BESS koppelen aan een middenspanningsstation: ontwerpkeuzes, beveiliging en netcode-eisen

Focus zoekwoord: BESS middenspanning aansluiting

Waarom dit artikel?

Battery Energy Storage Systems (BESS) worden steeds vaker direct op het middenspanningsnet (MV) aangesloten om congestie te mitigeren, peak shaving te doen, FCR/aFRR te leveren of om PV/EV-infrastructuur te ondersteunen. Een MV-koppeling lijkt op papier “gewoon” een trafo plus schakelinstallatie, maar in de praktijk verschilt een BESS wezenlijk van een klassieke verbruiker of opwekker: het systeem is bidirectioneel, heeft een vermogenselektronische interface (PCS) en kent specifieke eisen voor beveiliging, regeling en acceptatie door de netbeheerder.

In dit kennisbankartikel behandelen we de ontwerpkeuzes en aandachtspunten die specifiek zijn voor de MV-koppeling van een BESS, zonder te herhalen wat al in algemene artikelen over compactstations, installatie/inspectie of (relais)selectiviteit staat.

1) Keuze van MV-aansluittopologie

1.1 Radiaal of ring: beschikbaarheid versus eenvoud

De keuze tussen een radiale aansluiting en een ringaansluiting bepaalt sterk de CAPEX, de leveringszekerheid en hoe makkelijk je later uitbreidt.

Radiaal: één voedingsrichting. Vaak lager in CAPEX en eenvoudiger in protectie/bediening. Minder beschikbaarheid bij kabel- of stationsstoringen upstream.
Ring: twee aanvoerrichtingen (open ring in bedrijfsvoering is gebruikelijk). Hogere beschikbaarheid en meer flexibiliteit bij onderhoud of storingen, maar doorgaans hogere CAPEX (extra schakelvelden/kabels) en complexere bedrijfsvoering en afspraken met de netbeheerder.

Specifiek voor BESS: een ringtopologie kan aantrekkelijk zijn wanneer het BESS een kritische netfunctie heeft (bijv. congestiemanagement met harde beschikbaarheidseisen), of wanneer je meerdere assets (PV, EV-laders, BESS) achter één MV-koppeling future-proof wilt clusteren.

1.2 Eigen MV-station versus netbeheerder-inkoopstation

In Nederland zie je grofweg twee varianten:

Eigen MV-station (klantstation): je realiseert (en beheert) het MV-deel tot aan het overdrachtspunt. Dit geeft maximale ontwerpvrijheid (veldaantal, meting, spare feeder, ruimte voor uitbreiding), maar legt ook verantwoordelijkheid bij jou voor onderhoud, storingsanalyse, documentatie en werkprocedures.
Netbeheerder-inkoopstation/standaardoplossing: (delen van) de MV-inrichting worden door/namens de netbeheerder geleverd of voorgeschreven. Dat kan het acceptatietraject vereenvoudigen, maar beperkt vaak de flexibiliteit in topologie en uitbreiding.

Ontwerpkeuze in de praktijk: als de businesscase afhankelijk is van snelle realisatie en voorspelbare acceptatie, is “zo standaard mogelijk” vaak een voordeel. Als de site een groeipad heeft (meer MW, extra trafo, meerdere PCS-strengen), dan wint een klantstation met uitbreidbaarheid.

1.3 10 kV of 20 kV: stroomniveau, verliezen en componentkeuze

De keuze voor 10 kV of 20 kV (of een ander regionaal spanningsniveau) hangt af van wat lokaal beschikbaar is en wat de netbeheerder aanbiedt. Technisch gezien geldt:

Bij 20 kV is de stroom voor hetzelfde vermogen lager, wat gunstig is voor kabeldoorsnedes, thermische belasting en verliezen.
Bij 10 kV kan componentkeuze (trafo’s, velden) soms gangbaarder of goedkoper zijn in bepaalde vermogensklassen, maar de hogere stromen kunnen eerder knellen bij kabels en schakelinstallatie.

Let op: voor BESS is niet alleen het nominale vermogen relevant, maar ook het dynamische gedrag (snelle setpoint-wijzigingen, korte pieken) dat invloed kan hebben op thermische marges en compliance-eisen.

