Que aspectos abrange a inspeção de armazenamento de energia comercial e industrial

Como um testador de primeira linha, trabalho diariamente com sistemas de armazenamento de energia industrial e comercial. Conheço de primeira mão quão crítico é o funcionamento estável desses sistemas para a eficiência energética e a rentabilidade dos negócios. Enquanto a capacidade instalada cresce rapidamente, as falhas de equipamentos ameaçam cada vez mais o retorno sobre investimento (ROI) - mais de 57% das plantas de armazenamento de energia relataram interrupções não planejadas em 2023, com 80% decorrentes de defeitos de equipamentos, anomalias do sistema ou integração deficiente. Abaixo, compartilho insights práticos de testes para os cinco subsistemas principais (bateria, BMS, PCS, gerenciamento térmico, EMS) e o quadro de inspeção em três níveis (verificações diárias, manutenção periódica, diagnósticos profundos) para ajudar meus colegas profissionais.

1. Práticas de Teste de Subsistemas Principais
1.1 Sistema de Bateria: O "Coração" do Armazenamento de Energia

As baterias são o espinha dorsal da energia, exigindo testes abrangentes em três dimensões:

(1) Testes de Desempenho Eletroquímico

• Teste de Capacidade: Siga GB/T 34131 - descarga a 0,2C até a tensão de corte (25±2℃), compare a capacidade real versus a nominal para avaliar a "durabilidade".

• Teste de Resistência Interna: Use injeção AC (onda senoidal de 1kHz, a mais representativa, mas propensa a interferências), condutância de descarga AC ou métodos de descarga DC. Recomendo melhorar a injeção AC com filtragem Kalman para reduzir o ruído e aumentar a precisão.

• Monitoramento SOC/SOH: Combine integração ampere-hora, tensão em circuito aberto e espectroscopia de impedância eletroquímica. A integração modificado de ampere-hora (levando em conta temperatura e estados de carga/descarga) mantém os erros de SOC <1%.

(2) Testes de Desempenho de Segurança

• Teste de Fuga Térmica: Siga UL 9540A - teste no nível de célula, módulo e sistema para caracterizar o comportamento de fuga térmica e propriedades de combustão de gases (crítico para avaliação de riscos).

• Teste de Sobrecarga/Descarga Excessiva: Simule condições extremas conforme GB/T 36276 para verificar limites de segurança.

• Teste de Proteção contra Curto-Circuito: Simule curtos-circuitos externos diretamente para validar respostas protetoras (essencial para a segurança do sistema).

(3) Testes de Condição Física

• Inspeção Visual: Verifique deformações na caixa, vazamentos e etiquetas legíveis (pequenos detalhes escondem grandes riscos).

• Teste de Conectores: Inspeção para oxidação, corrosão ou afrouxamento; medição da resistência de contato (conexões ruins causam falhas operacionais).

• Teste de Proteção contra Ingresso (IP): Siga GB/T 4208 para garantir confiabilidade em ambientes adversos (poeira, umidade, etc.).

1.2 BMS: O "Cérebro" do Gerenciamento de Bateria

O BMS monitora e protege as baterias - concentre-se em comunicação, estimativa de estado e proteção:

(1) Testes de Compatibilidade de Protocolo de Comunicação

O BMS deve se integrar ao PCS/EMS via protocolos como Modbus/IEC 61850. Use analisadores CAN (por exemplo, Vector CANoe) e conversores de protocolo para testar:

• Latência: ≤200ms

• Taxa de Sucesso: ≥99%

• Integridade de Dados: Sem perda/corrupção.

Uso a geração de casos de teste baseada em máquina de estados finitos (FSM) para cobrir todos os cenários de comunicação.

(2) Validação de Algoritmo SOC/SOH

Garanta que os erros de SOC sejam ≤±1% e os erros de SOH sejam ≤±5% (GB/T 34131):

• Calibração Offline: Compare as estimativas do BMS com a capacidade / resistência interna medida em laboratório

• Teste Online: Simule ciclos de carga/descarga do mundo real.

• Simuladores de bateria e emuladores de interface BMS automatizam isso para maior eficiência.

(3) Teste de Balanceamento de Células

• Balanceamento Ativo: Simule desajustes de células para validar estratégias BMS.

