Akumuliatoriaus energijos saugojimo sistema: „Siemens HMI“, skirta elementų balansavimui ir terminio pabėgimo prevencijai

Pasaulinės baterijų energijos kaupimo sistemos (BESS) diegimui per metus išaugant 32 %-per-metus, operatoriai susiduria su dviem ne-sutartinais iššūkiais: maksimaliai padidinti baterijos veikimo trukmę tiksliai balansuojant elementus ir pašalinti katastrofiškus saugos pavojus, kylančius dėl šiluminio bėgimo. Didelio{5}}našumo žmogaus-mašinos sąsaja (HMI) nebėra tik BESS duomenų ekranas,-tai centrinis valdymo centras, diktuojantis sistemos efektyvumą, ilgaamžiškumą ir saugumą. „Siemens HMI“ teikia pramonėje pirmaujančią valdymą, vizualizavimą ir automatizavimą, skirtą BESS elementų balansavimui ir šiluminio nutekėjimo prevencijai, su įrodytu našumu gyvenamosiose, komercinėse ir komunalinėse{11}}statybose. Šiame straipsnyje paaiškinama, kaip „Siemens HMI“ sprendžia pagrindinius BESS problemų sprendimus, naudojant patikrinamus našumo duomenis, realius{13}}diegimo rezultatus ir veiksmingus diegimo nurodymus.

Kodėl HMI yra pagrindinis valdymo centras šiuolaikiniam BESS veikimui ir saugumui

Ličio-jonų BESS ištekliai priklauso nuo nuoseklaus elementų veikimo, kad būtų užtikrintas vardinis pajėgumas, išlaikytas kelionės į abi puses efektyvumas ir išvengta ankstyvo gedimo. Net 50 mV įtampos disbalansas nuosekliai sujungtuose elementuose gali sutrumpinti bendrą baterijos ciklo veikimo laiką 30 %, o neadresuoti šiluminiai taškai gali sukelti pakopinį gedimą, kuris gali sunaikinti visą BESS stovą per mažiau nei 60 sekundžių.

Įprasti BMS ekranai tik pasyviai rodo sistemos duomenis, todėl norint pakoreguoti balansavimo nustatymus arba reaguoti į saugos įspėjimus, reikia rankinio operatoriaus įsikišimo. Šis reaktyvus metodas sukuria kritinį delsą, žmogiškųjų klaidų riziką ir nereikalingas priežiūros išlaidas. BESS HMI stebėjimo sprendimas turi integruoti duomenų gavimą realiuoju laiku, automatizuotą valdymo logiką ir intuityvią vizualizaciją, kad būtų pašalintos šios spragos. „Siemens“ akumuliatoriaus saugyklos HMI yra specialiai sukurtas-šiam vaidmeniui, kad būtų galima sumažinti atotrūkį tarp BMS jutiklio duomenų ir veiksmingo, automatinio elementų balansavimo ir šiluminės saugos valdymo.

Siemens HMI, skirtas preciziniam ląstelių balansavimui: optimizuokite BESS tarnavimo laiką ir efektyvumą

Ląstelių balansavimas – tai įtampos ir įkrovos būsenos (SOC) išlyginimo visose baterijos modulio ląstelėse procesas, užtikrinantis tolygų kiekvieno elemento įkrovimą ir išsikrovimą. Nenuoseklus elemento veikimas pagreitina degradaciją, sumažina naudingą pajėgumą ir sukuria šiluminius taškus, kurie padidina saugos riziką. Siemens HMI, skirtas ličio-jonų BESS elementų balansavimo optimizavimui, užtikrina balansavimo proceso valdymą iki galo ir išmatuojamus našumo patobulinimus kiekviename veikimo etape.

Didelio{0}}greičio elementų įtampos stebėjimas ir balansavimo įjungimas

Veiksmingo ląstelių balansavimo pagrindas yra tikslus, didelio{0}}dažnio duomenų gavimas. Lėtas arba netikslus įtampos mėginių ėmimas sukuria akląsias vietas, todėl tarp matavimo ciklų gali augti disbalansas. „Siemens SIMATIC HMI Unified Comfort Panels“ užtikrina 4 ms atrankos dažnį, kad būtų galima stebėti atskirų ličio -jonų elementų įtampą, o matavimo tikslumas yra ±0,2 mV. Šis didelės spartos atranka sumažina elementų įtampos disbalanso nuokrypį 82 %, palyginti su įprastomis BMS ekrano sąsajomis, kurios paprastai turi 100 ms+ atrankos dažnį ir ±5 mV matavimo paklaidą.

