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BESS – Commande de groupe électrogène diesel : comment éviter les déclenchements dus à un retour de puissance

Dans un micro-réseau associant un système de stockage d'énergie par batterie (BESS) et un groupe électrogène diesel, des déclenchements dus à une puissance inverse se produisent lorsque la charge du site diminue plus rapidement que ne peuvent réagir les commandes du générateur et du système de conversion de puissance (PCS), ce qui entraîne un retour de puissance active vers le groupe électrogène. Pour les éviter, il est nécessaire de définir un périmètre de mesure précis, de disposer d'un contrôleur pour chaque variable de puissance, de fixer des limites de charge minimale pour le générateur et de mettre en place une réponse de sécurité testée.

Armoire de stockage d'énergie Real MegSolid Energon 261,24 kWh, 125 kVA, à refroidissement par liquide, de type C&I, présentée à côté d'un générateur diesel

Quelles sont les causes de la puissance inverse dans un micro-réseau BESS-diesel ?

On parle de « puissance inverse » lorsque le générateur commence à recevoir de la puissance active du bus CA au lieu de l'alimenter. Dans une centrale hybride, ce phénomène peut se produire lorsque la charge du site chute rapidement, que le système de stockage d’énergie par batterie (BESS) continue de se décharger, qu’une commande de charge évolue trop lentement ou que deux régulateurs tentent de réguler la même grandeur électrique. Le relais de puissance inverse reste un niveau de protection ; le système de gestion de l’énergie (EMS) doit faire fonctionner la centrale dans les limites de l’enveloppe de fonctionnement convenue pour le groupe électrogène, afin que ce relais ne soit pas utilisé comme moyen de contrôle de dispatching courant.

Lorsque le contrat de raccordement au réseau interdit l'exportation, précisez les limites de mesure, la priorité des actionneurs, l'état de sécurité intégrée et les preuves d'acceptation au moyen du Contrôle « zéro exportation » du BESS au PCC cadre.

Événement opérationnelMaîtriser les risquesRéponse de conception requise
Une charge importante provoque la coupure de l'alimentationLa production des générateurs ne peut pas diminuer aussi rapidement que la demande du réseauDéfinir quel dispositif contrôlable absorbe ou réduit le déséquilibre de puissance
La décharge du BESS reste activéeLa production combinée dépasse la charge restanteAppliquer les limites de charge du générateur et de débit du PCC avant de définir le point de consigne du BESS
Le BESS commence à se rechargerLa phase de charge peut entraîner une surcharge ou déstabiliser un générateur peu sollicitéUtiliser une rampe convenue, respecter les conditions d'autorisation et vérifier la réserve du générateur
Panne du compteur ou des communicationsL'EMS peut agir sur des données de puissance obsolètes ou mal signéesActiver un plan de secours documenté et déclencher une alarme horodatée

Pour obtenir une vue d'ensemble du projet, utilisez le Architecture d'un micro-réseau photovoltaïque-diesel-BESS au Nigeria. Cette page traite d'un aspect plus spécifique : la prévention des commandes de puissance contradictoires et du flux inverse autour du générateur.

Attribuer la propriété de la commande avant de choisir les points de consigne

Un contrôleur de générateur, un relais de protection, un contrôleur PCS et le système de gestion d’exploitation (EMS) du site peuvent tous influencer le même bus. Le cahier des charges doit désigner un responsable pour chaque grandeur contrôlée, dans chaque mode. Sinon, même des équipements individuels stables peuvent entraîner une instabilité de l’installation. Le Guide sur l'architecture de communication entre le BMS et l'EMS explique pourquoi la propriété des signaux et les chemins de données déterministes sont importants, tandis que le Page consacrée à l'ingénierie de la conversion de puissance PCS fournit le contexte au niveau des composants.