• Balanceamento Passivo: Rastreie tendências de desajuste a longo prazo.
  Use os resultados para julgar se o balanceamento atende às necessidades do sistema.

(4) Testes de Proteção de Segurança

Dispare proteções contra sobrecarga, descarga excessiva e térmica:

• Exemplo: Teste de sobrecarga - continue carregando uma bateria cheia para verificar se o BMS desconecta o circuito.
  Deve atender aos requisitos do GB/T 34131.

1.3 PCS: O "Hub de Energia" para Conversão de Energia

O PCS converte CA/CC - teste eficiência, proteção e qualidade de energia:

(1) Teste de Eficiência

Atenda ao GB/T 34120 (eficiência ≥95% na potência nominal):

• Comparação Entrada-Saída: Meça a potência em ambos os lados para calcular a eficiência.

• Perfil de Carga: Teste em várias cargas para mapear curvas de eficiência.
  Use analisadores de alta precisão (por exemplo, Fluke 438-II) a 25±2℃ para precisão.

(2) Testes de Proteção

Valide as respostas a sobrecarga (110% da carga nominal), curto-circuito e sobretensão. Deve atender ao GB/T 34120.

(3) Análise Harmônica

Garanta THD ≤5% (GB/T 14549/GB/T 19939):

• Medição Direta: Use analisadores de qualidade de energia (por exemplo, Fluke 438-II) para testar formas de onda.

• Análise FFT: Calcule as amplitudes harmônicas a partir dos sinais de corrente.

• Teste em várias cargas e condições de operação.

(4) Teste de Estabilidade de Saída

Meça a estabilidade de tensão, frequência e fator de potência sob diferentes cargas. Use osciloscópios/analisadores de alta precisão para verificar a conformidade.

1.4 Sistema de Gerenciamento Térmico: O "Guardião de Refrigeração"

Mantém a temperatura ótima da bateria - teste refrigeração, controle de temperatura e robustez:

(1) Teste de Desempenho de Refrigeração

• Sistemas Refrigerados por Ar: Teste entupimento de filtros (queda de pressão) e vida útil de ventiladores (análise de vibração).

• Sistemas Refrigerados por Líquido: Teste pressão de tubulação (sensores hidráulicos) e fluxo de refrigerante (medidores de fluxo).
  Deve atender ao GB/T 40090. Exemplo: A CATL usa agrupamento K-modificado + desruído de ondas para prever SOH com erro <3%.

(2) Teste de Precisão de Controle de Temperatura

• Uniformidade: Distribua sensores em todo o pacote de bateria, garanta ΔT máxima ≤5℃ (GB/T 40090; sistemas refrigerados por líquido visam ≤2℃).

• Tempo de Resposta: Meça o tempo para estabilizar a temperatura após mudanças ambientais.

(3) Teste de Robustez

Realize testes IP (GB/T 4208), vibração (GB/T 4857.3) e salmoura (GB/T 2423.17). Crítico para ambientes extremos (por exemplo, o projeto Mar Vermelho da Huawei usa resfriamento distribuído para condições de 50℃).

(4) Detecção de Vazamentos (Apenas para Sistemas Refrigerados por Líquido)

• Traçador Fluorescente: Adicione corante, inspecione com luz UV.

• Teste de Pressão: Pressurize as linhas para verificar vedações.

• Garanta que não haja vazamentos e que a pressão do refrigerante seja estável.

1.5 EMS: O "Comandante" do Gerenciamento de Energia

Otimiza a operação e despacho - teste algoritmos, comunicação e segurança:

(1) Teste de Precisão de Algoritmos

Valide a previsão de carga, otimização de carga/descarga e economia:

• Backtesting Histórico: Use dados passados para verificar modelos.

• Teste em Tempo Real: Valide com operações em tempo real.

• Exemplo: A IA da CATL reduz o tempo de detecção de falhas em 7 dias, aumentando a eficiência em 3% e reduzindo perdas em 25%.

(2) Testes de Compatibilidade de Protocolo de Comunicação

Garanta suporte para IEC 61850/Modbus (IEC 62933-5-2):

• Teste de Conformidade: Verifique a conformidade com padrões.

