Protocolos de comunicação BESS: como os sistemas de armazenamento de energia comunicam interna e externamente
autor: HT Infinite Power
2026-11-10
Introdução
Um sistema de armazenamento de energia em baterias (BESS) é composto por vários dispositivos que precisam trocar informações para operar de forma coordenada. Os sistemas de gerenciamento de baterias (BMS) monitoram as condições das células, os sistemas de conversão de potência (PCS) regulam a carga e a descarga, os sistemas de gerenciamento de energia (EMS) coordenam as estratégias operacionais e os medidores monitoram os parâmetros elétricos em diferentes pontos da instalação.
Esses dispositivos não podem operar de forma independente. Eles precisam trocar medições, estados operacionais, alarmes, sinais de proteção e comandos de controle. O BESS também deve se comunicar com sistemas externos, como centros de despacho da rede elétrica, plataformas de controle supervisório e usinas virtuais de energia (VPPs).
Diferentes tecnologias de comunicação atendem a diferentes finalidades. CAN e Modbus são comumente utilizados na comunicação entre dispositivos internos, enquanto IEC 60870-5-104 e IEC 61850 são frequentemente considerados para a comunicação com sistemas relacionados à rede elétrica. RS-485 fornece uma interface física de comunicação, enquanto os sinais de entrada e saída digitais (DI/DO) permitem funções mais simples de monitoramento de status e controle.
Compreender essas diferenças é importante ao projetar uma arquitetura de comunicação para um BESS. A seleção dos protocolos afeta a compatibilidade dos equipamentos, a troca de dados, o tempo de resposta dos controles, a integração do sistema e a capacidade do sistema de armazenamento de atender aos requisitos específicos de conexão à rede elétrica de cada projeto.
Este artigo explica como funciona a comunicação dentro e fora de um BESS, quais protocolos e interfaces são comumente utilizados, como diferentes tecnologias de comunicação são integradas e quais aspectos os engenheiros devem considerar ao selecionar uma solução de comunicação.
1. Como Funciona a Comunicação em um Sistema de Armazenamento de Energia em Baterias?
A comunicação em um BESS geralmente pode ser dividida em dois níveis: comunicação interna e comunicação externa.
A comunicação interna conecta os equipamentos dentro do sistema de armazenamento de energia. Ela permite que controladores de bateria, unidades PCS, medidores, dispositivos de monitoramento ambiental, sistemas de proteção contra incêndio e plataformas EMS troquem informações operacionais.
A comunicação externa conecta o BESS a sistemas fora da instalação. Entre eles podem estar centros de despacho da rede elétrica, operadores de redes de distribuição, sistemas SCADA em nível de planta, plataformas VPP e plataformas de monitoramento remoto.
Embora esses dois níveis tenham finalidades diferentes, eles estão estreitamente interligados. As informações coletadas dos dispositivos internos são processadas pelo EMS ou por um gateway de comunicação antes de serem transmitidas a uma plataforma externa. Na direção oposta, instruções operacionais externas podem ser recebidas pelo EMS e distribuídas aos equipamentos correspondentes.
Comunicação Interna: Conectando os Equipamentos do BESS
Dentro de um BESS, cada dispositivo desempenha uma função específica de monitoramento ou controle.
O sistema de gerenciamento de baterias (BMS) monitora as condições operacionais da bateria, incluindo tensão das células, temperatura, corrente e estado de carga (SOC). Dependendo da arquitetura do sistema, as unidades de monitoramento da bateria podem coletar informações no nível das células e transmiti-las a um controlador de bateria ou ao BMS.
O PCS troca informações com o BMS e o EMS para coordenar os processos de carga e descarga. Os dados típicos incluem limites operacionais da bateria, potência ativa, potência reativa, estado operacional e informações sobre falhas.
O EMS coleta informações do PCS, do BMS, dos medidores de energia e de outros subsistemas. Com base nessas informações, gerencia os cronogramas de carregamento, a potência de saída, os modos de operação e o despacho de energia, de acordo com a estratégia de controle do projeto.
