BESS-communicatieprotocollen: hoe energieopslagsystemen intern en extern communiceren
2026-11-10
Inleiding
Een batterij-energieopslagsysteem (BESS) bestaat uit meerdere apparaten die informatie met elkaar moeten uitwisselen om als één gecoördineerd systeem te functioneren. Batterijbeheersystemen bewaken de toestand van de cellen, vermogensomzettingssystemen (PCS) regelen het laden en ontladen, energiebeheersystemen (EMS) coördineren de bedrijfsstrategieën en meters meten elektrische parameters op verschillende punten van de installatie.
Deze apparaten kunnen niet onafhankelijk van elkaar functioneren. Ze moeten meetgegevens, bedrijfsstatussen, alarmen, beveiligingssignalen en besturingscommando's uitwisselen. De BESS moet ook communiceren met externe systemen, zoals dispatchcentra van het elektriciteitsnet, toezichthoudende besturingsplatforms en virtuele energiecentrales (VPP's).
Verschillende communicatietechnologieën dienen verschillende doeleinden. CAN en Modbus worden veel gebruikt voor communicatie tussen interne apparaten, terwijl IEC 60870-5-104 en IEC 61850 regelmatig worden overwogen voor communicatie met netgerelateerde systemen. RS-485 biedt een fysieke communicatie-interface, terwijl digitale ingangs- en uitgangssignalen (DI/DO) eenvoudigere status- en besturingsfuncties ondersteunen.
Inzicht in deze verschillen is belangrijk bij het ontwerpen van een BESS-communicatiearchitectuur. De protocolkeuze beïnvloedt de compatibiliteit van apparatuur, gegevensuitwisseling, besturingsrespons, systeemintegratie en het vermogen van het opslagsysteem om te voldoen aan de projectspecifieke netvereisten.
Dit artikel legt uit hoe communicatie binnen en buiten een BESS werkt, welke protocollen en interfaces veel worden gebruikt, hoe verschillende communicatietechnologieën worden geïntegreerd en waarmee engineers rekening moeten houden bij het selecteren van een communicatieoplossing.
1. Hoe werkt de communicatie in een batterij-energieopslagsysteem?
De communicatie in een BESS kan over het algemeen worden onderverdeeld in twee niveaus: interne communicatie en externe communicatie.
Interne communicatie verbindt de apparatuur binnen het energieopslagsysteem. Hierdoor kunnen batterijcontrollers, PCS-eenheden, meters, omgevingsbewakingsapparatuur, brandbeveiligingssystemen en EMS-platforms bedrijfsinformatie met elkaar uitwisselen.
Externe communicatie verbindt de BESS met systemen buiten de installatie. Dit kunnen dispatchcentra van het elektriciteitsnet, distributienetbeheerders, SCADA-systemen op installatieniveau, VPP-platforms en platforms voor bewaking op afstand zijn.
Hoewel beide niveaus verschillende doeleinden dienen, zijn ze nauw met elkaar verbonden. Informatie die door interne apparaten wordt verzameld, wordt door het EMS of een communicatiegateway verwerkt voordat deze naar een extern platform wordt verzonden. In de tegenovergestelde richting kunnen externe bedrijfsinstructies door het EMS worden ontvangen en naar de relevante apparatuur worden doorgestuurd.
Interne communicatie: BESS-apparatuur verbinden
Binnen een BESS heeft elk apparaat een specifieke bewakings- of besturingsfunctie.
Het batterijbeheersysteem (BMS) bewaakt de bedrijfsomstandigheden van de batterij, waaronder celspanning, temperatuur, stroom en laadtoestand (SOC). Afhankelijk van de systeemarchitectuur kunnen batterijbewakingseenheden informatie op celniveau verzamelen en deze doorsturen naar een batterijcontroller of het BMS.
De PCS wisselt informatie uit met het BMS en EMS om het laden en ontladen te coördineren. Typische gegevens omvatten de bedrijfsgrenzen van de batterij, het actieve vermogen, het reactieve vermogen, de bedrijfsstatus en storingsinformatie.
Het EMS verzamelt informatie van de PCS, het BMS, energiemeters en andere subsystemen. Op basis van deze informatie beheert het de laadschema's, het uitgangsvermogen, de bedrijfsmodi en de energiedistributie volgens de besturingsstrategie van het project.
