{"id":30556,"date":"2022-07-28T12:00:00","date_gmt":"2022-07-28T12:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/comet.technology\/?p=30556"},"modified":"2022-08-08T07:20:32","modified_gmt":"2022-08-08T07:20:32","slug":"como-pueden-los-gemelos-digitales-acelerar-la-adopcion-de-sistemas-de-baterias-de-proxima-generacion","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/comet.technology\/es\/2022\/07\/28\/como-pueden-los-gemelos-digitales-acelerar-la-adopcion-de-sistemas-de-baterias-de-proxima-generacion\/","title":{"rendered":"\u00bfC\u00f3mo pueden los gemelos digitales acelerar la adopci\u00f3n de sistemas de bater\u00edas de pr\u00f3xima generaci\u00f3n?"},"content":{"rendered":"\n

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El siguiente blog resume el contenido de una serie de blogs sobre gemelos digitales compartidos anteriormente<\/em> aqu\u00ed<\/em><\/a>y<\/em>aqu\u00ed.<\/em><\/a>. El contenido se ha adaptado para destacar las actividades clave que se realizan en el proyecto HYBRIS y c\u00f3mo se relacionan con el avance de los gemelos digitales.<\/em><\/figcaption><\/figure>\n

Introducci\u00f3n<\/strong>| \u00bfQu\u00e9 es un gemelo digital? \u00bfC\u00f3mo funciona en HIL? <\/strong><\/h2>\n\n

La transici\u00f3n a la energ\u00eda renovable est\u00e1 en marcha, con los acontecimientos actuales conduciendo un impulso urgente lejos de una fuerte dependencia de las fuentes extranjeras de gas natural y petr\u00f3leo. Los avances en las tecnolog\u00edas de energ\u00eda sostenible y los m\u00e9todos de control de la red lo est\u00e1n haciendo posible; generar y compartir energ\u00eda localmente es ahora m\u00e1s accesible que nunca. Sin embargo, la implementaci\u00f3n de estos cambios es un desaf\u00edo importante por s\u00ed solo. La infraestructura de red existente presenta una compleja combinaci\u00f3n de equipos nuevos y antiguos, la mayor\u00eda de los cuales no est\u00e1n dise\u00f1ados para los desaf\u00edos \u00fanicos de equilibrio y estabilidad de la red planteados por las fuentes de energ\u00eda renovable y el almacenamiento de energ\u00eda. Por esta raz\u00f3n, cualquier nuevo equipo de red o mecanismo de control debe ser probado cuidadosamente para evitar consecuencias inesperadas o desastrosas. \u00a1Si tan solo hubiera un entorno seguro donde se pudieran probar estas interacciones complejas, teniendo en cuenta las condiciones locales \u00fanicas de cada sitio! <\/p>\n\n

Entra en el gemelo digital. Los gemelos digitales son modelos matem\u00e1ticos de alta fidelidad de un dispositivo f\u00edsico o un sistema. La palabra clave en esta definici\u00f3n es \u00abalta fidelidad\u00bb. Esto significa que, para las mismas condiciones o est\u00edmulos, un gemelo digital se comportar\u00e1 exactamente de la misma manera que el dispositivo f\u00edsico o un sistema. Por ejemplo, un gemelo digital de una planta de energ\u00eda solar producir\u00e1 la misma cantidad de energ\u00eda y proporcionar\u00e1 la misma calidad de energ\u00eda (voltaje, frecuencia, arm\u00f3nicos, etc.) que la planta de energ\u00eda f\u00edsica para condiciones id\u00e9nticas: irradiaci\u00f3n solar, temperatura exterior, tipo de paneles fotovoltaicos, condici\u00f3n de paneles fotovoltaicos (por ejemplo, recientemente limpiados o contaminados atmosf\u00e9ricamente), tipo de inversor(es) utilizado en la planta de energ\u00eda solar, etc. <\/p>\n\n

