Ein Leitfaden für Tests für Ingenieur:innen

Wichtigste Erkenntnisse

• Ein solides BESS- Tests us folgt einer festgelegten Abfolge, die mit der Risikoplanung beginnt und mit der evidenzbasierten Freigabe endet.
• Werksunterlagen sind zwar hilfreich, doch bei der Inbetriebnahme vor Ort muss noch nachgewiesen werden, dass die Verkabelung, die Schutzvorrichtungen, die Steuerungen und die Leistung an den Betriebspunkten ordnungsgemäß installiert sind.
• Durch die Validierung von Reglern mit geschlossenem Regelkreis lassen sich Timing- und Interaktionsfehler erkennen, bevor sie zu Problemen im Einsatz führen.

Ein BESS besteht den „ Tests “, wenn Sie die Installationsqualität, das Schutzverhalten, die Funktionsweise des Reglers und die Nennleistung in einer festgelegten Reihenfolge nachweisen, bevor das System an das Live-Netz angeschlossen wird.

Tests im Bereich Batteriespeichersysteme hat nun an Bedeutung gewonnen, da das Projektvolumen nicht mehr gering ist. Weltweit beliefen sich die Zuwächse bei der Batteriespeicherkapazität im Jahr 2023 auf 42 GW, was mehr als dem Doppelten des Gesamtwert von 2022. Dieses Tempo erhöht die Kosten einer überstürzten Inbetriebnahme, da eine fehlende Verriegelung oder ein instabiler Regelkreis erst nach der Einschaltung zutage treten. Ein disziplinierter Arbeitsablauf sorgt für eindeutigere Nachweise, weniger Wiederholungstests und eine sicherere Entscheidung über die Freigabe.

Erstellen Sie zunächst einen risikobasierten BESS-Testplan

Beginnen Sie mit einem risikobasierten Testplan, der jede Gefahr und jede Leistungsangabe mit einem konkret benannten Test, einem Erfolgskriterium und einem Verantwortlichen verknüpft. Dieser Plan sorgt für eine kontrollierte BESS- Tests , da die Live-Einspeisung jede Lücke aufdeckt, die Sie im Umfang, bei den Nachweisen oder bei der Freigabebefugnis lassen. Sie legen die Nachweisanforderungen fest, bevor das System in Betrieb genommen wird.

Ein Standort mit einer Leistung von 20 MW und einer Speicherkapazität von 40 MWh verdeutlicht, warum dies wichtig ist. Wenn das Batteriemanagementsystem bei einem Schwellenwert eine Abschaltung aufgrund hoher Temperatur meldet, die Wechselrichtersteuerung bei einem anderen Schwellenwert eine Leistungsreduzierung veranlasst und die Standortsteuerung eine separate Regel zur Leistungsdrosselung anwendet, benötigen Sie eine Matrix, aus der hervorgeht, welche Funktion zuerst greift und wie Sie die Abfolge überprüfen können. Ohne diese Matrix wiederholen Teams unter Termindruck oft Tests und übersehen dabei dennoch das Zusammenspiel, auf das es am meisten ankommt.

Ihr erster Plan funktioniert am besten, wenn er die wenigen Bedingungen nennt, die zu unsicheren oder irreführenden Ergebnissen führen können:

• Betriebsarten und Einsatzgrenzen
• Schutzabschaltungen und Rücksetzwege
• Kommunikationsausfall und Fehler bei der Zeitsynchronisation
• Ausfall der Hilfsstromversorgung und thermische Alarme
• Abnahmeunterlagen und Freigabeverantwortliche

„Diese Struktur sorgt außerdem dafür, dass die Tests von Batteriespeichersystemen nicht zu einer endlosen Dokumentenjagd wird.“

Jeder Test hat einen Zweck. Vor Ort konzentriert man sich auf die Kontrollpfade mit dem höchsten Risiko. Punkte mit geringem Risiko verdrängen nicht die Prüfungen, für die noch keine Nachweise vorliegen.

Tests im Werk frühzeitig vom Umfang der Inbetriebnahme vor Ort trennen

Die Werks Tests und die Inbetriebnahme vor Ort dienen der Klärung unterschiedlicher Fragen, daher muss der Umfang vor dem Versand der Geräte aufgeteilt werden. Bei den Werksarbeiten wird nachgewiesen, dass die gelieferte hardware und die Firmware unter kontrollierten Bedingungen wie spezifiziert funktionieren. Bei den Arbeiten vor Ort wird nachgewiesen, dass das installierte System auch nach Transport, Verkabelung, Integration und Voreinstellung der Versorgungsfunktionen noch korrekt funktioniert.

