SÉRIE DE CONHECIMENTO BESS
Como funciona um sistema de armazenamento de energia de bateria?
Um sistema de armazenamento de energia de bateria (BESS) carrega convertendo eletricidade em energia CC e armazenando-a eletroquimicamente em células de bateria. Quando a energia é necessária, o processo se inverte: a bateria libera energia CC, o sistema de conversão de energia (PCS) a converte em energia CA controlada e o sistema de gerenciamento de energia (EMS) coordena o despacho de acordo com os objetivos do local ou da rede. Durante todo o processo, o sistema de gerenciamento de bateria (BMS) monitora as condições das células e impõe limites operacionais seguros.
Essa descrição simples esconde uma sequência coordenada de conversão elétrica, medição, tomada de decisão-e proteção. Num projeto comercial ou industrial, a bateria não decide de forma independente quando carregar ou descarregar. O BMS, PCS, EMS, medidores, dispositivos de proteção e controlador local trocam limites e comandos continuamente para que a planta possa fornecer a energia necessária sem exceder os limites elétricos, térmicos ou contratuais.
Para a estrutura completa de projeto, dimensionamento, segurança e aquisição, leia oguia completo para sistemas de armazenamento de energia de bateriaantes de finalizar a especificação do sistema.
Nesta página
- Princípio de funcionamento do BESS em um minuto
- O que acontece durante o carregamento do BESS?
- O que acontece durante a descarga do BESS?
- Como o BMS, o PCS e o EMS funcionam juntos
- AC-acoplado vs DC-BESS acoplado: como a operação muda
- Como os modos operacionais do BESS mudam de acordo com o aplicativo
- Eficiência BESS, Estado de Carga e Estado de Saúde
- Como um BESS responde a falhas e desliga com segurança
- Lista de verificação de due diligence operacional da BESS-
- Perguntas frequentes
- Conclusão
Princípio de funcionamento do BESS em um minuto
Um BESS opera como um buffer de energia bidirecional controlado. Medidores medem o local e a grade; o EMS determina a ação desejada; o BMS confirma os limites permitidos da bateria; o PCS converte a energia na direção necessária; sistemas de proteção supervisionam o processo; e o SCADA registra desempenho e alarmes.
A malha de controle se repete continuamente. A velocidade de resposta depende do serviço e da arquitetura: um controlador de gerenciamento-de demanda pode agir antes que um limite de faturamento seja excedido, enquanto um controlador-de suporte de rede pode responder rapidamente às condições de tensão ou frequência. A resposta necessária, a precisão e o limite de medição devem ser especificados em vez de assumidos.
O que acontece durante o carregamento do BESS?
O carregamento começa quando o EMS ou o controlador da planta solicita a absorção de energia. A fonte pode ser a rede elétrica, a geração solar local, um gerador ou outra fonte CA/CC. Em um sistema acoplado-CA, o PCS converte eletricidade CA em CC. Em um projeto de armazenamento-solar acoplado-mais-CC, um conversor CC ou arquitetura de inversor compartilhado controla a transferência de energia entre o fotovoltaico, a bateria e o barramento CC.
A sequência de carregamento
A potência de carga nem sempre é constante. Ele pode diminuir próximo ao SOC alto, cair em temperaturas baixas ou altas ou ser limitado pelo desequilíbrio da célula, capacidade do PCS, carga do transformador, limites de importação do local ou PV disponível. Os modelos de aquisição devem, portanto, usar uma curva operacional e não assumir que a potência nominal está disponível em cada SOC e temperatura.
Sequência de carregamento BESS
O que acontece durante a descarga do BESS?
Durante a descarga, a bateria libera energia DC. O PCS converte-o em energia CA sincronizada para a instalação ou rede. O EMS determina o nível de despacho, mas o BMS limita continuamente o comando para manter as células dentro dos limites permitidos de tensão, corrente, temperatura e SOC.
A sequência de descarga
Um BESS pode ter energia armazenada suficiente, mas ainda assim ser incapaz de fornecer potência nominal se temperatura, SOC, tensão CC, corrente da bateria, classificação PCS, requisitos de energia-reativa ou limites de proteção reduzirem a saída disponível. As garantias de potência e energia devem indicar as suas condições de funcionamento.
Como o BMS, o PCS e o EMS funcionam juntos
Para escopo detalhado do equipamento e interfaces de aquisição, consultecomponentes de bateria, BMS, PCS e EMSantes de finalizar a matriz de responsabilidade dos controles.
