BESS middenspanning aansluiting: integratie-architecturen, beveiliging, netcode-eisen en commissioning

Focus zoekwoord: BESS middenspanning aansluiting

Waarom een end-to-end ontwerp voor een BESS middenspanning aansluiting?

Een Battery Energy Storage System (BESS) koppelen op middenspanning (MS/MV) is wezenlijk anders dan “alleen” een omvormer aansluiten achter een transformator. Je ontwerpt een complete keten: conversie (AC/DC), transformeren, beveiliging, aarding/EMC, meten & regelen en tenslotte een commissioning- en acceptatieproces met de netbeheerder. In dit artikel beschrijven we de belangrijkste ontwerpkeuzes en aandachtspunten voor een robuuste, netcode-conforme en goed testbare MV-integratie.

Let op: concrete netbeheerder-eisen (instellingen, meetpunten, protocollen, testformulieren) verschillen per regio en contractvorm. Gebruik dit artikel als technisch kader en toets de details altijd aan de actuele aansluit- en netcode-eisen van jouw netbeheerder en de eisen in de Connection Agreement.

1) Keuze van integratie-architectuur

1.1 AC-coupled vs DC-coupled

De eerste hoofdkeuze is of de BESS primair als AC-coupled of DC-coupled systeem aan de MV-zijde wordt geïntegreerd.

AC-coupled (meest gezien bij standalone BESS)

Opbouw: batterij (DC) → PCS/omvormer (AC, meestal LV) → (stap-up) transformator → MV-schakelinstallatie → net.
Voordelen: modulair, relatief eenvoudig uit te breiden; duidelijke scheiding tussen PV/EV/andere bronnen; standaard PCS-modules inzetbaar.
Nadelen: extra conversie- en transformatorverliezen; meer componenten en daarmee meer interfaces om te testen en te beveiligen.

DC-coupled (typisch bij hybride PV+BESS of DC-bus-architecturen)

Opbouw: batterij en (bijv.) PV delen een DC-bus; één centrale omvormer of omvormercluster voedt AC → transformator → MV.
Voordelen: kan efficiënt zijn bij gecombineerde assets (minder AC-omzettingen); mogelijk gunstiger voor curtailment/energie-management op DC-niveau.
Nadelen: integratiecomplexiteit (DC-bescherming, DC-schakelen, fault management); afhankelijkheid van één centrale conversietrein kan impact hebben op beschikbaarheid.

1.2 LV-omvormer + MV-transformator vs MV-omvormer

LV-PCS (omvormer op laagspanning) met MV-transformator (stap-up)

Dit is de “klassieke” route: meerdere PCS’en op 400–690 V (of vergelijkbaar), gebundeld op een LV-verdeelbord, via één of meerdere transformatoren naar MV.

Stationontwerp: grotere LV-ruimte (busbars, feeders, parallelling), duidelijke brand- en scheidingszones.
Verliezen: PCS-verliezen + transformatorverliezen; bij veel parallelle PCS’en is spreiding van verliezen en redundantie vaak goed.
Beschikbaarheid: uitval van één PCS heeft beperkt effect; uitval van een stap-up transformator is wél impactvol, tenzij N-1 ontwerp.

MV-PCS (omvormer direct op middenspanning)

MV-omvormers leveren direct op MV, waardoor een separate stap-up transformator (of een groot deel van de LV-distributie) kan vervallen.

Stationontwerp: compacter LV-gedeelte; focus verschuift naar MV-ruimtes, koeling en onderhoudstoegang van MV-elektronica.
Verliezen: potentieel minder conversiestappen; afhankelijk van fabrikant en topologie kan het totaalrendement gunstig zijn.
Beveiliging/EMC: hogere eisen aan EMC, afscherming en kabelrouting; MV-omvormers kunnen specifieke eisen hebben aan filterconcept en meetketen.

1.3 Gevolgen voor compactstation- en veldindeling

Welke architectuur je kiest, beïnvloedt direct:

MV-veldconfiguratie: enkel ringveld + trafoveld + meetveld, of extra velden voor redundantie/segmentatie.
Transformatorselectie: vectorgroep, kortsluitimpedantie (Uk), tapbereik/OLTC (indien aanwezig), thermisch gedrag bij bidirectioneel vermogen.
Thermisch ontwerp: PCS-ruimtes, filterkasten, kabelopwarmingsberekeningen, ventilatie/koeling.
Onderhoud & inspecteerbaarheid: toegang tot meettransformatoren, kabelterminaties, relaispanelen en mogelijkheden voor thermografie.

