אסטרטגיית בקרת ההצמדה התלת-מפלסית בין מערכת ניהול הסוללה (BMS), ממיר אחסון האנרגיה (PCS) ומערכת ניהול האנרגיה (EMS) במערכת אחסון האנרגיה היא המפתח להבטחת תפעול יעיל ובטוח של המערכת.
1. קישור בין BMS ו-PCS: ניהול טעינה ופריקה
דוּגמָה
בתרחיש טיפוסי של יישום אחסון אנרגיה, נניח שיש לנו יחידת אחסון אנרגיה המורכבת ממספר סוללות ליתיום, שכל אחת מהן מחוברת ל-BMU (יחידת בקרת עבדים), אשר בתורה מחוברת ל-BCU (יחידת בקרה ראשית), אשר בתורה היא מחובר ל-BAU (יחידת בקרה ראשית).
כאשר מערכת אחסון האנרגיה תקבל הוראות שיגור רשת, BAU תקבע אם לאפשר טעינה או פריקה על סמך מצב ה-SOC הנוכחי (קיבולת הסוללה שנותרה) של המערכת, ותשלח את הפקודה ל-PCS.
אם PCS מזהה קלט אנרגיה מוגזם בצד הרשת, הוא יפעיל מצב טעינה; להיפך, בתקופות שיא הביקוש לחשמל, PCS עובר למצב פריקה כדי לתמוך ברשת.
פָּרָמֶטֶר
עוצמת טעינה מקסימלית:מוגדר ל-200kW כדי להבטיח שהסוללה לא תינזק עקב טעינת יתר.
כוח פריקה מקסימלי:מוגדר ל-300kW כדי לענות על הדרישה לתגובה מהירה בשעות השיא.
גבולות עליונים ותחתונים של SOC:נשמר בדרך כלל בין 20% -80% כדי למנוע את ההשפעה של טעינה ופריקה עמוקה על חיי הסוללה.
2. קישור בין BMS ל-PCS: ניהול טמפרטורה
דוּגמָה
בהתחשב בכך שלטמפרטורה יש השפעה משמעותית על הביצועים של סוללות ליתיום, BMS לא רק צריך לפקח על המתח, הזרם ומידע אחר של סוללות בודדות, אלא גם לפקח על טמפרטורת פני השטח שלהן.
ברגע שהטמפרטורה של מודול סוללה מסויים מתגלה כגבוהה מדי, ה-BMS מפעיל את ה-PCS להגביל את קצב הטעינה והפריקה של אותו חלק, ואף מפסיק את הפעולה עד שהטמפרטורה תחזור לקדמותה. בנוסף, ניתן להפחית את הטמפרטורה באופן פעיל על ידי הפעלת מערכת הקירור.
פָּרָמֶטֶר
סף טמפרטורה גבוה:לדוגמה, 50 מעלות צלזיוס, יש לנקוט באמצעים כדי להגן על הסוללה כאשר חריגה מטמפרטורה זו.
סף טמפרטורה נמוכה:כגון 0 מעלות צלזיוס, כדי למנוע מטמפרטורה נמוכה להשפיע על יעילות התגובה הכימית.
ערך אזעקת הפרש טמפרטורה:הפרש הטמפרטורות המרבי המותר בין סוללות סמוכות מוגדר ל-5 מעלות צלזיוס, ותינתן אזהרה אם חריגה.
3. עבודה משותפת של BMS, PCS ו-EMS: אופטימיזציה של תזמון
דוּגמָה
EMS אחראית על ניהול אנרגיה והחלטות תזמון כוללות, ויכולה לפתח תוכניות טעינה ופריקה אופטימליות המבוססות על מחירי חשמל בזמן אמת, תחזיות מזג אוויר וגורמים נוספים.
לדוגמה, הסדרת PCS לטעינה בתקופת מחירי עמק הלילה ושחרור אנרגיה מאוחסנת בתקופת מחירי השיא בשעות היום כדי להרוויח את הפרש המחיר. במקביל, EMS תעריך באופן רציף את מצב הבריאות של המערכת כולה (כולל SOH) ותתאים אסטרטגיות בהתאם להארכת חיי השירות של הציוד.