In einer mit dem Stromumwandlungssystem betriebenen Anlage können die Stromregelung, die Schaltbefehle, die Alarmlogik und die grundlegende Kommunikation überprüft werden. Bei der Inbetriebnahme vor Ort muss dann alles erneut überprüft werden, was von der Kabelpolarität, dem Stromwandlerverhältnis, der Erdung, den Schutzeinstellungen, der Netzwerklatenz oder den Daten zum Netzanschlusspunkt abhängt. Wenn diese Ebenen nicht voneinander getrennt werden, werden die Werksabnahmeprotokolle dazu verwendet, Lücken vor Ort zu entschuldigen, die weiterhin ein Betriebsrisiko darstellen.

Sie sparen später Zeit, wenn die Übergabe zwischen Fertigung und Betrieb als Freigabekriterium festgeschrieben ist und nicht nur auf einer vagen Annahme beruht. Diese Abgrenzung ist entscheidend. Fehlende Nachweise sollten eine Testsequenz stoppen, bevor sie einen live geschalteten Bus erreicht. Die Unterbrechung ist kostengünstiger als ein Zwischenfall im Betrieb.

Überprüfen Sie die ordnungsgemäße Installation vor der ersten Inbetriebnahme des BESS.

Vor der Inbetriebnahme muss durch Prüfungen sichergestellt werden, dass das installierte BESS-Batteriesystem korrekt verkabelt, gekennzeichnet, geerdet und vermessen ist, bevor ein Wechselrichter oder ein Batteriegehäuse unter Spannung gesetzt wird. Diese Phase erfolgt physisch und methodisch. Ein Polaritätsfehler lässt sich nicht mehr durch „ software “ beheben, sobald die Schütze geschlossen sind und Strom fließt.

Ein häufig übersehener Prüfpunkt ist die Messskalierung über die gesamte Kette hinweg. Ein im Standortregler falsch eingegebenes Stromwandlerverhältnis kann dazu führen, dass die Anlage scheinbar innerhalb der Grenzwerte liegt, während der Wechselrichter bereits über dem Sollstrom liegt. Ein weiteres häufiges Problem vor Ort ist eine vertauschte Hilfsspannungsversorgung, die die Kommunikationsgeräte bei einer Quellenumschaltung am Laufen hält, bei einer anderen jedoch ausfallen lässt. Das sind Installationsfehler, die vor Ort überprüft werden müssen, bevor Sie an den Steuerungen etwas ändern.

Nach dem Transport sollten Sie die Drehmomentwerte, den Isolationswiderstand, die Durchgängigkeit, die Erdung, den Betrieb der Gehäuseheizung, die Kühlungsverriegelungen, die Not-Aus-Schleifen und die Angleichung des Ladezustands überprüfen. Wenn ein Rack mit einem Ladezustand von 35 % und ein anderes mit 60 % ankommt, verzerrt der erste Ausgleichszyklus Ihren Abnahmetest. Durch sorgfältige Vorbereitungsarbeiten vor der Inbetriebnahme vermeiden Sie, dass Sie den Regler für ein Problem im Bereich „ hardware “ verantwortlich machen, das er nicht verursacht hat.

Überprüfung des Schutzverhaltens unter Netzstörungsbedingungen

Bei der Schutz Tests s muss sichergestellt werden, dass das System unsichere Ströme blockiert, die richtigen Geräte isoliert und erst dann wieder in Betrieb geht, wenn der Fehlerpfad beseitigt ist. Ein „Bestanden“-Ergebnis bedeutet, dass Reihenfolge und zeitlicher Ablauf der Maßnahmen korrekt sind. Eine Auslösung allein beweist noch keine Koordination. Sie überprüfen das koordinierte Verhalten von Relais, Umrichtern, Leistungsschaltern und Batteriesteuerungen.

Stellen Sie sich einen Spannungsabfall in der Einspeisung vor, der den Wechselrichter an die Strombegrenzung bringt, während das Batteriemanagementsystem aufgrund der Temperatur bereits eine Leistungsreduzierung vornimmt. Wenn die Strombegrenzung des Wechselrichters erst nach Ablauf des Relais-Durchhalte-Timers greift, kann die Anlage am Netzanschlusspunkt ausfallen, obwohl die Batteriebänke weiterhin einwandfrei funktionieren. Ein weiterer Fall ist ein Frequenzereignis, bei dem eine Wirkleistungsunterstützung angefordert wird, während die Gleichspannung nahe an einer Obergrenze liegt. Diese Wechselwirkungen erfordern aufgezeichnete Wellenformen und keine verbale Bestätigung.