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Figura 1.<\/em><\/strong> Ejemplo del concepto de gemelo digital C-HIL. Con HIL, el controlador real (abajo) es el dispositivo bajo prueba, y recibe y env\u00eda las mismas se\u00f1ales al sistema real (izquierda) o a la emulaci\u00f3n del gemelo digital (derecha).<\/em> <\/figcaption><\/figure>\n

La metodolog\u00eda hardware-in-the loop (HIL) es la forma m\u00e1s poderosa de utilizar el gemelo digital, actuando como una interfaz entre el gemelo digital y un dispositivo f\u00edsico o un sistema. M\u00e1s espec\u00edficamente, las pruebas HIL permiten que un dispositivo bajo prueba (DUT) \u00abcrea\u00bb que est\u00e1 operando en el sistema real mientras que en realidad est\u00e1 operando en un gemelo digital. Esto es posible gracias a la alta fidelidad del gemelo digital, que proporciona al DUT los mismos tipos de se\u00f1ales a la misma velocidad y los mismos niveles de potencia que en una instalaci\u00f3n real. En el contexto de los gemelos digitales de microrredes o sistemas de energ\u00eda comunitarios (CES), el DUT es t\u00edpicamente un sistema SCADA, un sistema de gesti\u00f3n de edificios (BES) o un agregador de nube, controlando y operando la red digital como si fuera la red real. Esto puede ser \u00fatil en una amplia gama de casos, como al probar nuevas estrategias operativas, capacitar a nuevos operadores de red, solucionar errores de equipos, evaluar nuevas funcionalidades o implicaciones t\u00e9cnicas de introducir nuevos modelos de negocio y nuevos dispositivos. <\/p>\n\n

Tipos de gemelos digitales<\/strong>| \u00bfQu\u00e9 permite un gemelo digital para aplicaciones de bater\u00eda? <\/h2>\n\n

Los gemelos digitales se clasifican de varias maneras diferentes, pero una de las m\u00e1s simples es centrarse en las fases del ciclo de vida del producto que admiten. En este contexto, los gemelos digitales generalmente se construyen para una de dos fases: gemelos digitales en fase de desarrollo y gemelos digitales en fase operativa. <\/p>\n\n

Los gemelos digitales de fase de desarrollo (tambi\u00e9n conocidos como gemelos digitales de producto o producci\u00f3n) est\u00e1n dise\u00f1ados para apoyar los procesos de construcci\u00f3n, renovaci\u00f3n e implementaci\u00f3n de nuevos productos y servicios. Estos implican la fabricaci\u00f3n de un prototipo de gemelo digital del sistema planificado antes de la construcci\u00f3n. Por ejemplo, si desea instalar un nuevo sistema de bater\u00edas de almacenamiento en red en un sitio existente, un gemelo digital en fase de desarrollo le permitir\u00eda centralizar los datos en el sitio, ver d\u00f3nde y c\u00f3mo se podr\u00edan implementar los cambios necesarios en la red el\u00e9ctrica. Luego, con HIL, podr\u00eda explorar c\u00f3mo funcionar\u00eda el sistema planificado en el sitio de destino, ayud\u00e1ndole a dimensionar mejor el sistema final, identificar posibles problemas de control y probar la comunicaci\u00f3n con los trabajos del sistema, todo antes de comenzar a construir un prototipo real. <\/p>\n\n

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Figura 2.<\/em><\/strong> Ejemplo de un gemelo digital de un sistema de microrred para probar el control de un sistema SCADA<\/em> <\/figcaption><\/figure>\n

