Energie-Management-System (EMS)
Das wahre Kernstück von Energiespeichersystemen: Das ultimative Kriterium zur Beurteilung ihrer Qualität
Ein Energie-Management-System (EMS) ist das zentrale Steuersystem eines Kraftwerks, einschließlich des Batteriespeichersystems (BESS).
Es ist verantwortlich für die Koordination des Energieflusses, den Betrieb der Ausrüstung, die Umweltkontrolle und den Sicherheitsschutz, um einen sicheren, effizienten und stabilen Systembetrieb zu gewährleisten.
Was sollte ein Energie-Management-System (EMS) tun?
Das EMS fungiert als das Kommandozentrum für den Energiefluss und führt die Echtzeit-Dispatch-Steuerung über drei Dimensionen aus:
Mehr-Szenario-Betrieb und intelligente Modusumschaltung
Um verschiedene Anwendungsanforderungen zu unterstützen, ermöglicht das EMS flexible Betriebsszenarien:
Vordefinierte Betriebsszenarien wie:
Spitzenlastkappung und Talauffüllung
Notstromversorgung
Netzstabilisierung
Jedes Szenario ist mit einer eigenen Energieverwaltungsstrategie verbunden.
Automatische und manuelle Umschaltung
Manuelle Umschaltung mit einem Klick durch den Betreiber
Automatische Umschaltung, ausgelöst durch vordefinierte Bedingungen
Beispiel:
Automatische Umschaltung in den Notstrommodus bei Netztrennung
Automatische Aktivierung der Spitzenlastkappung während der Netzspitzenzeiten
Benutzerdefinierte Strategieverweiterung
Das EMS ermöglicht es den Nutzern, benutzerdefinierte Betriebsprogramme zu konfigurieren, die eine Anpassung an komplexe und sich weiterentwickelnde Anwendungsszenarien ermöglichen.
Energie-Mengenregelung
Das EMS regelt die Energiemenge, die innerhalb des Systems ausgetauscht wird, basierend auf anwendungsspezifischen Dispatch-Strategien und mehreren Echtzeit-Bedingungen. Die Dispatch-Menge wird durch eine Kombination der folgenden Faktoren bestimmt:
Netz-Dispatch-Anweisungen, einschließlich Export-/Importbefehlen und Netzunterstützungsanforderungen
Echtzeit-Lastschwankungen, die Änderungen der Vor-Ort-Stromnachfrage widerspiegeln
Netz- oder Transformator-Kapazitätsgrenzen, die den maximal zulässigen Energieaustausch definieren
Betriebsstatus der Batterie, wie Ladezustand (SOC), verfügbare Leistung und Schutzgrenzen
Echtzeit-Ausgang von erneuerbaren Energiequellen, wie Photovoltaik- oder Windkraftproduktion
Durch die kontinuierliche Bewertung dieser Faktoren passt das EMS die Lade-, Entlade- und Energieaustauschwerte dynamisch an, um einen sicheren, konformen und wirtschaftlich optimierten Systembetrieb unter dem gewählten Anwendungsszenario zu gewährleisten.
Energie-Richtungssteuerung
Ein Energie-Management-System (EMS) steuert, wie Energie innerhalb eines Stromsystems fließt, indem es sowohl Energiequellen als auch Energiedestinationen koordiniert.
Energiequellen können erneuerbare Erzeugung, Stromimport aus dem Versorgungsnetz oder Batteriedischarge umfassen.
Energiedestinationen können das Laden der Batterie, die Versorgung von Vor-Ort-Verbrauchern oder der Export von Strom ins Netz beinhalten.
Energie-Dispatch-Entscheidungen werden durch anwendungsspezifische Strategien und wirtschaftliche Ziele bestimmt, wie z.B. die Maximierung der Einnahmen, die Sicherstellung der Zuverlässigkeit, die Nutzung erneuerbarer Energien und die Einhaltung von Vorschriften, und nicht nur durch Energieeffizienz.