1.4 Impact op CAPEX, beschikbaarheid en uitbreidbaarheid (samenvatting)

CAPEX: ring > radiaal; meer velden, meting en beveiliging verhogen kosten; hogere spanning kan kabelkosten drukken.
Beschikbaarheid: ring, redundantie en uitbreidbare stationslay-out verhogen uptime.
Uitbreidbaarheid: reservevelden, ruimte in station, kabelroutes en een “future-proof” beveiligingsconcept (instelbereik, I/O, communicatie) voorkomen dure retrofit.

2) Dimensionering van trafo, schakelinstallatie en kabels

2.1 Start bij het (dis)charge-profiel, niet alleen bij MW

Een BESS wordt vaak gecontracteerd op P (MW) én E (MWh), maar het MV-ontwerp moet uitgaan van het werkelijke belastingsprofiel:

Continu bedrijf: langdurig laden/ontladen (thermisch bepalend voor trafo/kabels).
Regelvermogen: snelle, continue kleine vermogensstappen (relevant voor regeling, meetketen en EMC/harmonischen).
Korte pieken: tijdelijke overshoot/boost-vermogen van PCS (relevant voor schakelinstallatie en trafo overload-capability).

Leg vroeg vast welke begrenzingen het EMS/PCS afdwingt (Pmax export/import, ramp rates, cosφ/Q-limieten). Dat bepaalt direct de elektrische dimensionering én de haalbaarheid van het aansluitcontract.

2.2 Transformator: MVA, impedantie, tapregeling en verliesbeeld

Bij de transformator speelt meer dan “vermogen kiezen”:

Vermogensrating (MVA): kies op basis van worst-case thermisch (bijv. urenlang export op Pmax) en eventuele gelijktijdigheid met andere loads/generatie achter dezelfde trafo.
Impedantie (uk%): beïnvloedt kortsluitstromen, spanningsdipgedrag en interactie met PCS-regeling. Te laag uk% vergroot kortsluitstromen; te hoog kan spanningsvariaties vergroten.
Tapregeling: vaste taps zijn gebruikelijk; on-load tap changer (OLTC) kan nuttig zijn bij strakke spanningsmarges, maar voegt complexiteit toe. In veel BESS-cases kan spanningsregeling (deels) via Q-regeling van de PCS, afhankelijk van netcode/contract.
Verliezen: BESS kent vaak veel draaiuren; no-load en load losses kunnen financieel significant zijn. Neem dit mee in TCO, niet alleen CAPEX.

2.3 Schakelinstallatie (MV): velden, ratings en boogbestendigheid

De MV-schakelinstallatie wordt bepaald door topologie en bedrijfsvoering:

Aantal velden: in-/uitgaand (ring), trafo-veld, meetveld, eventueel reserve/uitbreidingsveld.
Nominale stroom en kortsluitvastheid: dimensioneer op (a) continu bedrijfsstroom en (b) maximaal kortsluitniveau op het aansluitpunt. Let op dat het netkortsluitvermogen (Sk) per locatie sterk verschilt.
Boogbestendigheid (arc classification): een BESS-site heeft vaak frequente interventies (commissioning, testen, onderhoud). Kies een veiligheidsniveau dat past bij de risicoanalyse en de ruimte/layout.
Schakelapparaatkeuze: lastscheiders/lastschakelaars versus vermogensschakelaars hangt af van beveiligingsfilosofie, foutstromen en netbeheerder-eisen.

2.4 Kabels: thermisch, spanningsval, aanlegcondities en teruglevering

Voor kabeldimensionering zijn bij BESS vooral belangrijk:

Thermische beperkingen: langdurige export kan thermisch zwaarder zijn dan een “gemiddelde” industriële load. Neem bodemcondities, bundeling, buis/ducts en grondtemperatuur mee.
Spanningsval en spanningsstijging: bij teruglevering kan spanningsstijging richting PCC een issue zijn (afhankelijk van netimpedantie). Dit raakt direct grid compliance.
Scherm-/mantelstromen: bij lange MV-kabels en hoge belastingen kunnen schermverliezen relevant worden. Overweeg cross-bonding waar passend.