A tabela a seguir ilustra as relações de comunicação mais comuns em um BESS.
| Conexão entre equipamentos | Método de comunicação comum | Informações normalmente trocadas |
| Unidade de Monitoramento da Bateria ↔ Controlador da Bateria | CAN | Tensão das células, temperatura, dados de amostragem |
| BMS ↔ PCS | CAN ou Modbus | SOC, tensão, corrente, limites de carga e descarga, alarmes |
| PCS ↔ EMS | Modbus TCP ou Modbus RTU | Potência ativa/reativa, estado operacional, comandos de controle |
| Medidor de Energia ↔ EMS | Modbus RTU ou Modbus TCP | Tensão, corrente, potência, frequência, energia |
| EMS ↔ Plataforma Externa | IEC 60870-5-104, IEC 61850 ou outras interfaces específicas do projeto | Medições, estados, alarmes, comandos de controle |
Esses são exemplos típicos, e não requisitos universais. Os métodos de comunicação efetivamente utilizados dependem dos fabricantes dos equipamentos, da arquitetura do sistema, da disponibilidade das interfaces e das especificações do projeto.
Por exemplo, um sistema de baterias pode utilizar CAN entre os controladores de bateria e o BMS, enquanto o PCS se comunica com o EMS por meio de Modbus TCP. Outro sistema pode utilizar Modbus RTU para determinados dispositivos internos. Portanto, a arquitetura de comunicação deve ser confirmada durante a seleção dos equipamentos e a integração do sistema.
Comunicação Externa: Conectando o BESS à Rede Elétrica e às Plataformas de Energia
A comunicação externa permite que um BESS participe de operações mais amplas do sistema elétrico.
Em projetos conectados à rede elétrica, o sistema de armazenamento pode precisar transmitir informações operacionais em tempo real a um centro de despacho da rede. Essas informações podem incluir potência ativa, potência reativa, SOC, tensão, corrente, frequência, estado operacional e alarmes.
O centro de despacho da rede também pode enviar instruções operacionais, como referências de potência ativa, comandos de potência reativa, requisitos de fator de potência ou outros sinais de controle especificados pelo projeto.
Em aplicações VPP, a comunicação permite a operação coordenada de múltiplos recursos energéticos distribuídos. Uma plataforma VPP pode monitorar diversos sistemas de armazenamento, instalações fotovoltaicas e outros ativos controláveis. Ela pode agregar a capacidade disponível desses recursos e coordenar os processos de carga ou descarga de acordo com sinais do mercado ou requisitos da rede elétrica.
Portanto, a interface de comunicação externa deve oferecer suporte aos pontos de dados, às funções de controle, aos requisitos de reporte e às características de resposta definidos pelo projeto.
2. Protocolos de Comunicação Externa Utilizados em BESS
Os protocolos de comunicação externa são selecionados de acordo com os requisitos de conexão à rede elétrica, a plataforma de destino e as funções que o sistema de armazenamento de energia precisa executar.
Duas normas importantes em aplicações de sistemas elétricos de potência são a IEC 60870-5-104 e a IEC 61850. Elas não são intercambiáveis em todas as aplicações, e sua utilização depende da arquitetura de comunicação especificada para o projeto.
IEC 60870-5-104: Comunicação com Sistemas de Despacho da Rede Elétrica
A IEC 60870-5-104, comumente chamada de IEC 104, é um protocolo de comunicação de telecontrole utilizado no monitoramento e controle de sistemas elétricos de potência.
Ela opera em redes TCP/IP e é amplamente utilizada na comunicação entre subestações, centros de controle e outros equipamentos de sistemas elétricos de potência. Sua porta TCP padrão é 2404.
Em um projeto BESS, a IEC 104 pode fornecer uma interface entre o EMS ou um gateway de comunicação e um sistema externo de despacho da rede elétrica.
Ela opera em redes TCP/IP e é amplamente utilizada na comunicação entre subestações, centros de controle e outros equipamentos de sistemas elétricos de potência. Sua porta TCP padrão é 2404.
Em um projeto BESS, a IEC 104 pode fornecer uma interface entre o EMS ou um gateway de comunicação e um sistema externo de despacho da rede elétrica.
A troca de dados normalmente inclui:
- Telemedição: Potência ativa, potência reativa, tensão, corrente, frequência, SOC e outras medições.
- Teleindicação: Estados operacionais, posições dos disjuntores, disponibilidade dos equipamentos e informações de alarmes.
- Telecontrole: Comandos de controle remoto, como comandos de manobra ou referências de potência ativa, quando previstos no projeto.
- Teleajuste: Ajustes de referências e outros parâmetros operacionais, dependendo das funções de controle configuradas.
