베스 지식 시리즈
배터리 에너지 저장 시스템은 어떻게 작동합니까?
배터리 에너지 저장 시스템(BESS)은 전기를 DC 전력으로 변환하고 이를 배터리 셀에 전기화학적으로 저장하여 충전합니다. 에너지가 필요하면 프로세스가 반대가 됩니다. 배터리가 DC 전원을 방출하고, 전력 변환 시스템(PCS)이 이를 제어된 AC 전원으로 변환하고, 에너지 관리 시스템(EMS)이 현장 또는 그리드 목표에 따라 파견을 조정합니다. 프로세스 전반에 걸쳐 배터리 관리 시스템(BMS)은 셀 상태를 모니터링하고 안전한 작동 제한을 적용합니다.
이 간단한 설명에는 전기 변환, 측정, 의사 결정{0}}및 보호의 조화로운 순서가 숨겨져 있습니다. 상업 또는 산업 프로젝트에서 배터리는 충전 또는 방전 시기를 독립적으로 결정하지 않습니다. BMS, PCS, EMS, 계량기, 보호 장치 및 현장 컨트롤러는 공장이 전기, 열 또는 계약상의 경계를 초과하지 않고 필요한 전력을 공급할 수 있도록 제한 및 명령을 지속적으로 교환합니다.
전체 설계, 크기 조정, 안전 및 조달 프레임워크를 보려면 다음을 읽어보세요.배터리 에너지 저장 시스템에 대한 전체 가이드시스템 사양을 확정하기 전에.
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1분 만에 BESS 작동 원리
BESS는 제어된 양방향 에너지 버퍼로 작동합니다. 미터는 현장과 그리드를 측정합니다. EMS는 원하는 조치를 결정합니다. BMS는 배터리의 허용 한계를 확인합니다. PCS는 필요한 방향으로 전력을 변환합니다. 보호 시스템이 프로세스를 감독합니다. SCADA는 성능과 경보를 기록합니다.
제어 루프는 지속적으로 반복됩니다. 응답 속도는 서비스 및 아키텍처에 따라 다릅니다. 수요-관리 컨트롤러는 청구 임계값이 초과되기 전에 작동할 수 있는 반면 그리드-지원 컨트롤러는 전압 또는 주파수 조건에 신속하게 응답할 수 있습니다. 필요한 응답, 정확도 및 측정 경계는 가정하기보다는 지정해야 합니다.
BESS 충전 중에는 어떤 일이 발생하나요?
EMS 또는 플랜트 컨트롤러가 에너지 흡수를 요청하면 충전이 시작됩니다. 소스는 유틸리티 그리드, 현장 태양광 발전, 발전기 또는 다른 AC/DC 소스일 수 있습니다. AC-결합 시스템에서 PCS는 AC 전기를 DC로 변환합니다. DC{4}}결합 태양광-+-스토리지 설계에서는 DC 컨버터 또는 공유 인버터 아키텍처가 PV, 배터리 및 DC 버스 간의 에너지 전달을 제어합니다.
충전 순서
충전 전력이 항상 일정하지는 않습니다. 높은 SOC 근처에서 점점 가늘어지고, 낮거나 높은 온도에서 떨어지거나, 셀 불균형, PCS 용량, 변압기 부하, 현장 가져오기 제한 또는 사용 가능한 PV에 의해 제한될 수 있습니다. 따라서 조달 모델은 모든 SOC 및 온도에서 정격 전력을 사용할 수 있다고 가정하는 것이 아니라 작동 곡선을 사용해야 합니다.
BESS 충전 순서
BESS 방전 중에는 어떤 일이 발생합니까?
방전 중에 배터리는 DC 에너지를 방출합니다. PCS는 이를 시설이나 그리드에 대한 동기화된 AC 전원으로 변환합니다. EMS는 디스패치 수준을 결정하지만 BMS는 셀을 허용된 전압, 전류, 온도 및 SOC 경계 내에 유지하도록 명령을 지속적으로 제한합니다.
