Интелигентни стратегии за управление на енергията за съвременни BESS хъбове

Бърз отговор

Съвременен заряден център за съхранение на енергия от батерии (BESS) успява или се проваля в своята стратегия за управление на енергията, а не в хардуера си. Интелигентното управление на енергията използва система за управление на енергията на ниво обект (EMS), за да решава непрекъснато кога да зарежда батерията, как да разпределя мощността между зарядните устройства и кога да я разрежда за намаляване на пиковите натоварвания, пренасочване на натоварването или реакция на търсенето. Трите стратегии с най-голямо измеримо въздействие са разпределението за намаляване на пиковите натоварвания, динамично ограничаване на мощността на зарядните устройства чрез OCPP 2.0.1 и ценово базирано планиране, което използва тарифните спредове. Приложени заедно, те намаляват разходите за енергия на обекта с 20–40%, защитават зарядните устройства от ограничения на мрежата и създават нови приходи от комунални програми. Тази статия обяснява йерархията на EMS, основните стратегии и протоколите, които правят автоматизацията надеждна в мащаб на центъра.

Ключови изводи

• EMS е управляващият мозък, който свързва батериите, зарядните устройства, фотоволтаичните системи и мрежовите тарифи в един оптимизационен проблем.
• Намаляването на пиковите разходи е стратегията с най-висока стойност: ограничаването на 15-минутния прозорец на търсене съкращава най-големия тарифен артикул.
• Динамичното управление на натоварването (DLM) позволява на по-малка мрежова връзка да обслужва по-големи зарядни станции.
• Планирането, базирано на цени, и реакцията на търсенето превръщат съхранението в приходен актив, а не просто в инструмент за избягване на разходи.
• Взаимодействието между OCPP 2.0.1, ISO 15118 и IEC 61851 е неоспоримата основа на автоматизираното управление.

Какво прави един заряден център „интелигентен“ днес

Преди десет години, зарядната станция за електрически превозни средства представляваше съвкупност от зарядни устройства, свързани към електромер. Всяко зарядно устройство договаряше мощността с превозното средство независимо, станцията поемаше какъвто и да е пик, а операторът отчиташе щетите в края на месеца. Интелигентният BESS център е структурно различен: всеки поток на мощност се измерва, всяко решение се оптимизира и станцията се държи като един единствен контролируем актив.

Определящите възможности на един интелигентен хъб са:

1. Измерване в реално времена натоварването на обекта, състоянието на зареждане на батерията (SoC), мощността на зарядното устройство и – където е приложимо – генерирането на фотоволтаични системи. 2.Прогнозиранена търсенето на превозни средства, слънчевата енергия и тарифните прозорци. 3.Оптимизациякоето решава проблема с най-ниската цена или най-високите приходи в рамките на физическите и договорните ограничения. 4.Изпълнениекойто изпраща управляващи сигнали към зарядните устройства, PCS на батерията и точката на свързване към мрежата. 5.Съответствиесъс споразумения за присъединяване към мрежата, правила за измерване и изисквания за киберсигурност.

Хъб без тези възможности е просто по-голяма зарядна станция. С тях той се превръща в енергиен актив, чийто оператор може да обещае на електроснабдителната компания равен профил на натоварване и да го осигури.

Йерархията на EMS: Контролер на обекта, Зарядна мрежа, Ръб на мрежата

Интелигентното управление на енергията работи на три вложени слоя, а най-добрите реализации поддържат и трите координирани:

Слой 1 — Контролер на обекта (EMS).Службата за управление на енергийната ефективност (СУЕ) е органът, който взема решения. Тя приема данни за тарифите, параметри на състоянието на батерията, състояния на зарядните устройства и прогнозни входни данни, след което публикува план за диспечерска поддръжка: зададени точки за зареждане/разреждане на батерията, ограничения на мощността на зарядно устройство и цели за внос в мрежата. Търговските платформи за СУЕ актуализират този план на всеки 1–15 минути, в зависимост от пазарната волатилност.

Слой 2 — Мрежа за зарядни устройства.Зарядните устройства изпълняват плана чрез OCPP. В OCPP 2.0.1, EMS може да задава динамични ограничения на мощността за всяка сесия на зареждане в реално време, като ограничава отделните сесии, за да поддържа обекта в рамките на ограниченията. Това е механизмът, който превръща 500 kVA връзка в хъб с мощност 960 kW: зарядните устройства работят с пълна мощност, когато батерията се разреди, и намаляват мощността, когато не се разреди.

Слой 3 — Ръб на мрежата.Точката на взаимосвързване отчита данни от измервателните уреди и, в програмите за интелигентни мрежи, получава външни сигнали – събития за реакция на търсенето, търгове за капацитет или ценови импулси, свързани с времето на ползване. Системата за управление на енергетиката (СУЕС) третира тези данни като ограничения или ценови входни данни при своята оптимизация.