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Sistema |
Decisão ou ação |
Informações típicas trocadas |
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BMS |
Protege e supervisiona a bateria; estima SOC/SOH; calcula os limites permitidos de carga e descarga. |
Tensão e temperatura da célula/rack, SOC, SOH, limites de corrente, alarmes, estado do contator. |
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PCS |
Converte energia e regula a interface elétrica. |
Setpoint de potência, tensão/corrente CC, tensão/frequência CA, potência reativa, status e falhas. |
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EMS/controlador de planta |
Seleciona o modo de operação e otimiza o envio em todo o local ou objetivo da rede. |
Dados de medidores, previsões, tarifas, meta de reserva, comandos de rede, disponibilidade e restrições de equipamentos. |
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SCADA/monitoramento |
Visualiza, registra e comunica o status da planta. |
Dados-de séries temporais, alarmes, eventos, comandos de usuário, relatórios e acesso remoto. |
Um projeto de controles robusto utiliza limites e permissivas em vez de depender de um único controlador para compreender todos os detalhes internos. O SGA solicita um ponto de operação; o BMS declara o envelope atual permitido da bateria; e o PCS executa o comando somente enquanto todos os intertravamentos necessários forem verdadeiros. Se as comunicações falharem, cada subsistema deverá entrar num estado seguro definido.
Por que a matriz de interface é importante
- Identifique qual dispositivo é a fonte autorizada para SOC, potência ativa, potência reativa e status da rede.
- Defina taxa de atualização, unidades, escalonamento, carimbos de data/hora, sinalizadores de qualidade e temporizadores de{0}perda de comunicação.
- Liste todos os alarmes, advertências, desarmes, reinicializações, paradas de emergência e cancelamentos de manutenção.
- Documente a prioridade de comando entre controles locais, EMS, utilitário/agregador e operador SCADA.
- Teste estados anormais, não apenas comandos normais de carga e descarga.
AC-acoplado vs DC-BESS acoplado: como a operação muda
Aplique a comparação de acoplamento naguia de armazenamento-plus-solar.
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Fator |
AC-acoplado |
DC-acoplado |
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Caminho de poder |
A bateria usa um PCS dedicado e se conecta ao barramento CA. |
A energia fotovoltaica e a bateria compartilham uma arquitetura-do lado CC antes da conversão da rede. |
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Ajuste de retrofit |
Muitas vezes simples onde já existe infraestrutura fotovoltaica ou CA de instalação. |
Geralmente requer uma integração mais estreita com o inversor fotovoltaico/arquitetura CC. |
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Controle independente |
PV e BESS muitas vezes podem operar como ativos AC separados. |
Os controles fotovoltaicos e de armazenamento são coordenados de forma mais estreita. |
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Conversão solar-armazenada |
O PV AC pode ser convertido novamente em DC para armazenamento e depois novamente em AC. |
Pode reduzir os estágios de conversão ao armazenar PV diretamente no lado CC. |
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Verificações de projeto |
Quadro de distribuição CA, transformador, capacidade de interconexão e proteção. |
Janelas de tensão CC, caminhos de corrente, limites do conversor, proteção e isolamento de falhas. |
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Melhor escolha |
Depende das restrições de retrofit, flexibilidade operacional e conexão à rede. |
Depende da captura de redução/recorte, novo{0}}design de construção e controles integrados. |
O acoplamento AC é comumente atraente para retrofits e controle independente de ativos. O acoplamento CC pode ser atraente para novas usinas de armazenamento-mais-de energia solar, onde a captura direta de energia fotovoltaica ou corte é importante. Compare caminhos de energia, restrições de interconexão, modos de operação, capacidade de manutenção e economia do ciclo de vida para o projeto específico.
Como os modos operacionais do BESS mudam de acordo com o aplicativo
O comportamento de despacho e recarga de limite são detalhados noGuia de barbear de pico BESS.
As prioridades-no nível da instalação são desenvolvidas mais detalhadamente noGuia prático C&I BESS.
