Jakie aspekty obejmuje inspekcja systemów magazynowania energii w sektorze przemysłowym i handlowym

Jako testujący na pierwszej linii pracuję codziennie z systemami magazynowania energii przemysłowych i komercyjnych. Znam na własnej skórze, jak kluczowe jest ich stabilne działanie dla efektywności energetycznej i rentowności biznesu. Gdy zdolność instalacyjna rośnie szybko, awarie sprzętu coraz bardziej zagrażają zwrotowi inwestycji – w 2023 roku ponad 57% elektrowni magazynujących energię zgłosiło nieplanowane przerwy w działaniu, z czego 80% wynikało z usterki sprzętu, anomalii systemu lub złej integracji. Poniżej dzielę się praktycznymi wskazówkami dotyczącymi testowania pięciu podstawowych podsystemów (bateria, BMS, PCS, zarządzanie ciepłem, EMS) oraz trójpoziomą ramą inspekcji (codzienne kontrole, okresowe konserwacje, głębokie diagnostyka), aby pomóc innym praktykom.

1. Praktyki testowania podstawowych podsystemów
1.1 System baterii: "Serce" magazynowania energii

Baterie są energeticznym kręgosłupem, wymagającym kompleksowego testowania w trzech wymiarach:

(1) Testowanie wydajności elektrochemicznej

• Test pojemności: Postępuj zgodnie z GB/T 34131 – rozładuj przy 0,2C do napięcia odcięcia (25±2℃), porównaj rzeczywistą pojemność z nominalną, aby ocenić "trwałość".

• Test oporu wewnętrznego: Użyj wstrzykiwania prądu przemiennego (sinusoidalny sygnał o częstotliwości 1kHz, najbardziej reprezentatywny, ale podatny na zakłócenia), przewodnictwa podczas rozładowywania prądem przemiennym, lub metody rozładowywania prądem stałym. Polecam wzmocnienie wstrzykiwania prądu przemiennego filtrami Kalmana, aby zmniejszyć szum i zwiększyć dokładność.

• Monitorowanie SOC/SOH: Połącz całkowanie amperogodzin, napięcie otwartego obwodu i spektroskopię impedancji elektrochemicznej. Modyfikowana metoda całkowania amperogodzin (uwzględniająca temperaturę i stany ładowania/rozładowania) utrzymuje błędy SOC poniżej 1%.

(2) Testowanie bezpieczeństwa

• Testowanie niekontrolowanego wzrostu temperatury: Postępuj zgodnie z UL 9540A – przeprowadź testy na poziomie komórki, modułu i systemu, aby scharakteryzować zachowanie niekontrolowanego wzrostu temperatury i właściwości spalania gazów (kluczowe dla oceny zagrożenia).

• Testowanie nadładowania/nadrozładowania: Symuluj ekstremalne warunki zgodnie z GB/T 36276, aby zweryfikować progi bezpieczeństwa.

• Testowanie ochrony przed przewodem: Bezpośrednio symuluj zewnętrzne przewody, aby zweryfikować odpowiedzi ochronne (konieczne dla bezpieczeństwa systemu).

(3) Testowanie stanu fizycznego

• Wizualna inspekcja: Sprawdź deformacje obudowy, przecieki i czytelność etykiet (małe szczegóły kryją duże ryzyko).

• Testowanie łączy: Sprawdź oksydację, korozję lub luźne połączenia; zmierz opór kontaktowy (słabe połączenia powodują awarie operacyjne).

• Testowanie ochrony przed wtargnięciem (IP): Postępuj zgodnie z GB/T 4208, aby zapewnić niezawodność w surowych warunkach (pył, wilgoć itp.).

1.2 BMS: "Mózg" zarządzania baterią

BMS monitoruje i chroni baterie – skup się na komunikacji, estymacji stanu i ochronie:

(1) Testowanie zgodności protokołów komunikacyjnych

BMS musi integrować się z PCS/EMS za pomocą protokołów takich jak Modbus/IEC 61850. Użyj analizatorów CAN (np. Vector CANoe) i konwerterów protokołów, aby przetestować:

• Opóźnienie: ≤200ms

• Wskaźnik sukcesu: ≥99%

• Integralność danych: Brak utraty/zaburzeń.

Używam generowania przypadków testowych opartych na maszynie stanów skończonych (FSM), aby pokryć wszystkie scenariusze komunikacyjne.

(2) Weryfikacja algorytmów SOC/SOH

Upewnij się, że błędy SOC ≤±1% i błędy SOH ≤±5% (GB/T 34131):

• Kalibracja offline: Porównaj oszacowania BMS z pojemnością/zmierzoną w laboratorium oporem wewnętrznym

• Testowanie online: Symuluj cykle ładowania/rozładowania w realnych warunkach.

