Steigerung der Leistung und Zuverlässigkeit von Batteriespeichersystemen (BESS) durch C-HIL-Simulation

Das Unternehmen

NHOA Energy ist ein weltweit führender Anbieter von Energiespeichersystemen, der grüne Energie zuverlässig und wettbewerbsfähig macht. Das Unternehmen ist auf fünf Kontinenten tätig und verfügt über Anlagen mit einer Gesamtleistung von über 2,6 GWh, die entweder bereits in Betrieb sind oder sich in fortgeschrittenen Bauphasen befinden. NHOA Energy entwickelt, produziert und liefert Batterie-Energiespeichersysteme (BESS) für großtechnische industrielle Anwendungen.

Im Mittelpunkt des Angebots steht NHEXUS, eine Plug-and-Play-Plattform, die Umwandlungs-, Steuerungs- und Energiemanagementsysteme nahtlos miteinander verbindet. NHEXUS wurde im Hinblick auf Leistung, Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit entwickelt und bietet optimierte Speicherlösungen, die auf die sich wandelnden Anforderungen von Netzbetreibern, Energieversorgern und Energieentwicklern zugeschnitten sind.

Die Herausforderungen

• Komplexe Koordination mehrerer Geräte: BESS-Steuerungssysteme umfassen mehrere Prüfobjekte (DUTs) – darunter Anlagensteuerungen, dezentrale „Power Island“-Steuerungen und PCS-Steuerplatinen –, was eine präzise Fehlersuche und Optimierung über „ hardware “-Schnittstellen und Kommunikationsverzögerungen hinweg erfordert.
• Inbetriebnahmerisiko: Die Vorhersage der Systemleistung vor den Abnahmeprüfungen vor Ort (SAT) ist entscheidend, um Risiken zu minimieren und die Bereitstellungsfristen zu verkürzen.
• Betrieb nach der Inbetriebnahme: Nach der Übergabe sind für die Bearbeitung von Änderungsanträgen, die Behebung von Störungen und die Unterstützung bei Betriebs- und Wartungsaufgaben (wie z. B. Hochspannungsschaltvorgängen) sichere und repräsentative Testumgebungen erforderlich Tests .
• Einhaltung der Netzvorschriften: Die Überprüfung der Leistung unter verschiedenen Markt- und Netzbedingungen – einschließlich Einphasen-, Dreiphasen- und Phasen-zu-Phasen-Fehler – erfordert hochpräzise Echtzeit-Simulationsmöglichkeiten.

Die OPAL-RT Lösung

NHOA Energy hat eine umfassende C-HIL-Architektur implementiert, die darauf ausgelegt ist, die Simulationsgenauigkeit und -treue über den gesamten Projektlebenszyklus hinweg zu maximieren:

• Hardware: Der Flaggschiff-Echtzeitsimulator OPAL-RT OP5707XG dient als Kernplattform und modelliert das Netz sowie die „ Energiesysteme “ mit extrem hoher Zeitauflösung.
• Software: Der eHS-Solver (FPGA-basierte Power Electronics Toolbox) berechnet das BESS-Leistungsmodell – einschließlich Gleichstrom-/Wechselstrom-Umwandlung, Transformatorverluste, Hilfslasten und Thevenin-Äquivalentmodell des Netzes – mit speziellen E/A-Schnittstellen für die direkte Integration in die PCS-Steuerplatine.
• Integration der Steuer Hardware : Alle relevanten BESS-Steuer hardware en sind physisch mit dem Simulator verbunden, darunter der NHOA Power Plant Controller (PPC), die PEMS-Batterie (dezentrale Steuerung der Power Island), die PCS-Steuerplatine und die Leistungsmesser.
• SCADA-Schnittstelle: Eine maßgeschneiderte, auf Simulink basierende SCADA-Lösung innerhalb von RT-Lab ermöglicht die Echtzeitsteuerung von Simulationsparametern, die TCP-basierte Kommunikation mit den Prüfobjekten (DUTs) sowie die Durchführung standardisierter automatisierter Testabläufe unter verschiedenen Markt- und Netzstörungsbedingungen.
• Simulation von Netzfehlern: Ein konfigurierbarer Netzfehlersimulator emuliert verschiedene Fehlerarten mit einstellbarer Kurzschlussimpedanz und überprüft so das Systemverhalten unter extremen Szenarien.

Die Ergebnisse

Die C-HIL-Lösung von OPAL-RT hat den technischen Arbeitsablauf bei NHOA Energy in allen Projektphasen grundlegend verändert:

• Beschleunigte Entwicklung: Ermöglichte die frühzeitige Erkennung von Problemen, die Optimierung von Schnittstellen zwischen „ hardware “ sowie die Feinabstimmung von Systemparametern in einer sicheren Simulationsumgebung – noch vor der tatsächlichen Implementierung.
• Risikominimierte Inbetriebnahme: C-HIL-Simulationen sagen die Systemleistung vor der SAT präzise voraus, wodurch die Risiken vor Ort erheblich reduziert und der Inbetriebnahmeprozess beschleunigt werden.
• Hochpräzise Validierung: Ein nach Abschluss der SAT durchgeführter Vergleich der tatsächlichen Anlagendaten mit den Simulationsergebnissen bestätigte die Genauigkeit des Rahmenwerks sowohl unter transienten als auch unter stationären Bedingungen.
• Digitaler Zwilling für den After-Sales-Bereich: Die C-HIL-Simulation dient als digitaler Zwilling der ausgelieferten Anlage und ermöglicht die sichere Tests von Updates, die Fehlerbehebung bei Störungen sowie die Unterstützung des Betriebs und der Wartung.
• Vollleistungs-Envelope- Tests: Automatisierte Testverfahren bringen das System an die Grenzen seiner Leistungsfähigkeit und überprüfen die Gesamtleistung unter vordefinierten Sollwerten für Wirk- und Blindleistung.

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