Por exemplo, um centro de despacho da rede elétrica pode enviar um comando de potência ativa a um BESS por meio da IEC 104. O EMS recebe o comando, verifica se ele está dentro da faixa operacional permitida e coordena a resposta por meio do PCS e do sistema de controle da bateria.
A sequência de controle efetiva depende da lógica de controle do projeto, das capacidades dos equipamentos e dos requisitos da rede elétrica. Um protocolo de comunicação pode transmitir um comando, mas não determina, por si só, se o sistema de baterias está autorizado a executá-lo.
Por isso, a IEC 104 é frequentemente considerada em projetos que exigem comunicação de telecontrole padronizada com sistemas de despacho da rede elétrica.
IEC 61850: Comunicação em Subestações Digitais e Sistemas de Automação Elétrica
A IEC 61850 é uma norma de comunicação mais abrangente para a automação de concessionárias de energia elétrica. Ela define modelos de dados, serviços de comunicação e métodos de engenharia para a troca de informações entre dispositivos eletrônicos inteligentes (IEDs).
Em projetos BESS, a IEC 61850 pode ser exigida quando o sistema de armazenamento precisa ser integrado a subestações digitais, sistemas de automação de concessionárias ou outras infraestruturas elétricas que utilizam comunicação baseada na IEC 61850.
Três mecanismos de comunicação importantes associados à IEC 61850 são MMS, GOOSE e Sampled Values (SV).
MMS (Manufacturing Message Specification)
O MMS oferece suporte à comunicação cliente-servidor entre dispositivos e sistemas supervisórios. É comumente utilizado para acessar medições, estados dos equipamentos, relatórios e informações relacionadas ao controle.
Em uma aplicação BESS, um EMS ou gateway pode utilizar comunicação baseada em MMS para trocar informações operacionais com um sistema de subestação compatível com a IEC 61850.
GOOSE (Generic Object-Oriented Substation Event)
O GOOSE oferece suporte à comunicação baseada em eventos entre dispositivos eletrônicos inteligentes. Ele foi projetado para a transmissão rápida de mudanças de estado e informações de eventos.
As aplicações típicas incluem sinais relacionados à proteção, intertravamentos e coordenação entre dispositivos de subestações. Em uma instalação BESS, o GOOSE pode ser utilizado quando o projeto exige troca rápida de eventos ou coordenação relacionada à proteção entre dispositivos compatíveis.
SV (Sampled Values)
O Sampled Values é utilizado para transmitir dados de medição amostrados, normalmente medições de corrente e tensão, em arquiteturas de subestações digitais.
Esse mecanismo é particularmente relevante para aplicações de barramento de processo (process bus) em subestações digitais. A necessidade de utilizar SV em um projeto BESS depende do projeto da subestação e da arquitetura de medição.
É importante distinguir esses mecanismos, em vez de tratar a IEC 61850 como uma única função de comunicação. MMS, GOOSE e SV atendem a finalidades diferentes, e seu desempenho depende do projeto da rede, da implementação dos dispositivos, da configuração e da aplicação.
Nem todos os projetos BESS exigem os três mecanismos. Os serviços IEC 61850 necessários devem ser confirmados com base na especificação de conexão à rede elétrica e nos requisitos de interface do sistema de destino.
Comunicação entre o BESS e as Usinas Virtuais de Energia
Uma usina virtual de energia agrega múltiplos recursos energéticos distribuídos e coordena sua operação por meio de uma plataforma centralizada.
Um BESS conectado a uma VPP pode precisar fornecer informações como:
- Potência disponível para carga e descarga
- Potência ativa e reativa atual
- SOC e energia disponível
- Estado operacional e alarmes
- Disponibilidade e restrições operacionais
A VPP pode enviar comandos de carga, descarga ou ajuste da potência ativa de acordo com sua estratégia de despacho.
Diferentemente de uma interface convencional de despacho da rede elétrica, os requisitos de comunicação das VPPs podem variar consideravelmente entre operadores de plataformas e mercados. Alguns projetos utilizam protocolos padronizados de sistemas elétricos de potência, enquanto outros dependem de APIs específicas dos fornecedores ou de interfaces de comunicação baseadas em IoT.
O projeto de comunicação deve esclarecer qual sistema é responsável por emitir os comandos de controle, como os limites operacionais são aplicados e como comandos conflitantes são tratados. Esses detalhes são particularmente importantes quando o BESS precisa responder tanto às estratégias locais do EMS quanto às instruções externas de despacho.