Ihre Akzeptanzkriterien sollten den Ansprechwert, die Ansprechzeit, die Rückstelllogik und die Alarmverriegelung umfassen. Ein Schutztest, der lediglich die Einstellungen im stationären Zustand überprüft, lässt Fehlauslösepfade unberücksichtigt. Außerdem sollten Sie sicherstellen, dass die Wiederherstellung nach einem Fehler kein zweites Problem verursacht, wie beispielsweise wiederholte Versuche, das Schütz zu schließen, oder einen veralteten Alarm, der die Einspeisung blockiert, nachdem das Netz wieder stabil ist.

Validierung der BESS-Steuerungslogik mittels Simulation im geschlossenen Regelkreis

Die Validierung des Reglers muss anhand eines Live-Anlagenmodells erfolgen, bevor Sie dem Betrieb vor Ort vertrauen können, da die größten Herausforderungen im Timing, bei Betriebsartwechseln und in „ Vorteil “-Fällen liegen. Mit einer Simulation im geschlossenen Regelkreis können Sie diese Bedingungen sicher simulieren. Außerdem lassen sie sich exakt wiederholen. Auf diese Weise können Sie den Regler unter Belastung überprüfen.

Ein nützlicher Teststand vergleicht den tatsächlichen Standortcontroller mit simulierten Einspeiseleitungen, Wechselrichtern, Batteriegrenzen und Kommunikationsverzögerungen. Die installierte Leistung von Batteriespeichern im Großmaßstab erreichte in den Vereinigten Staaten im Jahr 2024 26 GW im Jahr 2024erreicht, sodass ein wiederverwendetes Firmware-Image denselben Logikfehler von einem Projekt zum nächsten mit sich trägt, wenn es nicht unter Belastungsbedingungen getestet wird. OPAL-RT eignet sich für diesen Schritt, da es Ihnen ermöglicht, den Steuerungscode anhand einer Echtzeit-Anlagenrepräsentation auszuführen und wiederholbare Lastanstiege, Spannungsereignisse und Signalausfälle zu simulieren, bevor die Anlagenstromversorgung vorhanden ist.

Sie sollten die Abtriebspriorität, den Ladezustandsschutz, die Begrenzung der Anstiegsgeschwindigkeit, die Leistungsfaktorsteuerung, die Alarmeskalation und die Wiederherstellung nach einem Kommunikationsausfall überprüfen. Ein Regler, der bei einem langsamen Überwachungstest stabil erscheint, kann dennoch ins Schwanken geraten, wenn schnelle Rückmeldungen von der Anlage eintreffen. 

„Durch den geschlossenen Regelkreis werden diese Fehler frühzeitig erkannt, wenn die Korrektur eines Parameters noch wenige Minuten dauert, anstatt dass man erneut zum Standort fahren muss.“

Messung der Betriebsleistung über alle Nennlastpunkte hinweg

Leistungs Tests en müssen belegen, dass das installierte System die Nennleistung und -energie über alle Betriebspunkte hinweg liefern kann, die der Betreiber tatsächlich nutzen wird. Ein positives Ergebnis erfordert mehr als nur eine kurze Entladung. Es sind Nachweise für die Zustände „Lade“, „Entlade“, „Anstieg“, „Standby“ und „Wiederherstellung“ mit gemessenen Ausgangsbedingungen erforderlich.

Ein 1C-Entlade-Akzeptanztest ist ein guter Ausgangspunkt, liefert jedoch für sich genommen nicht genügend Informationen. Sie sollten außerdem Teillastpunkte, stufenweise Lastanstiege, Blindleistungsunterstützung, den Betrieb bei niedrigem Ladezustand sowie die thermische Erholung nach einem anhaltenden Zyklus testen. Ein System kann zwar fünf Minuten lang die volle Leistung liefern, aber dennoch den „ geschäftliche “-Test nicht bestehen, wenn es bei wiederholten Lastanstiegsanforderungen überhitzt oder die Blindleistungsunterstützung während der Wirkleistungsabgabe abschneidet.

