Giả sử một hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin được yêu cầu xả ở 50 kW, nhưng đầu ra thực tế ổn định ở 35 kW. Không nhất thiết có điều gì sai. Khác biệt này có thể chỉ đơn giản là 50 kW là điều địa điểm mong muốn, còn 35 kW là điều pin và thiết bị chuyển đổi công suất có thể hỗ trợ tại thời điểm đó. Khoảng cách này là cách hữu ích để hiểu PCS, BMS và EMS như các phần của cùng một quá trình vận hành.Ba vai trò, các loại quyền hạn khác nhau
EMS thường nằm gần nhất với mục tiêu vận hành của địa điểm. Nó có thể quyết định pin nên xả vì phụ tải tăng, sản lượng mặt trời giảm hoặc một chỉ thị vận hành khác yêu cầu dùng năng lượng đã lưu trữ. Kết quả tức thời có thể đơn giản: sạc, xả hoặc giữ ở một mức công suất nhất định. Siemens Energy mô tả EMS là lớp quản lý vận hành và điều độ tổng thể của BESS, trong khi PCS thực hiện chuyển đổi công suất và BMS giám sát, kiểm soát điều kiện pin. (siemens-energy.com)
Pin có điều kiện vận hành riêng. Điện áp cell, nhiệt độ và các phép đo khác, cùng các trạng thái ước tính như SOC, ảnh hưởng đến mức sạc hoặc xả mà pin có thể hỗ trợ. Infineon liệt kê ước tính SOC/SOH cùng giám sát, cân bằng, phát hiện lỗi và truyền thông là các chức năng cốt lõi của BMS cho lưu trữ năng lượng bằng pin. (infineon.com) Trong các hệ thống được quản lý, BMS có thể truyền trạng thái pin cùng giới hạn điện áp sạc, dòng sạc và dòng xả. Victron, chẳng hạn, ghi nhận các pin gửi động các giới hạn này đến bộ điều khiển hệ thống khi điện áp cell, SOC hoặc nhiệt độ thay đổi. (victronenergy.com)
Vì vậy, giới hạn của pin phục vụ mục đích khác với yêu cầu từ EMS. Giả sử EMS yêu cầu xả 50 kW, trong khi các giới hạn phía pin hiện tại chỉ cho phép khoảng 35 kW. Con số 35 kW đặt ranh giới phía pin trong điều kiện đó. Nếu địa điểm chỉ cần 20 kW, không có lý do xả ở 35 kW chỉ vì pin có thể. Nếu địa điểm muốn 50 kW, điểm vận hành được yêu cầu phải giảm xuống mức hệ thống thực sự hỗ trợ được.
Hãy hình dung cùng màn hình điều khiển hiển thị yêu cầu 50 kW, giá trị cho phép 35 kW và đầu ra đo được 34.7 kW. Cả ba đều biểu thị bằng kW, nhưng mô tả những điều khác nhau: ý định, ranh giới và kết quả. Chỉ đơn vị đo là chưa đủ. Nhãn và nguồn rất quan trọng vì setpoint, giới hạn và số đo thực tế có thể khác nhau một cách hợp lệ mà không cho thấy lỗi.
