EMS – Energy Management System : le cerveau énergétique du BESS
À lire également : PCS – Power Conversion System : l’interface de puissance entre la batterie et le réseau
Cellule → Module → Rack → BMS → PCS
nous arrivons maintenant au niveau supérieur de la gestion énergétique :
EMS – Energy Management System
En français :
Système de gestion de l’énergie
Contrairement au BMS, qui surveille et protège la batterie, et au PCS, qui réalise la conversion de puissance entre le courant continu et le courant alternatif, l’EMS a une fonction différente :
il décide comment, quand et avec quelle puissance le BESS doit fonctionner.
On peut résumer très simplement :
BMS = protège la batterie
PCS = convertit et contrôle la puissance
EMS = décide de la stratégie énergétique
1. Pourquoi avons-nous besoin d’un EMS ?
Un BESS peut stocker ou restituer de l’énergie.
Mais une question essentielle reste à résoudre :
Quand faut-il charger la batterie et quand faut-il la décharger ?
Le PCS peut physiquement charger ou décharger la batterie, mais il ne connaît pas nécessairement l’objectif énergétique global du site.
L’EMS utilise différentes informations pour prendre cette décision.
Il peut notamment surveiller :
la puissance consommée par le site ;
la puissance importée depuis le réseau ;
la puissance exportée vers le réseau ;
la production photovoltaïque ;
le SOC de la batterie ;
les limites communiquées par le BMS ;
la puissance disponible du PCS ;
certaines consignes d’exploitation ;
éventuellement les tarifs de l’électricité ou d’autres données externes.
À partir de ces informations, l’EMS calcule une consigne de fonctionnement.
Par exemple :
Charge BESS = 50 kW
ou :
Décharge BESS = 80 kW
2. Position de l’EMS dans l’architecture du BESS
La chaîne de puissance est principalement :
Batterie DC ⇄ PCS ⇄ Réseau AC
Mais la chaîne de contrôle peut être représentée ainsi :
Mesures réseau → EMS → consigne de puissance → PCS
En parallèle :
BMS → limites batterie → PCS / EMS
L’EMS se trouve donc à un niveau de supervision supérieur.
Il ne transporte pas directement la puissance électrique.
Il traite des informations et envoie des consignes aux équipements chargés d’exécuter la stratégie énergétique.
3. Quelles informations reçoit l’EMS ?
Pour prendre une bonne décision, l’EMS doit connaître l’état réel de l’installation.
Il peut récupérer des mesures provenant de compteurs d’énergie ou d’analyseurs de réseau.
Par exemple :
Puissance réseau : 75 kW
Consommation du bâtiment : 100 kW
Production PV : 25 kW
SOC batterie : 60 %
Ces données lui permettent de comprendre en temps réel les flux d’énergie du site.
Une installation peut être représentée simplement ainsi :
Réseau + PV + BESS → Charges
L’EMS surveille les échanges entre ces différentes sources et charges.
4. Les compteurs d’énergie et les CT
Dans de nombreuses installations BESS, l’EMS reçoit des informations provenant de :
Compteurs d’énergie
ou :
Power Meters / Energy Meters
Ces compteurs utilisent souvent des :
CT – Current Transformers
en français :
Transformateurs de courant
Les CT permettent de mesurer le courant circulant dans les différents départs.
Le compteur mesure également les tensions et peut ensuite calculer plusieurs grandeurs :
tension ;
courant ;
puissance active P ;
puissance réactive Q ;
puissance apparente S ;
facteur de puissance ;
fréquence ;
énergie importée ;
énergie exportée.
Ces informations sont ensuite transmises à l’EMS via un réseau de communication.
5. Gestion du sens de l’énergie
Dans un système BESS, le sens de circulation de l’énergie est particulièrement important.
Lorsque le site consomme de l’électricité depuis le réseau :
Réseau → Installation
on parle généralement d’ :
Importation d’énergie
Lorsque l’installation envoie de l’énergie vers le réseau :
Installation → Réseau
on parle d’ :
Exportation d’énergie
Le compteur installé au point de raccordement doit donc souvent être capable de mesurer les flux dans les deux directions.