Fase operativa, o rendimiento, los gemelos digitales est\u00e1n dise\u00f1ados para soportar las fases operativas y de mantenimiento de una instalaci\u00f3n. Estos a menudo funcionan recopilando datos en vivo e hist\u00f3ricos de un sitio real, aliment\u00e1ndolos en una base de datos, mostrando los datos de dispositivos individuales (instancias de gemelos digitales) o el rendimiento de todos los dispositivos juntos (agregados de gemelos digitales) para que puedan ser interpretados f\u00e1cilmente por los administradores del sitio, como a trav\u00e9s de un sistema de gesti\u00f3n de informaci\u00f3n de edificios (BIM). Un gemelo digital de fase operativa que funciona con pruebas HIL permite un entorno sandbox de alta fidelidad para probar nuevas estrategias de control o para capacitar a nuevos operadores de microrredes, sin poner en riesgo el sistema real. Adem\u00e1s, los gemelos digitales operativos permiten realizar pruebas de escenarios, lo que permite el mantenimiento predictivo basado en datos y \/ o las pruebas de robustez de ciberseguridad para evitar fallas del sistema antes de que ocurran, as\u00ed como facilitar el an\u00e1lisis post mortem de las fallas del sistema y sus posibles soluciones y volver a poner el sistema de red en l\u00ednea m\u00e1s r\u00e1pido. <\/p>\n\n

Gemelos digitales basados en HIL<\/strong>\u00bfQu\u00e9 necesitas para hacer un gemelo digital? <\/h2>\n\n

Cada gemelo digital es un modelo, pero no todos los modelos son gemelos digitales La diferencia entre un modelo y un gemelo digital est\u00e1 en la fidelidad y precisi\u00f3n de la emulaci\u00f3n del dispositivo f\u00edsico o un sistema, que, en el caso de los gemelos digitales, son indistinguibles del f\u00edsico. Para que esto sea posible y crear un modelo que pueda llamarse leg\u00edtimamente \u00abgemelo digital\u00bb es necesario, en primer lugar, obtener los inputs relevantes para el modelado y, en segundo lugar, disponer de datos relevantes para su validaci\u00f3n. <\/p>\n\n

El primer requisito para crear un gemelo digital son las entradas de modelado adecuadas. En otras palabras, el ingeniero de modelado que crea un gemelo digital necesita saber exactamente qu\u00e9 dispositivos deben incluirse en el gemelo, as\u00ed como sus especificaciones y caracter\u00edsticas operativas. El nivel de detalles y las entradas de datos requeridas dependen del prop\u00f3sito que servir\u00e1 el gemelo digital. Por ejemplo, al realizar estudios de dimensionamiento para nuevos activos en microrredes, como elegir el tama\u00f1o \u00f3ptimo de un sistema de almacenamiento de bater\u00edas, las entradas de modelado relevantes incluyen los datos de la placa de identificaci\u00f3n de los activos existentes, como los tipos de paneles solares, la clasificaci\u00f3n de potencia y la eficiencia de los inversores solares, y otros datos relevantes que generalmente est\u00e1n disponibles en la tabla de especificaciones al final del manual del usuario del activo modelado. Sin embargo, para los casos de uso de integraci\u00f3n y pre-puesta en marcha, es necesario tener tambi\u00e9n informaci\u00f3n sobre la capa de comunicaci\u00f3n, como los mapas de registro MODBUS del inversor, los registros personalizados sunSpec y las funcionalidades de un sistema de almacenamiento de bater\u00edas o, por ejemplo, la versi\u00f3n OCPP del cargador EV. r. Al crear un modelo con las mismas capacidades de comunicaci\u00f3n que el sistema f\u00edsico, el ingeniero de modelado puede crear un verdadero gemelo digital que, desde el punto de vista de un dispositivo bajo prueba, por ejemplo, SCADA o un sistema de gesti\u00f3n de edificios, se comporta exactamente como el sistema real, incluida la capacidad de leer y escribir los mismos datos utilizando la misma configuraci\u00f3n de comunicaci\u00f3n. Para hacer este modelo, el ingeniero de modelado crea un documento de especificaci\u00f3n de datos basado en el prop\u00f3sito acordado del gemelo digital que las partes interesadas relevantes deben completar con datos de placa de identificaci\u00f3n, especificaciones t\u00e9cnicas y, posiblemente, registros de comunicaci\u00f3n para los activos modelados. Con los datos de entrada adecuados, se garantiza que el modelo replicar\u00e1 con precisi\u00f3n el dispositivo f\u00edsico o el sistema. <\/p>\n\n