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Aplicativo |
Acionar |
Objetivo de controle |
Principal restrição operacional |
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Corte de pico |
A procura de instalações aproxima-se de um limite. |
Alta antes e durante o pico; recarregue sem criar outro pico. |
Precisão da previsão, SOC disponível e duração do pico. |
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Mudança no-tempo-de uso |
Períodos tarifários programados ou sinal de preço otimizado. |
Carregue baixo, descarregue alto. |
Spread de preços após perdas e degradação. |
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Autoconsumo solar- |
O PV excede a demanda local ou o limite de exportação. |
Absorva o excesso de PV e descarregue mais tarde. |
Previsão fotovoltaica, limite de exportação e margem de bateria. |
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Backup / ilhamento |
Interrupção da rede ou transferência planejada. |
Mantenha cargas críticas e coordene fontes ilhadas. |
Capacidade-de formação de grade, lógica de transferência, etapas de carregamento e reserva. |
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Suporte de grade |
Frequência, tensão ou sinal de despacho externo. |
Fornece resposta ativa/reativa precisa. |
Aprovação de interconexão, telemetria, disponibilidade e gerenciamento de SOC. |
Para aplicativos de controle-de cobrança sob demanda, revise osistema de bateria de barbear de picoe valide a configuração em relação ao perfil de carga da instalação.
Projetos que requerem interação ativa com a concessionária podem revisar o SINELINKarmazenamento de bateria{0}}conectado à redesolução como ponto de partida para discussão técnica.
Eficiência BESS, Estado de Carga e Estado de Saúde
Aplique estes conceitos operacionais usando oGuia de tamanhos BESSantes de selecionar uma classificação de bateria ou PCS.
Estado de carga (SOC)
O SOC estima a cobrança restante em relação a uma referência utilizável ou nominal definida. Não é medido diretamente como a tensão; o BMS estima isso a partir de integração de corrente, comportamento de tensão, temperatura e modelos de células. A precisão pode variar, portanto a estratégia de controle pode incluir condições de recalibração.
Estado de saúde (SOH)
SOH descreve a condição da bateria em relação a uma referência acordada, muitas vezes usando capacidade disponível, resistência ou capacidade de energia. Como os fornecedores podem calcular o SOH de forma diferente, os contratos devem basear-se numa capacidade definida ou num teste de desempenho, em vez de uma percentagem inexplicável no painel de instrumentos.
Eficiência-de ida e volta
A eficiência-de ida e volta é igual à energia entregue dividida pela energia usada para carregar em um ciclo e limite de medição definidos. Um valor CC-somente de bateria não é comparável a um valor de sistema CA que inclui PCS, transformador e cargas auxiliares. A eficiência também muda com a potência, a temperatura e a duração do modo de espera.
Degradação
O envelhecimento do calendário ocorre com o tempo; o envelhecimento do ciclo resulta do uso. Ambos são influenciados pela temperatura, SOC, profundidade de descarga, taxa e design da célula. O EMS pode negociar receita de curto-prazo com degradação de longo-prazo limitando SOC, energia ou rendimento. Os modelos de projeto devem usar o ciclo de trabalho garantido e uma suposição de aumento transparente.
Como um BESS responde a falhas e desliga com segurança
Estados anormais e controles de ciclo de vida são abordados noGuia de segurança BESS.
As classificações dos cabos e as interfaces de terminação fazem parte do caminho de proteção; consulte oGuia de seleção de cabos BESSao definir limites de corrente, falha e instalação.
Um BESS não deve depender apenas do envio de software para proteção. As camadas elétricas e de segurança detectam corrente, tensão, isolamento, temperatura, fumaça, gás ou estado anormal do equipamento e isolam o nível afetado. A resposta exata depende da arquitetura e da análise de perigo, mas uma sequência típica é reduzir a potência, abrir contatores ou disjuntores, isolar a falha, manter as funções de detecção/ventilação necessárias, emitir alarmes e evitar reinicializações não autorizadas.
- Nível de célula/módulo: monitoramento de tensão e temperatura, balanceamento e limites de proteção.
- Nível de rack: contatores, fusíveis, detecção de corrente, monitoramento de isolamento e controle local.
- Nível PCS/AC: sobrecorrente, anormalidade de rede, anti{0}}ilhamento e proteção de disjuntor.
- Nível do sistema: parada de emergência, detecção de incêndio/gás, lógica de ventilação, controle de acesso e alarmes SCADA.
- Nível operacional: bloqueio/sinalização, plano de emergência, controles-de equipamentos danificados e retorno controlado ao serviço.
UL 9540A é um método de teste térmico de-fogo descontrolado-; não é uma afirmação universal de que toda instalação é segura. As equipes de projeto devem confirmar a configuração testada, a certificação do equipamento, os códigos adotados, as condições de instalação e os requisitos da AHJ.
Lista de verificação de due diligence operacional da BESS-
- O diagrama de fluxo-de potência completo e o limite de medição para cada valor garantido.