Umwelt- und Hilfssystem-Management
Das EMS bietet eine zentrale Verwaltung der Betriebsumgebung und der Hilfseinrichtungen des Kraftwerks:
Echtzeitüberwachung von Umweltparametern wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Staubkonzentration
Überwachung von Hilfssystemen, einschließlich Belüftung, Kühlung und Beleuchtung
Automatische Umweltsteuerung basierend auf den Betriebsbedingungen der Ausrüstung
Multi-Geräte-Kommunikation und Systemintegration
Batteriesystem (BMS-Schnittstelle)
Erfasst Echtzeit-Batteriedaten wie SOC, SOH, Spannung und Strom
Gibt Lade- und Entladebefehle basierend auf dem Batteriestatus aus
Leistungsumwandlungssystem (PCS)
Steuert den Start/Stopp des PCS und die Betriebsmodi
Passt die AC/DC-Leistungsumwandlung gemäß den Systemanforderungen an
Elektrische Energiemessgeräte
Erfasst Echtzeit-Daten zum Stromverbrauch, zur Energieerzeugung und zum Netzexport
Liefert Daten für die Energieabrechnung und Dispatch-Optimierung
Netzanschluss-Schnittstelle
Tauscht Daten mit dem Netz-Dispatch-Zentrum aus
Empfängt Netzanforderungen und meldet den Betriebsstatus des Systems
Stellt eine konforme und sichere Netzverbindung sicher
Notfallschutz und Brandkontrolle (BMS-Fehler-Backup)
Um Risiken durch BMS-Fehler zu mindern, enthält das EMS einen mehrstufigen Notfallschutzmechanismus:
BMS-Fehlererkennung
Das EMS überwacht kontinuierlich:
Den BMS-Kommunikationsstatus
Die Datenvalidität und Konsistenz
Jede abnormale Bedingung wird sofort als Fehler erkannt und löst Alarme aus.
Notfall-Energieisolierung
Wenn das BMS den Batterieschutz nicht ausführen kann:
Übernimmt das EMS die Schutzsteuerung
Trennt sofort die Batterie vom PCS oder Netz
Verhindert Überladung, Tiefentladung, Überstrom und thermisches Durchgehen
Verknüpfung mit dem Brandschutzsystem
Das EMS integriert sich mit den Brandalarm- und Brandbekämpfungssystemen:
Löst Alarme aus, wenn die Batterietemperatur die Sicherheitsgrenzen überschreitet
Aktiviert die Feuerlöschsysteme in den Batteriekompartimenten
Trennt die Energieversorgung von betroffenen Bereichen, um die Ausbreitung des Feuers zu begrenzen
Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) und lokale Bedienung
Das EMS umfasst in der Regel eine lokale Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI), die auf der Ebene des Kraftwerks bereitgestellt wird und den Bedienern Echtzeit-Transparenz und direkte Interaktion mit dem System ermöglicht. Über die HMI können Benutzer den Betriebsstatus des Batteriesystems, PCS, der Netzverbindung, der Lasten und der Hilfseinrichtungen überwachen sowie Alarme, Ereignisse und Schlüsseldaten unter autorisiertem Zugang einsehen.
Datenarchivierung, Cloud-Konnektivität und Fernvisualisierung
Das EMS sammelt kontinuierlich Betriebs- und Umweltdaten von allen verbundenen Geräten, einschließlich Leistungs- und Energiedaten, Batteriestatus (SOC und SOH), Alarme, Ereignisse und Status der Hilfssysteme. Diese Daten werden lokal gespeichert, um Ereignisverfolgung, Fehleranalyse, Leistungsbewertung und Compliance-Berichterstattung zu unterstützen, wodurch die Datenverfügbarkeit auch bei Netzwerkunterbrechungen gewährleistet ist.
Gleichzeitig unterstützt das EMS die sichere Datenübertragung zu Cloud-Plattformen oder Remote-Servern, wodurch Fernüberwachung und -visualisierung über Webportale oder mobile Anwendungen ermöglicht werden. Cloud-basierte Funktionen können historische Datenanalyse, Alarmbenachrichtigungen, Wartungsunterstützung und zentralisierte Verwaltung mehrerer Standorte umfassen, sodass Betreiber und Asset-Besitzer auf Systeminformationen zugreifen können, ohne vor Ort präsent zu sein.