De volgende tabel illustreert veelvoorkomende communicatieverbindingen binnen een BESS.
| Apparatuurverbinding | Gangbare communicatiemethode | Typische uitgewisselde informatie |
| Batterijbewakingseenheid ↔ Batterijcontroller | CAN | Celspanning, temperatuur, meetgegevens |
| BMS ↔ PCS | CAN or Modbus | SOC, spanning, stroom, laad-/ontlaadlimieten, alarmen |
| PCS ↔ EMS | Modbus TCP of Modbus RTU | Actief/reactief vermogen, bedrijfsstatus, besturingscommando's |
| Energiemeter ↔ EMS | Modbus RTU of Modbus TCP | Spanning, stroom, vermogen, frequentie, energie |
| EMS ↔ Extern platform | IEC 60870-5-104, IEC 61850 of andere projectspecifieke interfaces | Meetgegevens, status, alarmen, besturingscommando's |
Dit zijn typische voorbeelden en geen universeel geldende vereisten. De daadwerkelijke communicatiemethoden zijn afhankelijk van de fabrikanten van de apparatuur, de systeemarchitectuur, de beschikbare interfaces en de projectspecificaties.
Een batterijsysteem kan bijvoorbeeld CAN gebruiken tussen de batterijcontrollers en het BMS, terwijl de PCS via Modbus TCP met het EMS communiceert. Een ander systeem kan voor bepaalde interne apparaten Modbus RTU gebruiken. De communicatiearchitectuur moet daarom tijdens de apparatuurselectie en systeemintegratie worden bevestigd.
Externe communicatie: de BESS verbinden met het elektriciteitsnet en energieplatforms.
Externe communicatie: de BESS verbinden met het elektriciteitsnet en energieplatforms
Externe communicatie maakt het mogelijk dat een BESS deelneemt aan bredere activiteiten binnen het elektriciteitssysteem.
Bij netgekoppelde projecten moet het opslagsysteem mogelijk realtime bedrijfsinformatie doorsturen naar een dispatchcentrum van het elektriciteitsnet. Dit kan bestaan uit actief vermogen, reactief vermogen, SOC, spanning, stroom, frequentie, bedrijfsstatus en alarmen.
Het dispatchcentrum van het elektriciteitsnet kan ook bedrijfsinstructies versturen, zoals instelwaarden voor actief vermogen, commando's voor reactief vermogen, eisen aan de arbeidsfactor of andere besturingssignalen die in het project zijn vastgelegd.
Bij VPP-toepassingen ondersteunt communicatie de gecoördineerde werking van meerdere gedistribueerde energiebronnen. Een VPP-platform kan verschillende opslagsystemen, fotovoltaïsche installaties en andere regelbare energiebronnen bewaken. Het kan hun beschikbare capaciteit samenvoegen en het laden of ontladen coördineren op basis van marktsignalen of netvereisten.
De externe communicatie-interface moet daarom de gegevenspunten, besturingsfuncties, rapportagevereisten en responskarakteristieken ondersteunen die in het project zijn vastgelegd.
2. Externe communicatieprotocollen die in BESS worden gebruikt
Externe communicatieprotocollen worden geselecteerd op basis van de vereisten voor de netaansluiting, het ontvangende platform en de functies die het energieopslagsysteem moet uitvoeren.
Twee belangrijke normen voor toepassingen in elektriciteitssystemen zijn IEC 60870-5-104 en IEC 61850. Ze zijn niet in alle toepassingen onderling uitwisselbaar. Het gebruik ervan hangt af van de communicatiearchitectuur die voor het project is vastgelegd.
IEC 60870-5-104: communicatie met dispatchsystemen van het elektriciteitsnet
IEC 60870-5-104, algemeen bekend als IEC 104, is een telecontroleprotocol dat wordt gebruikt voor bewaking en besturing van elektriciteitssystemen.
Het werkt via TCP/IP-netwerken en wordt veel gebruikt voor communicatie tussen onderstations, controlecentra en andere apparatuur binnen elektriciteitssystemen. De standaard TCP-poort is 2404.
Bij een BESS-project kan IEC 104 een interface vormen tussen het EMS of een communicatiegateway en een extern dispatchsysteem van het elektriciteitsnet.
Het werkt via TCP/IP-netwerken en wordt veel gebruikt voor communicatie tussen onderstations, controlecentra en andere apparatuur binnen elektriciteitssystemen. De standaard TCP-poort is 2404.
Bij een BESS-project kan IEC 104 een interface vormen tussen het EMS of een communicatiegateway en een extern dispatchsysteem van het elektriciteitsnet.
Typische gegevensuitwisseling omvat:
- Telemetrie: Actief vermogen, reactief vermogen, spanning, stroom, frequentie, SOC en andere meetgegevens.
- Tele-indicatie: Bedrijfstoestanden, schakelaarstanden, beschikbaarheid van apparatuur en alarminformatie.
- Telebesturing: Besturingscommando's op afstand, zoals schakelcommando's of instelwaarden voor actief vermogen, indien ondersteund door het project.
- Tele-instelling: Aanpassing van instelwaarden en andere bedrijfsparameters, afhankelijk van de geconfigureerde besturingsfuncties.
Een dispatchcentrum van het elektriciteitsnet kan bijvoorbeeld via IEC 104 een commando voor actief vermogen naar een BESS sturen. Het EMS ontvangt het commando, controleert of het binnen het toegestane bedrijfsbereik valt en coördineert de reactie via de PCS en het batterijbesturingssysteem.
