利用BESS将可再生能源转化为可靠电力
随着全球向更清洁、更具韧性的能源系统转型，可再生能源基础设施正在迅速扩展。风能、太阳能及其他可再生资源在减少对化石燃料依赖方面发挥着核心作用，但其输出具有本质上的波动性和间歇性。当风力不足或阳光较弱时，可再生能源无法稳定地向电网供电。
解决方案是将可再生能源发电高峰期（如阳光充足的下午）产生的多余电能储存起来，并在发电不足时（如夜晚或无风的日子）释放。这就是电池储能系统（BESS）之所以重要的原因。
什么是BESS？
BESS捕获来自风能、太阳能等可再生能源和/或电网的电能，并利用可充电电池技术加以储存。随后，这些储存的电能可以在高需求时期释放。
一般来说，BESS采用的是锂离子技术。不过，公用事业规模的储能技术远比电动汽车等其他应用中的电池技术更加先进。
大型公用事业规模系统，通常称为表前系统（FoM），使电网运营商能够：
- 在需求高峰或停电期间调控能源释放
- 提供平衡、频率和电压控制等电网服务
- 优化可再生能源的利用，确保电力供应稳定
电池储能系统（BESS）的主要组成部分
BESS由串联或并联电池组成，以满足所需的工作电压和容量。子系统确保安全高效运行：
- 电池管理系统（BMS）：监控并优化电池性能，实现电池单体均衡和安全
- 逆变器/电能转换系统（PCS）：实现直流电池电压与交流电网之间的转换，支持双向能量流动
- 热管理系统：在电芯和模组层面维持安全稳定的运行温度
- 能源管理系统（EMS）：管理充电周期、电网能量流动及能源套利
BESS控制系统的需求
大型公用事业级BESS站点正日益依赖成熟的工业过程控制和安全技术，这些技术集成于更广泛的物联网系统中。相比于小型BESS常用的基于微控制器的解决方案，这种集成方式提供了更可靠的控制和更丰富的数据可用性。
在电网层面，电池储能系统需要稳健的控制和仪表（C&I）基础设施，确保其安全、可靠且高效地运行。
信号调节，保障BESS的安全可靠运行
多年来，PR electronics一直是可再生能源及更广泛能源领域客户值得信赖的合作伙伴。我们的信号调节产品经过验证，能够在BESS和其他能源应用中确保卓越的信号完整性与安全性。
我们的设备支持BESS的关键功能，包括：
- 充电状态（SoC）监测
- 健康状态（SoH）监控
- 电池平衡
- 热管理
- 电能转换系统（PCS）的控制与监测
- 能源管理系统（EMS）与SCADA系统的整合
以下章节将详细介绍各项功能。
充电状态（SoC）监测
准确判断荷电状态对维护电池健康和确定准确输出容量至关重要。
- PR 4184: 响应时间小于20毫秒，输入支持高达300 VDC或100 mA，是连接电池荷电状态（SoC）信号的理想方案。
健康状态（SoH）监控
电池的健康状态是制定更换策略的重要依据。理解其性能及随时间的衰减过程复杂，需采用容量测试、内阻检测等技术手段。
- PR 4114: 具备通用输入选项，可兼容多种用于评估电池健康状态（SoH）的信号类型。
电池平衡
为了发挥电池的最佳性能并释放其全部潜力，必须确保每个电池单元的充电水平保持一致。如果某个电池单体的荷电状态（SoC）较低，它会比其他电池先耗尽，导致能量传输停止，而其他电池仍保留电荷。充电时的情况也是如此。
- 被动平衡通过电阻器将高压电池产生的多余能量以热能形式释放掉。
- 主动平衡则将能量从高压电池转移到低压电池。
这两种方式均依赖电子技术和算法，实现一致的平衡。
热管理
电芯及模组层面的严格温度监控是关键的安防措施。通过稳定控制运行环境和工作温度，不仅保障电池高效运作，还能实现功能安全，有效降低热失控和火灾的风险。
PR electronics 提供针对标准及 SIL 认证应用的多样化解决方案：
- PR 5437 SIL 认证的头部安装变送器，以及 PR 6437 DIN 导轨变送器
- PR 4116 带温度输入的多功能变送器。
- PR 9116 经 SIL2 认证的多功能变送器，配备继电器输出，用于过温警报。
电能转换系统（PCS）控制器
PCS 负责管理连接直流电池与交流电网的逆变器及转换器设备。
- PR 4179: 通用型交流/直流变送器，可接收交流电压或电流信号，用于监控逆变器及相关 PCS 信号。
能源管理系统（EMS）与SCADA系统的整合
与更高级的能源管理系统及 SCADA 集成，是确保 BESS 可靠运行的关键。
- PR electronics 的信号调节设备支持模拟与数字信号接口，包括 MODBUS 通信，是 EMS 与 SCADA 连接的理想选择。
附加应用领域
PR electronics 的设备还适用于：
- 环境监测，如温度、湿度和气体检测。
- 通过与警报器和联锁集成实现的火灾探测与灭火系统。
- 用于 SIL3 级安全仪表系统的，具备符合 IEC 61508 标准接口的保护与安全系统。
结论
电池储能系统在将可再生能源转化为稳定可靠的持续电力方面发挥着至关重要的作用。凭借成熟的信号调节技术，PR electronics 助力全球 BESS 实现安全、高效与稳定的运行。