방전 순서
BESS는 충분한 저장 에너지를 보유하고 있지만 온도, SOC, DC 전압, 배터리 전류, PCS 정격, 무효{0}}전력 요구 사항 또는 보호 제한으로 인해 사용 가능한 출력이 감소하는 경우 여전히 정격 전력을 제공하지 못할 수 있습니다. 전력 및 에너지 보증에는 작동 조건이 명시되어야 합니다.
BMS, PCS 및 EMS가 함께 작동하는 방법
자세한 장비 범위 및 조달 인터페이스는 다음을 참조하세요.배터리, BMS, PCS 및 EMS 구성 요소통제 책임 매트릭스를 마무리하기 전에.
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체계 |
결정 또는 행동 |
일반적인 정보 교환 |
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BMS |
배터리를 보호하고 감독합니다. SOC/SOH 추정; 허용 가능한 충전 및 방전 한계를 계산합니다. |
셀/랙 전압 및 온도, SOC, SOH, 전류 제한, 경보, 접촉기 상태. |
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PCS |
전력을 변환하고 전기 인터페이스를 조절합니다. |
전력 설정점, DC 전압/전류, AC 전압/주파수, 무효 전력, 상태 및 오류. |
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EMS / 플랜트 컨트롤러 |
작동 모드를 선택하고 사이트 또는 그리드 목표 전체에 걸쳐 파견을 최적화합니다. |
미터 데이터, 예측, 관세, 예비 목표, 그리드 명령, 장비 가용성 및 제약. |
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SCADA / 모니터링 |
플랜트 상태를 시각화, 기록 및 전달합니다. |
시계열-데이터, 경보, 이벤트, 사용자 명령, 보고서 및 원격 액세스. |
강력한 제어 설계는 모든 내부 세부 사항을 이해하기 위해 하나의 컨트롤러에 의존하는 대신 제한과 허용을 사용합니다. EMS는 작동 지점을 요청합니다. BMS는 배터리의 현재 허용 범위를 선언합니다. PCS는 필요한 모든 인터록이 참인 동안에만 명령을 실행합니다. 통신이 실패하면 각 하위 시스템은 정의된 안전 상태로 들어가야 합니다.
인터페이스 매트릭스가 중요한 이유
- SOC, 유효 전력, 무효 전력 및 그리드 상태에 대한 권한 있는 소스가 무엇인지 식별합니다.
- 업데이트 속도, 단위, 크기 조정, 타임스탬프, 품질 플래그 및 통신-손실 타이머를 정의합니다.
- 모든 경보, 경고, 트립, 재설정, 비상 정지 및 유지보수 무시를 나열합니다.
- 로컬 제어, EMS, 유틸리티/집계 장치 및 운영자 SCADA 간의 명령 우선 순위를 문서화합니다.
- 정상적인 충전 및 방전 명령뿐만 아니라 비정상 상태도 테스트합니다.
AC-결합 대 DC-결합 BESS: 작동 변경 방식
커플링 비교를 다음과 같이 적용합니다.태양광-플러스-저장 가이드.
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요인 |
AC-결합됨 |
DC-결합 |
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전원 경로 |
배터리는 전용 PCS를 사용하며 AC 버스에 연결됩니다. |
PV와 배터리는 그리드 변환 전에 DC{0}}측 아키텍처를 공유합니다. |
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개조 적합 |
PV 또는 시설 AC 인프라가 이미 존재하는 경우에는 종종 간단합니다. |
일반적으로 PV 인버터/DC 아키텍처와의 긴밀한 통합이 필요합니다. |
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독립제어 |
PV와 BESS는 종종 별도의 AC 자산으로 작동할 수 있습니다. |
PV 및 저장 제어가 더욱 긴밀하게 조정됩니다. |
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저장된-태양광 변환 |
PV AC는 저장을 위해 다시 DC로 변환된 다음 다시 AC로 변환될 수 있습니다. |
PV를 DC 측에 직접 저장할 때 변환 단계를 줄일 수 있습니다. |
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디자인 점검 |
AC 개폐 장치, 변압기, 상호 연결 용량 및 보호. |
DC 전압 창, 전류 경로, 변환기 제한, 보호 및 오류 격리. |
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최선의 선택 |
개조 제약 조건, 운영 유연성 및 전력망 연결에 따라 달라집니다. |
축소/클리핑 캡처, 새로운{0}}빌드 설계 및 통합 제어에 따라 달라집니다. |
AC 커플링은 일반적으로 개조 및 독립적인 자산 제어에 매력적입니다. DC 커플링은 PV 에너지를 직접 포착하거나 클리핑하는 것이 중요한 새로운 태양광-및-저장 플랜트에 매력적일 수 있습니다. 특정 프로젝트에 대한 에너지 경로, 상호 연결 제약, 작동 모드, 유지 관리 가능성 및 수명 주기 경제성을 비교합니다.