On parle alors de mesure :
Bidirectionnelle
Cette information est fondamentale pour l’EMS.
6. Exemple simple de gestion énergétique
Supposons qu’un bâtiment consomme :
100 kW
et qu’il dispose d’une installation photovoltaïque produisant :
30 kW
Sans batterie, le réseau doit fournir :
100 − 30 = 70 kW
La situation est donc :
PV : 30 kW
Réseau : 70 kW
Charge : 100 kW
Supposons maintenant que le BESS puisse fournir :
20 kW
L’EMS peut demander au PCS de décharger la batterie à 20 kW.
Nous obtenons :
PV : 30 kW
BESS : 20 kW
Réseau : 50 kW
Charge : 100 kW
Le prélèvement sur le réseau est ainsi réduit.
7. Peak Shaving
L’une des fonctions les plus connues d’un EMS associé à un BESS est le :
Peak Shaving
ou :
Écrêtement des pointes de puissance
L’objectif est de limiter la puissance maximale prélevée sur le réseau.
Supposons que l’exploitant souhaite ne jamais dépasser :
80 kW
La consommation du site monte momentanément à :
120 kW
Il manque donc :
120 − 80 = 40 kW
L’EMS peut alors demander :
Décharge BESS = 40 kW
La puissance réseau reste donc limitée à environ :
80 kW
Le BESS fournit le complément.
8. Recharge après une pointe de consommation
Une fois la pointe terminée, l’EMS peut décider de recharger la batterie.
Supposons que la consommation redescende à :
40 kW
et que la limite réseau reste fixée à :
80 kW
L’EMS pourrait utiliser une partie de la puissance disponible pour charger le BESS.
Par exemple :
Consommation : 40 kW
Charge BESS : 30 kW
Puissance réseau : 70 kW
La batterie se recharge donc sans dépasser la limite fixée.
9. Optimisation de l’autoconsommation photovoltaïque
Un autre objectif fréquent est l’augmentation de :
l’autoconsommation photovoltaïque
Supposons que les panneaux photovoltaïques produisent :
100 kW
mais que le bâtiment ne consomme que :
60 kW
Nous avons un surplus de :
40 kW
Sans stockage, ce surplus peut être injecté sur le réseau si l’installation le permet.
Avec un BESS, l’EMS peut décider :
Charge BESS = 40 kW
Nous obtenons alors :
PV : 100 kW
Charges : 60 kW
BESS : 40 kW
Le surplus photovoltaïque est stocké pour être utilisé plus tard.
10. Utilisation de l’énergie stockée le soir
Quelques heures plus tard, la production photovoltaïque peut devenir nulle.
Par exemple :
PV : 0 kW
Consommation : 70 kW
L’EMS peut décider de décharger la batterie.
Si le BESS fournit :
40 kW
alors le réseau ne fournit plus que :
30 kW
Nous obtenons :
BESS : 40 kW
Réseau : 30 kW
Charges : 70 kW
L’énergie solaire produite pendant la journée est donc partiellement utilisée plus tard.
11. Gestion du SOC
L’EMS doit toujours tenir compte du :
SOC – State of Charge
Il n’est généralement pas souhaitable de charger ou décharger continuellement une batterie entre ses limites absolues.
Une stratégie peut par exemple définir une plage d’exploitation :
SOC minimum : 20 %
SOC maximum : 90 %
Lorsque :
SOC = 90 %
l’EMS doit normalement réduire ou arrêter la charge.
Lorsque :
SOC = 20 %
il doit normalement réduire ou arrêter la décharge, selon les règles d’exploitation.
Les valeurs réelles sont définies selon la batterie, le constructeur et la stratégie du projet.
12. L’EMS doit respecter le BMS
L’EMS peut souhaiter charger ou décharger la batterie, mais sa décision ne peut pas ignorer les limites imposées par le BMS.
Prenons l’exemple suivant.
L’EMS souhaite :
Décharge = 100 kW
Mais le BMS annonce :
Puissance maximale de décharge autorisée = 60 kW
La consigne réellement utilisable doit donc respecter cette limite.
