SÉRIE DE CONNAISSANCES BESS
Comment fonctionne un système de stockage d’énergie par batterie ?
Un système de stockage d'énergie par batterie (BESS) se charge en convertissant l'électricité en courant continu et en la stockant électrochimiquement dans des cellules de batterie. Lorsque de l'énergie est nécessaire, le processus s'inverse : la batterie libère du courant continu, le système de conversion de puissance (PCS) la convertit en courant alternatif contrôlé et le système de gestion de l'énergie (EMS) coordonne la répartition en fonction des objectifs du site ou du réseau. Tout au long du processus, le système de gestion de batterie (BMS) surveille l'état des cellules et applique des limites de fonctionnement sûres.
Cette simple description cache une séquence coordonnée de conversion électrique, de mesure, de prise de décision-et de protection. Dans un projet commercial ou industriel, la batterie ne décide pas indépendamment quand se charger ou se décharger. Les BMS, PCS, EMS, compteurs, dispositifs de protection et contrôleur de site échangent des limites et des commandes en continu afin que l'usine puisse fournir la puissance requise sans dépasser les limites électriques, thermiques ou contractuelles.
Pour le cadre complet de conception, de dimensionnement, de sécurité et d’approvisionnement, lisez leguide complet des systèmes de stockage d'énergie par batterieavant de finaliser les spécifications du système.
Sur cette page
- Principe de fonctionnement BESS en une minute
- Que se passe-t-il pendant la recharge du BESS ?
- Que se passe-t-il pendant la décharge du BESS ?
- Comment les BMS, PCS et EMS fonctionnent ensemble
- AC-Couplé CA ou CC-BESS couplé : comment le fonctionnement change
- Comment les modes de fonctionnement BESS changent par application
- Efficacité BESS, état de charge et état de santé
- Comment un BESS réagit aux pannes et s'arrête en toute sécurité
- Liste de contrôle de diligence raisonnable opérationnelle BESS
- Questions fréquemment posées
- Conclusion
Principe de fonctionnement BESS en une minute
Un BESS fonctionne comme un tampon d’énergie bidirectionnel contrôlé. Des compteurs mesurent le site et le réseau ; l'EMS détermine l'action souhaitée ; le BMS confirme les limites admissibles de la batterie ; le PCS convertit la puissance dans la direction requise ; des systèmes de protection supervisent le processus ; et SCADA enregistre les performances et les alarmes.
La boucle de contrôle se répète continuellement. La vitesse de réponse dépend du service et de l'architecture : un contrôleur de gestion de la demande-peut agir avant qu'un seuil de facturation ne soit dépassé, tandis qu'un contrôleur de support du réseau-peut réagir rapidement aux conditions de tension ou de fréquence. La réponse, la précision et les limites de mesure requises doivent être spécifiées plutôt que supposées.
Que se passe-t-il pendant la recharge du BESS ?
La charge commence lorsque l'EMS ou le contrôleur de l'usine demande une absorption d'énergie. La source peut être le réseau électrique public, la production solaire sur site, un générateur ou une autre source AC/DC. Dans un système couplé CA-, le PCS convertit l'électricité CA en CC. Dans une conception de stockage solaire couplé -CC-plus-, un convertisseur CC ou une architecture d'onduleur partagé contrôle le transfert d'énergie entre le photovoltaïque, la batterie et le bus CC.
La séquence de chargement
La puissance de charge n'est pas toujours constante. Il peut diminuer à proximité d'un SOC élevé, chuter à des températures basses ou élevées, ou être limité par le déséquilibre des cellules, la capacité du PCS, la charge du transformateur, les limites d'importation du site ou le PV disponible. Les modèles d'approvisionnement doivent donc utiliser une courbe de fonctionnement et ne pas supposer que la puissance nominale est disponible à chaque SOC et température.
Séquence de chargement BESS
Que se passe-t-il pendant la décharge du BESS ?
Lors de la décharge, la batterie libère de l'énergie continue. Le PCS le convertit en courant alternatif synchronisé pour l'installation ou le réseau. L'EMS détermine le niveau de répartition, mais le BMS limite en permanence la commande pour maintenir les cellules dans les limites autorisées de tension, de courant, de température et de SOC.
La séquence de décharge
Un BESS peut avoir suffisamment d'énergie stockée mais ne pas être en mesure de fournir la puissance nominale si la température, le SOC, la tension CC, le courant de la batterie, la valeur nominale du PCS, les exigences de puissance réactive-ou les limites de protection réduisent la sortie disponible. Les garanties de puissance et d'énergie doivent préciser leurs conditions de fonctionnement.
Comment les BMS, PCS et EMS fonctionnent ensemble
Pour connaître la portée détaillée de l'équipement et les interfaces d'approvisionnement, voircomposants de batterie, BMS, PCS et EMSavant de finaliser la matrice des responsabilités des contrôles.