BESS 운영 모드가 애플리케이션별로 어떻게 변하는가
임계값 파견 및 재충전 동작은BESS 피크 저감 가이드.
시설-수준 우선순위는 다음과 같이 더욱 발전됩니다.C&I BESS 실무가이드.
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애플리케이션 |
방아쇠 |
제어 목적 |
주요 운영 제약 |
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피크 절감 |
시설 수요가 임계값에 접근합니다. |
피크 전과 피크 도중 방전; 또 다른 피크를 생성하지 않고 재충전하세요. |
예측 정확도, 사용 가능한 SOC 및 피크 기간. |
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사용 시간-이동- |
예정된 관세 기간 또는 최적화된 가격 신호. |
낮은 충전, 높은 방전. |
손실과 저하 이후의 가격 스프레드. |
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태양광 자체-소비 |
PV가 현장 수요 또는 수출 한도를 초과했습니다. |
잉여 PV를 흡수하고 나중에 방전합니다. |
PV 예측, 수출 한도 및 배터리 여유. |
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백업/아일랜드화 |
전력망 중단 또는 계획된 전송. |
중요한 부하를 유지하고 고립된 소스를 조정합니다. |
그리드-형성 기능, 전송 로직, 로드 단계 및 예약. |
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그리드 지원 |
주파수, 전압 또는 외부 파견 신호. |
정확한 능동/반응 응답을 제공합니다. |
상호 연결 승인, 원격 측정, 가용성 및 SOC 관리. |
수요-요금 관리 애플리케이션의 경우 다음을 검토하세요.피크 절감 배터리 시스템시설 부하 프로필과 비교하여 구성을 검증합니다.
유틸리티와의 적극적인 상호 작용이 필요한 프로젝트는 SINELINK를 검토할 수 있습니다.그리드-연결형 배터리 저장소솔루션을 기술 논의의 출발점으로 삼습니다.
BESS 효율성, 충전 상태 및 건강 상태
다음을 사용하여 이러한 운영 개념을 적용하십시오.BESS 사이즈 가이드배터리 또는 PCS 등급을 선택하기 전에.
SOC(충전 상태)
SOC는 정의된 사용 가능 또는 명목 기준을 기준으로 남은 충전량을 추정합니다. 전압처럼 직접 측정되지는 않습니다. BMS는 전류 적분, 전압 동작, 온도 및 셀 모델로부터 이를 추정합니다. 정확도가 변동할 수 있으므로 제어 전략에 재보정 조건이 포함될 수 있습니다.
건강 상태(SOH)
SOH는 종종 사용 가능한 용량, 저항 또는 전력 용량을 사용하여 합의된 기준을 기준으로 배터리 상태를 설명합니다. 공급업체는 SOH를 다르게 계산할 수 있으므로 계약은 설명되지 않은 대시보드 비율보다는 정의된 용량 또는 성능 테스트에 의존해야 합니다.
왕복-효율성
왕복- 효율성은 전달된 에너지를 정의된 주기 및 측정 경계에 걸쳐 충전하는 데 사용된 에너지로 나눈 것과 같습니다. 배터리-만 있는 DC 값은 PCS, 변압기 및 보조 부하를 포함하는 AC 시스템 값과 비교할 수 없습니다. 효율은 전력, 온도, 대기 시간에 따라 달라집니다.