Schlüsselbenchmarks zur Bewertung der Exzellenz von EMS
Was ein wirklich exzellentes EMS auszeichnet: Benchmarks über grundlegende Funktionen hinaus
Reaktionsgeschwindigkeit (Echtzeit-Reaktionsfähigkeit)
Reaktionsgeschwindigkeit (Echtzeit-Reaktionsfähigkeit)
Dies ist oft die oberste Priorität für Netzservices wie Frequenzregelung und ergänzende Märkte. Ein überlegenes EMS muss Netzsignale erkennen und Lade-/Entladebefehle in Millisekunden bis Sekunden ausführen, um eine nahtlose Integration mit den dynamischen Netzanforderungen zu ermöglichen. Dies umfasst die vollständige Reaktionskette: von der Zählererkennung und der Datenübertragung zum EMS bis hin zur Ausgabe von Leistungsbefehlen an das Leistungsumwandlungssystem (PCS) und schließlich die Anstiegszeit des PCS (z. B. von 0-100 % oder sogar -100 %-100 % Leistung). Wichtige Überlegungen beinhalten auch die Aktualisierungsraten—Zähler und PCS aktualisieren typischerweise alle 100 ms, sodass EMS-Kommunikationszeiten mit diesen Komponenten, die 200 ms überschreiten, das System für die Echtzeitsteuerung unbrauchbar machen. In idealen Szenarien sollte der gesamte Prozess innerhalb von 500 ms abgeschlossen sein, um strenge Anforderungen zu erfüllen.
Warum es entscheidend ist:
Die Reaktionsgeschwindigkeit ist die grundlegende Metrik für Dienste wie Frequenzhaltereserve (FCR), bei denen Verzögerungen zu Testfehlern oder sogar Strafen wegen Nichtbeachtung führen können. Sie ist ebenso wichtig im Demand-Side-Management (DSM), bei dem langsame EMS-Reaktionen während plötzlicher Lastspitzen zu Überschreitungen der Netzkapazitätsgrenzen führen können, was zu betrieblichen Ineffizienzen oder Verstößen führt. Schnelle Reaktionen ermöglichen die Teilnahme an wertvollen Diensten (z. B. FCR) und gewährleisten gleichzeitig die Netzstabilität während Schwankungen.
Anpassungsfähigkeit (Flexibilität über Funktionen und Szenarien hinweg)
Ein ausgezeichnetes EMS muss nahtlos zwischen verschiedenen Anwendungen wechseln können—wie Spitzenlastkappung, Energiearbitrage, Nachfrageantwort, Integration erneuerbarer Energien, Frequenzhaltereserve (FCR), virtuelle Kraftwerke und Betrieb mit Multi-Vendor-Hardware—während es sich dynamisch an wechselnde Netzanforderungen, Marktsignale, regulatorische Anforderungen und Prognosen anpasst.
Warum es entscheidend ist:
Energiespeicherprojekte stützen sich selten auf nur einen Anwendungsfall. Starre EMS-Designs schränken das Revenue Stacking (gleichzeitige Teilnahme an mehreren Wertströmen) erheblich ein und verringern die Zukunftsfähigkeit gegenüber sich entwickelnden Netzanforderungen. In den profitabelsten Betriebsmodellen von heute erfordern Kunden zunehmend, dass das EMS automatisch mehrere Szenarien über unterschiedliche Zeiträume hinweg anwendet—zum Beispiel Energiearbitrage in Nebenzeiten, Bereitstellung von FCR während Perioden hoher Frequenzvolatilität, Wechsel zu Spitzenlastkappung am Abend und Unterstützung der Nachfrageantwort, wenn der Netzbetreiber dies fordert—alles ohne manuelle Eingriffe. Ein hochgradig anpassungsfähiges EMS maximiert den Gesamtumsatz, verlängert die Lebensdauer der Anlagen durch optimierten Betrieb und stellt die langfristige Wettbewerbsfähigkeit auf sich schnell ändernden Energiemärkten sicher.
Stabilität und Zuverlässigkeit
Das EMS muss konsistent arbeiten, ohne Abstürze, Kommunikationsfehler oder Ausfallzeiten – selbst unter extremen Umwelt- und Betriebsbedingungen, einschließlich hoher/niedriger Temperaturen, Luftfeuchtigkeitsschwankungen, Staubbelastung und potenziellen Cyberangriffen.