Le principe est :
Consigne EMS ≤ Limites autorisées par la batterie
Cette coordination est essentielle à la sécurité et à la durée de vie du système.
13. L’EMS et le PCS
L’EMS ne réalise pas lui-même la conversion AC/DC.
Il envoie une consigne au :
PCS – Power Conversion System
Par exemple :
EMS → PCS : +50 kW
Selon la convention utilisée, cette valeur peut représenter une charge ou une décharge.
Le PCS reçoit la consigne puis contrôle son électronique de puissance pour réaliser l’échange énergétique demandé.
Le principe est donc :
EMS décide → PCS exécute
14. Exemple complet : EMS + BMS + PCS
Prenons une situation simple.
Le site consomme :
150 kW
La limite d’importation réseau est :
100 kW
L’EMS calcule :
150 − 100 = 50 kW
Il souhaite donc demander :
Décharge BESS = 50 kW
Avant l’exécution, les informations suivantes sont disponibles :
SOC = 65 %
BMS : puissance maximale de décharge = 80 kW
La demande de 50 kW est autorisée.
La chaîne devient :
EMS → demande 50 kW
BMS → autorise jusqu’à 80 kW
PCS → convertit 50 kW DC en AC
BESS → fournit 50 kW
Le réseau fournit alors environ :
100 kW
et la charge reçoit :
150 kW
15. Que se passe-t-il si le BMS limite la puissance ?
Reprenons la même situation.
L’EMS souhaite toujours :
50 kW
Mais cette fois, la batterie est presque vide ou sa température est défavorable.
Le BMS annonce :
Puissance maximale de décharge = 20 kW
La batterie ne peut donc fournir que :
20 kW
La puissance réseau devient alors :
150 − 20 = 130 kW
La limite de 100 kW ne peut plus être respectée uniquement grâce au BESS.
L’EMS peut alors, selon l’installation, prendre d’autres décisions, par exemple :
accepter temporairement le dépassement ;
réduire certaines charges ;
appliquer une stratégie de délestage ;
utiliser une autre source d’énergie disponible.
Cet exemple montre que l’EMS optimise le système, mais reste dépendant des limites physiques des équipements.
16. Délestage des charges
Dans certaines installations, l’EMS peut également participer à une stratégie de :
Délestage – Load Shedding
Le délestage consiste à couper temporairement certaines charges non prioritaires lorsque la puissance disponible devient insuffisante.
On peut par exemple classer les charges :
Priorité 1 : charges critiques
Priorité 2 : charges importantes
Priorité 3 : charges non prioritaires
Si le réseau et le BESS ne peuvent plus alimenter toutes les charges, l’EMS ou un automate associé peut demander la coupure des charges les moins prioritaires.
17. Limitation de l’injection vers le réseau
Dans certains projets, il existe également une limite d’exportation vers le réseau.
Par exemple :
Export réseau maximum = 0 kW
On parle alors parfois de stratégie :
Zero Export
ou :
Limitation d’injection
Si la production photovoltaïque dépasse la consommation, l’EMS peut utiliser le surplus pour charger le BESS.
Par exemple :
PV : 120 kW
Charges : 80 kW
Surplus : 40 kW
L’EMS demande :
Charge BESS = 40 kW
L’exportation vers le réseau peut alors rester proche de zéro, sous réserve des limites du BESS et de la régulation du système.
18. Gestion selon les tarifs de l’électricité
Dans certaines installations, le prix de l’électricité varie selon l’heure.
L’EMS peut alors appliquer une stratégie appelée :
Time-of-Use Optimization
ou gestion selon les périodes tarifaires.
Le principe peut être :
Électricité moins chère → charger la batterie
Électricité plus chère → décharger la batterie
L’objectif est alors de réduire le coût énergétique global du site.
Cette stratégie doit cependant tenir compte du rendement du BESS, du vieillissement des batteries et des règles économiques du projet.
19. Les priorités de l’EMS
Dans un projet réel, plusieurs objectifs peuvent exister simultanément.