De daadwerkelijke besturingsvolgorde hangt af van de besturingslogica van het project, de mogelijkheden van de apparatuur en de netvereisten. Een communicatieprotocol kan een commando verzenden, maar bepaalt niet zelfstandig of het batterijsysteem dit commando mag uitvoeren.
IEC 104 wordt daarom vaak overwogen voor projecten die gestandaardiseerde telecontrolcommunicatie met dispatchsystemen van het elektriciteitsnet vereisen.
IEC 61850: Communicatie in digitale onderstations en automatiseringssystemen voor elektriciteitsnetten
IEC 61850 is een bredere communicatiestandaard voor automatisering van elektriciteitsnetten. De norm definieert datamodellen, communicatiediensten en engineeringmethoden voor de uitwisseling van informatie tussen intelligente elektronische apparaten (IED's).
Bij BESS-projecten kan IEC 61850 vereist zijn wanneer het opslagsysteem moet worden geïntegreerd met digitale onderstations, automatiseringssystemen van netbeheerders of andere energie-infrastructuur die gebruikmaakt van IEC 61850-gebaseerde communicatie.
Drie belangrijke communicatiemechanismen die bij IEC 61850 horen, zijn MMS, GOOSE en Sampled Values (SV).
MMS (Manufacturing Message Specification)
MMS ondersteunt client-servercommunicatie tussen apparaten en toezichthoudende systemen. Het wordt vaak gebruikt om meetwaarden, apparatuurstatussen, rapporten en besturingsgerelateerde informatie uit te lezen.
Bij een BESS-toepassing kan een EMS of gateway MMS-gebaseerde communicatie gebruiken om bedrijfsinformatie uit te wisselen met een onderstationsysteem dat compatibel is met IEC 61850.
GOOSE (Generic Object-Oriented Substation Event)
GOOSE ondersteunt gebeurtenisgestuurde communicatie tussen intelligente elektronische apparaten. Het is ontworpen voor de snelle overdracht van statuswijzigingen en gebeurtenisinformatie.
Typische toepassingen zijn beveiligingsgerelateerde signalen, vergrendelingen en coördinatie tussen onderstationapparaten. In een BESS-installatie kan GOOSE worden gebruikt wanneer het project een snelle uitwisseling van gebeurtenissen of beveiligingsgerelateerde coördinatie tussen compatibele apparaten vereist.
SV (Sampled Values)
Sampled Values worden gebruikt om bemonsterde meetgegevens te verzenden, doorgaans metingen van stroom en spanning, binnen architecturen van digitale onderstations.
Ze zijn met name relevant voor process-bustoepassingen in digitale onderstations. Of SV vereist is in een BESS-project, hangt af van het ontwerp van het onderstation en de meetarchitectuur.
Het is belangrijk om deze mechanismen van elkaar te onderscheiden en IEC 61850 niet als één enkele communicatiefunctie te beschouwen. MMS, GOOSE en SV hebben elk een ander doel. Hun prestaties zijn afhankelijk van het netwerkontwerp, de implementatie en configuratie van de apparaten en de specifieke toepassing.
Niet elk BESS-project vereist alle drie de mechanismen. De vereiste IEC 61850-diensten moeten worden afgestemd op de netaansluitspecificatie en de interfacevereisten van het ontvangende systeem.
Communicatie tussen een BESS en virtuele energiecentrales
Een virtuele energiecentrale bundelt meerdere gedistribueerde energiebronnen en coördineert hun werking via een centraal platform.
Een BESS die is aangesloten op een VPP moet mogelijk de volgende informatie aanleveren:
- Beschikbaar laad- en ontlaadvermogen
- Actueel actief en reactief vermogen
- SOC en beschikbare energie
- Bedrijfsstatus en alarmen
- Beschikbaarheid en operationele beperkingen
De VPP kan commando's versturen om het systeem te laden of te ontladen, of het actieve vermogen aan te passen volgens de eigen dispatchstrategie.
In tegenstelling tot een conventionele interface voor netdispatch kunnen de communicatievereisten van VPP's aanzienlijk verschillen per platformbeheerder en energiemarkt. Sommige projecten gebruiken gestandaardiseerde protocollen voor elektriciteitssystemen, terwijl andere vertrouwen op leveranciersspecifieke API's of op IoT gebaseerde communicatie-interfaces.
In het communicatieontwerp moet duidelijk worden vastgelegd welk systeem verantwoordelijk is voor het versturen van besturingscommando's, hoe operationele limieten worden gehandhaafd en hoe conflicterende commando's worden afgehandeld. Deze aspecten zijn vooral belangrijk wanneer de BESS zowel op lokale EMS-strategieën als op externe dispatchinstructies moet reageren.