2.5 Kortsluitvermogen, harmonischen en power quality

Een PCS introduceert typisch harmonischen en kan gevoelig zijn voor netimpedantie. Praktische aandachtspunten:

Kortsluitvermogen op PCC (Sk): bepaalt hoe “stijf” het net is. Een zwakker net (lager Sk) vergroot de kans op spanningsvariaties, harmonic amplification en regelinstabiliteit.
Harmonischen/THD: beoordeel of filters nodig zijn (passief/actief) en of de PCS aan de power-quality eisen kan voldoen in alle bedrijfsmodi.
Thermisch effect: harmonischen verhogen effectieve RMS en verliezen in trafo/kabel. Dit moet in de dimensionering terugkomen.

3) Beveiliging & regeling: MV-protectie bij bidirectionele vermogensstromen

3.1 Waarom BESS protectie anders is

Klassieke MV-beveiliging en relaisselectiviteit gaan vaak impliciet uit van één dominante energierichting (van net naar load). Bij BESS is er structureel import én export. Daardoor veranderen fault contribution, richtinggevoeligheid en de logica voor afschakelen.

3.2 Richtlijnen voor relaiscoördinatie (conceptueel)

Concrete instellingen zijn projectspecifiek, maar ontwerpmatig gelden de volgende richtlijnen:

Richtinggevoelige overstroom (67/67N): overweeg richtingelementen om selectiviteit te behouden bij export. Dit voorkomt ongewenst aanspreken van upstream beveiligingen.
Differentiaalbeveiliging (87T) voor de trafo: vaak de snelste en meest selectieve methode voor trafofouten. Combineer met Buchholz/temperatuurbeveiliging waar van toepassing.
Aardfoutfilosofie: stem af op het netstelsel (isolated, resonant geaard, solid earthed) en de netbeheerderpraktijk. Aardfouten gedragen zich in MV-netten sterk afhankelijk van het aardingssysteem.
Selectiviteit met PCS fault current: PCS’en leveren vaak begrensde foutstromen (en anders van karakter dan roterende machines). Daardoor kan overstroombeveiliging minder “zeker” zijn; spanning/frequentie-elementen en communicatie-/interlockingconcepten worden belangrijker.

3.3 Anti-islanding: detectie, triplogica en testbaarheid

Bij verlies van netspanning mag het BESS (afhankelijk van aansluitvoorwaarden) niet onbedoeld een eiland vormen. Anti-islanding wordt typisch gerealiseerd met een combinatie van:

Passieve detectie: U/f-vensters, ROCOF (df/dt), vector shift (waar toegestaan/zinvol).
Actieve methoden in PCS: kleine perturbaties om eilandbedrijf te detecteren (PCS-vendorafhankelijk).
Triplijnen/intertrips: hardwired of via communicatie, afhankelijk van netbeheerder-eis en risicobeoordeling.

Praktijktip: ontwerp de testprocedure al in de ontwerpfase (hoe ga je anti-islanding aantonen zonder ongewenste netimpact?), en leg meetpunten/logging vast in het SAT-plan.

3.4 Fault-ride-through (FRT) en spannings-/frequentiegedrag

Netbeheerders kunnen eisen dat een BESS bij bepaalde spanningsdips of frequentieafwijkingen niet direct afschakelt, maar gecontroleerd blijft bijdragen (bijv. via Q-injectie). FRT raakt:

Instellingen van PCS (LVRT/HVRT, UFRT/OFRT, Q(U)-droop, P(f)-droop).
Relaisinstellingen (spannings-/frequentierelais mogen niet “tegenwerken” met PCS ride-through).
Coördinatie met netbeheerder (welke curves/vensters zijn contractueel vereist).

3.5 Interactie PCS/EMS met MV-beveiliging en station-automatisering

Een MV-station voor BESS is niet alleen elektrisch, maar ook een besturings- en communicatiesysteem:

PCS stuurt vermogen (P/Q), maar relais bewaakt grenzen en moet een veilige trip kunnen afdwingen.
EMS bepaalt bedrijfsstrategie (bijv. congestiemanagement), maar mag niet buiten aansluitvoorwaarden sturen (Pmax, cosφ, ramp).
Communicatie & tijdsynchronisatie: event logs, disturbance records en accurate timestamps versnellen acceptatie en storingsanalyse.