2) Beveiligings- en schakelconcept

2.1 Basisfuncties in beveiligingsrelais (typische set)

Een BESS middenspanning aansluiting vraagt meestal om een combinatie van netbeveiliging en installatie-/trafo-/feederbeveiliging. Veel voorkomende ANSI-functies:

50/51: (instantaneous / tijd) overstroom, voor fasefouten.
50N/51N (of 50G/51G): aardfout-/nulstroombeveiliging, afhankelijk van aardingssysteem en meetmethode.
27/59: onder-/overspanning.
81U/81O: onder-/overfrequentie.
Synchrocheck / 25: controle van spanning, frequentie en fasehoek bij inschakelen (zeker relevant als synchroniseren met een “levend” net noodzakelijk is).

Welke functies verplicht zijn en waar ze moeten zitten (in stationbeveiliging, in PCS, of beide) hangt af van de netbeheerder-eisen, het type aansluiting en de gekozen topologie.

2.2 Selectiviteit met netbeheerder

Selectiviteit is in MV een samenwerking: jouw beveiliging moet snel en zeker uitschakelen bij interne fouten, maar niet onnodig afschakelen bij netstoringen die door upstream beveiliging worden afgehandeld. Praktisch betekent dit:

Afstemming tijd-stroomcurves met het netbeheerderveld (of ringnetbeveiliging) en eventuele tussenliggende beveiligingen.
Heldere zone-definitie: wat valt onder “installatie”, wat onder “net” en waar is de grens in het schema (meestal het aansluitpunt / POI).
Communicatie over fault ride-through: omvormers kunnen kortstondige spanningsdips doorstaan; de beschermingsinstellingen moeten dit niet onbedoeld frustreren.

2.3 Fault levels en bijdragen van omvormers

Bij kortsluitberekeningen is een BESS anders dan een klassiek roterend systeem. Omvormers hebben vaak een begrensde foutstroom en een snelle regeling. Dat beïnvloedt:

Detecteerbaarheid van fouten (met name aardfouten) en de keuze van meetprincipes (nulstroom, wattmetrisch, directioneel waar van toepassing).
Instelwaarden van 50/51 en 50N/51N (en eventueel directionele functies), zodat fouten binnen de eigen zone zeker worden gezien.
Schakelapparaatselectie (korte-duur stroom, making/breaking capacities) op basis van de totale fault level aan de MV-bus, inclusief netbijdrage.

2.4 Anti-islanding en (synchro)check

Een kernpunt bij opslag is het voorkomen van ongewenst eilandbedrijf richting het distributienet. Anti-islanding wordt doorgaans als gelaagd concept ontworpen:

Passief: 27/59 en 81U/81O in stationbeveiliging en/of PCS, met afgesproken uitschakeltijden.
Actief (PCS): omvormer-algoritmen die eilandbedrijf detecteren via kleine perturbaties (fabrikantafhankelijk).
Schakeltechnisch: correcte interlocks, permissives en het borgen dat herinschakelen alleen gebeurt onder de afgesproken condities.

Als herinschakelen op een “levend” net plaatsvindt, is synchrocheck (25) of een gelijkwaardig permissive-concept vaak nodig. Bij gecontroleerde inschakelvolgordes (bijv. eerst MV-bus aan net, daarna PCS’en opbouwen) hoort dit in de testprocedures geborgd te zijn.

3) Aarding en EMC

3.1 Aardingsstelsel: veiligheids- en bedrijfsvoeringseisen

Een MV-station met BESS combineert hoge foutenergie (net) met snelle schakelende vermogenselektronica (PCS). Een passend aardingsontwerp is daarom zowel een veiligheids- als functioneel ontwerp.

Equipotential bonding: zorg voor een robuuste, laagohmige equipotentiaalverbinding van MV-installatie, trafo, LV-borden, batterijkasten (waar van toepassing) en metalen bouwdelen.
Stap- en aanraakspanningen: ontwerp en toets het aardingsnet zó dat stap- en aanraakspanningen binnen acceptabele grenzen blijven bij aardfouten (ook bij worst-case netbijdrage).
Sheath bonding: bepaal één- of tweezijdige aarding van kabelschermen op basis van EMC, foutstromen en circulatiestromen (en houd rekening met de invloed op metingen).