- Limites de tensão/corrente da bateria em relação à faixa operacional do PCS em SOC e temperatura.
- Sequências operacionais normais, em espera,{0}inicialização, ilhamento, recuperação e emergência, conforme aplicável.
- Lista de sinais BMS–PCS–EMS, prioridade de comando e comportamento de{0}perda de comunicação.
- Consumo auxiliar em carga, descarga, standby e condições ambientais extremas.
- Testes de capacidade, eficiência e resposta em FAT/SAT e critérios de aceitação final.
- Propriedade de alarmes, controles de{0}acesso remoto, responsabilidades de atualização de software e retenção de dados-de eventos.
- Suposições de garantia para temperatura, janela SOC, capacidade,-taxa C e disponibilidade.
Precisa mapear os modos de operação do BESS de acordo com seu perfil de carga ou requisitos de rede? Envie ao SINELINK sua aplicação, kW/kWh alvo, tensão da rede, condições do local e arquitetura de sistema preferida.
Para integração de C&I{0}}de alta tensão convencional, revise oSistema de bateria de alta-tensão de 1.000 Vplataforma e confirme sua janela de operação em relação ao PCS selecionado.
Locais com altas temperaturas ambientes ou requisitos de embalagens densas podem avaliar umgabinete de bateria industrial-resfriado a líquidoenquanto confirma a redundância de resfriamento e as necessidades de serviço.
Perguntas frequentes
Um BESS armazena energia CA ou CC?
As células da bateria armazenam energia eletroquimicamente e fornecem energia elétrica CC. O PCS converte entre a bateria DC e o sistema AC usado pela maioria das instalações e redes.
Um BESS pode carregar e descarregar ao mesmo tempo?
Normalmente, uma única sequência de baterias não carrega e descarrega simultaneamente. No nível da planta, diferentes strings ou subsistemas podem operar de maneira diferente, mas os controles devem evitar a circulação involuntária de energia e respeitar a arquitetura.
O que controla quando um BESS carrega ou descarrega?
O EMS ou controlador da planta aplica horários, tarifas, previsões, limites locais ou comandos de rede. O BMS e o PCS então limitam ou rejeitam comandos que estejam fora das condições seguras do equipamento.
O que acontece quando um BESS atinge 100% SOC?
O BMS reduz ou interrompe a carga permitida à medida que as células se aproximam dos seus limites superiores. Muitos projetos operam abaixo do SOC máximo absoluto para preservar o espaço livre, a vida útil ou a margem de segurança.
Um BESS{0}ligado à rede pode operar durante uma queda de energia?
Somente se o PCS, a proteção e os controles forem projetados para operação de ilhamento ou formação de grade-e o local tiver um esquema aprovado de transferência, aterramento e gerenciamento-de carga.
Por que a potência disponível do BESS muda?
A energia disponível pode ser limitada por SOC, temperatura da célula, tensão CC, corrente permitida, temperatura do PCS, serviço de energia-reativa, auxiliares, falhas ou condições da rede.
Qual é a diferença entre EMS e SCADA?
O EMS toma ou coordena decisões de despacho. O SCADA fornece principalmente controle de supervisão, visualização, alarmes e dados históricos, embora os limites do produto possam se sobrepor.
Como é medida a eficiência do BESS?
Meça a energia que entra e sai através do mesmo limite e ciclo definidos. Indique se a figura inclui PCS, transformador, HVAC e outros auxiliares.
O que acontece se a comunicação do BMS for perdida?
O comportamento seguro definido pode incluir manter um limite conservador, acelerar até zero ou desarmar após um tempo limite. A sequência exata deve ser especificada e testada.
Como um BESS suporta redução de pico?
O controlador monitora as importações e descargas do local antes que a demanda exceda uma meta. Também programa recarga para preservar o SOC sem produzir um novo pico.
Planejando um projeto de armazenamento de bateria comercial ou industrial? Compartilhe seu perfil de carga, caso de uso, duração alvo, conexão à rede e mercado de conformidade.
Conclusão
Um BESS funciona por meio de coordenação contínua, em vez de um simples comando de ligar/desligar a bateria. O EMS define o objetivo, o BMS protege a bateria, o PCS controla a conversão de energia e os sistemas de proteção e monitoramento verificam cada estado operacional. As equipes de projeto que definem essas interfaces, limites e fronteiras de medição antecipadamente estão melhor posicionadas para obter desempenho previsível, operação segura e garantias aplicáveis.