3. Protocolos de Comunicação Interna Utilizados em BESS
As tecnologias de comunicação interna conectam os diferentes dispositivos dentro de um sistema de armazenamento de energia. A escolha depende da quantidade de dados trocados, da distância de comunicação, dos requisitos de resposta, das interfaces dos dispositivos e da arquitetura do sistema.
Várias tecnologias aparecem com frequência em projetos BESS, mas nem todas pertencem à mesma categoria técnica.
CAN Bus: Comunicação entre Controladores de Bateria e BMS
O Controller Area Network (CAN) é um barramento de comunicação amplamente utilizado em sistemas de controle embarcados e aplicações de gerenciamento de baterias.
Em um BESS, o CAN é comumente utilizado para trocar informações entre unidades de monitoramento da bateria, controladores de bateria e outros dispositivos de controle compatíveis.
Os dados típicos incluem:
- Informações sobre tensão e temperatura das células
- Tensão e corrente da bateria
- SOC e estado de saúde (SOH)
- Limites de carga e descarga
- Alarmes da bateria e estado das proteções
O CAN é adequado para a comunicação entre dispositivos de controle distribuídos que exigem uma troca confiável de mensagens.
No entanto, a compatibilidade com CAN envolve mais do que simplesmente dispor de uma porta CAN. Os dispositivos devem utilizar especificações de comunicação compatíveis, incluindo identificadores de mensagens, formatos de dados, definições de sinais e configurações de comunicação.
Na integração do sistema de baterias, o BMS e o PCS ou controlador de bateria conectado devem oferecer suporte a definições de dados compatíveis. Caso contrário, uma conexão CAN física, por si só, não garantirá a troca correta de informações.
Modbus TCP: Comunicação entre Dispositivos Baseada em Ethernet
O Modbus TCP é uma implementação do protocolo de aplicação Modbus baseada em Ethernet. É comumente utilizado na comunicação entre o EMS, o PCS, os medidores de energia e outros dispositivos industriais.
Em comparação com a comunicação Modbus serial, o Modbus TCP opera em redes Ethernet e utiliza TCP/IP para o transporte de dados.
As aplicações típicas em BESS incluem:
- Leitura de parâmetros operacionais do PCS
- Monitoramento das medições dos medidores de energia
- Troca de referências de potência ativa e reativa
- Leitura de estados dos equipamentos e alarmes
- Comunicação com controladores industriais e sistemas de monitoramento
Por exemplo, o EMS pode ler a potência ativa, a potência reativa, a tensão CC e o estado operacional do PCS por meio do Modbus TCP. Em seguida, pode utilizar essas informações para coordenar a estratégia de carga e descarga do sistema.
O Modbus TCP é relativamente simples de integrar quando os dispositivos conectados fornecem mapas de registradores e configurações de comunicação compatíveis.
Durante a integração, os engenheiros devem verificar os endereços dos registradores, os tipos de dados, a ordem dos bytes, os fatores de escala, as unidades e as permissões de leitura e escrita. Dois dispositivos podem oferecer suporte ao Modbus TCP, mas ainda assim não conseguir trocar dados de forma significativa se suas definições de registradores forem diferentes.
Modbus RTU: Comunicação Serial entre Dispositivos BESS
O Modbus RTU é uma implementação serial do protocolo Modbus. É comumente utilizado na comunicação entre dispositivos industriais por meio de interfaces seriais, especialmente RS-485.
Em um BESS, o Modbus RTU pode conectar medidores de energia, dispositivos de monitoramento ambiental, equipamentos de potência e outros subsistemas ao EMS ou a um gateway de comunicação.
As informações normalmente trocadas incluem:
- Medições de tensão e corrente
- Potência ativa e reativa
- Frequência e fator de potência
- Consumo e geração de energia
- Estado operacional dos equipamentos
Uma configuração comum utiliza uma conexão serial RS-485 com comunicação Modbus RTU. Vários dispositivos podem compartilhar um mesmo barramento serial, desde que a topologia da rede, o endereçamento dos dispositivos e os requisitos elétricos sejam projetados corretamente.
Em comparação com o Modbus TCP baseado em Ethernet, o Modbus RTU exige atenção às configurações de comunicação serial, incluindo taxa de transmissão (baud rate), paridade, bits de parada e endereços dos dispositivos.
O número de dispositivos, a distância de comunicação, a frequência de consulta e o volume total de dados também devem ser considerados durante o projeto da rede serial.