Séquence de commande du système EMS du générateur BESS, à côté de l'armoire MegSolid Energon 261,24 kWh 125 kVA à refroidissement liquide, en situation réelle

BESS – Séquence de commande du système EMS diesel selon le mode de fonctionnement

Ne décrivez pas le système EMS en une seule phrase, du type “ la batterie assiste le générateur ”. Rédigez une séquence ordonnée pour chaque mode prévu. Les seuils, rampes et délais exacts doivent être fournis par le fabricant du générateur, l’étude des relais, le profil de charge et l’ingénieur désigné ; il ne s’agit pas de paramètres universels du produit.

Fonctionnement en parallèle avec le réseau

Lorsque le réseau est présent, l’objectif commercial peut être l’écrêtement des pics de consommation, l’importation contrôlée ou la réserve de secours. Le système de gestion de l'énergie (EMS) doit toujours intégrer des règles relatives aux générateurs, car un générateur de secours peut être mis en marche en cas de perturbation du réseau alors que le système de stockage d'énergie par batterie (BESS) est actif. La séquence doit définir si le système de contrôle de puissance (PCS) suit une cible de contrôle de puissance (PCC), une cible de charge de l'installation ou une commande externe, et comment cette cible évolue après la connexion du générateur.

Fonctionnement en îlotage

Dans un réseau en îlot, un appareil doit établir la référence électrique et les autres sources doivent suivre la stratégie de partage convenue. La conception doit prendre en compte le démarrage du générateur, la synchronisation, la prise en charge de la charge, le démarrage des moteurs, le délestage, la réserve du système de stockage d'énergie par batterie (BESS) et le rétablissement. Le fait qu'un équipement soit présenté comme prenant en charge un fonctionnement en réseau et hors réseau ne définit pas cette séquence de site ni ne garantit un temps de transfert.

Distinction entre la puissance du PCS, l'énergie de la batterie et la réserve du générateur

La puissance PCS détermine l'ampleur d'un changement de charge que le système de stockage d'énergie par batterie (BESS) est capable de prendre en charge. L'énergie de la batterie détermine la durée pendant laquelle ce soutien peut être maintenu. La réserve du groupe électrogène détermine si celui-ci est en mesure de prendre en charge un autre changement de charge ou une demande de charge du BESS. Ces trois contraintes doivent être évaluées conjointement. Le 100 kW / 215 kWh C&I : guide de sélection des systèmes de stockage d'énergie (BESS) explique la distinction entre puissance et énergie ; le Guide sur les appels d'offres (RFQ) pour des systèmes de 261,24 kWh à refroidissement par liquide concerne une autre catégorie d'armoires.

SaisieCe qu'il contrôleQuels problèmes cela pose-t-il s'il manque ?
Profil de charge par intervalleFonctionnement normal, périodes de faible charge et service énergétiqueLa citation ne peut porter que sur un pic ou sur la consommation énergétique journalière.
Plus grande variation de chargeRéponse du PCS, réserve des groupes électrogènes et logique de délestageL'installation peut rester stable à charge moyenne, mais présenter des défaillances lors des commutations
Générateur : kW, kVA et facteur de puissanceCapacité en puissance active et limite de puissance apparenteLe modèle de contrôle pourrait surestimer la capacité utile des générateurs
Contraintes minimales de chargement et de rampeAutorisation de charge BESS et répartition à faible chargeLes commandes EMS normales peuvent faire fonctionner le générateur en dehors de sa plage de fonctionnement homologuée.
Durée de sauvegarde requiseRépartition de l'énergie et des réserves de la batterieUne note PCS correcte peut aller de pair avec une énergie utilisable insuffisante

Exemple : données manquantes dans une demande concernant un système BESS d'usine de 2 500 kWh

Une demande anonyme reçue par notre équipe faisait état d’une usine nigériane raccordée au réseau électrique, équipée d’un générateur diesel de 200 kW et recherchant une solution de stockage initiale de 2 500 kWh. L'acheteur a fourni une liste des charges comprenant un moteur de 37 kW, des équipements de chauffage, un moteur de 7,5 HP, la climatisation et l'éclairage, et prévoyait une installation en conteneur à l'extérieur. Ces informations sont précieuses, mais elles ne permettent pas encore d'établir un devis tenant compte de la coordination avec le générateur. Il s'agit d'un exemple de demande de renseignements, et non d'une affirmation selon laquelle MegSolid aurait installé ou mis en service ce projet.