• Symulatory baterii i emulatory interfejsu BMS automatyzują to dla efektywności.

(3) Testowanie bilansowania komórek

• Aktywne bilansowanie: Symuluj nierówności między komórkami, aby zweryfikować strategie BMS.

• Pasywne bilansowanie: Śledź długoterminowe trendy nierówności.
  Użyj wyników, aby ocenić, czy bilansowanie spełnia potrzeby systemu.

(4) Testowanie ochrony bezpieczeństwa

Wyzwalaj ochronę przed nadładowaniem, nadrozładowaniem i termiczną:

• Przykład: Test nadładowania – kontynuuj ładowanie pełnej baterii, aby zweryfikować, czy BMS rozłącza obwód.
  Muszą spełniać wymagania GB/T 34131.

1.3 PCS: "Centrum mocy" dla konwersji energii

PCS konwertuje AC/DC – przetestuj wydajność, ochronę i jakość mocy:

(1) Testowanie wydajności

Spełniaj GB/T 34120 (≥95% wydajności przy moc nominalnej):

• Porównanie wejście-wyjście: Zmierz moc na obu końcach, aby obliczyć wydajność.

• Profilowanie obciążeń: Testuj na różnych obciążeniach, aby namapować krzywe wydajności.
  Użyj wysokoprzeciskowych analizatorów (np. Fluke 438-II) przy 25±2℃ dla dokładności.

(2) Testowanie ochrony

Zweryfikuj odpowiedzi na przeciążenie (110% mocy nominalnej), przewód i nadmiar napięcia. Musi spełniać wymagania GB/T 34120.

(3) Analiza harmoniczna

Upewnij się, że THD ≤5% (GB/T 14549/GB/T 19939):

• Bezpośrednie pomiary: Użyj analizatorów jakości mocy (np. Fluke 438-II) do testowania form fal.

• Analiza FFT: Oblicz amplitudy harmoniczne z sygnałów prądowych.

• Testuj na różnych obciążeniach i warunkach pracy.

(4) Testowanie stabilności wyjścia

Zmierz stabilność napięcia, częstotliwości i współczynnika mocy pod różnymi obciążeniami. Użyj wysokoprzeciskowych oscyloskopów/analizatorów, aby zweryfikować zgodność.

1.4 System zarządzania ciepłem: "Stróż chłodzenia"

Utrzymuje optymalną temperaturę baterii – przetestuj chłodzenie, kontrolę temperatury i odporność:

(1) Testowanie wydajności chłodzenia

• Systemy chłodzone powietrzem: Testuj zatykanie filtrów (spadek ciśnienia) i żywotność wentylatorów (analiza drgań).

• Systemy chłodzone cieczą: Testuj ciśnienie w rurociągach (czujniki hydrauliczne) i przepływ płynu chłodzącego (flowmetry).
  Muszą spełniać wymagania GB/T 40090. Przykład: CATL używa zmodyfikowanej metody K-means + denoizacji falkowej, aby przewidywać SOH z błędem <3%.

(2) Testowanie precyzji sterowania temperaturą

• Jednorodność: Rozmieść czujniki na całej baterii, upewnij się, że maksymalna ΔT ≤5℃ (GB/T 40090; systemy chłodzone cieczą celują ≤2℃).

• Czas reakcji: Zmierz czas stabilizacji temperatury po zmianach środowiskowych.

(3) Testowanie odporności

Przeprowadź testy IP (GB/T 4208), drgań (GB/T 4857.3) i oprysku solnego (GB/T 2423.17). Kluczowe dla ekstremalnych warunków (np. projekt Morza Czerwonego firmy Huawei używa rozproszonego chłodzenia dla warunków 50℃).

(4) Wykrywanie przecieków (tylko dla chłodzenia cieczą)

• Śledzenie fluorescencyjne: Dodaj barwnik, sprawdź przy świetle UV.

• Test ciśnieniowy: Podciśnij rurociągi, aby sprawdzić szczelności.

• Upewnij się, że nie ma przecieków i stabilne ciśnienie płynu chłodzącego.

1.5 EMS: "Dowódca" zarządzania energią

Optymalizuje operacje i dystrybucję – przetestuj algorytmy, komunikację i bezpieczeństwo:

(1) Testowanie dokładności algorytmów

Zweryfikuj prognozowanie obciążeń, optymalizację ładowania/rozładowywania i ekonomię:

• Historiczne backtesting: Użyj danych historycznych, aby zweryfikować modele.

• Testowanie na żywo: Zweryfikuj w czasie rzeczywistym.

