Las redes eléctricas europeas están experimentando una profunda transformación en el transcurso de la transición energética: de grandes centrales eléctricas a unidades distribuidas, interconectadas de forma inteligente, controladas digitalmente, de bajas emisiones y diversas. Surgen millones de pequeños sistemas de alimentación e instalaciones de almacenamiento, nuevos consumidores y jugadores que deben gestionarse en los niveles inferiores de la red.
La alta calidad de suministro habitual solo se podrá lograr en el futuro con la digitalización de las redes y los conceptos de gestión operativa inteligente. El Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar ISE ha puesto en funcionamiento su nuevo Digital Grid Lab, en el que se están probando en tiempo real los componentes necesarios, los conceptos de control de la red y las estrategias de gestión operativa.
“La integración de sistemas descentralizados tanto centralizados como fluctuantes y el mantenimiento de la estabilidad de la red son un desafío importante para los operadores de red. Con Digital Grid Lab, Fraunhofer ISE está ampliando sus competencias en el campo de la simulación de redes y puede ver la red y la comunicación en él en tiempo real”, explica el profesor Christof Wittwer, director de electrónica de potencia, redes y sistemas inteligentes de Fraunhofer ISE.
El corazón del nuevo laboratorio son los seis potentes ordenadores Hardware-in-the-Loop (HIL): permiten simular redes eléctricas con hasta 2000 nodos en el modelo y probar su comportamiento con alta resolución temporal. Para dispositivos o sistemas en nodos de red, pero también para microrredes autosuficientes, barrios inteligentes y redes de distribución, también se pueden simular situaciones críticas de red en este entorno de prueba de vanguardia sin poner en peligro la red eléctrica real.
Ocho amplificadores de potencia conmutables de forma flexible con una potencia total de 800 kVA permiten plasmar esta situación de red simulada en un objeto de prueba o simular baterías y generadores (por ejemplo, sistemas fotovoltaicos) en hardware. La infraestructura moderna permite considerar redes de CA o CC.
“El gemelo digital del ordenador HIL se puede configurar de forma muy flexible gracias a una biblioteca de modelos. Podemos simular redes eléctricas de diferentes tamaños y niveles de voltaje y simular sistemas de energía tanto privados como comerciales. El gemelo permite la evaluación y optimización de componentes, sistemas de gestión de energía y estándares de comunicación en un entorno seguro y realista”, dice Bernhard Wille-Haußmann, que dirige el laboratorio como líder del grupo para la operación y la planificación de la red.
El equipamiento del Digital Grid Lab también incluye una sala de control en la que se prueban novedosos algoritmos de control y estrategias operativas para redes inteligentes utilizando métodos de inteligencia artificial. La computadora hardware-in-the-loop asume el papel del gemelo digital y modela una red eléctrica que incluye su comunicación para la sala de control. De esta manera, se pueden evaluar nuevos conceptos de control en un entorno realista en condiciones críticas sin poner en peligro el funcionamiento real de la red.
Pruebas de electromovilidad inteligente
La infraestructura descrita permite probar varios componentes relacionados con la energía, como sistemas de baterías, plantas combinadas de calor y energía o bombas de calor. Para el inicio del laboratorio, los expertos de Fraunhofer ISE desarrollaron el gemelo digital de un vehículo eléctrico. Con esto emulan un vehículo eléctrico o un parque de vehículos completo con sus flujos de energía y su comunicación con la estación de carga. De esta manera, se pueden probar diferentes tipos de estaciones de carga con respecto a su perturbación de red (de acuerdo con las pautas de conexión de red VDE AR 4100/4105) y en interacción con sistemas de medición inteligentes y sistemas de gestión de energía.
Además de la conformidad de la red, esto también incluye la adaptación de la corriente de carga a los requisitos externos, por ejemplo, por parte del operador de la red o del operador de la estación de carga. El Digital Grid Lab permite verificar la conformidad de la red y la comunicación de los enchufes y modos de carga de acuerdo con las normas IEC 62196, IEC 61851 e ISO 15118. La prueba de estaciones de carga incluye, por tanto, pruebas de comunicación para toda la cadena de señales y evaluaciones comportamiento del dispositivo en relación con el mercado externo y las señales de control. Dado que el banco de pruebas del Digital Grid Lab también está conectado a numerosas estaciones de carga reales, la prueba de compatibilidad de los conceptos de gestión de carga se puede realizar de forma segura e independiente del fabricante.
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