Режимът на отказ, който трябва да се избягва, е изолираното управление: ако батерията се управлява от един доставчик, зарядните устройства - от друг, а фотоволтаичните системи - от трети, не съществува един-единствен оптимизатор. Ето защо интегрираните платформи [зарядни станции BESS](https://www.midapower.com/bess-charging-station/) - където EMS се доставя с батерията и зарядните устройства - постоянно дават по-добри резултати от най-добрите комплекти, сглобени на място.

Управление на натоварването: Намаляване на пиковите натоварвания и пренасочване на натоварването

Двете основни стратегии за управление на енергията в хъба на BESS са намаляване на пиковите натоварвания и пренасочване на натоварването. Те често се бъркат, но са насочени към различни тарифни компоненти.

Бръснене на пиковеограничава максималното 15-минутно потребление от мрежата на обекта. EMS следи плавния прозорец на потребление; когато прогнозираният пик се доближи до ограничението, тя разрежда батерията с необходимата мощност. Ползата е избягване на таксуване на потреблението – обикновено най-големият контролируем разход в сметката на зарядна станция. В хъб с пикова мощност от 1,2 MW и тарифа от $15/kW, намаляването на потреблението с 300 kW спестява $54 000 годишно.

Преместване на товарапремества потреблението на енергия във времето. Батерията се зарежда извън пиковите часове (когато енергията е $0,03–$0,06/kWh) и захранва зарядните устройства през пиковите часове (когато енергията е $0,15–$0,30/kWh). Ползата е намаляване на разходите за енергия плюс, на някои пазари, приходи от арбитраж.

Таблицата по-долу сравнява стратегиите по цел, контролен спусък и типично спестяване:

Добре настроената система за управление на енергийната ефективност (EMS) изпълнява няколко от тези функции едновременно: намаляване на пиковите натоварвания, пренасочване на натоварването между тарифните прозорци и реагиране на събития, свързани с намаляване на натоварването (DR), когато цената е правилна.

Отговор на търсенето и V2G: Съхранението като мрежов актив

Отвъд измервателния уред, BESS хъб може да участва в мрежови услуги, които плащат за гъвкавост. Програмите за реагиране при търсенето (DR) плащат на обектите за намаляване на потреблението – или за износ на електроенергия – когато мрежата е натоварена. BESS с мощност 240 kW, който може да освободи товара за четири часа, представлява почти 1 MWh диспечерска гъвкавост, на стойност $12 000–$36 000 годишно на активни пазари на DR.

Технологията „превозно средство към мрежата“ (V2G) разширява същата логика и към самия автопарк от камиони или автобуси. С двупосочни зарядни устройства и превозни средства, съвместими с ISO 15118, депото може да обединява батерии от паркирани превозни средства като виртуална електроцентрала. Това е по-сложно за работа – трябва да се спазват ограниченията за наличност на автопарка – но превръща най-големия неизползван актив (батерии от паркирания автопарк) в приход. Повечето оператори въвеждат V2G след премахването на пиковите часове и намаляването на натоварването, тъй като те не изискват сътрудничество от страна на превозното средство.

Планиране и прогнозен контрол, базирани на изкуствен интелект

Статичното управление на батериите (EMS), базирано на правила – „разреждане от 16:00 до 21:00 часа“ – оставя пари на масата, тъй като реалните товари и цени варират ден за ден. Предсказуемото управление добавя прогнозиране: EMS прогнозира утрешното търсене на зареждане от телематиката на автопарка, слънчевата енергия от метеорологичните данни и цената от тарифните календари, след което оптимизира плана за батериите за целия хоризонт.

Подобренията в машинното обучение отиват по-далеч, като изучават седмичните модели на обекта и автоматично адаптират политиката за изпращане. Измеримите резултати в оперативните центрове включват:

• 10–20% допълнително намаление на разходитепред базираното на правила разпределение, от по-добро синхронизиране на циклите на батериите;
• По-малко цикли на зареждане и изключване на батерии на киловатчас, удължаване на цикъла на живот чрез съобразяване на мощността на разреждане с действителното натоварване;
• Подобрено съответствие с пиковите ограниченияпо време на необичайни дни (празници, горещи вълни, събития), които правилата пропускат.

За [зарядна станция BESS с мощност 2 MWh и мощност 960 kW мегавата](https://www.midapower.com/2mwh-960kw-bess-charging-station-megawatt-ev-charger-solar-battery-storage-system-product/), където един лошо синхронизиран цикъл може да струва стотици долари поради влошаване на работата, плюс превишаване на търсенето, прогнозният контрол не е лукс – той е оперативният стандарт.

