Advanced KPIs: análisis avanzado del desbalance de voltaje y desarrollo de herramienta de monitoreo para sistemas de almacenamiento de energía en baterías

Abstract

El desbalance de voltaje entre celdas es un fenómeno inherente a los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) con celdas en serie. En operación, la celda con menor estado de carga detiene la descarga del rack completo antes de que el resto de celdas alcance su límite inferior, dejando energía almacenada inaccesible para el despacho. Cuantificar ese diferencial y hacer seguimiento automático de su evolución era, al inicio de esta investigación, una capacidad ausente en ENGIE Chile. Este trabajo desarrolló una metodología para estimar el desbalance de voltaje y su impacto operativo a partir de datos de telemetría SCADA, y construyó una arquitectura de monitoreo automatizada para el cálculo diario de indicadores avanzados de desempeño en los tres parques BESS operativos de la compañía: Coya (638 MWh), Tamaya (418 MWh) y Capricornio (264 MWh), todos basados en tecnología Sungrow PowerTitan 1 con celdas LFP. La cuantificación del desbalance se basa en la detección de eventos de relajación de voltaje posteriores a descargas profundas, bajo condiciones de corriente menor o igual a 1 A, estado de carga inferior al 10% y duración mínima de 120 minutos. En esas condiciones, el voltaje converge hacia su valor de circuito abierto (OCV), lo que permite estimar el estado de carga de la celda mínima y del promedio del rack mediante interpolación sobre una curva OCV construida por Laborelec en condiciones de laboratorio. La diferencia entre ambas estimaciones define el indicador Delta SoC, que expresa la fracción de capacidad no despachada por ciclo. El Delta SoC creció de forma sostenida en los tres parques desde el inicio de la operación comercial, a una tasa promedio de 0,2 puntos porcentuales por mes durante la fase inicial. Traducido a energía, los tres parques acumularon en conjunto(...).

Voltage imbalance between series-connected cells is an inherent phenomenon in lithium-ion battery energy storage systems (BESS). During discharge, the weakest cell reaches the lower voltage cutoff before the remaining cells are depleted, leaving stored energy inaccessible to the grid. This work develops a methodology to quantify that imbalance from operational SCADA telemetry and builds an automated monitoring architecture for the daily calculation of advanced performance indicators across three utility-scale BESS parks operated by ENGIE Chile: Coya (638 MWh), Tamaya (418 MWh), and Capricornio (264 MWh), all based on Sungrow PowerTitan 1 technology with LFP cells. Imbalance quantification relies on detecting voltage relaxation events following deep-discharge cycles, under conditions of current below 1 A, state of charge below 10 %, and minimum rest duration of 120 minutes. Under those conditions, cell voltages converge toward their open-circuit voltage (OCV), enabling state-of-charge estimation for the minimum-voltage cell and the rack average via interpolation over a laboratory-measured OCV curve. The difference between both estimates defines the Delta SoC indicator, which represents the fraction of capacity unavailable for dispatch per cycle. Delta SoC grew steadily across all three parks from commercial operation date, at an average rate of 0.2 percentage points per month during the initial phase. The combined Stranded Energy across the three parks...