פָּרָמֶטֶר
גילוח שיא ועמקאסטרטגיית מילוי:משתמשים יכולים להגדיר תבניות מחיר חשמל משלהם בהתבסס על מחירי החשמל בזמן השימוש המקומי, להגדיר את עוצמת הטעינה והפריקה של PCS במהלך תקופות זמן שונות, וליצור תבנית אסטרטגיית גילוח ומילוי שיא של עמק; ספק את הפונקציה של הגדרת תבניות מדיניות על בסיס יומי ושבועי.
בקרת ביקוש:EMS יכולה לחזות ביקוש עומס עתידי ולתכנן פעולות PCS מראש כדי להבטיח שלא תחרוג מהביקוש המקסימלי שצוין בחוזה, ובכך למנוע עלויות נוספות.
עקומת תכנית:עבור תרחישי יישומים ספציפיים (כגון משתמשים תעשייתיים), EMS מייצר הנחיות הפעלה יומיות או שבועיות מפורטות כדי להנחות PCS בביצוע משימות לפי לוח הזמנים שנקבע.
4. מנגנון הגנת אבטחה של BMS ו-PCS
דוּגמָה
על מנת לשפר עוד יותר את אבטחת המערכת, הוקם מנגנון הגנה רב-שכבתי בין BMS ו-PCS. לדוגמה, כאשר BMS מזהה כל מצב חריג (כגון קצר חשמלי, מתח יתר/מתח), הוא יודיע מיד ל-PCS להפסיק את הפעולה הרלוונטית ועלול להפעיל התקן ניתוק חירום כדי לנתק את אספקת החשמל. בנוסף, ישנם אמצעי הגנה ברמת החומרה כגון נתיכים וממסרים כדי להתמודד עם בידוד תקלות במצבים קיצוניים.
פָּרָמֶטֶר
הגנה מפני זרם יתר:מוגדר לפי 1.5 מהזרם הנקוב כדי למנוע נזק שנגרם על ידי זרם מופרז.
הגנה מפני מתח יתר/מתח:הגדר גבולות עליונים ותחתונים בהתאמה כדי להבטיח שהסוללה תמיד בטווח פעולה בטוח.
הגנה מפני קצר חשמלי:במקרה של קצר חשמלי, נתק במהירות את המעגל כדי להבטיח את שלומם של אנשי ורכוש.
השילוב של BMS (מערכת ניהול סוללות) ו-PCS (ממיר אחסון אנרגיה) עם מכשירים חכמים אחרים הוא אחד השלבים המרכזיים בבניית מערכת אחסון אנרגיה חכמה ויעילה. אינטגרציה זו אינה מוגבלת לחיבורים ברמת החומרה, אך חשוב מכך, היא מאפשרת שיתוף מידע ועבודה משותפת ברמת התוכנה כדי לייעל את כל תהליך ניהול האנרגיה.
שיטות אינטגרציה נפוצות ומאפייניהן:
1. אינטגרציה עמוקה עם EMS (מערכת ניהול אנרגיה)
החלפת נתונים:BMS אחראית על איסוף פרמטרי תפעול שונים של הסוללה, כגון מתח, זרם, טמפרטורה, SOC (טעינה שנותרה), SOH (מצב בריאותי) וכו' והעברת מידע זה ל-EMS. במקביל, EMS גם תשלח הוראות ל-BMS לאחר קבלת החלטות על סמך גורמים כמו תנאי רשת החשמל וצרכי המשתמש.
ניסוח אסטרטגיה:בהתבסס על נתונים מ-BMS, EMS יכול לחזות בצורה מדויקת יותר את המגמה של שינויים במצב הסוללה, ובכך לתכנן טוב יותר תוכניות טעינה ופריקה. למשל, הסדרת טעינה כשמחירי החשמל נמוכים ושחרור אנרגיה מאוחסנת בשעות השיא כדי להרוויח הפרש במחיר. בנוסף, EMS מייעלת אסטרטגיות תזמון אנרגיה לטווח ארוך על ידי ניתוח נתונים היסטוריים כדי להבטיח יתרונות כלכליים מקסימליים של המערכת.