3. Interne communicatieprotocollen die in BESS worden gebruikt
Interne communicatietechnologieën verbinden de verschillende apparaten binnen een energieopslagsysteem. De keuze hangt af van de hoeveelheid uitgewisselde gegevens, de communicatieafstand, de vereiste responstijd, de apparaatinterfaces en de systeemarchitectuur.
In BESS-ontwerpen worden verschillende communicatietechnologieën veel toegepast, maar ze behoren niet allemaal tot dezelfde technische categorie.
CAN-bus: communicatie tussen batterijcontrollers en BMS
Controller Area Network (CAN) is een communicatiebus die veel wordt gebruikt in embedded besturingssystemen en batterijbeheertoepassingen.
Binnen een BESS wordt CAN doorgaans gebruikt om informatie uit te wisselen tussen batterijbewakingseenheden, batterijcontrollers en andere compatibele besturingsapparaten.
Typische gegevens zijn onder meer:
- Celspanning en temperatuurgegevens
- Batterijspanning en -stroom
- SOC en State of Health (SOH)
- Laad- en ontlaadlimieten
- Batterijalarmen en beveiligingsstatus
CAN is geschikt voor communicatie tussen gedistribueerde besturingsapparaten die een betrouwbare berichtenuitwisseling vereisen.
CAN-compatibiliteit houdt echter meer in dan alleen de aanwezigheid van een CAN-poort. Apparaten moeten compatibele communicatiespecificaties gebruiken, waaronder berichtidentificatoren, gegevensformaten, signaaldefinities en communicatie-instellingen.
Bij de integratie van een batterijsysteem moeten het BMS en de aangesloten PCS of batterijcontroller compatibele gegevensdefinities ondersteunen. Anders garandeert een fysieke CAN-verbinding op zichzelf geen correcte gegevensuitwisseling.
Modbus TCP: op Ethernet gebaseerde communicatie tussen apparaten
Modbus TCP is een op Ethernet gebaseerde implementatie van het Modbus-applicatieprotocol. Het wordt veel gebruikt voor communicatie tussen het EMS, de PCS, energiemeters en andere industriële apparaten.
In vergelijking met seriële Modbus-communicatie werkt Modbus TCP via Ethernet-netwerken en gebruikt het TCP/IP voor de gegevensoverdracht.
Typische toepassingen binnen een BESS zijn onder meer:
- Uitlezen van bedrijfsparameters van de PCS
- Bewaken van meetgegevens van energiemeters
- Uitwisselen van instelwaarden voor actief en reactief vermogen
- Uitlezen van apparatuurstatussen en alarmen
- Communicatie met industriële controllers en bewakingssystemen
Het EMS kan bijvoorbeeld via Modbus TCP het actieve vermogen, reactieve vermogen, de DC-spanning en de bedrijfsstatus van de PCS uitlezen. Vervolgens kan het deze informatie gebruiken om de laad- en ontlaadstrategie van het systeem te coördineren.
Modbus TCP is relatief eenvoudig te integreren wanneer de aangesloten apparaten compatibele registerkaarten en communicatie-instellingen bieden.
Tijdens de integratie moeten engineers de registeradressen, gegevenstypen, bytevolgorde, schaalfactoren, eenheden en lees- en schrijfrechten controleren. Twee apparaten kunnen beide Modbus TCP ondersteunen, maar toch geen bruikbare gegevens uitwisselen wanneer hun registerdefinities van elkaar verschillen.
Modbus RTU: seriële communicatie tussen BESS-apparaten
Modbus RTU is een seriële implementatie van het Modbus-protocol. Het wordt veel gebruikt voor communicatie tussen industriële apparaten via seriële interfaces, met name RS-485.
Binnen een BESS kan Modbus RTU energiemeters, omgevingsbewakingsapparatuur, vermogensapparatuur en andere subsystemen verbinden met het EMS of een communicatiegateway.
Typische uitgewisselde gegevens zijn onder meer:
- Spannings- en stroommetingen
- Actief en reactief vermogen
- Frequentie en arbeidsfactor
- Energieverbruik en energieopwekking
- Bedrijfsstatus van apparatuur
Een veelgebruikte configuratie maakt gebruik van een RS-485-seriële verbinding met Modbus RTU-communicatie. Meerdere apparaten kunnen dezelfde seriële bus delen, mits de netwerktopologie, apparaatadressering en elektrische vereisten correct zijn ontworpen.
In vergelijking met Ethernet-gebaseerde Modbus TCP vereist Modbus RTU bijzondere aandacht voor de instellingen van de seriële communicatie, waaronder de baudrate, pariteit, stopbits en apparaatadressen.
Bij het ontwerpen van het seriële netwerk moet ook rekening worden gehouden met het aantal apparaten, de communicatieafstand, de pollingfrequentie en het totale gegevensvolume.
RS-485, DI/DO en MQTT: andere communicatie-interfaces
Naast CAN en Modbus kunnen in BESS-installaties ook andere interfaces en communicatietechnologieën worden gebruikt.