RS-485, DI/DO e MQTT: Outras Interfaces e Tecnologias de Comunicação
Além de CAN e Modbus, as instalações BESS podem utilizar outras interfaces e tecnologias de comunicação.
É importante distinguir suas respectivas funções.
RS-485
RS-485 é uma norma de interface elétrica para comunicação serial. Ela define características elétricas, e não um protocolo de dados em nível de aplicação.
É comumente utilizada como interface física para a comunicação Modbus RTU entre o EMS e os dispositivos de campo.
DI/DO (Entrada e Saída Digital)
As entradas e saídas digitais são utilizadas para trocar sinais binários simples entre dispositivos.
Por exemplo, um BESS pode utilizar sinais DI para receber informações externas sobre o estado de parada de emergência, o estado dos disjuntores ou sinais de alarme de incêndio. Os sinais DO podem ser utilizados para transmitir o estado dos equipamentos ou acionar circuitos externos de controle.
DI/DO é útil para funções simples de monitoramento de status e controle, mas não substitui um protocolo de comunicação capaz de trocar medições estruturadas e dados operacionais detalhados.
MQTT e Comunicação IoT
MQTT é um protocolo de mensagens leve, comumente utilizado em aplicações IoT. Ele permite a troca de mensagens por meio de um modelo de publicação e assinatura (publish-subscribe).
Em projetos BESS, o MQTT pode ser utilizado para monitoramento remoto, coleta de dados baseada em nuvem e comunicação com plataformas de gerenciamento de energia ou monitoramento.
Por exemplo, um EMS ou gateway pode publicar dados operacionais em um broker MQTT, permitindo que uma plataforma remota assine e receba as informações relevantes.
O MQTT não é automaticamente adequado para todas as aplicações de controle da rede elétrica. Sua utilização depende dos requisitos de cibersegurança do projeto, da arquitetura da rede, das responsabilidades de controle e dos requisitos de desempenho da comunicação.
4. Como Diferentes Protocolos de Comunicação São Integrados em um BESS?
Um BESS raramente depende de apenas uma tecnologia de comunicação. Diferentes dispositivos podem utilizar protocolos e interfaces distintos, de acordo com suas funções e fabricantes.
O EMS ou um gateway de comunicação dedicado geralmente desempenha um papel importante na coordenação dessas conexões e na disponibilização dos dados relevantes para outros sistemas.
Uma Arquitetura Típica de Comunicação BESS
Considere um BESS conectado à rede elétrica com a seguinte configuração de comunicação:
- As unidades de monitoramento da bateria se comunicam com os controladores de bateria por meio de CAN.
- O BMS troca informações operacionais da bateria com o PCS por meio de CAN ou outra interface compatível.
- O PCS se comunica com o EMS por meio de Modbus TCP.
- O medidor de energia se comunica com o EMS por meio de Modbus RTU via RS-485.
- O EMS ou gateway de comunicação troca dados com o sistema externo de despacho da rede elétrica por meio da IEC 60870-5-104.
Esta é uma arquitetura ilustrativa, e não uma configuração obrigatória. As conexões efetivas dependem dos equipamentos selecionados e dos requisitos de comunicação especificados para o projeto.
O fluxo geral de dados pode ser compreendido em três etapas.Etapa 1: Coleta de Dados dos Dispositivos Internos
O EMS coleta dados operacionais do BMS, do PCS, do medidor de energia e de outros dispositivos conectados.
Por exemplo, o BMS fornece o SOC e os limites operacionais da bateria, o PCS fornece informações sobre potência ativa e reativa, e o medidor de energia fornece medições no ponto de conexão com a rede elétrica.
O EMS utiliza essas informações para compreender as condições operacionais atuais do sistema.
Etapa 2: Processamento de Dados e Mapeamento de Protocolos
O EMS ou gateway organiza as informações coletadas em um modelo de dados comum ou em um formato de comunicação externa.
Esse processo envolve mais do que converter dados de um protocolo para outro. Os engenheiros precisam definir como cada ponto de dados é representado e interpretado em todos os sistemas conectados.
Os principais parâmetros de mapeamento incluem:
- Endereço de registrador ou objeto: Identifica onde os dados estão localizados no dispositivo de origem e onde devem aparecer no sistema de destino.
- Tipo de dado: Define se o valor é um número inteiro, um número de ponto flutuante, um valor booleano ou outro formato de dados.