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Système |
Décision ou action |
Informations typiques échangées |
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GTC |
Protège et supervise la batterie ; estime le SOC/SOH ; calcule les limites de charge et de décharge autorisées. |
Tension et température cellule/rack, SOC, SOH, limites de courant, alarmes, état du contacteur. |
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PC |
Convertit la puissance et régule l’interface électrique. |
Consigne de puissance, tension/courant continu, tension/fréquence alternative, puissance réactive, état et défauts. |
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Contrôleur EMS/usine |
Sélectionne le mode de fonctionnement et optimise la répartition sur le site ou l’objectif du réseau. |
Données compteurs, prévisions, tarifs, objectif de réserve, commandes réseau, disponibilité et contraintes des équipements. |
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SCADA / surveillance |
Visualise, enregistre et communique l’état de l’usine. |
Données de séries temporelles-, alarmes, événements, commandes utilisateur, rapports et accès à distance. |
Une conception de contrôles robustes utilise des limites et des permissifs plutôt que de s'appuyer sur un seul contrôleur pour comprendre chaque détail interne. L'EMS demande un point de fonctionnement ; le BMS déclare l'enveloppe actuelle admissible de la batterie ; et le PCS exécute la commande uniquement lorsque tous les verrouillages requis sont vrais. Si les communications échouent, chaque sous-système doit entrer dans un état de sécurité défini.
Pourquoi la matrice d'interface est importante
- Identifiez quel appareil est la source faisant autorité pour le SOC, la puissance active, la puissance réactive et l’état du réseau.
- Définissez le taux de mise à jour, les unités, la mise à l'échelle, les horodatages, les indicateurs de qualité et les temporisateurs de perte de communication.
- Répertoriez chaque alarme, avertissement, déclenchement, réinitialisation, arrêt d’urgence et dérogation pour maintenance.
- Documenter la priorité des commandes entre les contrôles locaux, EMS, l'utilitaire/agrégateur et l'opérateur SCADA.
- Testez les états anormaux, pas seulement les commandes normales de charge et de décharge.
AC-Couplé CA ou CC-BESS couplé : comment le fonctionnement change
Appliquer la comparaison de couplage dans leguide de stockage-plus-solaire.
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Facteur |
CA-couplé |
Couplé CC- |
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Chemin de puissance |
La batterie utilise un PCS dédié et se connecte sur le bus AC. |
Le photovoltaïque et la batterie partagent une architecture côté courant continu-avant la conversion du réseau. |
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Ajustement ultérieur |
Souvent simple là où une infrastructure photovoltaïque ou AC existe déjà. |
Nécessite généralement une intégration plus étroite avec l’architecture onduleur photovoltaïque/CC. |
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Contrôle indépendant |
Le PV et le BESS peuvent souvent fonctionner comme des actifs AC distincts. |
Les contrôles photovoltaïques et de stockage sont plus étroitement coordonnés. |
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Conversion-solaire stockée |
Le PV AC peut être reconverti en DC pour le stockage, puis de nouveau en AC. |
Peut réduire les étapes de conversion lors du stockage du PV directement du côté DC. |
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Vérifications de conception |
Appareillage AC, transformateur, capacité d'interconnexion et protection. |
Fenêtres de tension CC, chemins de courant, limites du convertisseur, protection et isolation des défauts. |
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Meilleur choix |
Dépend des contraintes de modernisation, de la flexibilité d’exploitation et de la connexion au réseau. |
Cela dépend de la capture des réductions/des coupures, de la nouvelle-conception de construction et des contrôles intégrés. |
Le couplage CA est généralement intéressant pour les rénovations et le contrôle indépendant des actifs. Le couplage CC peut être intéressant pour les nouvelles installations solaires-plus-de stockage où la capture directe de l'énergie photovoltaïque ou l'écrêtage sont importants. Comparez les chemins énergétiques, les contraintes d’interconnexion, les modes de fonctionnement, la maintenabilité et l’économie du cycle de vie pour le projet spécifique.
Comment les modes de fonctionnement BESS changent par application
Les comportements d'envoi et de recharge des seuils sont détaillés dans leGuide de rasage de pointe BESS.
Les priorités au niveau des installations-sont développées plus en détail dans leGuide pratique C&I BESS.