Het is belangrijk om hun functies van elkaar te onderscheiden.
Het is belangrijk om hun functies van elkaar te onderscheiden.
RS-485
RS-485 is een standaard voor elektrische interfaces voor seriële communicatie. Deze standaard definieert de elektrische eigenschappen en niet een applicatielaagprotocol voor gegevensuitwisseling.
RS-485 wordt vaak gebruikt als fysieke interface voor Modbus RTU-communicatie tussen het EMS en veldapparatuur.
DI/DO (digitale ingangen en uitgangen)
Digitale ingangen en uitgangen worden gebruikt om eenvoudige binaire signalen tussen apparaten uit te wisselen.
Een BESS kan bijvoorbeeld DI-signalen gebruiken om externe noodstopstatussen, schakelaarstatussen of brandalarmsignalen te ontvangen. DO-signalen kunnen worden gebruikt om apparatuurstatussen door te geven of externe besturingscircuits te activeren.
DI/DO is geschikt voor eenvoudige status- en besturingsfuncties, maar vervangt geen communicatieprotocol dat gestructureerde meetwaarden en gedetailleerde bedrijfsgegevens kan uitwisselen.
MQTT en IoT-communicatie
MQTT is een lichtgewicht berichtenprotocol dat veel wordt gebruikt in IoT-toepassingen. Het ondersteunt berichtenuitwisseling volgens een publish-subscribe-model.
In BESS-projecten kan MQTT worden gebruikt voor bewaking op afstand, cloudgebaseerde gegevensverzameling en communicatie met energiebeheer- of bewakingsplatforms.
Een EMS of gateway kan bijvoorbeeld bedrijfsgegevens publiceren naar een MQTT-broker, zodat een extern platform zich op de relevante informatie kan abonneren.
MQTT is niet automatisch geschikt voor elke toepassing op het gebied van netbesturing. Het gebruik ervan hangt af van de cyberbeveiligingseisen van het project, de netwerkarchitectuur, de verantwoordelijkheden voor de besturing en de vereiste communicatieprestaties.
4. Hoe worden verschillende communicatieprotocollen in een BESS geïntegreerd?
Een BESS maakt zelden gebruik van slechts één communicatietechnologie. Verschillende apparaten kunnen, afhankelijk van hun functie en fabrikant, verschillende protocollen en interfaces gebruiken.
Het EMS of een speciale communicatiegateway speelt doorgaans een belangrijke rol bij het coördineren van deze verbindingen en het beschikbaar stellen van de relevante gegevens aan andere systemen.
Een typische BESS-communicatiearchitectuur
Neem een netgekoppelde BESS met de volgende communicatieconfiguratie als voorbeeld:
- Batterijbewakingseenheden communiceren via CAN met batterijcontrollers.
- Het BMS wisselt via CAN of een andere ondersteunde interface bedrijfsinformatie over de batterij uit met de PCS.
- De PCS communiceert via Modbus TCP met het EMS.
- De energiemeter communiceert via Modbus RTU over RS-485 met het EMS.
- Het EMS of de communicatiegateway wisselt via IEC 60870-5-104 gegevens uit met het externe dispatchsysteem van het elektriciteitsnet.
Dit is een illustratieve architectuur en geen verplichte configuratie. De daadwerkelijke verbindingen zijn afhankelijk van de geselecteerde apparatuur en de communicatievereisten die in het project zijn vastgelegd.
De algehele gegevensstroom kan in drie fasen worden onderverdeeld.
Fase 1: Gegevens verzamelen van interne apparaten
Het EMS verzamelt bedrijfsgegevens van het BMS, de PCS, de energiemeter en andere aangesloten apparaten.
Het BMS levert bijvoorbeeld de SOC en de operationele limieten van de batterij, de PCS verstrekt informatie over het actieve en reactieve vermogen en de energiemeter levert meetgegevens op het netaansluitpunt.
Het EMS gebruikt deze gegevens om inzicht te krijgen in de actuele bedrijfstoestand van het systeem.
Fase 2: Gegevensverwerking en protocolmapping
Het EMS of de gateway organiseert de verzamelde informatie volgens een gemeenschappelijk gegevensmodel of een extern communicatieformaat.
Dit proces omvat meer dan alleen het omzetten van gegevens van het ene protocol naar het andere. Engineers moeten definiëren hoe elk datapunt binnen de aangesloten systemen wordt weergegeven en geïnterpreteerd.
Belangrijke parameters voor de mapping zijn onder meer:
- Register- of objectadres: Identificeert waar de gegevens zich in het bronapparaat bevinden en waar ze in het ontvangende systeem moeten worden weergegeven.
- Gegevenstype: Bepaalt of de waarde een geheel getal, een floating-pointgetal, een Booleaanse waarde of een ander gegevensformaat is.
- Schaalfactor: Bepaalt hoe ruwe registerwaarden worden omgerekend naar technische meetwaarden.