Cùng một hệ thống có thể mang nhiều giới hạn đồng thời. Victron ghi nhận một cấu hình trong đó giới hạn dòng sạc do BMS cung cấp được so sánh với mức tối đa do người dùng cấu hình và giá trị thấp hơn được áp dụng, trong khi giới hạn cấp thiết bị vẫn có thể hoạt động. Bộ điều khiển nào dung hòa các ràng buộc này thay đổi theo kiến trúc, nên một thứ bậc phổ quát sẽ gây hiểu sai. Yêu cầu mô tả vận hành dự định; giới hạn xác định ranh giới trong đó vận hành có thể xảy ra. Điểm vận hành khả thi là nơi hai yếu tố này gặp nhau. (victronenergy.com)
PCS biến yêu cầu khả thi thành công suất
Khi yêu cầu vận hành nằm trong các giới hạn đang hoạt động, PCS biến quyết định đó thành dòng công suất điện. Pin vận hành ở phía DC, trong khi địa điểm hoặc lưới thường ở phía AC; PCS kiểm soát chuyển đổi giữa hai phía. Siemens Energy mô tả PCS là phần tử chuyển đổi công suất của BESS, khác với EMS quản lý điều độ và BMS quản lý điều kiện pin. (siemens-energy.com)
Một sơ đồ đơn giản có thể gợi ý chuỗi gọn gàng trong đó EMS phát lệnh, BMS phê duyệt và PCS thực hiện. Hệ thống thực tế thường phân tán hơn. Thiết kế tham chiếu BESS điện áp cao của NXP, chẳng hạn, giao cho đơn vị quản lý pin trách nhiệm giám sát interlock và điều khiển contactor cũng như truyền thông với EMS. Nếu bảo vệ pin yêu cầu cô lập, phản hồi đó có thể xảy ra trong lớp bảo vệ pin thay vì chờ quyết định tối ưu cấp địa điểm. (nxp.com)
PCS cũng vận hành trong các giới hạn điện riêng và điều kiện phía AC. Dòng công suất cuối cùng được định hình bởi yêu cầu vận hành cùng với ràng buộc của pin, bộ chuyển đổi và hệ thống. Gọi bất kỳ bộ điều khiển nào là “bộ não” của hệ thống sẽ che khuất cách quyền hạn thực sự được phân bổ. EMS xác định địa điểm muốn pin làm gì. BMS cung cấp trạng thái, giới hạn và bảo vệ phía pin. PCS chuyển một điểm vận hành cho phép thành công suất điện được điều khiển.
Ví dụ 50 kW trở nên hữu ích hơn nếu điều kiện thay đổi trong khi hệ thống đang chạy. Một yêu cầu khả thi một phút trước có thể trở nên không khả thi sau khi nhiệt độ pin tăng hoặc một giới hạn phía pin khác siết lại. Trong cấu hình được Victron ghi nhận, Multis và Quattros tắt trong chế độ đảo khi dòng xả tối đa về 0. Đơn vị quản lý pin BESS của NXP cũng bao gồm điều khiển contactor, cho thấy bảo vệ phía pin có thể chuyển từ giới hạn vận hành được truyền thông sang cô lập vật lý khi cần. (victronenergy.com) (nxp.com)
Một giới hạn thay đổi chỉ có nghĩa là điểm vận hành khả thi đã dịch chuyển. Trạng thái và giới hạn phía pin có thể được truyền lên điều khiển cấp cao hơn qua các giao diện như CAN FD, RS485 và Ethernet; NXP bao gồm cả ba trên đơn vị quản lý pin BESS để truyền thông với EMS. Điều khiển cấp cao hơn sau đó có thể phản hồi ranh giới pin mới trong khi PCS tiếp tục vận hành trong các ràng buộc còn hoạt động. Vì vậy, quá trình điều khiển là liên tục: điều kiện được quan sát, giới hạn được cập nhật, yêu cầu vận hành được điều chỉnh khi cần, và vận hành thực tế trở thành một phần của thông tin dùng cho quyết định tiếp theo. (nxp.com)
Nhìn theo cách này, sơ đồ 3S trở thành bản đồ cho thấy một ý định vận hành biến thành dòng công suất có thể thực thi ra sao. EMS đại diện cho điều địa điểm muốn làm, BMS cung cấp thông tin và ranh giới phía pin định hình điều có thể, còn PCS thực hiện chuyển đổi để điểm vận hành kết quả trở thành thực tế. Khi một hệ thống yêu cầu 50 kW và cung cấp 35 kW, câu hỏi hữu ích là ràng buộc nào khiến 35 kW trở thành điểm vận hành khả thi. Câu hỏi đó cho biết nhiều hơn về hệ thống so với chỉ tên các bộ điều khiển.