Ontwerpaandachtspunt: definieer een eenduidige “authority chain”: wie heeft het laatste woord bij onveilige netcondities (relais trip), bij grid constraints (PCC-limiet), en bij interne BESS-condities (brand/temperatuur/DC-fouten)?

4) Grid compliance en netbeheerderacceptatie

4.1 Het aansluittraject: wat moet je aantonen?

Netbeheerderacceptatie draait in de praktijk om twee dingen: veiligheid (je installatie mag het net en personeel niet in gevaar brengen) en netgedrag (je installatie moet binnen afgesproken grenzen blijven qua spanning, frequentie, vermogensfactor, harmonischen, flicker, etc.).

Hoewel details per netbeheerder en aansluitniveau verschillen, komen de volgende onderwerpen vrijwel altijd terug:

Single line diagram (SLD) en beveiligingsfilosofie (incl. selectiviteit/instelstudie).
Netstudies (loadflow, kortsluiting, harmonischen/power quality, eventueel dynamische studies voor FRT).
Meet- en regelconcept op PCC (hoe wordt P/Q begrensd en gemeten; welke nauwkeurigheid/klasse; fail-safe gedrag).
Interface-afspraken (tripcontacten, interlocks, communicatie, SCADA/telemetrie-eisen).

4.2 Test- en opleverdossier: FAT, SAT en as-built

Voor een soepele oplevering is een gestructureerd dossier cruciaal. Minimaal wil je de volgende bouwstenen op orde hebben:

FAT (Factory Acceptance Test): testen bij leverancier(s) van bijvoorbeeld schakelinstallatie, relaiskasten, PCS-interfaces. Doel: functies aantonen vóór transport en integratie op site.
SAT (Site Acceptance Test): integratietest op locatie: beveiligingen, metingen, tripketen, interlocking, PCS/EMS setpoints, logging, noodstop, en (waar mogelijk) grid-compliance tests.
As-built documentatie: tekeningen, kabel- en I/O-lijsten, instelbestanden relais/PCS, testreports, kalibratiecertificaten en bedienings-/onderhoudsinstructies.

Praktijktip: maak één “traceability matrix” waarin je per eis (netbeheerder, norm, intern) vastlegt: ontwerpkeuze → implementatie → test → bewijsdocument. Dit voorkomt last-minute discussies bij inbedrijfname.

4.3 Praktische valkuilen bij ingebruikname

Spanning/frequentie-vensters: relais- en PCS-instellingen zijn niet op elkaar afgestemd, waardoor de BESS onnodig tript of juist te lang blijft hangen.
PCC-meting en tekenconventies: import/export teken (sign convention) of CT/VT-polariteit fout → verkeerde P/Q-regeling en afkeur in tests.
Onvoldoende logging: zonder disturbance recording en eenduidige timestamps is het lastig om compliance aan te tonen na een event.
Harmonischen “pas zichtbaar” op site: netimpedantie wijkt af van aannames; filterafstemming of PCS tuning blijkt nodig.
Interlocks en permissies: incomplete permissielogica tussen MV-veld, trafo, PCS en EMS veroorzaakt startproblemen of (erger) onveilige states.

5) Veiligheid en operationeel beheer

5.1 Scheiding AC/DC: ontwerp en procedures

Een BESS combineert MV/AC-infrastructuur met hoogvermogen DC (batterijstrings, DC-bussen). Veilig beheer vraagt een duidelijke scheiding:

Fysieke scheiding: duidelijke compartimentering van MV-ruimte, trafozone, PCS-ruimte en batterijcontainers.
Functionele scheiding: onafhankelijke uitschakel- en vergrendelpunten voor AC en DC, met heldere statusindicatie.
Fail-safe ontwerpen: bij brandmelding/ESS-fault moet het systeem naar een vooraf gedefinieerde veilige toestand (bijv. PCS uit, MV-schakelaar open, DC contactoren open – afhankelijk van vendor en scenario).