- Meeteenheid: Zorgt ervoor dat waarden zoals kW, kWh, V, A en percentages consistent worden geïnterpreteerd.
- Gegevensrichting: Bepaalt of een datapunt van een apparaat wordt uitgelezen, naar een apparaat wordt geschreven of in beide richtingen wordt uitgewisseld.
- Besturingsbevoegdheden: Legt vast welk systeem bevoegd is om commando's te geven en onder welke voorwaarden.
- Communicatiekwaliteit en time-out: Bepaalt hoe ontbrekende, vertraagde of ongeldige gegevens worden herkend en afgehandeld.
De PCS kan bijvoorbeeld het actieve vermogen beschikbaar stellen via een Modbus-register. Het EMS leest deze waarde uit, past het juiste gegevenstype en de juiste schaalfactor toe en koppelt de waarde aan het overeenkomstige IEC 104-informatieobject voor verzending naar het dispatchcentrum van het elektriciteitsnet.
Als het register onjuist wordt geïnterpreteerd, kan het externe systeem een verkeerde vermogenswaarde ontvangen, ook al functioneert de fysieke communicatieverbinding correct.
Fase 3: Externe gegevensuitwisseling en uitvoering van besturingscommando's
Nadat het EMS of de gateway de benodigde gegevens heeft voorbereid, verzendt het meetwaarden, apparatuurstatussen en alarmen via het geconfigureerde protocol naar het externe platform.
Commando's die van het externe systeem worden ontvangen, volgen de omgekeerde route. Het EMS controleert het commando aan de hand van de operationele limieten en besturingslogica van het systeem voordat het de betreffende instelwaarde of instructie doorstuurt naar de PCS.
Het BMS blijft de operationele beperkingen van de batterij bewaken en handhaven. Een extern laadcommando overschrijft bijvoorbeeld niet de toegestane laadstroom of temperatuurlimieten van de batterij.
Deze scheiding van verantwoordelijkheden is belangrijk. Het externe systeem levert dispatchinstructies, het EMS coördineert de werking op systeemniveau en de batterij- en vermogensomzettingssystemen handhaven elk de limieten die voor hun eigen apparatuur gelden.
Veelvoorkomende problemen bij communicatie-integratie
Problemen met communicatie-integratie worden niet altijd veroorzaakt door een verkeerde kabelaansluiting. In veel gevallen functioneert het fysieke netwerk normaal, maar interpreteren of verwerken de aangesloten apparaten de gegevens op verschillende manieren.
Veelvoorkomende problemen zijn onder meer:
- Onjuiste Modbus-registermapping: Het EMS leest het verkeerde register uit of gebruikt een onjuist adres.
- Inconsistente gegevensschaling of meeteenheden: Een waarde wordt geïnterpreteerd met een verkeerde vermenigvuldigingsfactor of technische meeteenheid.
- CAN-communicatiestoring: Batterijcontrollers kunnen de vereiste informatie niet uitwisselen met het BMS of andere aangesloten apparaten.
- Communicatie-time-out: Een apparaat reageert niet binnen de ingestelde tijd, waardoor gegevens ontbreken of verouderd zijn.
- Onjuiste apparaatadressering: Meerdere seriële apparaten gebruiken conflicterende adressen of zijn verkeerd geconfigureerd.
- Incompatibele protocolimplementaties: Twee apparaten ondersteunen hetzelfde protocol, maar gebruiken verschillende gegevensdefinities, communicatie-instellingen of optionele functies.
- Verlies van externe communicatie: Het EMS of de gateway verliest de verbinding met het dispatchcentrum of het externe platform.
Deze problemen kunnen leiden tot ontbrekende meetwaarden, onjuiste apparatuurstatussen, mislukte besturingscommando's of onderbrekingen in de gecoördineerde werking van het systeem.
Daarom moeten communicatietests niet alleen controleren of apparaten verbinding kunnen maken, maar ook of gegevens correct worden geïnterpreteerd, besturingscommando's zoals bedoeld worden uitgevoerd en communicatiestoringen op de juiste manier worden gedetecteerd en afgehandeld.
5. Hoe selecteert u het juiste communicatieprotocol voor een BESS-project?
Er bestaat geen enkel communicatieprotocol dat geschikt is voor elke BESS-installatie. De keuze moet worden gebaseerd op de aangesloten apparatuur, de vereisten voor externe interfaces, de besturingsfuncties en de bedrijfsomstandigheden van het project.
Controleer de netaansluitings- en externe communicatievereisten
Bij netgekoppelde projecten kan de netbeheerder of de bevoegde dispatchinstantie het vereiste communicatieprotocol en de functies voor gegevensuitwisseling voorschrijven.
Een project kan bijvoorbeeld IEC 60870-5-104 vereisen voor telemetrie en besturing op afstand. Voor een ander project met een digitaal onderstation kunnen IEC 61850-diensten vereist zijn.