Warum es entscheidend ist:
Instabilität führt direkt zu verlorenem Umsatz (verpasste Marktchancen oder Netzservice-Befehle), erhöhten Sicherheitsrisiken (z. B. unkontrolliertes Batterieverhalten) und verlängerten Systemausfällen. In realen Einsätzen werden BESS-Container typischerweise im Freien platziert, wo die Umgebungsbedingungen im Inneren des Cabinets extrem hart sein können—im Sommer überschreiten die Temperaturen oft 60–70°C, während die Winterbedingungen unter -30°C fallen können, verstärkt durch schnelles thermisches Umkippen, Kondensation und Staubbelastung. Standardmäßige, ungeschützte Leiterplatten oder Verbraucherelektronik, die in vielen „Budget“-EMS-Lösungen verwendet werden, verschleißen oder versagen schnell unter solchem Stress, was zu häufigen Neustarts, Kommunikationsabbrüchen oder vollständigen Ausfällen führt. Ein wirklich zuverlässiges EMS hingegen verwendet industrielle Komponenten, robuste Wärmebehandlung, konforme Beschichtungen, Elektronik mit weitem Temperaturbereich und verstärkte Cybersicherheitsmaßnahmen. Dies gewährleistet einen kontinuierlichen, stabilen Betrieb während des gesamten Projektlebenszyklus, minimiert ungeplante Wartungsarbeiten, schützt die Einnahmequellen und erfüllt die strengen Verfügbarkeitsanforderungen, die von Netzbetreibern und Investoren gefordert werden.
Fehlerbehebungsfähigkeit (Diagnose- und Selbstheilungsfunktionen)
Ein überlegenes EMS muss über starke Fehlerbehebungs- und Diagnosefähigkeiten verfügen, die eine schnelle Identifizierung, Isolierung und Behebung von Fehlern im gesamten System ermöglichen – einschließlich Batterien, PCS, Zählern, Kommunikationsnetzwerken und externen Schnittstellen – und dabei Ausfallzeiten sowie manuellen Eingriff minimieren.
Warum es entscheidend ist:
Bei großflächigen oder abgelegenen BESS-Einsätzen sind Fehler (z. B. Kommunikationsunterbrechungen, Sensordrift, PCS-Anomalien oder frühe Batteriedegradation) unvermeidlich. Schwache Fehlerbehebung führt zu verlängerten Ausfällen, verpassten Umsatzchancen, verzögerter Wartung und höheren Betriebskosten. Traditionelle Ansätze erfordern die Verbindung eines Laptops oder eines oberen Computers vor Ort mit dem BMS oder PCS zur Diagnose – ein Prozess, der zeitaufwendig, kostspielig und remote nicht möglich ist, insbesondere da die meisten BMS und PCS keine integrierten Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI) haben. Ein fortschrittliches EMS überwindet diese Einschränkung, indem es effektiv als Remote-HMI-Vertreter für sowohl BMS als auch PCS dient und es den Bedienern ermöglicht, detaillierte Diagnosen abzurufen, Echtzeitparameter einzusehen, Fehlerprotokolle abzurufen und Ursachenanalysen von überall über die EMS-Schnittstelle durchzuführen. In Kombination mit automatischer Echtzeit-Erkennung, präziser Fehlercodierung, Ursachenanalyse und Selbstheilungsmaßnahmen (z. B. Umschaltung auf redundante Kommunikationspfade oder Umgehung defekter Komponenten) verbessert diese Fähigkeit die Systemverfügbarkeit erheblich, reduziert Servicebesuche vor Ort, senkt O&M-Kosten und erhöht die Gesamtprojektrentabilität für Investoren und Betreiber.
FFD POWER Ultra Fast EMS Lösung
Die FFD Power EMS (für BESS) integriert Fernüberwachung, Cloud-Dienste und lokale Steuerung über 4 Kernkomponenten (APP, Server, HMI, Controller). Sie zeichnet sich durch hohe Echtzeit-Reaktionsfähigkeit, eine einheitliche EMS-Lösung für mehrere Szenarien, hohe Stabilität/Zuverlässigkeit und vollständige Fernfehlerbehebung aus.
Hohe Echtzeit-Reaktionsfähigkeit
Anpassungsfähigkeit an alle Szenarien
Hohe Stabilität/Zuverlässigkeit
Vollständige Fernfehlerbehebung