„Siemens“ HMI elementų balansavimo valdymas savaime integruojamas tiek su pasyviuoju, tiek su aktyviuoju balansavimo aparatine įranga, realiuoju laiku siunčiant įjungimo signalus į balansavimo grandines, kai tik įtampos nuokrypis viršija naudotojo{0}}nustatytus slenksčius. Šis uždaros -kilpos valdymas pašalina delsą tarp aptikimo ir korekcijos ir užtikrina, kad elementai išliktų optimaliame įtampos diapazone 24 valandas per parą, 7 dienas per savaitę.

Automatizuotas dviejų{0}}režimų balansavimo darbo eigos orkestravimas

Rankinis balansavimo planavimas yra vienas didžiausių BESS priežiūros sąnaudų ir našumo praradimo šaltinių. Daugelis operatorių vykdo balansavimo ciklus tik ne-piko valandomis, todėl disbalansas gali kauptis per didelės-paklausos įkrovimo / iškrovimo ciklus. „Siemens HMI“ įgalina visiškai automatizuotą pasyvų ir aktyvų ląstelių balansavimo valdymą su konfigūruojama logika, kuri teikia pirmenybę balansavimui pagal realiojo laiko tinklo poreikį, elementų temperatūrą ir SOC.

Ši automatizuota darbo eiga sutrumpina neautomatinio balansavimo intervencijos laiką 94 % 1MWh{2}}pririštuose BESS įrenginiuose ir 68 % sumažina balansavimo ciklo užbaigimo laiką, palyginti su rankiniu planavimu. Komunalinių-projektų su 100+ stelažais atveju tai reiškia, kad kasmet sumažės tūkstančiai valandų priežiūros darbų, tuo pačiu užtikrinant nuoseklų viso ištekliaus elementų veikimą.

„Siemens HMI“ duomenų vizualizacija realiuoju laiku{0}}, skirta akumuliatoriaus elementų balansavimui

Operatoriai negali optimizuoti to, ko nemato. Daugelis įprastų BESS HMI rodo tik bendrą modulio įtampą ir slepia elemento lygio disbalansą, kol suaktyvina gedimo aliarmą. Su 1920 x 1080 didelės-raiškos daugialypės -lietimui jautriais ekranais, „Siemens HMI“ teikia sluoksniuotą tendencijų stebėjimą iki 1 024 atskirų langelių vienoje stelaže, su tinkinamomis prietaisų skydeliais, išryškinančiomis išskirtines ląsteles, disbalanso tendencijas ir balansavimo ciklo našumą.

Ši granuliuota vizualizacija leidžia operatoriams identifikuoti blogėjančias ląsteles, kol jos nepaveiks sistemos našumo, naudojant istorinius tendencijų duomenis, kurie palaiko numatomą priežiūros planavimą. Įdiegimas vietoje rodo, kad šis iniciatyvus metodas, pagrįstas Siemens HMI vizualizacija, prailgina ličio jonų akumuliatoriaus veikimo laiką 37 %, nes aktyviai koreguoja balansavimo slenkstį ir anksti pakeičia prastai veikiančius elementus.

Keičiama konfigūracija, skirta kelių{0}}stelažų BESS diegimams

BESS instaliacijos svyruoja nuo 50 kWh gyvenamųjų sistemų iki 500 MWh komunalinių-projektų, o vieno -dydžio-tinka-HMI negali užtikrinti pastovaus našumo šiame platiame diapazone. „Siemens HMI“ palaiko sklandų visų dydžių BESS įrenginių mastelio keitimą, palaikydamas iki 64 lygiagrečių BMS stelažų vienam HMI įrenginiui, išlaikant nuoseklų 4 ms atrankos delsą visuose prijungtuose įrenginiuose.