하락
달력 노화는 시간이 지남에 따라 발생합니다. 사이클 노화는 사용으로 인해 발생합니다. 둘 다 온도, SOC, 방전 깊이, 속도 및 셀 설계의 영향을 받습니다. EMS는 SOC, 전력 또는 처리량을 제한하여 단기적인-장기적 성능 저하에 대비한 단기 수익을 교환할 수 있습니다.- 프로젝트 모델은 보장된 듀티 사이클과 투명한 확대 가정을 사용해야 합니다.
BESS가 결함에 대응하고 안전하게 종료하는 방법
비정상적인 상태 및 수명주기 제어는 다음에서 다룹니다.BESS 안전가이드.
케이블 등급 및 종단 인터페이스는 보호 경로의 일부입니다. 상담하다BESS 케이블 선택 가이드전류, 결함 및 설치 한계를 정의할 때.
BESS는 보호를 위해 소프트웨어 파견에만 의존해서는 안 됩니다. 전기 및 안전 계층은 비정상적인 전류, 전압, 절연, 온도, 연기, 가스 또는 장비 상태를 감지하고 영향을 받는 수준을 격리합니다. 정확한 대응은 아키텍처 및 위험 분석에 따라 다르지만 일반적인 순서는 전력 감소, 접촉기 또는 차단기 개방, 결함 격리, 필요한 감지/환기 기능 유지, 경보 발행 및 무단 재시작 방지입니다.
- 셀/모듈 레벨: 전압 및 온도 모니터링, 밸런싱 및 보호 한계.
- 랙 레벨: 접촉기, 퓨즈, 전류 감지, 절연 모니터링 및 로컬 제어.
- PCS/AC 레벨: 과전류, 전력망 이상,-단선 방지 및 차단기 보호.
- 시스템 수준: 비상 정지, 화재/가스 감지, 환기 논리, 접근 제어 및 SCADA 경보.
- 운영 수준: 잠금/태그아웃, 비상 계획, 손상된-장비 제어 및 서비스 복귀 제어.
UL 9540A는 열-폭주 화재-전파 테스트 방법입니다. 모든 설치가 안전하다는 것이 보편적인 진술은 아닙니다. 프로젝트 팀은 테스트된 구성, 장비 인증, 채택된 코드, 설치 조건 및 AHJ 요구 사항을 확인해야 합니다.
BESS 운영 기한-실사 체크리스트
- 모든 보장된 값에 대한 완전한 전력 흐름 다이어그램 및 측정 경계입니다.
- SOC 및 온도 전반에 걸쳐 PCS 작동 범위에 대한 배터리 전압/전류 제한입니다.
- 해당하는 경우 정상, 대기, 블랙{0}}시작, 단독 운전, 복구 및 비상 작동 순서입니다.
- BMS–PCS–EMS 신호 목록, 명령 우선순위 및 통신{0}}손실 동작.
- 충전, 방전, 대기 및 극한 주변 조건에서 보조 소비.
- FAT/SAT의 용량, 효율성 및 응답 테스트와 최종 승인 기준.
- 알람 소유권, 원격{0}}액세스 제어, 소프트웨어 업데이트 책임 및 이벤트{1}}데이터 보관.
- 온도, SOC 기간, 처리량, C-비율 및 가용성에 대한 보증 가정입니다.
BESS 작동 모드를 부하 프로필 또는 그리드 요구 사항에 매핑해야 합니까? 귀하의 애플리케이션, 목표 kW/kWh, 그리드 전압, 현장 조건 및 선호하는 시스템 아키텍처를 SINELINK로 보내십시오.
주류 고{0}}전압 C&I 통합의 경우 다음을 검토하세요.1000V 고{1}}전압 배터리 시스템플랫폼을 선택하고 선택한 PCS에 대한 작동 창을 확인합니다.