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Application |
Déclenchement |
Objectif du contrôle |
Principale contrainte opérationnelle |
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Rasage de pointe |
La demande d’installations s’approche d’un seuil. |
Décharge avant et pendant le pic ; recharger sans créer un autre pic. |
Précision des prévisions, SOC disponible et durée des pics. |
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Décalage de l'heure-d'utilisation- |
Périodes tarifaires programmées ou signal prix optimisé. |
Charge faible, décharge élevée. |
Écart de prix après pertes et dégradations. |
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Autoconsommation solaire- |
Le PV dépasse la demande sur place ou la limite d’exportation. |
Absorber le surplus de PV et le décharger plus tard. |
Prévisions PV, limite d'exportation et marge de batterie. |
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Sauvegarde / îlotage |
Panne de réseau ou transfert prévu. |
Maintenir les charges critiques et coordonner les sources îlotées. |
Capacité de formation de grille-, logique de transfert, étapes de chargement et réserve. |
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Prise en charge de la grille |
Fréquence, tension ou signal de répartition externe. |
Fournit une réponse active/réactive précise. |
Approbation des interconnexions, télémétrie, disponibilité et gestion du SOC. |
Pour les applications-de contrôle de la charge à la demande, consultez lessystème de batterie de rasage de pointeet validez la configuration par rapport au profil de charge de l'installation.
Les projets nécessitant une interaction active avec l'utilitaire peuvent consulter lesstockage de batterie connecté au réseau-solution comme point de départ pour une discussion technique.
Efficacité BESS, état de charge et état de santé
Appliquez ces concepts de fonctionnement à l'aide duGuide des tailles BESSavant de sélectionner une batterie ou une classification PCS.
État de charge (SOC)
SOC estime la charge restante par rapport à une référence utilisable ou nominale définie. Elle n’est pas mesurée directement comme la tension ; le BMS l'estime à partir de modèles d'intégration de courant, de comportement de tension, de température et de cellule. La précision peut dériver, la stratégie de contrôle peut donc inclure des conditions de réétalonnage.
État de santé (SOH)
SOH décrit l'état de la batterie par rapport à une référence convenue, en utilisant souvent la capacité, la résistance ou la capacité de puissance disponible. Étant donné que les fournisseurs peuvent calculer le SOH différemment, les contrats doivent s'appuyer sur un test de capacité ou de performance défini plutôt que sur un pourcentage inexpliqué du tableau de bord.
Efficacité aller-retour-
L'efficacité aller-retour-est égale à l'énergie fournie divisée par l'énergie utilisée pour charger sur un cycle et une limite de mesure définis. Une valeur CC de batterie-uniquement n'est pas comparable à une valeur de système CA qui inclut le PCS, le transformateur et les charges auxiliaires. L'efficacité change également avec la puissance, la température et la durée de veille.
Dégradation
Le vieillissement calendaire se produit avec le temps ; le vieillissement cyclique résulte de l’utilisation. Les deux sont influencés par la température, le SOC, la profondeur de décharge, le débit et la conception des cellules. L'EMS peut échanger des revenus à court terme contre une dégradation à long terme en limitant le SOC, la puissance ou le débit. Les modèles de projet doivent utiliser le cycle de service garanti et une hypothèse d'augmentation transparente.
Comment un BESS réagit aux pannes et s'arrête en toute sécurité
Les états anormaux et les contrôles du cycle de vie sont traités dans leGuide de sécurité BESS.
Les caractéristiques des câbles et les interfaces de terminaison font partie du chemin de protection ; consulter leGuide de sélection des câbles BESSlors de la définition des limites de courant, de défaut et d'installation.
Un BESS ne devrait pas dépendre uniquement de la distribution de logiciels pour sa protection. Les couches électriques et de sécurité détectent les courants, tensions, isolations, températures, fumées, gaz ou états anormaux de l'équipement et isolent le niveau affecté. La réponse exacte dépend de l'architecture et de l'analyse des dangers, mais une séquence typique consiste à réduire la puissance, à ouvrir les contacteurs ou les disjoncteurs, à isoler le défaut, à maintenir les fonctions de détection/ventilation requises, à émettre des alarmes et à empêcher un redémarrage non autorisé.
- Niveau cellule/module : surveillance de tension et de température, équilibrage et limites de protection.
- Niveau rack : contacteurs, fusibles, détection de courant, surveillance d'isolement et contrôle local.
- Niveau PCS/AC : surintensité, anomalie du réseau, anti-îlotage et protection contre les disjoncteurs.
- Niveau système : arrêt d'urgence, détection incendie/gaz, logique de ventilation, contrôle d'accès et alarmes SCADA.
- Niveau opérationnel : verrouillage/étiquetage, plan d'urgence, contrôles des équipements-endommagés et remise en service contrôlée.
UL 9540A est une méthode de test de propagation thermique du-incendie incontrôlable- ; il ne s’agit pas d’une déclaration universelle selon laquelle chaque installation est sûre. Les équipes de projet doivent confirmer la configuration testée, la certification des équipements, les codes adoptés, les conditions d'installation et les exigences AHJ.