Deze vereisten moeten worden bevestigd voordat het EMS en de communicatiegateway worden geselecteerd. Anders kunnen tijdens de inbedrijfstelling aanvullende apparatuur voor protocolconversie of softwareontwikkeling nodig zijn.
Controleer de communicatiecompatibiliteit tussen apparaten
Het BMS, de PCS, het EMS, de energiemeters en andere apparaten moeten compatibele communicatie-interfaces en gegevensdefinities ondersteunen.
Bij de beoordeling van apparatuur moeten engineers het volgende controleren:
- Ondersteunde communicatieprotocollen en fysieke interfaces
- Communicatieregisterkaarten en datapuntlijsten
- Gegevenstypen, meeteenheden en schaalfactoren
- Lees- en schrijfrechten en besturingsfuncties
- Communicatie-instellingen en netwerkvereisten
- eschikbare protocoldocumentatie en integratieondersteuning
Een apparaat dat bijvoorbeeld Modbus TCP ondersteunt, is niet noodzakelijk compatibel met elk ander Modbus TCP-apparaat zonder registermapping en configuratie.
Houd rekening met de gegevens- en besturingsvereisten van het systeem
Verschillende communicatietechnologieën zijn geschikt voor verschillende vereisten op het gebied van gegevensuitwisseling.
CAN wordt doorgaans gebruikt voor communicatie tussen batterijbesturingsapparaten. Modbus TCP en Modbus RTU worden veel toegepast voor de bewaking en besturing van industriële apparatuur. IEC 104 en IEC 61850 worden overwogen wanneer het project communicatie met dispatchsystemen van het elektriciteitsnet of automatiseringssystemen voor elektriciteitsnetten vereist.
Bij de keuze moet rekening worden gehouden met de hoeveelheid gegevens, de communicatiefrequentie, de responstijdvereisten en het aantal aangesloten apparaten.
Voor toepassingen met beveiligingsfuncties of snelle gebeurtenisuitwisseling kan het project specifieke communicatiediensten en netwerkprestaties vereisen. Deze vereisten moeten op systeemniveau worden beoordeeld en mogen niet uitsluitend op basis van de protocolnaam worden aangenomen.
Beoordeel de integratiemogelijkheden van de gateway en het EMS
Wanneer meerdere communicatieprotocollen worden gebruikt, moeten het EMS of de gateway de vereiste interfaces en functies voor gegevensmapping ondersteunen.
Een geschikte integratieoplossing moet informatie van verschillende apparaten kunnen verzamelen, gegevens kunnen normaliseren, externe communicatiepunten kunnen koppelen en besturingscommando's kunnen beheren.
Engineers moeten ook controleren hoe het systeem omgaat met communicatieverlies, ongeldige gegevens, het opnieuw verbinden van apparaten en conflicterende besturingscommando's.
Deze functies zijn belangrijk voor projecten waarin batterijopslag wordt gecombineerd met fotovoltaïsche systemen, dieselgeneratoren, netaansluitingen of VPP-platforms.
Houd rekening met cyberbeveiliging en netwerkontwerp
Bij het communicatieontwerp moet ook rekening worden gehouden met netwerksegmentatie, toegangscontrole, authenticatie en beveiligde toegang op afstand.
De BESS kan informatie uitwisselen met interne besturingsapparaten, SCADA-systemen op installatieniveau, dispatchcentra van het elektriciteitsnet en cloudplatforms. Deze verbindingen mogen niet automatisch onbeperkte toegang tot hetzelfde netwerk delen.
De netwerkarchitectuur en cyberbeveiligingsmaatregelen moeten voldoen aan de vereisten van het project, de fabrikanten van de apparatuur en de relevante omgeving voor netbeheer of industriële besturing.
Conclusie
Communicatieprotocollen verbinden de interne apparatuur van een BESS en stellen het opslagsysteem in staat om informatie uit te wisselen met externe net- en energieplatforms.
Binnen het systeem worden CAN en Modbus veel gebruikt voor communicatie tussen batterijcontrollers, PCS-eenheden, meters en het EMS. Voor externe communicatie kunnen IEC 60870-5-104 en IEC 61850 worden gebruikt, afhankelijk van de vereisten voor de netaansluiting en automatisering van elektriciteitssystemen. Andere interfaces, waaronder RS-485 en DI/DO, vervullen aanvullende communicatiefuncties.
Een succesvolle integratie hangt van meer af dan alleen protocolondersteuning. Apparaatcompatibiliteit, gegevensmapping, besturingsbevoegdheden, netwerkontwerp en de afhandeling van communicatiestoringen bepalen mede of informatie correct kan worden uitgewisseld en geïnterpreteerd..