La réponse commerciale appropriée ne consiste donc pas à fournir immédiatement un prix au kWh. Il s’agit plutôt d’un bref examen des lacunes dans les données, suivi d’une analyse de la puissance et de l’énergie, ainsi que d’une matrice des responsabilités en matière de contrôle. Ce processus évite à l’acheteur de comparer des devis fondés sur des hypothèses différentes. En ce qui concerne les choix d’architecture du système, comparez armoires modulaires et systèmes de stockage d'énergie (ESS) en conteneurs avant de définir le format de l'enveloppe.

La place de MegSolid dans la frontière entre le générateur et le système de commande

Le périmètre d'intervention de MegSolid couvre le stockage d'énergie par batterie, le système de contrôle de puissance (PCS), l'intégration du système de gestion de l'énergie (EMS) et l'interface convenue entre les équipements ; il n'inclut pas la fourniture de modules solaires ni les travaux de construction locaux non attribués. Il est généralement plus pratique de faire appel à des prestataires locaux qualifiés pour les modules solaires, la fixation, les travaux locaux sur le réseau CA et les autorisations réglementaires. Si une installation photovoltaïque est déjà en place, veuillez fournir les limites de son onduleur et son interface de commande afin que la conception du système de gestion de l’énergie (EMS) puisse en tenir compte.

Plateforme MegSolid certifiéeLimites publiées pertinentes pour la présente décisionMise en garde concernant les devis
Série d'armoires d'extérieur ESSA30 à 100 kW et 55,296 à 215,04 kWh ; 400 V ; système de gestion de l'énergie (EMS) intégré ; accès simultané à la charge, à la batterie, au réseau, au générateur diesel et au système photovoltaïque ; transformateur d'isolement intégréLe refroidissement par air intelligent est la désignation officielle ; veuillez préciser le modèle commandé, la puissance, la consommation énergétique et le périmètre de contrôle.
Série MEGA TS PCS30 à 500 kW ; 400 V ; fonctionnement automatique en réseau ou hors réseau ; système de gestion de batterie (BMS) via RS485/CAN et système de gestion énergétique (EMS) via RS485/TCP-IP ; les rapports de transformation des transformateurs d'isolement intégrés varient selon les modèlesLe choix du PCS ne détermine pas à lui seul la capacité de la batterie, l'appareillage électrique, l'ordre de mise en marche des générateurs ni le périmètre de certification.
Série ESSC en conteneurs500 kW / 1,0752 MWh ou 1 000 kW / 2,1504 MWh : classes de systèmes publiéesNe convertissez pas directement une demande préliminaire de 2 500 kWh en nombre de conteneurs sans tenir compte des données relatives à l'énergie utilisable, à la puissance, à la redondance et au transport.

Pour les projets qui nécessitent spécifiquement une configuration à semi-conducteurs, consultez la documentation de MegSolid options de systèmes de stockage d'énergie à l'état solide. La plateforme ESSA peut être configurée avec des cellules à semi-conducteurs pour répondre aux exigences spécifiques d'un projet, mais cela doit être précisé dans le devis, la fiche technique signée et la nomenclature ; cela ne doit pas être considéré comme acquis pour chaque unité ESSA. L’évaluation de la sécurité thermique doit s’appuyer sur des données issues de la modélisation et sur la conception complète du système, y compris le BMS, le PCS, le refroidissement, la protection contre l’incendie, l’installation et les limites d’exploitation. Utilisez le contrôles d'approvisionnement liés à l'emballement thermique plutôt qu’une affirmation non étayée selon laquelle le “ risque serait nul ”.