3.2 EMC: kabelschermen, harmonischen en filtering (LCL)

Omvormers genereren hoogfrequente componenten en harmonischen. Het EMC-ontwerp omvat typisch:

Kabelrouting en scheiding: stuur- en meetbekabeling gescheiden van vermogenskabels; kruisingen bij voorkeur haaks; correcte aarding van afscherming.
LCL-filters (of fabrikant-specifieke filtertopologie): demping van schakelharmonischen en beperking van netvervuiling; aandacht voor resonanties met netimpedantie.
Power quality: THD, flicker, onbalans en eventuele eisen aan snelle P/Q-respons—en hoe je dit monitort (zie meetketen).

3.3 Impact op thermografie en inspecteerbaarheid

Goede inspecteerbaarheid is geen “nice to have” bij MV: het verkleint storingsrisico en versnelt onderhoud. Neem daarom in het ontwerp mee:

Toegankelijke meetpunten en voldoende ruimte rond kabelterminaties en rails voor thermografische inspectie.
Logische zonering van filters, PCS, trafo en MV-velden, zodat warmtebronnen niet leiden tot onduidelijke beelden of onnodige hotspots.
Documentatie en labeling: eenduidige kabel- en klemidentificatie zodat afwijkende thermobeelden snel zijn te herleiden.

4) Meet- en regelketen (meten, bewaken en sturen)

4.1 kWh/kVAr-metingen en verrekening

Bij een BESS middenspanning aansluiting is meten niet alleen “voor de factuur”, maar ook voor verificatie van prestaties en compliance. Denk aan:

Import/export kWh (bidirectioneel) op het POI.
kVAr / blindenergie voor P/Q-regelingen en eventuele netbeheerder-eisen.
Meetopbouw: keuze van meettransformatoren (CT/VT), nauwkeurigheidsklasse, plaatsing (POI vs intern) en synchronisatie van tijd (NTP/PTP) voor eventcorrelatie.

4.2 Power quality monitoring

Power quality wordt in de praktijk vaak een acceptatiepunt (of een terugkerend discussiepunt). Zorg daarom dat je:

Continu of periodiek THD, harmonischen per orde, flicker en spanningsvariaties kunt meten.
Event-based logging hebt bij trips of limit events (bijv. overspanning, frequentieafwijkingen, filteralarms).
Duidelijke meetlocaties definieert: metingen op LV zeggen niet automatisch iets over MV/POI.

4.3 Setpoint control: P/Q en bedrijfsmodi

De regelketen moet kunnen schakelen tussen verschillende bedrijfsmodi, bijvoorbeeld:

P-setpoint (laad/ontlaadvermogen) met ramp rates en limieten.
Q-setpoint of cos φ-regeling, eventueel met Volt-VAr of droop-functies (als geëist).
Begrenzingen op basis van SoC, temperatuur, netcondities en contractuele grenzen.

Leg vast waar de master-regeling zit (EMS, plant controller, PCS master) en hoe setpoints worden gevalideerd (plausibility checks, fallback bij communicatieverlies).

4.4 Interfaces: SCADA en IEC 61850 (waar relevant)

Veel projecten gebruiken een combinatie van:

SCADA/RTU voor monitoring, alarmen en commando’s.
IEC 61850 (indien door de netbeheerder of in het stationontwerp gevraagd): gestructureerde datamodellen, GOOSE-berichten voor snelle interlocks en events, en MMS voor stationcommunicatie.
Fallback en cybersecurity: principle of least privilege, netwerkscheiding (OT/IT), logging en gecontroleerde remote access.

4.5 Noodbedrijf en black-start randvoorwaarden

Niet iedere BESS-installatie mag of hoeft black-start te doen. Maar als “noodbedrijf” of eilandbedrijf onderdeel is van de scope, dan moet dit vanaf het begin in het ontwerp zitten:

Schakelvolgordes en permissives (wat mag wanneer energize’en?).
Spannings- en frequentievorming: grid-forming vs grid-following gedrag (PCS-capabilities).
Beveiligingsfilosofie: andere instellingen/gebieden in eilandbedrijf kunnen nodig zijn (met duidelijke omschakelcriteria en testprocedures).

5) Commissioning & testen

5.1 FAT en SAT: wat is BESS-specifiek op MV-niveau?

Een goede commissioning start met een teststrategie: welke onderdelen test je in de fabriek (FAT) en welke pas op locatie (SAT)? Voor BESS-MV-koppeling zijn dit typische aandachtspunten:

FAT (Factory Acceptance Test)

Relaisconfiguratie: functiebeschrijving, instelwaarden, logica, tripmatrices, event- en fault logging.
Communicatie: datapuntenlijst, IEC 61850/SCADA mapping, time sync, alarmering.
PCS/Plant controller: P/Q-regelingen, ramp rates, limieten, fail-safe gedrag.
Interlocks: permissives tussen MV-schakelinstallatie, trafo, PCS, noodstop en brandbeveiliging.