• Przykład: AI CATL skraca czas wykrywania usterki o 7 dni, zwiększając efektywność o 3% i zmniejszając straty o 25%.

(2) Testowanie zgodności protokołów komunikacyjnych

Upewnij się, że obsługuje IEC 61850/Modbus (IEC 62933-5-2):

• Test zgodności: Zweryfikuj zgodność ze standardami.

• Test interoperacyjności: Przetestuj integrację z BMS/PCS.

(3) Testowanie bezpieczeństwa danych

Zweryfikuj szyfrowanie SM4, kontrolę dostępu i integralność (zgodnie z narodowymi standardami kryptograficznymi):

• Szyfrowanie: Przetestuj wymianę kluczy SM4.

• Kontrola dostępu: Zweryfikuj egzekwowanie uprawnień użytkowników.

• Integralność: Upewnij się, że nie ma utraty/zaburzeń danych podczas transportu/lub przechowywania.

(4) Testowanie czasu reakcji

Upewnij się, że czas reakcji systemu ≤200ms (GB/T 40090) do obsługi żądań sieci. Wyzwalaj działania EMS i zmierz opóźnienia.

2. Trójpoziomowa ramka inspekcji
2.1 Codzienne kontrole (szybkie wykrywanie usterki)

Przeprowadzane co zmianę, aby wczesne wykryć problemy:

• Zakres: Temperatura/bateria napięcia/SOC, komunikacja BMS, parametry PCS, chłodzenie termiczne, dane EMS.

• Narzędzia: Kamery termiczne, multimetry, oscyloskopy, testery komunikacji.

• Fokus: Status systemu i anomalie – natychmiast rozwiąż problemy.

2.2 Okresowa konserwacja (preventive care)

Planowana, aby przedłużyć żywotność:

• Zakres: Opor wewnętrzny baterii (wstrzykiwanie prądu przemiennego), aktualizacje firmware'u BMS/kalibracja SOC, wydajność/harmoniki PCS, uszczelnienia systemu termicznego/IP, aktualizacje algorytmów EMS/sprawdzenia bezpieczeństwa.

• Narzędzia: Dedykowane omiarki oporów, analizatory CAN, analizatory mocy, narzędzia szyfrowania.

• Cadencja: Dostosuj do sprzętu (np. kwartalne testy baterii, półroczne aktualizacje BMS).

2.3 Głęboka diagnostyka (analiza przyczyny głównej)

Wyzwalana przez powtarzające się problemy (np. częste alerty o niekontrolowanym wzroście temperatury, awarie komunikacji BMS):

• Zakres: Niekontrolowany wzrost temperatury (UL 9540A), diagnostyka usterki BMS, głębokie badania ochrony/wydajności PCS, testy przecieków/drgan systemu termicznego, walidacja algorytmów EMS/skanowanie bezpieczeństwa.

• Narzędzia: Komory do testów niekontrolowanego wzrostu temperatury, analizatory drgań, skanery szyfrowania, injektory usterki.

• Cel: Identyfikacja przyczyn głównych w celu skierowanych napraw/aktualizacji.

3. Najlepsze praktyki: Standaryzacja, testowanie oparte na danych, prewencja
3.1 Standaryzacja

Postępuj zgodnie z IEC 62933-5-2/GB/T 40090-2021:

• Proces: Zdefiniuj przygotowanie (zakres, narzędzia, środowisko), wykonanie (testowanie + logowanie danych) i analizę (raportowanie).

• Raporty: Obejmij specyfikacje sprzętu, warunki testowe, dane, wyniki i rekomendacje (zgodnie z wymaganiami GB/T 40090 dla śledzenia).

3.2 Testowanie oparte na danych

Buduj zintegrowaną potok danych (temperatura baterii, napięcie, SOC, wydajność PCS, THD itp.). Użyj AI (LSTM, losowe lasy) i cyfrowych bliźniaczych modeli:

• Przykład: AI CATL przewiduje błędy SOC <1% i degradację SOH z dokładnością >95%, emitując alerty o niekontrolowanym wzroście temperatury z wyprzedzeniem 7 dni.

• Przykład: Huawei używa cyfrowych bliźniaczych modeli, aby symulować ekstremalne warunki, wstępnie identyfikując awarie.

3.3 Prewencyjne testowanie

Planuj proaktywne kontrole na podstawie zachowania sprzętu:Cadencja: Kwartałowe bilansowanie komórek, półroczne aktualizacje BMS, roczne sprawdzenia harmonik/harmonogramów uszczelnień termicznych, kwartałowe aktualizacje algorytmów EMS.

• Napiwek