El sistema de bateries HYBRIS de flux redox híbrid (AORFB) i titanat de liti (LTO) utilitza HIL per provar els controls EMS de manera més segura, ràpida i en condicions reals del lloc.
L’emmagatzematge d’energia, i especialment els sistemes de bateries, tenen un paper creixent en el panorama energètic, ja que proporcionen una estabilitat molt necessària a un sistema energètic que depèn cada cop més de fonts de subministrament d’energia inconsistents. Tot i que les bateries d’ions de liti són les més conegudes, existeixen una infinitat de tecnologies diferents que poden abordar aquests reptes per a diferents casos d’ús, com ara l’afaitat de pics, la regulació de la freqüència, l’arbitratge energètic o l’energia de reserva en cas d’illa de xarxa. La integració de múltiples tecnologies de bateries en un sistema de bateries híbrids ofereix una oportunitat única per abordar aquests casos; obtenint els avantatges de la resposta d’alta potència de les bateries d’ions de liti o supercondensadors juntament amb l’elevat potencial energètic i la vida útil del cicle d’una bateria de flux redox, per exemple.
No obstant això, els propietaris del lloc i els interessats tenen raó de preocuparse perque els sistemes de bateries siguin segurs, tot i que siguin eficaços per satisfer les necessitats del seu lloc. Sense molts exemples de mercat, pot ser força difícil convèncer aquestes parts interessades, sobretot quan es desenvolupa un primer prototip de demostració. El concepte de bessó digital (figura 1) és una manera de fer-ho, ja que permet provar les condicions del lloc abans del desplegament. Tot i així, com ens podem assegurar que la gestió del control total del sistema de bateries funciona com s’esperava, en condicions que coincideixen amb les del lloc?
Reptes| Validació d’extrem a extrem de l’EMS abans del desplegament
La solució de bateria híbrida en contenidors dins del projecte HYBRIS H2020 representa el treball col·lectiu de diversos socis diferents: La solució única de Kemiwatt Amorfa Orgànica Redox-Flow Battery (AORFB); La bateria d’òxid de titanat de liti (LTO) de Toshiba, la solució SCADA integrada de HESStec, el sistema de gestió d’energia (EMS) basat en núvol d’AUG-E i la solució de sistema avançat de gestió de la bateria (ABMS) basada en el núvol de PowerUP/CEA per garantir la salut a llarg termini dels sistemes de bateries. Com us podeu imaginar, amb tantes organitzacions separades que donen informació sobre el funcionament segur de la bateria durant el desplegament, una bona comunicació esdevé encara més important. Garantir una comunicació coherent i validar què passa quan es perd o es retarda la comunicació és fonamental per assegurar-se que la bateria funciona correctament a la pràctica.
Seria fantàstic si en aquest cas poguéssim evitar les incerteses en les etapes de prova i utilitzar les condicions reals del lloc tant com sigui possible. Afortunadament a HYBRIS, ho fem! La figura 2 mostra el model de comunicació entre les plataformes allotjades al núvol i el contenidor de la bateria real. Durant el funcionament del contenidor real, les ordres de control s’envien des de l’EMS allotjat al núvol d’AUG-e (anteriorment i.Leco) i el contenidor de la bateria híbrid, amb informació sobre l’estat de la bateria enviada des del contenidor a les dues plataformes allotjades al núvol. Quan es vol fer proves en temps real amb el model de lloc bessó digital, AUG-e utilitza la mateixa infraestructura d’API, però les ordres es redirigien des del contenidor als dispositius HIL allotjats per HESStec (a dalt a la dreta de la figura 2). D’aquesta manera, podem minimitzar el risc identificant possibles problemes de comunicació abans.
Malauradament, els problemes de comunicació no són els únics reptes que podríem esperar de l’aplicació pràctica dels controls basats en núvol. Com respondrà la bateria als canvis a nivell de lloc que requereixen una resposta més ràpida del que pot proporcionar el núvol? Si canvia la freqüència de la xarxa o la potència reactiva del lloc, com respondrà la bateria? Com pot afectar això la descàrrega de l’energia de la bateria? Què passa amb els esdeveniments d’illa no intencionats i el canvi entre els modes d’illa i el de seguiment de la graella? I el més important, aportarà la bateria un valor afegit en serveis que pugui justificar el seu cost? Provar aquestes preguntes per primera vegada amb la bateria real és arriscat, especialment per a un únic prototip de mida completa destinat a ser implementat en diversos llocs.
Solució| El model de bateria híbrida HYBRIS
Per fer front a aquests riscos, s’ha desenvolupat un model capaç en temps real del contenidor de la bateria HYBRIS HESS (que es mostra a la part inferior esquerra de la figura 1) que pot funcionar amb dispositius HIL tant a les instal·lacions d’AUG-e com utilitzant l’arquitectura de comunicació descrita a la figura. 2. Aquest model HESS integra models detallats de sistemes de bateries AORFB i LTO, juntament amb components del convertidor de font de tensió bidireccional (BVSC) parametritzats que actuen com a bessons dels convertidors AC-DC reals desplegats al contenidor per a cada tecnologia de bateria. La figura 3 mostra un exemple de com Typhoon HIL SCADA representa la informació dels dos sistemes de bateries. Els canvis en les condicions de la xarxa o les referències de potència per al contenidor es poden implementar directament aquí a HIL SCADA, mitjançant scripts de prova automatitzats o mitjançant dades enviades per API.
En establir les condicions de la xarxa d’un bessó digital del lloc, es poden executar casos de prova amb seguretat que representen condicions esperades o problemàtiques per al funcionament de la bateria. Fins i tot es poden realitzar proves per a condicions difícils de replicar durant el funcionament real, com ara com el sistema híbrid podria respondre a la fallada d’un dels dos sistemes de bateries. Atès que el model de bateria digital bessona no es distingeix del maquinari de control real de la bateria real, eliminem la incertesa que podria sorgir de controls simplificats o condicions inesperades del lloc. En lloc d’assumir, només podem provar-ho i reduir els riscos per a la pròpia bateria física.
Aquest bloc va ser escrit com a part del projecte H2020 HYBRIS de la Unió Europea (GA núm. 963652) i es va publicar originalment al lloc web de Typhoon HIL.