Par exemple :
respecter les limites de sécurité du BESS ;
maintenir une réserve minimale de SOC ;
limiter la puissance réseau ;
maximiser l’autoconsommation photovoltaïque ;
éviter l’exportation ;
optimiser le coût de l’énergie.
L’EMS doit donc gérer des :
Priorités
et des :
Consignes
La programmation de ces priorités constitue une partie importante de l’ingénierie du système.
20. Communication avec les équipements
Un EMS industriel communique avec différents équipements du site.
Par exemple :
Compteurs d’énergie
PCS
BMS
Onduleurs photovoltaïques
Automates PLC
Tableaux électriques
SCADA
Systèmes de gestion du bâtiment
Les protocoles utilisés dépendent du projet.
On peut rencontrer notamment :
Modbus TCP
Modbus RTU
CAN
Ethernet
ou d’autres protocoles industriels.
21. EMS et SCADA : quelle différence ?
Il est important de ne pas confondre :
EMS
et :
SCADA
Un SCADA est principalement utilisé pour :
superviser, afficher, enregistrer et commander une installation.
L’EMS ajoute généralement une couche de logique énergétique.
Par exemple, un SCADA peut afficher :
Puissance réseau = 120 kW
L’EMS peut utiliser cette information pour décider :
Décharger le BESS à 40 kW
Les deux systèmes peuvent être intégrés dans une même plateforme, mais leurs fonctions conceptuelles restent différentes.
22. La boucle de régulation énergétique
Le fonctionnement de l’EMS peut être vu comme une boucle continue :
Mesurer → Calculer → Décider → Commander → Vérifier
Première étape :
Mesurer
Les compteurs fournissent les puissances du réseau, des charges, du PV et du BESS.
Deuxième étape :
Calculer
L’EMS analyse l’état du système.
Troisième étape :
Décider
Il détermine une consigne.
Quatrième étape :
Commander
Il transmet la consigne au PCS ou à un autre équipement.
Cinquième étape :
Vérifier
Les nouvelles mesures permettent de vérifier le résultat.
Puis la boucle recommence.
23. Exemple de boucle en temps réel
Supposons que la limite réseau soit :
100 kW
Le compteur mesure :
P réseau = 115 kW
L’EMS détecte donc un dépassement de :
15 kW
Il demande alors au PCS :
Décharge BESS = 15 kW
Quelques instants plus tard, le compteur mesure :
P réseau ≈ 100 kW
L’EMS continue de corriger la consigne si la consommation évolue.
Nous avons donc une véritable boucle de gestion énergétique.
24. Vision globale du système
Nous pouvons maintenant réunir les éléments étudiés dans les articles précédents.
La chaîne physique de la batterie est :
Cellule → Module → Rack
Le système chargé de surveiller la batterie est :
BMS
Le système chargé de convertir la puissance est :
PCS
Et le système chargé de décider de la stratégie énergétique est :
EMS
L’architecture globale devient donc :
Cellule → Module → Rack → BMS → PCS → EMS
Cette représentation est volontairement pédagogique : dans une installation réelle, les échanges entre BMS, PCS, EMS, compteurs et protections forment un réseau de puissance et de communication plus complexe.
Conclusion
L’EMS – Energy Management System représente la couche de gestion énergétique du BESS.
Il utilise les mesures disponibles sur le site pour déterminer comment exploiter la batterie.
Ses principales fonctions peuvent être résumées par :
Mesurer → Analyser → Décider → Commander → Optimiser
Il peut notamment réaliser :
Peak Shaving ;
optimisation de l’autoconsommation photovoltaïque ;
limitation d’importation ;
limitation d’exportation ;
gestion du SOC ;
optimisation selon les tarifs ;
gestion de certaines priorités de charge ;
coordination du BESS avec les autres équipements.
Il faut retenir la distinction suivante :
BMS → protège et surveille la batterie
PCS → convertit et contrôle la puissance
EMS → décide de la stratégie énergétique
Nous avons maintenant étudié les principaux éléments nécessaires pour comprendre un système BESS.
Dans le prochain article, nous pourrons donc réunir tout ce que nous avons appris afin d’étudier :
l’architecture complète d’un BESS, de la cellule jusqu’au réseau électrique.
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