Bij BESS-projecten moeten deze vereisten al tijdens de apparatuurselectie en systeemengineering worden meegenomen, in plaats van ze uit te stellen tot de inbedrijfstelling. Een goed ontworpen communicatiearchitectuur helpt het opslagsysteem zijn interne apparaten te coördineren, te reageren op externe bedrijfsinstructies en betrouwbaar te integreren in het bredere elektriciteitssysteem.
Veelgestelde vragen
Welke communicatieprotocollen worden doorgaans gebruikt in batterij-energieopslagsystemen?
Veelgebruikte communicatietechnologieën zijn CAN, Modbus TCP, Modbus RTU, IEC 60870-5-104 en IEC 61850. RS-485 wordt vaak gebruikt als seriële communicatie-interface, terwijl DI/DO-signalen eenvoudige status- en besturingsfuncties ondersteunen. MQTT kan ook worden gebruikt voor bewaking op afstand en IoT-gebaseerde gegevensuitwisseling.
De daadwerkelijke combinatie hangt af van de BESS-architectuur en de projecteisen.
Wat is het verschil tussen Modbus TCP en Modbus RTU in een BESS?
Modbus TCP gebruikt Ethernet en TCP/IP voor communicatie, terwijl Modbus RTU gebruikmaakt van seriële communicatie, doorgaans via RS-485.
Modbus TCP wordt vaak gebruikt voor communicatie tussen het EMS en apparaten met een Ethernet-interface, zoals PCS-eenheden. Modbus RTU wordt doorgaans gebruikt voor energiemeters en andere veldapparaten met seriële interfaces.
Beide protocollen kunnen meetwaarden, bedrijfsstatussen en ondersteunde besturingscommando's uitwisselen, mits de apparaten compatibele gegevensdefinities hebben.
Modbus TCP wordt vaak gebruikt voor communicatie tussen het EMS en apparaten met een Ethernet-interface, zoals PCS-eenheden. Modbus RTU wordt doorgaans gebruikt voor energiemeters en andere veldapparaten met seriële interfaces.
Beide protocollen kunnen meetwaarden, bedrijfsstatussen en ondersteunde besturingscommando's uitwisselen, mits de apparaten compatibele gegevensdefinities hebben.
Wat is het verschil tussen IEC 104 en IEC 61850?
IEC 60870-5-104 is een telecontroleprotocol dat veel wordt gebruikt voor communicatie tussen controlecentra en apparatuur binnen elektriciteitssystemen.
IEC 61850 is een bredere standaard voor automatisering van elektriciteitsnetten die datamodellen en communicatiediensten definieert. De mechanismen MMS, GOOSE en SV ondersteunen verschillende toepassingen, waaronder de uitwisseling van toezichthoudende gegevens, gebeurtenisgestuurde communicatie en de overdracht van bemonsterde meetgegevens.
De geschikte norm hangt af van de vereisten voor de netaansluiting en de communicatie met het onderstation.
IEC 61850 is een bredere standaard voor automatisering van elektriciteitsnetten die datamodellen en communicatiediensten definieert. De mechanismen MMS, GOOSE en SV ondersteunen verschillende toepassingen, waaronder de uitwisseling van toezichthoudende gegevens, gebeurtenisgestuurde communicatie en de overdracht van bemonsterde meetgegevens.
De geschikte norm hangt af van de vereisten voor de netaansluiting en de communicatie met het onderstation.
Kan een BESS meerdere communicatieprotocollen tegelijkertijd gebruiken?
Ja. Een BESS gebruikt doorgaans meerdere communicatietechnologieën, omdat verschillende apparaten verschillende interfacevereisten hebben.
Batterijcontrollers kunnen bijvoorbeeld CAN gebruiken, de PCS kan via Modbus TCP met het EMS communiceren en het EMS kan via IEC 104 informatie uitwisselen met een dispatchcentrum van het elektriciteitsnet.
Het EMS of een communicatiegateway coördineert de gegevensuitwisseling en protocolmapping tussen deze systemen.
Is RS-485 een communicatieprotocol?
Nee. RS-485 is een standaard voor elektrische interfaces die de elektrische eigenschappen van seriële communicatie definieert.
Het wordt vaak gebruikt als fysieke interface voor protocollen zoals Modbus RTU. De interface bepaalt hoe signalen elektrisch worden verzonden, terwijl het communicatieprotocol bepaalt hoe gegevens worden gestructureerd en uitgewisseld.
Heeft elk BESS-project IEC 61850 nodig?
Nee. IEC 61850 is alleen vereist wanneer dit in het project wordt voorgeschreven of nodig is voor integratie met compatibele automatiseringssystemen voor elektriciteitsnetten, zoals digitale onderstations.
Veel BESS-projecten gebruiken IEC 104 of andere interfaces voor externe communicatie. Het vereiste protocol moet tijdens de engineering- en ontwerpfase worden afgestemd met de netbeheerder en het ontvangende systeem.
Problemen met een laag batterijniveau in energieopslagsystemen: veelvoorkomende oorzaken en oplossingen