2. שילוב מערכות אוטומציה של בית חכם ומבנים
תקשורת דו כיוונית:פלטפורמות בית חכם מודרניות תומכות בדרך כלל במספר פרוטוקולים, מה שמאפשר ל-BMS/PCS להשתלב בהם בקלות. באופן זה, המשתמשים יכולים לנטר מרחוק את פעולת מערכת אחסון האנרגיה באמצעות אפליקציות סלולריות או מכשירי קצה אחרים, ולהתאים הגדרות לפי העדפות אישיות. לדוגמה, הגדרת תפוקת הכוח המקסימלית בתוך פרק זמן מסוים, או בחירה לתעדף את השימוש בחשמל מיוצר עצמי על פני אספקת החשמל.
בקרת קישור:בנוסף לפונקציות ניטור פשוטות, מערכות בית חכם יכולות גם להשיג בקרת קישור עם BMS/PCS. לדוגמה, כאשר אף אחד לא מזוהה בבית, הוא נכנס אוטומטית למצב חיסכון באנרגיה כדי להפחית את צריכת החשמל המיותרת; לפני שבני המשפחה חוזרים הביתה, הפעל מכשירי חשמל גבוהים כגון מיזוג אוויר כדי להבטיח סביבת מגורים נוחה.
3. תפקיד במיקרו-רשתות
תיאום רב מקורות:בסביבת מיקרו-רשת טיפוסית, בנוסף להתקני אחסון אנרגיה, ישנם גם מקורות כוח מבוזרים שונים כגון פאנלים סולאריים וטורבינות רוח. בשלב זה, BMS/PCS לא רק צריך לשקול את מצב העבודה שלו, אלא גם צריך לתאם ולשתף פעולה ביעילות עם מקורות כוח אחרים כדי לשמור במשותף על איזון היצע-ביקוש בתוך המיקרו-רשת. לדוגמה, כאשר יש עודף של חשמל המופק על ידי מערכים פוטו-וולטאיים, PCS בוחר לאגור את האנרגיה העודפת במקום להזרים אותה ישירות לרשת הראשית.
יכולת תפעול האי:עבור רשתות מיקרו עם יכולת תפעול איים, התפקיד של BMS/PCS בולט במיוחד. לאחר הניתוק מרשת החשמל החיצונית, עליהם להשתלט במהירות על משימות חלוקת העומס כדי להבטיח שאספקת החשמל הרציפה של מתקנים חשובים לא תיפגע. זה דורש מ-BMS/PCS להיות בעלי יציבות ואמינות גבוהים, ולהיות מסוגל לעבור מרשת מחוברת למצב כבוי בפרק זמן קצר.
4. תמיכה בפלטפורמות ענן וניתוח ביג דאטה
מחשוב ענן:עם התפתחות טכנולוגיית מחשוב הענן, יותר ויותר ארגונים משתמשים בפלטפורמות ענן לעיבוד נתונים והדרכת מודלים בקנה מידה גדול. עבור מערכות אחסון אנרגיה, המשמעות היא העלאת נתונים שנאספו מקומית לשרתי ענן, ניצול משאבי מחשוב רבי עוצמה לכרייה וניתוח של כמויות אדירות של מידע, וקבלת המלצות תפעוליות מעודנות יותר.
אופטימיזציה מונעת בינה מלאכותית:שימוש באלגוריתמים של בינה מלאכותית, במיוחד משיטות למידה, לזהות דפוסים פוטנציאליים מכמות גדולה של רשומות היסטוריות ולספק הדרכה לפעולות עתידיות. למשל, חיזוי תנאי מזג האוויר בימים הקרובים וביצוע הכנות מתאימות מראש; או להתאים אוטומטית את אסטרטגיית הטעינה והפריקה בהתבסס על הרגלי השימוש בחשמל של המשתמש, תוך שיפור חווית המשתמש תוך הפחתת עלויות.