- Fator de escala: Determina como os valores brutos dos registradores são convertidos em valores de engenharia.
- Unidade de medição: Garante que valores como kW, kWh, V, A e porcentagem sejam interpretados de maneira consistente.
- Direção dos dados: Define se o ponto é lido de um dispositivo, gravado em um dispositivo ou trocado em ambas as direções.
- Permissões de controle: Especifica qual sistema está autorizado a emitir comandos e sob quais condições.
- Qualidade da comunicação e tempo limite (timeout): Determina como dados ausentes, atrasados ou inválidos são identificados e tratados.
Por exemplo, o PCS pode fornecer a potência ativa por meio de um registrador Modbus. O EMS lê esse valor, aplica o tipo de dado e o fator de escala corretos e o mapeia para o objeto de informação IEC 104 correspondente, a fim de transmiti-lo ao centro de despacho da rede elétrica.
Se o registrador for interpretado incorretamente, o sistema externo poderá receber um valor de potência incorreto, mesmo que a conexão física de comunicação esteja funcionando.
Etapa 3: Troca de Dados Externos e Execução de Comandos
Depois que o EMS ou gateway prepara os dados necessários, ele transmite medições, estados dos equipamentos e alarmes à plataforma externa por meio do protocolo configurado.
Os comandos recebidos do sistema externo seguem o caminho inverso. O EMS verifica se o comando está de acordo com os limites operacionais e a lógica de controle do sistema antes de encaminhar a referência ou instrução correspondente ao PCS.
O BMS continua aplicando as restrições operacionais da bateria. Por exemplo, um comando externo de carregamento não se sobrepõe aos limites permitidos de corrente de carga ou temperatura da bateria.
Essa separação de responsabilidades é importante. O sistema externo fornece as instruções de despacho, o EMS coordena a operação em nível de sistema, e os sistemas de controle da bateria e de conversão de potência aplicam os respectivos limites dos equipamentos.
Problemas Comuns na Integração da Comunicação
Os problemas de integração da comunicação nem sempre são causados por uma conexão incorreta dos cabos. Em muitos casos, a rede física está funcionando normalmente, mas os dispositivos conectados interpretam ou processam os dados de maneiras diferentes.
Os problemas mais comuns incluem:
- Mapeamento incorreto de registradores Modbus: O EMS lê o registrador errado ou utiliza um endereço incorreto.
- Escala ou unidades de dados inconsistentes: Um valor é interpretado com um multiplicador ou uma unidade de engenharia incorretos.
- Falha na comunicação CAN: Os controladores de bateria não conseguem trocar as informações necessárias com o BMS ou outros dispositivos conectados.
- Tempo limite de comunicação (timeout): Um dispositivo não responde dentro do tempo configurado, resultando em dados ausentes ou desatualizados.
- Endereçamento incorreto dos dispositivos: Vários dispositivos seriais utilizam endereços conflitantes ou estão configurados incorretamente.
- Implementações de protocolo incompatíveis: Dois dispositivos oferecem suporte ao mesmo protocolo, mas utilizam definições de dados, configurações de comunicação ou funções opcionais diferentes.
- Perda da comunicação externa: O EMS ou gateway perde a conexão com o centro de despacho ou a plataforma remota.
Esses problemas podem causar medições ausentes, estados incorretos dos equipamentos, falhas na execução de comandos de controle ou interrupções na operação coordenada do sistema.
Por esse motivo, os testes de comunicação devem verificar não apenas se os dispositivos conseguem se conectar, mas também se os dados são interpretados corretamente, se os comandos de controle são executados conforme o esperado e se as falhas de comunicação são detectadas e tratadas adequadamente.
5. Como Selecionar o Protocolo de Comunicação Adequado para um Projeto BESS
Não existe um único protocolo de comunicação adequado para todas as instalações BESS. A seleção deve ser baseada nos equipamentos conectados, nos requisitos das interfaces externas, nas funções de controle e nas condições operacionais do projeto.
Verifique os Requisitos de Conexão à Rede Elétrica e de Comunicação Externa
Em projetos conectados à rede elétrica, o operador da rede ou a autoridade de despacho pode especificar o protocolo de comunicação necessário e as funções de troca de dados exigidas.
Por exemplo, um projeto pode exigir IEC 60870-5-104 para telemedição e controle remoto. Outro projeto que envolva uma subestação digital pode exigir serviços IEC 61850.