• Teste de Interoperabilidade: Teste a integração com BMS/PCS.

(3) Testes de Segurança de Dados

Valide criptografia SM4, controle de acesso e integridade (conforme padrões nacionais de criptografia):

• Criptografia: Teste a troca de chaves SM4.

• Controle de Acesso: Verifique a aplicação de permissões de usuário.

• Integridade: Garanta que não haja perda/corrupção de dados durante o trânsito/armazenamento.

(4) Teste de Tempo de Resposta

Garanta que o tempo de resposta do sistema seja ≤200ms (GB/T 40090) para atender às demandas da rede. Dispare ações do EMS e meça a latência.

2. Quadro de Inspeção em Três Níveis
2.1 Verificações Diárias (Detecção Rápida de Falhas)

Realizadas por turno para detectar problemas precocemente:

• Âmbito: Temperatura/tensão/SOC da bateria, comunicação BMS, parâmetros PCS, resfriamento térmico, dados EMS.

• Ferramentas: Câmeras térmicas, multímetros, osciloscópios, testadores de comunicação.

• Foco: Status do sistema e anomalias - aborde problemas imediatamente.

2.2 Manutenção Periódica (Cuidado Preventivo)

Agendada para prolongar a vida útil:

• Âmbito: Resistência interna da bateria (injeção AC), atualizações de firmware BMS/calibração SOC, eficiência/harmônicos PCS, vedação/IP do sistema térmico, atualizações de algoritmos EMS/verificações de segurança.

• Ferramentas: Medidores de resistência dedicados, analisadores CAN, analisadores de energia, ferramentas de criptografia.

• Cadência: Ajuste conforme o equipamento (por exemplo, testes de bateria trimestrais, atualizações BMS semestrais).

2.3 Diagnósticos Profundos (Análise de Causa Raiz)

Acionados por problemas recorrentes (por exemplo, alertas frequentes de fuga térmica, falhas de comunicação BMS):

• Âmbito: Fuga térmica (UL 9540A), diagnóstico de falhas BMS, mergulhos profundos de proteção/eficiência PCS, testes de vazamento/vibração do sistema térmico, validação de algoritmos EMS/varreduras de segurança.

• Ferramentas: Câmaras de fuga térmica, analisadores de vibração, varredores de criptografia, injetores de falhas.

• Objetivo: Identificar causas raiz para reparos/atualizações direcionadas.

3. Práticas Recomendadas: Padronização, Testes Baseados em Dados, Prevenção
3.1 Padronização

Siga IEC 62933-5-2/GB/T 40090-2021:

• Processo: Defina preparação (âmbito, ferramentas, ambiente), execução (teste + registro de dados) e análise (relatórios).

• Relatórios: Inclua especificações de equipamentos, condições de teste, dados, resultados e recomendações (conforme requisitos do GB/T 40090 para rastreabilidade).

3.2 Testes Baseados em Dados

Construa um pipeline de dados unificado (temperatura, tensão, SOC da bateria, eficiência PCS, THD, etc.). Use IA (LSTM, florestas aleatórias) e gêmeos digitais:

• Exemplo: A IA da CATL prevê erros de SOC <1% e decaimento de SOH com >95% de precisão, emitindo alertas de fuga térmica com 7 dias de antecedência.

• Exemplo: A Huawei usa gêmeos digitais para simular condições extremas, identificando falhas antecipadamente.

3.3 Testes Preventivos

Agende verificações proativas com base no comportamento do equipamento:Cadência: Balanceamento de células trimestral, atualizações BMS semestrais, verificação de harmônicos/seal térmico anual, atualização de algoritmos EMS trimestral.

• Gatilhos: Diagnósticos profundos para aumento de resistência interna ≥5% (3 testes consecutivos) ou falhas de comunicação recorrentes.

Os testes de primeira linha exigem rigor, expertise e conhecimento prático. Dominar esses subsistemas, ferramentas e estratégias garante que os sistemas de armazenamento de energia ofereçam confiabilidade e eficiência - protegendo os negócios e as operações da rede. Este guia resume anos de experiência prática - espero que ele capacite outros testadores a elevar o padrão de confiabilidade no armazenamento de energia.