne dokáže podporiť.
Predstavte si, že tá istá riadiaca obrazovka ukazuje požiadavku 50 kW, povolenú hodnotu 35 kW a nameraný výstup 34.7 kW. Všetky tri sú vyjadrené v kilowattoch, no opisujú odlišné veci: zámer, hranicu a výsledok. Samotná jednotka nestačí. Dôležitý je popis a zdroj, pretože setpoint, limit a skutočné meranie sa môžu legitímne líšiť bez toho, aby naznačovali poruchu.
Ten istý systém môže niesť viacero limitov naraz. Victron dokumentuje usporiadanie, v ktorom sa limit nabíjacieho prúdu poskytnutý BMS porovná s maximom nastaveným používateľom a použije sa nižšia hodnota, zatiaľ čo limity na úrovni zariadení môžu zostať aktívne. Ktorý kontrolér zosúlaďuje tieto obmedzenia, sa líši podľa architektúry, takže univerzálna hierarchia by bola zavádzajúca. Požiadavka opisuje zamýšľanú prevádzku; limit definuje hranicu, v ktorej sa táto prevádzka môže uskutočniť. Realizovateľný prevádzkový bod je tam, kde sa tieto dve veci stretnú. (victronenergy.com)
PCS premieňa realizovateľnú požiadavku na výkon
Keď sa prevádzková požiadavka zmestí do aktívnych limitov, PCS premení toto rozhodnutie na tok elektrickej energie. Batéria pracuje na DC strane, zatiaľ čo miesto alebo sieť je zvyčajne na AC strane; PCS riadi konverziu medzi nimi. Siemens Energy opisuje PCS ako prvok premeny výkonu v BESS, odlišný od EMS, ktorý riadi dispečing, a BMS, ktorý riadi podmienky batérie. (siemens-energy.com)
Jednoduchý diagram môže naznačovať čistú sekvenciu, v ktorej EMS vydá príkaz, BMS ho schváli a PCS ho vykoná. Reálne systémy sú zvyčajne viac distribuované. Referenčný návrh vysokonapäťového BESS od NXP napríklad dáva jednotke správy batérie zodpovednosť za monitorovanie blokovania a riadenie stykačov, ako aj za komunikáciu s EMS. Ak ochrana batérie vyžaduje izoláciu, táto reakcia môže nastať vo vrstve ochrany batérie, nie čakať na optimalizačné rozhodnutie na úrovni miesta. (nxp.com)
PCS zároveň pracuje v rámci vlastných elektrických limitov a podmienok na AC strane. Konečný tok výkonu formuje prevádzková požiadavka spolu s batériovými, konvertorovými a systémovými obmedzeniami. Označiť jeden kontrolér za „mozog“ systému zakrýva, ako je autorita v skutočnosti rozdelená. EMS určuje, čo by miesto chcelo, aby batéria robila. BMS poskytuje stav, limity a ochranu na strane batérie. PCS premieňa povolený prevádzkový bod na riadený elektrický výkon.
Príklad 50 kW je ešte užitočnejší, ak sa podmienky počas prevádzky zmenia. Požiadavka, ktorá bola pred minútou realizovateľná, sa môže stať nerealizovateľnou po zvýšení teploty batérie alebo sprísnení iného limitu na strane batérie. V dokumentovanom nastavení Victron sa Multis a Quattros v ostrovnom režime vypnú, keď maximálny vybíjací prúd dosiahne nulu. Jednotka správy batérie BESS od NXP zahŕňa aj riadenie stykačov, čo ukazuje, ako ochrana na strane batérie môže v prípade potreby prejsť z komunikovaného prevádzkového limitu na fyzickú izoláciu. (victronenergy.com) (nxp.com)
Meniaci sa limit jednoducho znamená, že sa posunul realizovateľný prevádzkový bod. Stav a limity na strane batérie možno komunikovať vyššej úrovni riadenia cez rozhrania ako CAN FD, RS485 a Ethernet; NXP zahŕňa všetky tri na svojej jednotke správy batérie BESS na komunikáciu s EMS. Vyššia úroveň riadenia potom môže reagovať na novú hranicu batérie, zatiaľ čo PCS pokračuje v prevádzke v rámci obmedzení, ktoré zostávajú aktívne. Riadiaci proces je preto nepretržitý: podmienky sa sledujú, limity sa aktualizujú, prevádzkové požiadavky sa podľa potreby upravujú a skutočná prevádzka sa stáva súčasťou informácií použitých pri ďalšom rozhodnutí. (nxp.com)
Videný takto sa diagram 3S stáva mapou toho, ako sa prevádzkový zámer mení na vykonateľný tok výkonu. EMS predstavuje to, čo chce miesto urobiť, BMS poskytuje informácie a hranice na strane batérie, ktoré formujú, čo je možné, a PCS vykonáva konverziu, ktorá robí výsledný prevádzkový bod skutočným. Keď systém žiada 50 kW a dodáva 35 kW, užitočná otázka znie, aké obmedzenie urobilo z 35 kW realizovateľný prevádzkový bod. Táto otázka prezradí o systéme viac než samotné názvy kontrolérov.