Envoyez ces informations relatives à l'appel d'offres avant de demander un prix fixe

Matrice des responsabilités de l'acheteur et de MegSolid relative à l'appel d'offres concernant l'armoire C&I à refroidissement liquide d'une puissance réelle de 261,24 kWh et de 125 kVA

Une étape de qualification des fournisseurs devrait permettre de vérifier que le soumissionnaire est en mesure de traduire ces informations en documents contrôlés. Le Guide d'évaluation des fournisseurs de systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) C&I présente le contexte général des marchés publics, ainsi que le Guide relatif au champ d'application de la certification BESS explique pourquoi un document doit correspondre au modèle et aux limites du système mentionnés.

Intégrer chaque interface dans une matrice des responsabilités

TâcheLimites de l'équipement MegSolidEPC local / limite de propriété
Sélection des systèmes BESS et PCSProposer des équipements en fonction des spécifications convenues en matière de puissance, d'énergie, d'environnement et de contrôleApprouver les missions, les hypothèses relatives au site et les exigences de conformité
Récit de l'EMSDéfinir les commandes, les mesures, les autorisations, les alarmes et les comportements de secours disponibles dans le cadre de l'étendue de la fournitureIndiquer les limites des générateurs, les modes de fonctionnement du site et les exigences de contrôle de niveau supérieur
Intégration du générateurMise en correspondance des signaux d'interface convenus et des réponses du BESSObtenir l'accès au contrôleur du groupe électrogène, aux données des relais et au câblage, ainsi que l'accord du fournisseur du groupe électrogène
Protection et SLDFournir les données relatives aux équipements nécessaires à l'étudeL'ingénieur désigné réalise la conception des dispositifs de protection du site, de sélectivité, de mise à la terre et de raccordement
FAT et SATRéaliser les essais convenus dans le cadre des opérations en usine et de la mise en serviceFournir des témoins, assurer la mise en place du site, mettre à disposition les instruments d'essai et désigner l'autorité chargée de la réception définitive

Transformer le discours dominant en preuves FAT et SAT

Le plan de réception doit vérifier le bon fonctionnement de l’installation, et non pas se contenter de montrer que chaque armoire s’allume. Les étapes de test et les tolérances doivent être convenues avant la fabrication afin que le devis, le cahier des charges et le procès-verbal de mise en service s’appuient sur les mêmes critères.

Cet article présente un cadre de référence pour la coordination entre un système de stockage d'énergie par batterie (BESS) et un groupe électrogène diesel. Pour recevoir une fiche de demande de devis modifiable, une matrice des responsabilités de contrôle et un plan des essais FAT/SAT, envoyez un e-mail à [email protected] avec le pays concerné par le projet, le SLD, les données de charge par intervalles, la fiche technique du générateur, les modes de fonctionnement, la puissance et l'énergie requises pour le système de stockage d'énergie par batterie (BESS), les conditions du site et le calendrier de livraison.

FAQ

Les causes courantes incluent une réduction soudaine de la charge, une décharge continue du BESS, des contrôleurs conflictuels, une direction de TC incorrecte, des données de compteur obsolètes ou une séquence de charge et de mise en charge du générateur qui n'a jamais été coordonnée. La cause spécifique au projet doit être confirmée à partir des registres d'événements et du SLD approuvé.

Fournir le profil de charge par intervalle, les plus grands échelons de charge, la puissance du générateur en kW et kVA, le facteur de puissance, la charge minimale, les informations de démarrage et de rampe, le schéma unifilaire (SLD), les données des transformateurs et des disjoncteurs, l'emplacement du compteur du point de raccordement (PCC), les modes de fonctionnement, la puissance et la durée du BESS, les conditions du site et la portée de la réception.

Non. Le système EMS gère les objectifs de fonctionnement normaux et maintient la distribution dans les limites convenues pour le groupe électrogène. Le relais de puissance inverse constitue un niveau de protection indépendant dont les réglages et les seuils de déclenchement doivent être définis par l'ingénieur en protection désigné et conformément aux spécifications du groupe électrogène.