Протоколна съвместимост: OCPP 2.0.1 и ISO 15118

Всяка интелигентна стратегия, описана по-горе, зависи от това дали EMS говори общ език със зарядните устройства и превозните средства. Три протокола дефинират този език:

• OCPP 2.0.1— стандартът за зареждане от зарядно устройство към бекенд. Функционалността SmartCharging позволява на EMS да задава ограничения на мощността за всяка сесия, контрол на транзакциите и управление на устройствата дистанционно. Той замества OCPP 1.6J за новите хъбове поради по-добрата сигурност (TLS), по-добрата обработка на грешки и вграденото интелигентно зареждане.
• ISO 15118— стандартът „превозно средство-зарядно“. Plug & Charge удостоверява превозното средство, а протоколът пренася състоянието на батерията на превозното средство и ограниченията за зареждане до EMS, което позволява наистина оптимизирани сесии, вместо зареждане с фиксирана тарифа.
• IEC 61851— базовият стандарт за EVSE сигнализация, който всяко съвременно зарядно устройство прилага и който OCPP и ISO 15118 разширяват.

Уточняването и на трите по време на поръчката е най-евтината застрахователна полица, която собственикът на хъб може да закупи. Тя гарантира, че [BESS за EV инфраструктура](https://www.midapower.com/news/bess-for-ev-infrastructure-fast-flexible-and-grid-friendly-ultra-fast-charging-solutions/) може да се управлява от всяка съвременна EMS, може да се присъедини към бъдещи DR програми и може да приема превозни средства от всеки OEM производител без адаптерни решения.

Заключение

Интелигентното управление на енергията е това, което отличава BESS хъба от купчина батерии. EMS – въоръжена с логика за намаляване на пиковите натоварвания, динамично управление на натоварването, планиране, съобразено с тарифите, и отворени протоколи – превръща съхранението на данни в машина за намаляване на разходите и приходи, като същевременно поддържа захранване на всяко зарядно устройство. Операторите трябва да дадат приоритет на интегрираната платформа пред пазаруването на компоненти, да стандартизират по OCPP 2.0.1 и ISO 15118 и да започнат с намаляване на пиковите натоварвания, преди да добавят наслоявания към арбитража, DR и в крайна сметка V2G. Стратегическият стек е доказан, измерим и все повече представлява разликата между зарядна станция, която оцелява в тарифната си среда, и такава, която процъфтява в нея.

ЧЗВ

1. Какво всъщност прави EMS в заряден център BESS?EMS непрекъснато решава кога да зарежда батерията, колко енергия може да консумира всяко зарядно устройство и кога да я разрежда – оптимизирайки спрямо тарифните прозорци, ограниченията на мрежата и търсенето на превозните средства. Това е софтуерният мозък на хъба.

2. Колко може да спести интелигентното управление на енергията на зарядна станция?Типичните резултати са 20–40% по-ниски общи разходи за енергия, с намаление на таксите за търсене с 30–50% и намаление на разходите за енергия с 10–25% от пренасочването на натоварването. Мащаб на спестяванията с агресивност на тарифите.

3. Каква е разликата между премахване на пиковете и изместване на натоварването?„Изглаждането на пиковите натоварвания“ ограничава най-високото 15-минутно потребление от мрежата, за да намали таксите за търсене; пренасочването на натоварването премества потреблението на енергия към по-евтини тарифни прозорци, за да се намалят разходите за енергия. И двете използват батерията, но решават различни компоненти на сметката.

4. Необходим ли ми е OCPP 2.0.1 или 1.6J е достатъчно?OCPP 2.0.1 е силно препоръчителен за нови хъбове: той добавя TLS сигурност, вградено интелигентно зареждане и по-добро управление на устройствата. OCPP 1.6J остава подходящ за модернизация, но ограничава бъдещата автоматизация и участието в DR.

5. Как динамичното управление на натоварването ми позволява да оразмеря зарядните устройства?EMS ограничава общата мощност на обекта до лимита на мрежовата връзка и приоритизира сесиите, така че връзка от 500 kVA може да побере 960 kW зарядни устройства – всяко от които работи на пълна мощност, стига общата мощност да остане под ограничението.

6. Може ли един BESS център да печели пари от оптимизация на търсенето?Да, където е налично агрегиране. Батерия с мощност 240 kW може да загуби ~1 MWh за четиричасово събитие, печелейки $50–150 на kWh годишно на активни пазари за намаляване на риска.

7. Практично ли е свързаното превозно средство към мрежата в депата за автопаркове днес?Все по-често с двупосочни зарядни устройства и превозни средства по ISO 15118, но това добавя оперативна сложност. Повечето оператори внедряват V2G след установяване на намаляване на пиковите часове и намаляване на натовареността (DR), третирайки паркираните батерии на автопарка като продължение на системата за енергийна ефективност на обекта (BESS).