Introducción | ¿Por qué es importante el control del almacenamiento de energía?
El almacenamiento de energía es clave para desbloquear todo el potencial de la red eléctrica existente y permitir que las energías renovables generen la mayor parte de la energía diaria. Hasta ahora, en la gran mayoría de los casos, los operadores de la red solo han utilizado soluciones de almacenamiento de energía como un accesorio a su infraestructura existente. Esto ayuda a suavizar algunos picos temporales en la demanda, pero aún no proporciona la mayor parte del suministro diario de electricidad. Se espera que las baterías avanzadas desempeñen un papel importante en los servicios de gestión de la red eléctrica para sistemas con una alta proporción de electricidad renovable.
Los sistemas de almacenamiento de energía (ESS) tienen como objetivo proporcionar dos tipos básicos de servicios: potencia y energía. Si bien la mayoría de los sistemas de baterías están optimizados para proporcionar un servicio sobre otro, los nuevos sistemas de baterías híbridas, como el ESS híbrido (HESS) que se está desarrollando en el proyecto HYBRIS, están diseñados para satisfacer las necesidades de servicio de potencia y energía. Para lograr esto, se requieren nuevos métodos de control de los sistemas de baterías, que deben probarse para garantizar que se puedan realizar de manera segura. El acoplamiento de un controlador convertidor de almacenamiento de energía de batería (BESS) con una simulación en tiempo real ayuda a acelerar el desarrollo y optimizar el diseño y las ofertas de servicios para cumplir con la certificación y los estándares, como los códigos de red.
En las microrredes, por ejemplo, la batería es fundamental para gestionar el aislamiento, sincronizar el sistema de red y proporcionar la energía almacenada necesaria para satisfacer las necesidades de la red. Como tal, se requiere la capacidad de aislar y volver a conectarse a la red sin problemas. Esto lleva a la necesidad de comprender las respuestas de fallos de los inversores en los recursos basados en electrónica de potencia en los modos conectados a la red e insulares, que es donde las pruebas de hardware en el bucle entran en juego.
Soluciones de prueba | ¿Qué son las pruebas HIL?
Las pruebas de hardware en el bucle, o HIL, son cuando el hardware del controlador real está conectado a las señales generadas por un modelo virtual de un sistema físico en tiempo real. Durante las pruebas HIL, el dispositivo de hardware bajo prueba, o DUT, «cree» que está operando en el sistema real, ya que recibe los mismos tipos de señales a la misma velocidad y los mismos niveles de potencia que en una instalación real. Al manipular el modelo del sistema virtual durante las pruebas, podemos validar que el DUT se comporta como se esperaba tanto en condiciones operativas normales como durante eventos raros, como fallos en la red o condiciones de flujo de potencia inverso.
Normalmente, las pruebas HIL se dividen en dos tipos: Hardware de potencia en el bucle (P-HIL) y Hardware de controlador en el bucle (C-HIL), correspondientes a la derecha y al centro de la Figura 1. El hardware de potencia en el bucle implica probar el dispositivo real, como una batería, conectado a amplificadores de potencia que aseguran que reciba los mismos niveles de potencia que enfrentaría en condiciones reales. Esto es ideal para la validación final de un nuevo sistema, pero puede ser bastante costoso y plantea riesgos de seguridad ya que se utiliza energía real.
En cambio, el hardware del controlador en el bucle reemplaza la etapa de alimentación completa del DUT con un modelo virtual, como se muestra en la Figura 2. . Los flujos de potencia reales se reemplazan con señales digitales en el modelo de etapa de potencia en la simulación, que el controlador interpreta y luego envía señales de control. De esta manera, el comportamiento del software de control se puede probar en tiempo real con una resolución de nivel de microsegundos o incluso nanosegundos. Esta técnica es el estándar de oro para desarrollar, validar y solucionar problemas de sistemas complejos de control, protección y monitoreo, ya que le permite probar controladores reales en condiciones reales sin los riesgos de seguridad que representan los altos flujos de potencia.
Soluciones HIL| ¿Por qué HIL?
Los sistemas eléctricos siempre deben estar en equilibrio: un aumento suficientemente severo en la demanda de energía en menos de un segundo puede ser suficiente para dañar catastróficamente equipos costosos. Con el concepto HIL Testing, estos problemas técnicos y comerciales se pueden resolver de manera mucho más eficiente. Si bien los modelos simplificados pueden desempeñar un papel clave en la búsqueda rápida de diseños potenciales para sistemas de baterías, las pruebas en tiempo real que proporciona HIL son fundamentales para garantizar que no haya un momento en que estos sistemas fallen en las condiciones probadas. En el proyecto HYBRIS, esto es particularmente útil para garantizar que las señales del controlador del convertidor no dañen el sistema de batería real, reduciendo el riesgo de dañar la batería prototipo durante el desarrollo.
HIL también puede ser útil como herramienta de comunicación entre fabricantes de equipos, integradores de productos, socios de desarrollo de soluciones y clientes finales. El entorno de simulación en tiempo real utilizado durante las pruebas HIL puede ayudar a analizar y demostrar las restricciones en la configuración segura de la electrónica, sin dañar ninguna parte del banco de pruebas. Por lo tanto, la tecnología HIL puede proporcionar una simulación de alta fidelidad de una amplia gama de fallos, verificando que el software de control se comporte en consecuencia. Esto significa que se pueden elegir, dimensionar, integrar y probar y verificar el software de control adecuado para ellos. En HYBRIS, las pruebas HIL del sistema de control de la batería utilizando modelos virtuales de alta fidelidad tanto del sistema de baterías como de la red nos permiten parametrizar y dimensionar el sistema de baterías HESS para que se adapte mejor a las condiciones en un sitio piloto real.
Finalmente, las pruebas HIL pueden satisfacer el concepto de «gemelo digital» siempre que los modelos en tiempo real en el entorno de simulación sean lo suficientemente de alta fidelidad como para que sean esencialmente indistinguibles de un sistema real. Crear modelos en tiempo real con este nivel de fidelidad requiere capturar todo, desde la configuración de los dispositivos utilizados en el sitio hasta los protocolos de comunicación y los retrasos de comunicación que interactúan entre ellos. El proyecto HYBRIS busca construir sobre este concepto alimentando datos reales de un sitio real en un modelo HIL de alta fidelidad para crear un sitio de demostración virtual: publicaremos más sobre este tema el próximo mes.
Escrito por: Sergio Costa y Eleni Apostolidou, de Typhoon HIL.
