Introducció | Per què és important el control d’emmagatzematge d’energia?

L’emmagatzematge d’energia és clau per desbloquejar tot el potencial de la xarxa elèctrica existent i permetre que les renovables generin la major part de l’energia del dia a dia. Fins ara, en la gran majoria dels casos, els operadors de xarxa només han utilitzat solucions d’emmagatzematge d’energia com a un accessori en la seva infraestructura existent. Això ajuda a suavitzar alguns augments temporals de la demanda, però encara no proporciona el gruix de la provisió diària d’electricitat. S’espera que les bateries avançades juguin un paper important en els serveis de gestió de la xarxa elèctrica per a sistemes amb una alta proporció d’electricitat renovable.

Els Sistemes d’Emmagatzematge d’Energia (ESS) tenen com a objectiu proporcionar dos tipus bàsics de serveis: potència i energia. Tot i que la majoria dels sistemes de bateries estan optimitzats per proporcionar un servei sobre un altre, els nous sistemes de bateries híbrides, com l’ESS híbrid (HESS) que s’està desenvolupant en el projecte HYBRIS, estan dissenyats per satisfer les necessitats de servei d’energia i potència. Per aconseguir-ho, es requereixen nous mètodes de control dels sistemes de bateries, que s’han de provar per garantir que es puguin realitzar de manera segura. L’acoblament d’un controlador convertidor d’emmagatzematge d’energia de la bateria (BESS) amb una simulació en temps real ajuda a accelerar el desenvolupament i optimitzar les ofertes de disseny i serveis per complir amb la certificació i els estàndards, com ara codis de xarxa.

En microxarxes, per exemple, la bateria és fonamental per gestionar l’illa, sincronitzar el sistema de xarxa i proporcionar l’energia emmagatzemada necessària per satisfer les necessitats de la xarxa. Com a tal, es requereix la capacitat aïllar i tornar a connectar-se a la xarxa sense problemes. Això condueix a la necessitat d’entendre les respostes de fallades dels inversors en recursos basats en electrònica de potència en modes connectats a la xarxa i insulars, que és on les proves de maquinari en bucle es fan presents.

Solucions de prova| Què és el test HIL?

Les proves de maquinari en bucle, o HIL, són quan el maquinari real del controlador està connectat a senyals generats per un model virtual d’un sistema físic en temps real. Durant les proves HIL, el dispositiu de maquinari sota prova, o DUT, “creu” que està funcionant en el sistema real, ja que rep els mateixos tipus de senyals a la mateixa velocitat i els mateixos nivells de potència que ho faria en una instal·lació real. Mitjançant la manipulació del model del sistema virtual durant les proves, podem validar que el DUT es comporta com s’esperava tant durant les condicions operatives normals com durant esdeveniments poc usuals, com ara fallades a la xarxa o condicions de flux d’energia inversa.

Normalment, les proves HIL es divideixen en dos tipus: equip de potència en bucle (P-HIL) i equip de control en bucle (C-HIL), corresponent a la dreta i al centre de la figura 1. L’equip de potència en el bucle implica provar el dispositiu real, com ara una bateria, connectat a amplificadors d’energia que asseguren que rep els mateixos nivells de potència als que s’enfrontaria en condicions reals. Això és ideal per a la validació final d’un nou sistema, però pot ser bastant car i planteja riscos per a la seguretat, ja que s’utilitza potència real.

L’equip de control en bucle substitueix l’etapa de potència completa del DUT per un model virtual, com es mostra a la figura 2. Els fluxos d’energia reals es substitueixen per senyals digitals en el model de l’etapa de potència en la simulació, que el controlador interpreta i després envia els senyals de control. D’aquesta manera, el comportament del programari de control es pot provar en temps real amb resolució de nivell de microsegons o fins i tot nanosegons. Aquesta tècnica és l’estàndard d’or per desenvolupar, validar i resoldre problemes complexos de control, protecció i sistemes de monitorització, ja que us permet provar controladors reals en condicions reals sense els riscos de seguretat que suposen els fluxos d’alta potència.

Solucions HIL | Per què HIL?

Els sistemes elèctrics sempre han d’estar en equilibri: un augment suficientment sever de la demanda d’energia durant menys d’un segon pot ser suficient per danyar catastròficament equips costosos Amb el concepte HIL Testing, aquests problemes tècnics i comercials es poden resoldre de manera molt més eficient. Tot i que els models simplificats poden jugar un paper clau en la recerca ràpida de dissenys potencials per a sistemes de bateries, les proves en temps real que proporciona HIL són fonamentals per garantir que no hi hagi un moment en què aquests sistemes fallin en les condicions provades. En el projecte HYBRIS, això és particularment útil per garantir que els senyals del controlador convertidor no facin malbé el sistema de bateria real, reduint el risc de danyar la bateria del prototip durant el desenvolupament.

HIL també pot ser útil com a eina de comunicació entre fabricants d’equips, integradors de productes, socis de desenvolupament de solucions i clients finals. L’entorn de simulació en temps real utilitzat durant les proves HIL pot ajudar a analitzar i demostrar restriccions en configuracions segures per a l’electrònica, sense espatllar cap part del banc de proves. Per tant, la tecnologia HIL pot proporcionar una simulació d’alta fidelitat d’una àmplia gamma de fallades, verificant que el programari de control es comporta en conseqüència. Això significa que els components adequats es poden triar, dimensionar, integrar i el programari de control per a ells pot ser provat i verificat. A HYBRIS, les proves HIL del sistema de control de bateries que utilitzen models virtuals d’alta fidelitat tant del sistema de bateries com de la xarxa ens permet parametritzar i dimensionar el sistema de bateries HESS per adaptar-se millor a les condicions en un lloc pilot real.

Finalment, les proves HIL poden satisfer el concepte de “bessó digital” sempre que els models en temps real en l’entorn de simulació siguin prou d’alta fidelitat, essencialment indistingibles d’un sistema real. Crear models en temps real amb aquest nivell de fidelitat requereix capturar des de la configuració dels dispositius utilitzats en el lloc fins als protocols de comunicació i retards de comunicació que interactuen entre ells. El projecte HYBRIS busca basar-se en aquest concepte alimentant dades reals d’un lloc real en un model HIL d’alta fidelitat per crear un lloc de demostració virtual: parlarem més sobre aquest tema el proper mes.

Escrit per Sergio Costa i Eleni Apostolidou, deTyphoon HIL.