Esses requisitos devem ser confirmados antes da seleção do EMS e do gateway de comunicação. Caso contrário, poderá ser necessário utilizar equipamentos adicionais de conversão de protocolos ou desenvolver software específico durante o comissionamento.
Confirme a Compatibilidade de Comunicação entre os Dispositivos
O BMS, o PCS, o EMS, os medidores de energia e outros dispositivos devem oferecer suporte a interfaces de comunicação e definições de dados compatíveis.
Ao avaliar os equipamentos, os engenheiros devem confirmar:
- Protocolos de comunicação e interfaces físicas suportados
- Mapas de registradores de comunicação e listas de pontos de dados
- Tipos de dados, unidades e fatores de escala
- Permissões de leitura e escrita e funções de controle
- Configurações de comunicação e requisitos de rede
- Documentação dos protocolos disponíveis e suporte à integração
Por exemplo, um dispositivo que oferece suporte ao Modbus TCP não é necessariamente compatível com qualquer outro dispositivo que utilize Modbus TCP sem o devido mapeamento de registradores e a configuração adequada.
Considere os Requisitos de Dados e Controle do Sistema
Diferentes tecnologias de comunicação são adequadas a diferentes requisitos de troca de dados.
O CAN é comumente utilizado na comunicação entre dispositivos de controle da bateria. Modbus TCP e Modbus RTU são amplamente utilizados para monitoramento e controle de equipamentos industriais. IEC 104 e IEC 61850 são consideradas quando o projeto exige comunicação com sistemas de despacho da rede elétrica ou sistemas de automação elétrica.
A seleção deve levar em conta a quantidade de dados, a frequência de comunicação, os requisitos de resposta e o número de dispositivos conectados.
Para aplicações que envolvem proteção ou troca rápida de eventos, o projeto pode exigir serviços de comunicação específicos e determinados requisitos de desempenho da rede. Esses requisitos devem ser avaliados em nível de sistema, em vez de serem presumidos apenas com base no nome do protocolo.
Avalie os Recursos de Integração do Gateway e do EMS
Quando vários protocolos de comunicação são utilizados, o EMS ou gateway deve oferecer suporte às interfaces necessárias e às funções de mapeamento de dados.
Uma solução de integração adequada deve ser capaz de coletar informações de diferentes dispositivos, normalizar os dados, mapear pontos de comunicação externos e gerenciar comandos de controle.
Os engenheiros também devem verificar como o sistema lida com a perda de comunicação, dados inválidos, reconexão de dispositivos e conflitos entre comandos.
Essas funções são importantes para projetos que combinam armazenamento de energia em baterias com sistemas fotovoltaicos, geradores a diesel, conexões à rede elétrica ou plataformas VPP.
Inclua a Cibersegurança e o Projeto de Rede
O projeto de comunicação também deve considerar a segmentação da rede, o controle de acesso, a autenticação e o acesso remoto seguro.
O BESS pode trocar informações com dispositivos internos de controle, sistemas SCADA da instalação, centros de despacho da rede elétrica e plataformas em nuvem. Essas conexões não devem compartilhar automaticamente acesso irrestrito à mesma rede.
A arquitetura de rede e as medidas de cibersegurança devem seguir os requisitos do projeto, dos fabricantes dos equipamentos e do ambiente de controle industrial ou da rede elétrica aplicável.
Conclusão
Os protocolos de comunicação conectam os equipamentos internos de um BESS e permitem que o sistema de armazenamento troque informações com a rede elétrica externa e plataformas de energia.
Dentro do sistema, CAN e Modbus são comumente utilizados na comunicação entre controladores de bateria, unidades PCS, medidores e o EMS. Para a comunicação externa, IEC 60870-5-104 e IEC 61850 podem ser utilizados de acordo com os requisitos de conexão à rede elétrica e de automação elétrica. Outras interfaces, incluindo RS-485 e DI/DO, desempenham funções complementares de comunicação.
Uma integração bem-sucedida depende de mais do que o suporte aos protocolos. A compatibilidade entre dispositivos, o mapeamento de dados, as permissões de controle, o projeto de rede e o tratamento de falhas de comunicação influenciam a capacidade de trocar e interpretar informações corretamente.
