El sistema de batería híbrido de flujo redox (AORFB) y titanato de litio (LTO) HYBRIS utiliza HIL para probar los controles EMS de forma más segura, más rápida y en condiciones reales del sitio.
El almacenamiento de energía, y especialmente los sistemas de baterías, desempeñan un papel cada vez mayor en el panorama energético al proporcionar la estabilidad muy necesaria a un sistema energético que depende cada vez más de fuentes de suministro de energía inconsistentes. Si bien las baterías de iones de litio son las más conocidas, existe una gran variedad de tecnologías diferentes que pueden abordar estos desafíos para diferentes casos de uso, como reducción de picos, regulación de frecuencia, arbitraje energético o energía de respaldo en caso de aislamiento de la red. La integración de múltiples tecnologías de baterías en un sistema de baterías híbridas brinda una oportunidad única para abordar estos casos; obteniendo las ventajas de la respuesta de alta potencia de las baterías de iones de litio o supercondensadores junto con el alto potencial energético y la vida útil de una batería de flujo redox, por ejemplo.
Sin embargo, los propietarios de sitios y las partes interesadas están preocupados, con razón, de que los sistemas de baterías sean seguros y, al mismo tiempo, eficaces para satisfacer las necesidades de sus sitios. Sin muchos ejemplos de mercado, puede resultar bastante difícil convencer a estas partes interesadas, especialmente cuando se desarrolla un primer prototipo de demostración. El concepto de gemelo digital (Figura 1) es una forma de hacerlo, ya que permite probar las condiciones del sitio antes de la implementación. Aún así, ¿cómo podemos asegurarnos de que la gestión de control total del sistema de baterías funcione como se espera, en condiciones que coincidan con las del sitio?
Desafíos| Validación de extremo a extremo del EMS antes de la implementación
La solución de batería híbrida en contenedores dentro del proyecto HYBRIS H2020 representa el trabajo colectivo de varios socios diferentes: La solución única de batería de flujo redox orgánico amorfo (AORFB) de Kemiwatt; La batería de óxido de titanato de litio (LTO) de Toshiba, la solución SCADA integrada de HESStec, el sistema de gestión de energía (EMS) basado en la nube de AUG-E y la solución del sistema de gestión avanzada de batería (ABMS) basada en la nube de PowerUP/CEA para garantizar la salud a largo plazo del sistema de baterías. Como puede imaginar, con tantas organizaciones independientes que brindan información sobre el funcionamiento seguro de la batería durante la implementación, la buena comunicación se vuelve aún más importante. Garantizar una comunicación constante y validar lo que sucede cuando la comunicación se pierde o se retrasa es fundamental para garantizar que la batería funcione correctamente en la práctica.
Sería fantástico si en este caso pudiéramos evitar las incertidumbres en las etapas de prueba y utilizar las condiciones reales del sitio tanto como sea posible. ¡Afortunadamente en HYBRIS, lo hacemos! La Figura 2 muestra el modelo de comunicación entre las plataformas alojadas en la nube y el contenedor de batería real. Durante la operación real del contenedor, los comandos de control se envían desde el EMS alojado en la nube de AUG-e (anteriormente i.Leco) y el contenedor de batería híbrida, y la información del estado de la batería se envía desde el contenedor a ambas plataformas alojadas en la nube. Cuando se desean realizar pruebas en tiempo real con el modelo de sitio gemelo digital, AUG-e utiliza la misma infraestructura API, pero en su lugar los comandos se redirigen desde el contenedor a los dispositivos HIL alojados en HESStec (arriba a la derecha de la Figura 2). De esta manera, podemos minimizar el riesgo al identificar antes posibles problemas de comunicación.
Desafortunadamente, los problemas de comunicación no son los únicos desafíos que podríamos esperar encontrar en la aplicación práctica de controles basados en la nube. ¿Cómo responderá la batería a los cambios a nivel del sitio que requieren una respuesta más rápida de la que puede proporcionar la nube? Si cambia la frecuencia de la red o la potencia reactiva en el sitio, ¿cómo responderá la batería? ¿Cómo podría afectar a esto la descarga de energía de la batería? ¿Qué pasa con los eventos de isla involuntarios y el cambio entre los modos de isla y de seguimiento de red? Y lo más importante, ¿la batería proporcionará un valor agregado en servicios que pueda justificar su costo? Probar estas preguntas por primera vez con la batería real es arriesgado, especialmente para un prototipo único de tamaño completo destinado a implementarse en múltiples sitios.
Solución| El modelo de batería híbrida HYBRIS
Para abordar estos riesgos, se ha desarrollado un modelo con capacidad en tiempo real del contenedor de baterías HYBRIS HESS (que se muestra en la parte inferior izquierda de la Figura 1) que puede ejecutarse en dispositivos HIL tanto en las instalaciones de AUG-e como utilizando la arquitectura de comunicación descrita en la Figura 2. Este modelo HESS integra modelos detallados de sistemas de baterías AORFB y LTO, junto con componentes parametrizados del convertidor de fuente de voltaje bidireccional (BVSC) que actúan como gemelos de los convertidores AC-DC reales implementados en el contenedor para cada tecnología de batería. La Figura 3 muestra un ejemplo de cómo Typhoon HIL SCADA representa información en ambos sistemas de baterías. Los cambios en las condiciones de la red o las referencias de energía para el contenedor se pueden implementar directamente aquí en HIL SCADA, mediante scripts de prueba automatizados o mediante datos enviados a través de API.
Al establecer las condiciones de la red de un gemelo digital del sitio, se pueden ejecutar de forma segura casos de prueba que representen condiciones esperadas o problemáticas para el funcionamiento de la batería. Incluso se pueden realizar pruebas para condiciones difíciles de replicar durante el funcionamiento real, como por ejemplo cómo podría responder el sistema híbrido ante el fallo de uno de los dos sistemas de batería. Dado que el modelo de batería gemela digital es indistinguible del hardware de control real de la batería real, eliminamos la incertidumbre que podría surgir de controles simplificados o condiciones inesperadas del sitio. En lugar de suponerlo, podemos simplemente probarlo y reducir los riesgos para la batería física.
Este blog fue escrito como parte del proyecto H2020 HYBRIS de la Unión Europea (GA No. 963652) y publicado originalmente en el sitio web de Typhoon HIL.