Hier kommt es auf die Platzierung der Messgeräte und den Zeitpunkt der Messung an. Wird der Abnahmewert an den Klemmen des Wechselrichters gemessen, verfälschen Kabelverluste und Hilfslasten das am Netzanschlusspunkt gemessene Bild. Sie erhalten aussagekräftigere Ergebnisse, wenn Umgebungstemperatur, anfänglicher Ladezustand und die Verfügbarkeit der Gestelle im Prüfprotokoll festgehalten werden. Dadurch lassen sich spätere Diskussionen vermeiden, wenn ein fehlgeschlagener Durchlauf auf die Startbedingungen und nicht auf die Leistungsfähigkeit des Systems zurückgeführt wird.

Bei jeder Abnahmeprüfung sind die aktuellen UL-IEC-Kriterien anzuwenden

Die Normen sollten jedem Abnahmetest als klare Grundlage für das Bestehen beigefügt werden und nicht als separate Verwaltungsaufgabe behandelt werden. Produktsicherheit, Brandausbreitung, Batteriesicherheit und Netzanbindung beantworten jeweils eine andere Frage. Die Inbetriebnahmeprüfungen für Batteriespeichersysteme (BESS) werden besser, wenn bei jedem Schritt genau die Anforderung genannt wird, die damit nachgewiesen wird.

UL 9540 gilt für das Energiespeichersystem im Auslieferungszustand, während UL 9540A die Prüfverfahren für Brände aufgrund thermischer Ausreißer sowie das Ausbreitungsverhalten behandelt. Die Normenreihe IEC 62933 legt Anforderungen an Leistung und Sicherheit auf Systemebene fest, und die Norm IEC 62619 regelt die Sicherheitsanforderungen für industrielle Batteriezellen und Batterien. Für netzgebundene Prüfungen sind zudem die Norm IEEE 1547 sowie die lokalen Netzanschlussvorschriften der Energieversorger zu beachten, da dort häufig Anforderungen hinsichtlich Durchhaltefähigkeit, Blindleistungsreaktion und Auslöseeinstellungen gelten, die nicht in einer Batterienorm festgelegt sind.

Ein Abnahmeprotokoll gewinnt erheblich an Nützlichkeit, wenn jede einzelne Position mit einer Standardklausel oder einer Anforderung des Versorgungsunternehmens verknüpft ist. Diese Struktur sorgt dafür, dass der Test vor Ort zielgerichtet bleibt. Außerdem verhindert sie einen häufigen Fehler, bei dem Teams davon ausgehen, dass ein gelistetes Produkt bereits jedes Verhalten im eingebauten Zustand unter Beweis gestellt hat, obwohl Kabellängen, Einstellungen und die Integration in die Steuerung nie Teil der Produktzulassung waren.

Das System freigeben, nachdem alle Testnachweise geprüft wurden

Die endgültige Freigabe sollte erst erfolgen, wenn anhand der Nachweisdokumentation nachgewiesen ist, dass das System sicher, kontrollierbar und für den angegebenen Betriebsbereich konform ist. Das Bestehen einzelner Tests reicht nicht aus. Sie benötigen eine einheitliche Dokumentation, die Revisionsstände, Einstellungen, Kurvenverläufe, Abweichungen und Genehmigungen mit genau dem System verknüpft, das derzeit vor Ort installiert ist.

Ein vollständiges Freigabepaket enthält unterschriebene Feldprotokolle, Ereignisprotokolle, Relais-Einstellungen, Firmware-Hashes, die Seriennummernzuordnung des Batterieracks, Notizen zu ungeklärten Abweichungen sowie Genehmigungen des Eigentümers für etwaige vorübergehende Grenzwerte. Diese Dokumentation ist wichtig, da der Zustand der Batterien nach der Übergabe nicht unverändert bleibt. Kapazitätsprüfungen, Firmware-Updates und Änderungen an den Netzbetreibereinstellungen führen Sie immer wieder zu den ursprünglichen Abnahmeunterlagen zurück, und eine lückenhafte Dokumentation kann eine einfache Nachprüfung zu einem Streitfall machen.

Teams, die in OPAL-RT eine wiederholbare Prüfumgebung für die Controller-Validierung unterhalten, werden diese Wiederholungsprüfungen wesentlich disziplinierter durchführen. Sie können genau die Fälle, die mit der genehmigten Freigabe verbunden sind, erneut durchlaufen lassen, neue Wellenformen mit der früheren Basislinie vergleichen und mit Sicherheit entscheiden, ob das System weiterhin betriebsfähig ist. Diese Beurteilung ist es, die die routinemäßige Inbetriebnahme von einer zuverlässigen Batterie-Energiespeichersystem- Tests unterscheidet.