Šis mastelio keitimas pašalina kelių atskirtų HMI sistemų poreikį dideliems projektams, sukuriant vieną stiklo plokštę visapusiškam -svetainės BESS stebėjimui ir valdymui. Kelių-svetainių operatoriams Siemens HMI taip pat palaiko nuotolinę prieigą<100ms latency, enabling centralized monitoring and control across geographically dispersed assets.

Siemens HMI, skirta šiluminio pabėgimo prevencijai: sumažinkite BESS saugos riziką naudodami patikrintą valdymą

Šiluminis pabėgimas yra pagrindinė BESS saugos incidentų priežastis visame pasaulyje, o 80 % įvykių atsirado dėl neadresuotų elementų perkaitimo, vidinių trumpųjų jungimų arba šiluminių taškų. Ankstyvas aptikimas ir greitas sušvelninimas yra vieninteliai patikimi būdai užkirsti kelią šiluminiam bėgimui BESS įrenginiuose. BESS šiluminio pabėgimo prevencija naudojant Siemens HMI valdymo sistemas suteikia daugiasluoksnę saugos sistemą, pradedant nuo išankstinio gedimo pavojaus aptikimo-ir baigiant automatizuotu avarinių situacijų mažinimu, o saugos efektyvumas yra patikrinamas.

Kelių{0}}parametrų pavojaus aptikimo integravimas

Terminis pabėgimas neįvyksta akimirksniu. Tai seka nuspėjama progresija: pirmiausia sugedusi kamera pradeda perkaisti, išskirdama{1}}dujų daleles, o po to greitai kyla temperatūra, didėja slėgis ir galiausiai ląstelės išleidžiamos bei užsidega. Ankstyvas šių išankstinių-gedimo signalų aptikimas yra labai svarbus norint sustabdyti įvykį, kol jis neišsiplės.

Siemens HMI palaiko iki 256 šiluminių jutiklių, 32 išjungtų-dujų dalelių detektorių ir 16 slėgio stebėjimo mazgų kiekviename BESS stove su 200 ms signalo atsako laiku, kad būtų galima aptikti išankstinį -termijos pavojų. Šis kelių parametrų stebėjimo metodas yra 92 % veiksmingesnis nustatant išankstinius gedimo pavojus nei tik temperatūros{10}}kontrolė, kuri dažnai tik įspėja operatorius, kai šiluminis pabėgimas jau prasidėjo. Sistema palaiko atvirus ryšio protokolus, įskaitant Modbus TCP, Profinet ir OPC UA, leidžiančius integruoti su 95 % komerciškai prieinamų saugos jutiklių ir gaisro gesinimo aparatinės įrangos.

„Siemens SIMATIC HMI“ išankstinis įspėjimas apie šiluminį pabėgimą dėl akumuliatoriaus saugojimo

Klaidingai teigiami saugos įspėjimai yra pagrindinis BESS operatorių skausmo taškas, dėl kurio atsiranda nereikalingų prastovų, operatorių nuovargis ir pasitenkinimas realiais saugos įvykiais. Daugelis įprastų BESS HMI naudoja vieno-slenksčio įspėjimą, suaktyvindami aliarmą kiekvieną kartą, kai vienas jutiklis viršija nustatytą ribą, net jei rodmenis sukelia jutiklio klaida arba laikinas, nepavojingas temperatūros šuolis.

Pakopinė 3-pakopų perspėjimo sistema „Siemens HMI“ sumažina klaidingų teigiamų rezultatų šiluminio paleidimo dažnį 76 %, o kritinio avarinio išjungimo aktyvinimo laiką sumažina iki mažiau nei 300 ms, kai pažeidžiamos iš anksto nustatytos saugos slenksčiai. Sistema naudoja kelių{6}}parametrų patvirtinimą, kad patvirtintų pavojus: pavyzdžiui, aukštos temperatūros rodmenys suaktyvins kritinį įspėjimą tik tada, kai bus susietas su padidėjusiu išmetamųjų dujų lygiu arba staigiu temperatūros kilimu, taip pašalinant klaidingus įspėjimus iš sugedusių jutiklių. Kiekviena įspėjimo pakopa turi konfigūruojamus automatinius veiksmus:

• 1 lygis (įspėjimas): suaktyvinkite patobulintą aušinimą, praneškite operatoriams ir sumažinkite įkrovimo / iškrovimo greitį
• 2 lygis (įspėjimas): izoliuokite paveiktą stovą, pristabdykite įkrovimo / iškrovimo operacijas ir įjunkite nuolatinį pavojų stebėjimą
• 3 lygis (kritinis): suaktyvinkite avarinį išjungimą, atjunkite pagrindinę maitinimo grandinę ir įjunkite gaisro gesinimo sistemas

Automatizuotas saugos mažinimo darbų eigos vykdymas

Net ankstyviausias įspėjimas apie pavojų yra nenaudingas, jei jis priklauso nuo rankinio operatoriaus veiksmų, kurie gali užtrukti kelias minutes esant dideliam{0}}stresui. Siemens HMI įgalina iš anksto-užprogramuotas saugos mažinimo sekas, kurių logika prisitaiko prie aptikto pavojaus tipo ir sunkumo. Šios sekos apima aušinimo sistemos aktyvavimą, įkrovimo / iškrovimo grandinės atjungimą, stovo izoliavimą ir gaisro gesinimo sistemos įjungimą, 91 % sumažindamos pakopinio šiluminio bėgimo plitimo riziką kelių elementų BESS moduliuose.

Visas mažinimo darbo eigas galima visiškai pritaikyti pagal konkretų BESS dizainą, akumuliatoriaus chemiją ir vietos saugos reikalavimus, naudojant įmontuotus -atitikties NFPA 855, IEC 62619 ir UL 9540 BESS saugos standartus patikras. Sistema taip pat registruoja kiekvieną veiksmą, atliktą per saugos įvykį, sukurdama visą audito seką, skirtą atitikties reikalavimams ir po{5}}įvykio analizei.

Ilgalaikis{0}}Teismo ekspertizės duomenų registravimas ir atitiktis

Po saugos įvykio operatoriams reikia tikslių,{0}}dažnių duomenų, kad nustatytų pagrindinę priežastį ir išvengtų būsimų incidentų. Daugelis įprastų BESS HMI saugo tik apibendrintus 1-minutės intervalo duomenis, tačiau trūksta kritinių milisekundžių-skalės pokyčių, įvykusių prieš terminį pabėgimą. Siemens HMI saugo iki 7 metų aukšto dažnio (10 ms intervalu) BESS veikimo ir saugos duomenis, todėl per 24 valandas galima atlikti 98 % tikslią pagrindinės šiluminės saugos įvykių priežasčių analizę.

Šis ilgalaikis{0}}duomenų registravimas taip pat palaiko nuolatinį teisės aktų laikymąsi, naudojant iš anksto-sukurtus ataskaitų šablonus, atitinkančius visus pagrindinius pasaulinius BESS saugos standartus. Sistema taip pat registruoja tinklo kodo reikalavimų laikymosi duomenis, sutrumpindama laiko ir darbo, reikalingo reguliavimo ataskaitoms rengti, 65 %.

Realus{0}}Pasaulio atvejo tyrimas: pramoninis BESS saugos stebėjimas naudojant Siemens HMI

Siekiant patvirtinti realų -Siemens HMI našumą BESS elementų balansavimo ir šiluminio pabėgimo prevencijai, 2024 m. Arizonoje, JAV, buvo atliktas 6-mėnesių kontroliuojamas lauko bandymas su 10 MWh komunalinio masto saulės + BESS įrenginiu.

Projekto fonas

10 MWh LFP BESS įrenginys buvo pradėtas eksploatuoti 2023 m. pabaigoje ir per pirmuosius 3 eksploatavimo mėnesius susidūrė su dideliais našumo ir saugos iššūkiais:

• Vidutinis elementų įtampos disbalansas 48 mV 128 akumuliatoriaus moduliuose
• 2 šiluminio klaidingo aliarmo įvykiai, dėl kurių bendra prastovos trukmė yra 18 valandų
• 12 rankinių balansavimo ir priežiūros intervencijų
• Numatomas akumuliatoriaus veikimo laikas 28 % mažesnis nei gamintojo nurodyta specifikacija
• Kelionės pirmyn ir atgal efektyvumas 3,8 % mažesnis už planinį tikslą

Diegiant buvo naudojamas pasenęs bendrasis BMS HMI su 100 ms atrankos dažniu, rankiniu balansavimo planavimu ir vienos -slenkstinės temperatūros įspėjimu.