SAT (Site Acceptance Test)

Primair testen: polariteit CT/VT, ratio’s, fasevolgorde, aarding van schermen, isolatieweerstand en kabeltesten volgens projectnorm.
Functionele triptests: aantonen dat 50/51, 50N/51N, 27/59, 81O/U en synchrocheck (indien aanwezig) correct detecteren en selectief uitschakelen.
Vermogenssturing: P-setpoints (charge/discharge) en Q-setpoints, respons op netvariaties, en verificatie van grenzen.
Power quality: baseline meting en verificatie dat filtering en regelingen voldoen aan afgesproken criteria.

5.2 Praktische functionele testen (beschermingen, comms, regeling)

In de praktijk gaat commissioning vaak mis op details in de keten. Een beproefd testpakket omvat:

Secondary injection op relais: overstroom, aardfout, U/f-functies, logica en trip-uitgangen.
End-to-end trip: van detectie (relais/PCS) tot daadwerkelijke opening van het juiste MV-schakelapparaat, inclusief terugmelding.
Communicatiestress: verlies van SCADA-verbinding, pakketverlies, time sync weg—en aantonen dat het systeem veilig degradeert.
Setpoint-validatie: foutieve of out-of-range setpoints moeten correct worden afgewezen en gelogd.
Noodstop & safety chain: aantonen dat E-stop/brandsignalen leiden tot de gewenste veilige toestand (en dat herstart gecontroleerd gebeurt).

5.3 Acceptatie met netbeheerder

Netbeheerder-acceptatie draait meestal om aantoonbaarheid: jouw installatie moet voorspelbaar reageren op netcondities en correct afschakelen bij grensoverschrijdingen. Zorg daarom voor:

As-built documentatie: eendraadschema’s, instellingenrapporten, testprotocollen, meetrapporten en cybersecurity/remote access afspraken.
Witness tests: plan tijdig welke testen door de netbeheerder worden bijgewoond en welke meetmiddelen nodig zijn.
Heldere overdracht: wie beheert instellingen, wie mag wijzigen, change management en periodieke verificatie (bijv. her-test na firmware-updates).

Praktische checklist (samenvatting)

Kies de topologie: AC- of DC-coupled, LV-PCS+trafo of MV-PCS—en leg de consequenties vast voor verliezen, ruimte en redundantie.
Definieer het POI: meetpunt, verantwoordelijkheid, en zonegrenzen voor selectiviteit.
Maak het beveiligingsconcept: 50/51, 50N/51N, 27/59, 81U/O, anti-islanding en (synchro)check + interlocks.
Werk aarding/EMC uit: stap-/aanraakspanningen, scherm-aarding, harmonischen en filterconcept.
Ontwerp de meet- en regelketen: kWh/kVAr, power quality, P/Q-setpoints, SCADA/IEC 61850 en fail-safe gedrag.
Plan FAT/SAT: secundaire injecties, end-to-end trips, communicatie- en setpointtesten, plus acceptance/witness met netbeheerder.

Veelgestelde vragen

Is een MV-omvormer altijd beter dan een LV-omvormer met transformator?

Nee. MV-omvormers kunnen voordelen bieden in compactheid en mogelijk rendement, maar vragen vaak meer aandacht voor EMC, onderhoudstoegang en project-specifieke eisen. LV-PCS met trafo is doorgaans modulair en breed toepasbaar.

Welke beveiligingen zijn “minimaal nodig”?

Er is geen universele minimale set. In veel MV-aansluitingen zie je 50/51, 50N/51N, 27/59 en 81U/O terug, aangevuld met synchrocheck/25 en anti-islanding maatregelen. De exacte eisen komen uit netbeheerder-documentatie, aansluitingsovereenkomst en het selectiviteitsplan.

Wat is het belangrijkste commissioning-risico?

Mismatch tussen ontwerp en werkelijkheid: verkeerde CT/VT-polariteit, onjuiste mapping van signalen, of setpoint-/fail-safe logica die in het veld anders reageert dan in FAT. Een end-to-end SAT met duidelijke acceptatiecriteria reduceert dit risico het meest.