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Figure 3.<\/em><\/strong> Example of a digital twin of a microgrid in HIL SCADA. The leftmost figure represents the power flows to the different distributed renewable energy generation sources as well as the aggregated site load, while the rightmost figure shows the detailed simulation control and data flow options available for the Battery ESS component.<\/em> <\/figcaption><\/figure>\n\n

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Por supuesto, cualquier ingeniero de modelado conoce el significado de la frase \u00abbasura en; basura fuera\u00bb. Lo que transforma este modelo preciso en un gemelo digital es la validaci\u00f3n del modelo, que garantiza que las entradas de modelado relevantes tambi\u00e9n produzcan salidas de modelo relevantes y precisas. En el contexto del hermanamiento digital, la validaci\u00f3n es el proceso de ajustar el modelo para que su comportamiento coincida plenamente con el comportamiento del dispositivo f\u00edsico o sistema que se pretende representar, en resumen, asegurando que el modelo sea realmente \u00fatil para las condiciones y entradas en cuesti\u00f3n. El principal requisito para la validaci\u00f3n es un conjunto de datos de mediciones relevantes: hist\u00f3ricas o, preferiblemente, tanto hist\u00f3ricas como en tiempo real. Al tener mediciones hist\u00f3ricas relevantes, los ingenieros de modelado pueden modificar y parametrizar cuidadosamente el modelo hasta que su comportamiento sea id\u00e9ntico al dispositivo f\u00edsico (o un sistema) para las mismas entradas y en las mismas condiciones. El tipo de datos requeridos para la validaci\u00f3n y su granularidad depende del prop\u00f3sito del gemelo digital. Para los an\u00e1lisis de flujo de potencia y los estudios de dimensionamiento de activos, los datos de intervalos de 15 minutos suelen ser suficientes (por ejemplo, para plantas fotovoltaicas: irradiaci\u00f3n solar, potencia de salida, etc.). Por otro lado, para la emulaci\u00f3n de escenarios de tiempo cr\u00edtico, por ejemplo, la prestaci\u00f3n de servicios auxiliares (como la restauraci\u00f3n de frecuencias, el soporte de calidad de la energ\u00eda, etc.), es necesario tener mediciones de segundo o incluso subsegundos, as\u00ed como datos adicionales del activo en cuesti\u00f3n (por ejemplo, estado de carga, modo operativo actual de la bater\u00eda, etc.). Si el prop\u00f3sito del gemelo digital es acelerar la integraci\u00f3n, la capa de comunicaci\u00f3n del gemelo digital tambi\u00e9n debe validarse, por lo que los ingenieros de modelado aseguran el escalado correcto y el tipo de mediciones realizadas a trav\u00e9s de MODBUS, CAN, IEC61850 u otros protocolos de comunicaci\u00f3n. <\/p>\n\n

En resumen, una vez que crea un modelo basado en entradas relevantes y lo valida sobre la base de mediciones hist\u00f3ricas o en tiempo real relevantes, ha creado un gemelo digital para ese prop\u00f3sito: un modelo cuyo comportamiento coincide con el comportamiento de su dispositivo f\u00edsico o un sistema. <\/p>\n\n

H2020 HYBRIS<\/strong> | \u00bfC\u00f3mo pueden los gemelos digitales demostrar el valor de los nuevos sistemas de bater\u00edas? <\/h2>\n\n