Testo metodika

Bandymas buvo padalintas į du 3 mėnesių etapus:

• Pradinė fazė:Sistema veikė su senuoju HMI, o visa našumo ir saugos metrika buvo nuolat registruojama.
• Diegimo etapas:Senasis HMI buvo pakeistas Siemens SIMATIC HMI TP1200 Unified Comfort Panel, integruotu su esamu BMS, 512 šilumos jutiklių ir 32 išjungtų{3}}dujų detektoriais. Sistema buvo sukonfigūruota naudojant 4 ms elementų įtampos mėginių ėmimą, automatinį dviejų-režimų balansavimą, 3-pakopų terminį išankstinį įspėjimą ir realiojo laiko našumo prietaisų skydelius.

Išmatuoti rezultatai

Įgyvendinant projektą per 19 mėnesių buvo pasiekta visa Siemens HMI atnaujinimo investicijų grąža, kurią lėmė sumažėjusios priežiūros išlaidos, pailgėjęs akumuliatoriaus veikimo laikas, pagerėjęs energijos vartojimo efektyvumas ir pašalintos prastovos dėl klaidingų įspėjimų.

Siemens HMI ir įprastiniai BESS HMI sprendimai: našumo palyginimas

Siemens HMI diegimo geriausia praktika BESS diegimuose

Norėdami maksimaliai padidinti „Siemens HMI“, skirto BESS, našumą ir saugą, vadovaukitės šiais patvirtintomis{0}}geriausios praktikos pavyzdžiais:

Pritaikyta slenksčio konfigūracija konkrečioms baterijų cheminėms rūšims

LFP, NCM ir LTO akumuliatorių cheminės medžiagos turi labai skirtingas įtampos, temperatūros ir saugos slenksčius. Bendrųjų nustatymų naudojimas gali sumažinti balansavimo efektyvumą ir sukurti saugias akląsias zonas. „Siemens HMI“ palaiko visų pagrindinių akumuliatorių cheminių elementų tinkintų parametrų konfigūraciją su iš anksto -įkeltais bibliotekos profiliais 20+ komerciniams akumuliatorių moduliams, todėl diegimo metu konfigūracijos laikas sutrumpėja 60 %. Visada kalibruokite balansavimo ir saugos slenksčius pagal akumuliatoriaus gamintojo specifikacijas, naudodami 10 % saugos buferį, skirtą naudoti aukštoje-temperatūros arba didelio{8}}ciklo programoms.

„Grid“{0}}BESS kibernetinio saugumo atitiktis

Grid{0}}susieti BESS ištekliai yra didelės vertės{1}}kibernetinių atakų taikiniai, o nesaugios HMI sistemos yra dažnas atakų vektorius. „Siemens HMI“ atitinka IEC 62443-3-3 kibernetinio saugumo standartus su integruota-užkarda, vaidmenimis-pagrįsta prieigos kontrole ir šifruotu duomenų perdavimu, todėl 92 proc. sumažėja tinkle{10}}susieto BESS kibernetinio pažeidimo rizika. Visuose prie tinklo prijungtuose įrenginiuose įgalinkite kelių veiksnių autentifikavimą nuotolinei prieigai, apribokite operatoriaus leidimus pagal darbo vaidmenį ir įdiekite mėnesinius programinės aparatinės įrangos naujinius iš Siemens.

Operatorių mokymas ir sąsajos pritaikymas

Netgi pažangiausias HMI suges, jei operatoriai negalės jo efektyviai panaudoti didelio{0}}streso avarinių situacijų metu. Pritaikomos Siemens HMI prietaisų skydeliai sumažina operatoriaus klaidų skaičių 40 % BESS avarinių situacijų atvejais, o valdiklio konfigūracija nuvilkite{3}}ir numeskite, kad būtų supaprastintas valdymas ir stebėjimas. Prieš pradėdami eksploatuoti, atlikite specialius-visų operatorių apmokymus, mokykitės-avarinio išjungimo ir reagavimo į pavojų darbo eigos. Kelių-svetainių operatoriams sukurkite standartizuotą HMI prietaisų skydelio šabloną, kad užtikrintumėte nuoseklų visų išteklių veikimą.

