Anta att ett batterienergilagringssystem uppmanas att ladda ur vid 50 kW, men att den faktiska effekten stabiliseras vid 35 kW. Det behöver inte vara något fel. Skillnaden kan helt enkelt innebära att 50 kW är vad anläggningen vill ha, medan 35 kW är vad batteriet och effektomvandlingsutrustningen kan stödja just då. Detta gap är ett användbart sätt att förstå PCS, BMS och EMS som delar av samma driftsprocess.Tre roller, olika typer av befogenhet
EMS ligger vanligen närmast anläggningens driftsmål. Den kan avgöra att batteriet ska laddas ur eftersom lasten har ökat, solkraftsproduktionen har minskat eller en annan driftsinstruktion kräver att lagrad energi används. Det omedelbara resultatet kan vara enkelt: ladda, ladda ur eller håll en viss effektnivå. Siemens Energy beskriver EMS som det skikt som hanterar den övergripande BESS-driften och driftsättningen, medan PCS utför effektomvandlingen och BMS övervakar och styr batteriförhållandena. (siemens-energy.com)
Batteriet har sina egna driftförhållanden. Cellspänningar, temperaturer och andra mätvärden påverkar, tillsammans med uppskattade tillstånd som SOC, hur mycket laddning eller urladdning det kan stödja. Infineon listar uppskattning av SOC/SOH tillsammans med övervakning, balansering, felidentifiering och kommunikation som kärnfunktioner för BMS inom batterienergilagring. (infineon.com) I hanterade system kan BMS kommunicera batteristatus tillsammans med gränser för laddspänning, laddström och urladdningsström. Victron dokumenterar till exempel batterier som dynamiskt skickar dessa gränser till systemstyrenheten när cellspänning, SOC eller temperatur förändras. (victronenergy.com)
En batterigräns har därför ett annat syfte än en begäran från EMS. Anta att EMS begär en urladdning på 50 kW, medan de aktuella begränsningarna på batterisidan innebär att endast omkring 35 kW är tillgängligt. Värdet 35 kW anger gränsen på batterisidan under dessa förhållanden. Om anläggningen bara behöver 20 kW finns ingen anledning att ladda ur med 35 kW bara för att batteriet kan. Om anläggningen vill ha 50 kW måste den begärda driftpunkten sänkas till något som systemet faktiskt kan stödja.
Tänk dig att samma styrskärm visar en begäran på 50 kW, ett tillåtet värde på 35 kW och en uppmätt uteffekt på 34.7 kW. Alla tre anges i kilowatt, men de beskriver olika saker: avsikt, gräns och resultat. Enheten ensam räcker inte. Märkningen och källan är viktiga eftersom ett börvärde, en gräns och en faktisk mätning legitimt kan skilja sig åt utan att det tyder på ett fel.
Samma system kan ha flera gränser samtidigt. Victron dokumenterar en lösning där en laddströmsgräns från BMS jämförs med ett användarkonfigurerat maximum och det lägre värdet används, medan gränser på enhetsnivå kan fortsätta gälla. Vilken styrenhet som samordnar dessa begränsningar varierar med arkitekturen, så en universell hierarki blir missvisande. En begäran beskriver den avsedda driften; en gräns definierar ramen inom vilken driften kan ske. Den genomförbara driftpunkten är där de två möts. (victronenergy.com)
PCS omvandlar en genomförbar begäran till elektrisk effekt
När en driftbegäran ryms inom de aktiva gränserna omvandlar PCS beslutet till elektriskt effektflöde. Batteriet arbetar på DC-sidan, medan anläggningen eller elnätet vanligtvis finns på AC-sidan; PCS styr omvandlingen mellan dem. Siemens Energy beskriver PCS som effektomvandlingsdelen i BESS, skild från EMS som hanterar styrning av leveransen och BMS som hanterar batteriförhållandena. (siemens-energy.com)
Ett enkelt diagram kan antyda en tydlig sekvens där EMS utfärdar en order, BMS godkänner den och PCS verkställer den. Verkliga system är vanligtvis mer distribuerade. NXP:s högspänningsreferensdesign BESS ger till exempel batterihanteringsenheten ansvar för övervakning av förreglingar och kontaktorstyrning samt kommunikation med EMS. Om batteriskyddet kräver frånskiljning kan responsen ske inom batteriskyddslagret i stället för att invänta ett optimeringsbeslut på anläggningsnivå. (nxp.com)
PCS arbetar också inom sina egna elektriska gränser och förhållanden på AC-sidan. Det slutliga effektflödet formas av driftbegäran tillsammans med begränsningar i batteri, omvandlare och system. Att kalla en enda styrenhet för systemets ”hjärna” döljer hur befogenheterna faktiskt är fördelade. EMS avgör vad anläggningen vill att batteriet ska göra. BMS ger batterisidans status, gränser och skydd. PCS omvandlar en tillåten driftpunkt till kontrollerad elektrisk effekt.
Exemplet med 50 kW blir mer användbart om förhållandena ändras medan systemet är i drift. En begäran som var genomförbar för en minut sedan kan bli ogenomförbar när batteritemperaturen stiger eller en annan begränsning på batterisidan skärps. I Victrons dokumenterade konfiguration stängs Multis och Quattros av i ödrift när den maximala urladdningsströmmen når noll. NXP:s batterihanteringsenhet BESS har också kontaktorstyrning, vilket visar hur batterisidans skydd kan gå från en kommunicerad driftgräns till fysisk frånskiljning när det krävs. (victronenergy.com) (nxp.com)
En föränderlig gräns betyder helt enkelt att den genomförbara driftpunkten har flyttats. Batterisidans status och gränser kan kommuniceras till överordnad styrning via gränssnitt som CAN FD, RS485 och Ethernet; NXP inkluderar alla tre i sin batterihanteringsenhet BESS för kommunikation med EMS. Den överordnade styrningen kan sedan reagera på den nya batterigränsen medan PCS fortsätter att arbeta inom de begränsningar som fortfarande är aktiva. Styrprocessen är därför kontinuerlig: förhållanden observeras, gränser uppdateras, driftbegäranden justeras vid behov och den faktiska driften blir en del av informationen för nästa beslut. (nxp.com)
Sett på detta sätt blir ett 3S-diagram en karta över hur en driftavsikt blir ett genomförbart effektflöde. EMS representerar vad anläggningen vill göra, BMS tillhandahåller batterisidans information och gränser som formar vad som är möjligt, och PCS utför omvandlingen som förverkligar den resulterande driftpunkten. När ett system begär 50 kW och levererar 35 kW är den relevanta frågan vilken begränsning som gjorde 35 kW till den genomförbara driftpunkten. Den frågan avslöjar mer om systemet än enbart styrenheternas namn.