Liste de contrôle de diligence raisonnable opérationnelle BESS
- Le diagramme de flux-de puissance complet et les limites de mesure pour chaque valeur garantie.
- Limites de tension/courant de la batterie par rapport à la plage de fonctionnement du PCS en termes de SOC et de température.
- Séquences de fonctionnement normal, de secours, de-démarrage noir, d'îlotage, de récupération et d'urgence, le cas échéant.
- Liste des signaux BMS-PCS-EMS, priorité des commandes et comportement en cas de perte de communication-.
- Consommation auxiliaire en charge, décharge, veille et conditions ambiantes extrêmes.
- Tests de capacité, d’efficacité et de réponse en FAT/SAT et critères d’acceptation finaux.
- Propriété des alarmes,-contrôles d'accès à distance, responsabilités en matière de mise à jour logicielle et conservation-des données d'événements.
- Hypothèses de garantie concernant la température, la fenêtre SOC, le débit, le taux C-et la disponibilité.
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Pour l'intégration C&I haute tension grand public-, consultez leSystème de batterie haute tension-de 1 000 Vplate-forme et confirmer sa fenêtre de fonctionnement par rapport au PCS sélectionné.
Les sites avec des températures ambiantes élevées ou des exigences d'emballage dense peuvent évaluer unarmoire de batterie industrielle-à refroidissement liquidetout en confirmant la redondance du refroidissement et les besoins de service.
Questions fréquemment posées
Un BESS stocke-t-il l’alimentation CA ou CC ?
Les cellules de batterie stockent l’énergie de manière électrochimique et fournissent de l’énergie électrique en courant continu. Le PCS convertit entre le courant continu de la batterie et le système CA utilisé par la plupart des installations et des réseaux.
Un BESS peut-il charger et décharger en même temps ?
Normalement, une seule chaîne de batteries ne se charge et ne se décharge pas simultanément. Au niveau de l'usine, différentes chaînes ou sous-systèmes peuvent fonctionner différemment, mais les contrôles doivent empêcher la circulation involontaire de l'énergie et respecter l'architecture.
Qu'est-ce qui contrôle le moment où un BESS charge ou décharge ?
L'EMS ou le contrôleur de l'usine applique des horaires, des tarifs, des prévisions, des limites de site ou des commandes de réseau. Le BMS et le PCS limitent ou rejettent ensuite les commandes qui ne satisfont pas aux conditions de sécurité de l'équipement.
Que se passe-t-il lorsqu'un BESS atteint 100 % de SOC ?
Le BMS réduit ou arrête la charge autorisée lorsque les cellules approchent de leurs limites supérieures. De nombreux projets fonctionnent en dessous du SOC maximum absolu pour préserver la marge, la durée de vie ou la marge de sécurité.
Un BESS-lié au réseau peut-il fonctionner pendant une panne de courant ?
Uniquement si le PCS, la protection et les contrôles sont conçus pour un fonctionnement en îlotage ou en grille-et que le site dispose d'un système approuvé de transfert, de mise à la terre et de-gestion de la charge.
Pourquoi la puissance BESS disponible change-t-elle ?
La puissance disponible peut être limitée par le SOC, la température des cellules, la tension CC, le courant admissible, la température PCS, la puissance réactive-, les auxiliaires, les défauts ou les conditions du réseau.
Quelle est la différence entre EMS et SCADA ?
L'EMS prend ou coordonne les décisions d'expédition. SCADA fournit principalement un contrôle de supervision, une visualisation, des alarmes et des données historiques, bien que les limites des produits puissent se chevaucher.
Comment l’efficacité du BESS est-elle mesurée ?
Mesurez l’énergie entrant et sortant à travers la même limite et le même cycle définis. Indiquez si le chiffre inclut les PCS, les transformateurs, les CVC et autres auxiliaires.
Que se passe-t-il si la communication BMS est perdue ?
Le comportement sûr défini peut inclure le maintien d'une limite prudente, la montée en puissance jusqu'à zéro ou le déclenchement après un délai d'attente. La séquence exacte doit être spécifiée et testée.
Comment un BESS prend-il en charge l’écrêtement des pics ?
Le contrôleur surveille l'importation et les rejets du site avant que la demande ne dépasse un objectif. Il programme également la recharge pour préserver le SOC sans produire de nouveau pic.
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Conclusion
Un BESS fonctionne grâce à une coordination continue plutôt qu’à une simple commande marche/arrêt de la batterie. L'EMS définit l'objectif, le BMS protège la batterie, le PCS contrôle la conversion de puissance et les systèmes de protection et de surveillance vérifient chaque état de fonctionnement. Les équipes de projet qui définissent ces interfaces, limites et limites de mesure dès le début sont mieux placées pour obtenir des performances prévisibles, un fonctionnement sûr et des garanties exécutoires.