Em projetos de BESS, esses requisitos devem ser considerados durante a seleção dos equipamentos e a engenharia do sistema, e não deixados para a etapa de comissionamento. Uma arquitetura de comunicação bem projetada ajuda o sistema de armazenamento a coordenar seus dispositivos internos, responder a instruções operacionais externas e integrar-se de forma confiável ao sistema elétrico como um todo.
Perguntas Frequentes
Quais protocolos de comunicação são comumente utilizados em sistemas de armazenamento de energia em baterias?
As tecnologias de comunicação mais utilizadas incluem CAN, Modbus TCP, Modbus RTU, IEC 60870-5-104 e IEC 61850. O RS-485 é frequentemente utilizado como interface de comunicação serial, enquanto os sinais DI/DO oferecem suporte a funções simples de monitoramento de status e controle. O MQTT também pode ser utilizado para monitoramento remoto e troca de dados baseada em IoT.
A combinação efetivamente utilizada depende da arquitetura do BESS e dos requisitos do projeto.
A combinação efetivamente utilizada depende da arquitetura do BESS e dos requisitos do projeto.
Qual é a diferença entre Modbus TCP e Modbus RTU em um BESS?
O Modbus TCP utiliza Ethernet e TCP/IP para a comunicação, enquanto o Modbus RTU utiliza comunicação serial, geralmente por meio de RS-485.
O Modbus TCP é frequentemente utilizado na comunicação entre o EMS e dispositivos com conexão Ethernet, como unidades PCS. O Modbus RTU é comumente utilizado para medidores de energia e outros dispositivos de campo com interfaces seriais.
Ambos podem trocar medições, status operacional e comandos de controle compatíveis, desde que os dispositivos tenham definições de dados compatíveis.
O Modbus TCP é frequentemente utilizado na comunicação entre o EMS e dispositivos com conexão Ethernet, como unidades PCS. O Modbus RTU é comumente utilizado para medidores de energia e outros dispositivos de campo com interfaces seriais.
Ambos podem trocar medições, status operacional e comandos de controle compatíveis, desde que os dispositivos tenham definições de dados compatíveis.
Qual é a diferença entre IEC 104 e IEC 61850?
O IEC 60870-5-104 é um protocolo de telecontrole comumente utilizado na comunicação entre centros de controle e equipamentos de sistemas elétricos.
O IEC 61850 é um padrão mais abrangente de automação de sistemas elétricos que define modelos de dados e serviços de comunicação. Seus mecanismos MMS, GOOSE e SV oferecem suporte a diferentes aplicações, incluindo troca de dados de supervisão, comunicação baseada em eventos e transmissão de medições amostradas.
A escolha do padrão adequado depende dos requisitos de conexão à rede elétrica e de comunicação com a subestação.
O IEC 61850 é um padrão mais abrangente de automação de sistemas elétricos que define modelos de dados e serviços de comunicação. Seus mecanismos MMS, GOOSE e SV oferecem suporte a diferentes aplicações, incluindo troca de dados de supervisão, comunicação baseada em eventos e transmissão de medições amostradas.
A escolha do padrão adequado depende dos requisitos de conexão à rede elétrica e de comunicação com a subestação.
Um BESS pode utilizar vários protocolos de comunicação ao mesmo tempo?
Sim. Um BESS geralmente utiliza várias tecnologias de comunicação porque diferentes dispositivos possuem requisitos distintos de interface.
Por exemplo, os controladores de bateria podem utilizar CAN, o PCS pode se comunicar com o EMS por meio de Modbus TCP, e o EMS pode trocar informações com um centro de despacho da rede elétrica por meio de IEC 104.
O EMS ou um gateway de comunicação coordena a troca de dados e o mapeamento de protocolos entre esses sistemas.
O RS-485 é um protocolo de comunicação?
Não. O RS-485 é um padrão de interface elétrica que define as características elétricas da comunicação serial.
Ele é comumente utilizado como interface física para protocolos como o Modbus RTU. A interface define como os sinais são transmitidos eletricamente, enquanto o protocolo de comunicação define como os dados são estruturados e trocados.
Todo projeto de BESS precisa utilizar IEC 61850?
Não. O IEC 61850 é necessário apenas quando especificado pelo projeto ou quando exigido para a integração com sistemas de automação elétrica compatíveis, como subestações digitais.
Muitos projetos de BESS utilizam IEC 104 ou outras interfaces para a comunicação externa. O protocolo exigido deve ser confirmado com a concessionária de energia e o sistema receptor durante a etapa de projeto de engenharia.
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