주변 온도가 높거나 밀도가 높은 포장이 요구되는 현장에서는 다음을 평가할 수 있습니다.액체-냉각식 산업용 배터리 캐비닛동시에 냉각 이중화 및 서비스 요구 사항을 확인합니다.
자주 묻는 질문
BESS는 AC 또는 DC 전원을 저장합니까?
배터리 셀은 에너지를 전기화학적으로 저장하고 DC 전력을 공급합니다. PCS는 대부분의 시설과 전력망에서 사용되는 배터리 DC와 AC 시스템 간을 변환합니다.
BESS는 충전과 방전을 동시에 할 수 있나요?
단일 배터리 스트링은 일반적으로 동시에 충전 및 방전되지 않습니다. 플랜트 수준에서는 다양한 스트링 또는 하위 시스템이 다르게 작동할 수 있지만 제어는 의도하지 않은 전력 순환을 방지하고 아키텍처를 존중해야 합니다.
BESS의 충전 또는 방전 시기를 제어하는 것은 무엇입니까?
EMS 또는 플랜트 컨트롤러는 일정, 관세, 예측, 현장 제한 또는 그리드 명령을 적용합니다. 그런 다음 BMS와 PCS는 안전한 장비 조건을 벗어나는 명령을 제한하거나 거부합니다.
BESS가 SOC 100%에 도달하면 어떻게 되나요?
BMS는 셀이 상한선에 도달하면 허용되는 전하를 줄이거나 중지합니다. 많은 프로젝트가 헤드룸, 수명 또는 안전 여유를 보존하기 위해 절대 최대 SOC 미만으로 운영됩니다.
정전 중에 전력망에 연결된-BESS가 작동할 수 있나요?
PCS, 보호 및 제어 장치가 단독 운전 또는 그리드 형성 작업용으로 설계되고 현장에 승인된 전송, 접지 및 부하 관리 체계가 있는 경우에만{1}}
사용 가능한 BESS 전력이 변경되는 이유는 무엇입니까?
사용 가능한 전력은 SOC, 셀 온도, DC 전압, 허용 전류, PCS 온도, 무효{0}}전력 듀티, 보조 장치, 오류 또는 그리드 조건에 따라 제한될 수 있습니다.
EMS와 SCADA의 차이점은 무엇입니까?
EMS는 파견 결정을 내리거나 조정합니다. SCADA는 주로 감독 제어, 시각화, 경보 및 기록 데이터를 제공하지만 제품 경계가 겹칠 수 있습니다.
BESS 효율은 어떻게 측정되나요?
동일한 정의된 경계 및 주기를 통해 들어오고 나가는 에너지를 측정합니다. 그림에 PCS, 변압기, HVAC 및 기타 보조 장치가 포함되어 있는지 명시하십시오.
BMS 통신이 끊어지면 어떻게 되나요?
정의된 안전 동작에는 보수적인 한계 유지, 0으로의 상승 또는 시간 초과 후 트립이 포함될 수 있습니다. 정확한 순서를 지정하고 테스트해야 합니다.
BESS는 피크 절감을 어떻게 지원합니까?
컨트롤러는 수요가 목표를 초과하기 전에 현장 수입 및 배출을 모니터링합니다. 또한 새로운 피크를 생성하지 않고 SOC를 보존하기 위해 재충전을 예약합니다.
상업용 또는 산업용 배터리 저장 프로젝트를 계획하고 계십니까? 로드 프로필, 사용 사례, 목표 기간, 그리드 연결 및 규정 준수 시장을 공유하세요.
결론
BESS는 단순한 배터리 켜기/끄기 명령이 아닌 지속적인 조정을 통해 작동합니다. EMS는 목표를 정의하고, BMS는 배터리를 보호하고, PCS는 전력 변환을 제어하며, 보호 및 모니터링 시스템은 모든 작동 상태를 확인합니다. 이러한 인터페이스, 한계 및 측정 경계를 조기에 정의하는 프로젝트 팀은 예측 가능한 성능, 안전한 작동 및 강제 가능한 보증을 확보하는 데 더 나은 위치에 있습니다.