Dažnai užduodami klausimai (DUK)

1. Kokį pagrindinį vaidmenį BESS ląstelių balansavime atlieka Siemens HMI?

„Siemens HMI“ veikia kaip BESS ląstelių balansavimo centrinis valdymo ir vizualizacijos centras, užtikrinantis didelės-sparčios elementų įtampos stebėjimą, automatizuoto balansavimo darbo eigos vykdymą ir našumo stebėjimą realiuoju laiku-. Jis palaiko ir pasyvias, ir aktyvias balansavimo sistemas, sumažindamas elementų disbalansą iki 82 % ir pailgindamas akumuliatoriaus veikimo laiką 37 %, kai naudojamas vietoje.

2. Kaip Siemens HMI apsaugo nuo šiluminio bėgimo akumuliatoriaus energijos kaupimo sistemose?

„Siemens HMI“ įgalina šiluminio bėgimo prevenciją naudojant kelių{0}}parametrų pavojų, pakopinius išankstinio įspėjimo įspėjimus ir automatizuotas saugos mažinimo sekas. Jis integruojamas su šilumos, dujų ir slėgio jutikliais, kurių atsako laikas yra 200 ms, 76 % sumažina klaidingus teigiamus įspėjimus ir per mažiau nei 300 ms suaktyvina avarinį išjungimą, kad sustabdytų pavojaus plitimą.

3. Kokie „Siemens“ HMI modeliai geriausiai tinka pramoniniams ir komunaliniams -masto BESS programoms?

„Siemens SIMATIC Unified Comfort Panel“ serija (įskaitant TP700, TP1200 ir TP1900 modelius) yra optimizuota BESS programoms, siūlanti keičiamo dydžio našumą nuo 50 kWh iki 500 MWh įrenginių, 4 ms atrankos delsą ir pradinę integraciją su visa pagrindine BMS aparatine įranga.

4. Ar Siemens HMI gali integruotis su mano esama BESS BMS ir jutiklio aparatine įranga?

Taip, „Siemens HMI“ palaiko atvirus ryšio protokolus, įskaitant „Modbus TCP“, „Profinet“ ir OPC UA, leidžiančius sklandžiai integruoti 95 % komerciškai prieinamų BMS, šilumos jutiklių, dujų detektorių ir aušinimo sistemos techninės įrangos, nereikalaujant visiškai pakeisti sistemos.

5. Kokia yra tipinė IG atnaujinant į Siemens HMI BESS operacijoms?

Dauguma BESS operatorių pasiekia visą IG per 18-24 mėnesius nuo Siemens HMI diegimo, o tai lemia 94 % sumažintos rankinės priežiūros išlaidos, 37 % pailgintos baterijos keitimo ciklai, 4,2 % geresnis kelionės į abi puses efektyvumas ir prastovių pašalinimas dėl klaidingų saugos įspėjimų.

Išvada

BESS operatoriams našumo, ilgaamžiškumo ir saugos pusiausvyros negalima{0}}derėti. Akumuliatoriaus energijos saugojimo sistema: „Siemens HMI“, skirta elementų balansavimui ir terminio pabėgimo prevencijai, yra -patikrintas, pramonėje-pirmaujantis sprendimas, sprendžiantis du didžiausius iššūkius, su kuriais šiandien susiduria BESS turtas. Siemens HMI užtikrina išmatuojamą IG, tuo pačiu užtikrinant atitiktį pasauliniams BESS saugos standartams, naudojant 4 ms didelės-sparios atranką, 82 % sumažintą elementų disbalansą, 76 % mažesnį klaidingų teigiamų saugos įspėjimų skaičių ir 37 % ilgesnį akumuliatoriaus veikimo laiką. Nesvarbu, ar naudojate 50 kWh komercinę sistemą, ar 500 MWh komunalinių paslaugų{13}masto įrengimą, „Siemens HMI“ užtikrina valdymą, matomumą ir automatizavimą, reikalingą siekiant maksimaliai padidinti jūsų BESS turto vertę ir saugumą.