Para que los gemelos digitales se utilicen ampliamente, es importante que el marco de modelado se pueda demostrar de una manera repetible y escalable. En el proyecto HYBRIS,<\/a> una bater\u00eda Toshiba Litio-Ion optimizada para servicios de energ\u00eda y una bater\u00eda Kemiwatt<\/a>redox-flow optimizada para servicios energ\u00e9ticos se integran en un novedoso sistema de bater\u00eda h\u00edbrida<\/a>dise\u00f1ado para funcionar en un solo contenedor de env\u00edo, que se mueve de socio a socio durante el proyecto. Para respaldar esto, se desarrolla y valida un gemelo digital basado en HIL del sistema de bater\u00eda h\u00edbrida contra pruebas reales para respaldar las pruebas de puesta en marcha y control del prototipo de bater\u00eda real. El modelo est\u00e1 dise\u00f1ado con par\u00e1metros flexibles, de modo que se pueden considerar diferentes tama\u00f1os de los sistemas de bater\u00edas a lo largo del proyecto. <\/p>\n\n

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Figura 4<\/em><\/strong>: Sistema de bater\u00eda desarrollado en el proyecto H2020 HYBRIS, integrando una bater\u00eda de iones de litio toshiba y una bater\u00eda de flujo redox Kemiwatt AORFB en un contenedor de env\u00edo dise\u00f1ado por HESStec [compiled from HYBRIS D2.1]<\/em> <\/figcaption><\/figure>\n

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Una vez validado, este gemelo digital del sistema de bater\u00edas se integrar\u00e1 en un gemelo digital de un sistema de red italiano gestionado por Solidaridad y Energ\u00eda.<\/a> Esto esencialmente crea un \u00absitio de demostraci\u00f3n virtual\u00bb, donde el sistema SCADA en el sitio o un controlador basado en la nube pueden actuar como el dispositivo de control bajo prueba. Por supuesto, esto requiere que el modelo del sitio est\u00e9 validado adecuadamente, lo que se har\u00e1 en dos etapas: primero, utilizando los datos hist\u00f3ricos y reales del sitio para garantizar que las entradas de control en el sitio coincidan con el comportamiento simulado en el gemelo, y segundo, replicando las pruebas realizadas en el sitio real con el prototipo de bater\u00eda real contra las del entorno del gemelo digital completamente virtual. Una vez que se confirman ambas pruebas de validaci\u00f3n, las pruebas en el \u00absitio de demostraci\u00f3n virtual\u00bb se pueden realizar antes de las pruebas reales, lo que le permite actuar como un gemelo digital operativo del sitio. <\/p>\n\n

Por \u00faltimo, este enfoque se extiende para un sitio de demostraci\u00f3n residencial en los Pa\u00edses Bajos administrado pori.LECO.<\/a> Aqu\u00ed, no se implementar\u00e1 ning\u00fan sistema de bater\u00eda real o controles locales; en su lugar, se crear\u00e1 y validar\u00e1 un \u00absitio de demostraci\u00f3n virtual\u00bb sin el activo de bater\u00eda al igual que para el sitio italiano. Con el gemelo digital de red validado, el modelo de bater\u00eda HYBRIS tambi\u00e9n se puede agregar virtualmente, lo que permite a los usuarios potenciales comparar los beneficios del sistema HESS, e incluso el rendimiento de sistemas de bater\u00edas de diferentes tama\u00f1os, utilizando las condiciones reales del sitio en s\u00ed. Este marco tiene el potencial de ser una poderosa herramienta de ventas, haciendo que la adopci\u00f3n de sistemas de bater\u00edas novedosos y personalizados sea mucho m\u00e1s factible y dando confianza a aquellos que buscan integrar estas nuevas tecnolog\u00edas de que funcionar\u00e1n seg\u00fan lo previsto. <\/p>\n\n

Escrito por Sergio Costa y Aleksandar Kavgic de<\/em> Typhoon HIL<\/em><\/a>.<\/em> <\/p><\/blockquote>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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