C'est possible lorsque l'architecture électrique et les équipements commandés prennent en charge ce mode, mais les contraintes relatives à l'autorisation de charge, à la rampe de charge, à la réserve du générateur et à la charge minimale doivent être spécifiées. Une réponse générique par l'affirmative ne permet pas de définir un point de consigne de charge sûr pour un générateur donné.

La réponse doit respecter le protocole de contrôle approuvé : valider la mesure, réduire ou annuler la commande BESS concernée dans les limites convenues, surveiller la puissance du générateur et du PCC, et passer en mode de secours si les données ou la réponse ne sont plus valides. Les délais précis varient en fonction du projet.

Non. L’énergie de la batterie détermine l’autonomie, tandis que la puissance du PCS (en kW ou kVA) définit la puissance instantanée. La réserve du générateur, les limites de puissance apparente, les paliers de charge, la politique relative au SOC, les conditions thermiques et la redondance influencent également le choix.

Non. Le champ d'application de MegSolid couvre les équipements de stockage d'énergie, les onduleurs, les systèmes de contrôle de puissance (PCS) et l'interface EMS convenue. Il est généralement plus économique de se procurer localement les modules solaires, les systèmes de fixation et les installations photovoltaïques locales ; leurs données d'interface doivent toutefois être fournies afin d'assurer la coordination des commandes.

Oui. La plateforme ESSA C&I pour usage extérieur peut être configurée avec des cellules à semi-conducteurs afin de répondre aux exigences spécifiques d'un projet. Le devis, la fiche technique signée et la nomenclature doivent préciser la configuration fournie ; cette option ne signifie pas que toutes les unités ESSA sont équipées de cellules à semi-conducteurs.

Ces valeurs doivent provenir du fabricant du générateur, de l'étude de protection et de l'ingénieur de projet désigné. MegSolid peut intégrer les limites confirmées dans la documentation relative aux systèmes de contrôle du BESS et de l'EMS, mais ne doit pas définir de paramètres de protection spécifiques au site.

Observez la cartographie des mesures, la réponse aux commandes, les autorisations liées aux générateurs, les états interdits, les défaillances de communication, l'acheminement des alarmes, les verrouillages des disjoncteurs et les scénarios de variation de charge convenus. Enregistrez les commandes, les réponses mesurées et les horodatages par rapport aux critères de conformité approuvés.

C'est le système de commande et de protection qui répartit la tension, la fréquence et la puissance active entre le réseau, le groupe électrogène diesel et le système de stockage d'énergie par batterie (BESS) dans tous les modes de fonctionnement, y compris les états de transition et de défaillance des communications.

Aucun fournisseur responsable ne devrait donner une telle garantie sans disposer des données du projet et de l'étude de protection. Un système de stockage d'énergie par batterie (BESS) correctement conçu peut contribuer à la réalisation de l'objectif d'exploitation, mais la prévention dépend des mesures, de l'autorité de contrôle, des limites des générateurs, des réglages de protection, du câblage du site, de la mise en service et de la maintenance.

Veuillez envoyer un dossier contenant le SLD, les données de charge par intervalles, la fiche technique et les limites du générateur, les détails relatifs au compteur PCC, les modes de fonctionnement requis, la puissance et la durée du système de stockage d'énergie par batterie (BESS), les conditions du site, le périmètre de la livraison et les attentes concernant les essais FAT/SAT. Cela permettra aux soumissionnaires d'établir leur devis sur la base des mêmes spécifications techniques.

MegSolid (Hong Kong) Limited se concentre sur la R&D, la conception et la fourniture de systèmes de stockage d'énergie haute performance. Forts de dix ans d'accumulation technique, nous proposons des solutions d'armoires extérieures de stockage d'énergie personnalisées, des onduleurs résidentiels et des solutions d'alimentation portable à des clients du monde entier.
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