5.2 LOTO en werkprocedures (inclusief netbeheerderinterface)

LOTO (Lockout/Tagout) is bij BESS extra kritisch omdat “spanningsloos” niet altijd intuïtief is (denk aan restenergie in DC-bus, condensatoren in PCS, of backfeed bij foutieve interlocks). Leg vast:

Werkgrenzen en overdrachtspunt (wie is verantwoordelijk voor welke schakelhandeling).
Schakelvolgorde voor gepland onderhoud (AC afschakelen, verifiëren, aarden/afschermen waar vereist, DC veiligstellen).
Verificatie van spanningsloosheid op zowel AC als DC (met juiste meetmiddelen en competenties).

5.3 Onderhoudsconcept: condition based waar het kan

Een onderhoudsconcept voor MV-koppelingen van BESS is vaak een mix van preventief en conditie-gestuurd:

MV-schakelinstallatie: periodieke inspectie, mechanische bediening, contactslijtage (afhankelijk van aantal schakelingen), gasdruk/isolatiestatus.
Transformator: olie-/gasanalyse waar van toepassing, temperatuurmonitoring, koeling, aansluitingen en bushing-inspectie.
Beschermingsrelais: firmware/configuratiebeheer, periodieke functionele test (tripketen), back-up van instelbestanden.
PCS/filters: ventilatie/koeling, filterconditie, thermische stress en EMC/power-quality monitoring.

5.4 Monitoring en thermografie: wat is “BESS-specifiek”?

Monitoring bij een BESS-site gaat verder dan alleen kWh en beschikbaarheid:

PCC-monitoring: P/Q, U/f, events, THD en eventuele flicker-indicatoren (afhankelijk van eisen) om grid compliance aantoonbaar te houden.
Thermografie: periodiek (en na de eerste weken bedrijf) voor MV-kabelkoppen, railverbindingen, trafo-aansluitingen, PCS-AC aansluitingen. BESS kan door hoge duty cycles sneller “hot spots” zichtbaar maken.
Alarmering op trend: niet alleen grenswaarden, maar trendmatige afwijkingen (stijgende verbindingstemperatuur, toenemende harmonische niveaus) om ongeplande downtime te voorkomen.

Checklist: snelle pre-engineering voor BESS middenspanning aansluiting

PCC gegevens: beschikbaar spanningsniveau (10/20 kV), Sk op PCC, aardingssysteem, bestaande ringstructuur.
BESS specs: Pmax import/export, ramp rate, Q-capability, FRT-capabilities, harmonische emissie, fault current gedrag.
Topologie: radiaal/ring, klantstation vs netbeheerderoplossing, uitbreidingspad.
Dimensionering: trafo MVA/uk%, MV-velden rating, kabel thermisch + aanlegcondities, power-quality beoordeling.
Protectie/regeling: relaisconcept (richting/trafo-diff/aardfout), anti-islanding, tripketen, coördinatie met PCS/EMS.
Dossier & tests: SLD, studies, FAT/SAT plan, meet- & loggingplan, as-built en traceability.
Veilig beheer: AC/DC scheiding, LOTO, onderhouds- en monitoringconcept, thermografieplanning.

Veelgestelde vragen

Wat is het grootste verschil tussen een MV-aansluiting voor BESS en voor PV?

Het grootste verschil is de bidirectionele vermogensstroom en de bedrijfsstrategie (laden/ontladen, regelvermogen). Daardoor worden protectiecoördinatie, meting/tekenconventies en fail-safe begrenzing op PCC vaak kritischer dan bij enkelzijdige opwek.

Moet je altijd richtinggevoelige beveiliging toepassen?

Niet altijd, maar bij export en ringstructuren is richtinggevoeligheid vaak nodig om ongewenst aanspreken te voorkomen en selectiviteit te behouden. De juiste keuze volgt uit de netstudie en beveiligingsfilosofie in overleg met de netbeheerder.

Waarom zijn FAT en SAT zo belangrijk?

Omdat de MV-koppeling van BESS een integratie is van MV-velden, trafo, relais, PCS en EMS. Veel issues ontstaan in de interfaces (tripketen, meting, permissies). FAT voorkomt dat je met fundamentele fouten de bouwplaats op gaat; SAT bewijst dat het geheel op locatie correct en aantoonbaar werkt.

Gerelateerd: bekijk ook onze artikelen over compactstations, installatie/inspectie en (relais)selectiviteit voor algemene basisprincipes. Dit artikel focust op de BESS-specifieke MV-koppeling en acceptatie.