Aprovechamiento de datos de medida y de red para la evaluación de problemas reales en la distribución de electricidad

Comunicación presentada al V Congreso de Smart Grids

Autores

• Javier Rodríguez Roncero, Director de Ventas Unidad de Negocio Soluciones Energéticas, Landis+Gyr EMEA
• Marc Laeser, Director de Innovación Unidad de Negocio Soluciones Energéticas, Landis+Gyr EMEA
• Ifigeneia Stefanidou, Jefe de Innovación Unidad de Negocio Soluciones Energéticas, Landis+Gyr EMEA
• Christian Giroux, Jefe de Producto Software Unidad de Negocio Soluciones Energéticas, Landis+Gyr EMEA

Resumen

Las compañías distribuidoras de electricidad deben hacer frente a múltiples requerimientos contrapuestos como sacar el máximo provecho del incremento de datos, estar sujetas a un significativo escrutinio del gasto, y hacer frente a un creciente aumento de las expectativas de los consumidores. Este artículo aborda soluciones analíticas desarrolladas por Landis+Gyr conjuntamente con clientes de todo el mundo. Los temas a tratar se centran en la mejora de la fiabilidad de la red de distribución, la gestión de activos envejecidos, la optimización del emplazamiento de recursos energéticos distribuidos, y la minimización de pérdidas mediante complejos patrones de análisis de medidas procedentes de diversos sistemas y sensores inteligentes. El lector aprenderá cómo la plataforma Advanced Grid Analytics (AGA) incorpora datos de distintas fuentes y los combina con análisis de flujo de carga para gestionar mejor la energía.

Palabras clave

Analítica de datos, Optimización de la red, Gestión de activos, Minimización pérdidas, Integración de recursos energéticos distribuidos.

Introducción

Las redes eléctricas se están volviendo cada vez más digitales. Las compañías eléctricas están invirtiendo en medidores inteligentes, sistemas avanzados de comunicación y gestión de datos, dispositivos y sistemas de detección y control digital, y análisis de datos como parte de una infraestructura eléctrica más inteligente. Estas inversiones, en particular los contadores inteligentes, son la base de una red energética moderna y digital.

Según Statistica, habrá cerca de 31.000 millones de dispositivos conectados en todo el mundo para el año 2020 (5 octubre 2018). Eso implica un montón de medidores inteligentes, termostatos inteligentes, sensores de línea y muchos más elementos conectados. Estos dispositivos ofrecen un enorme potencial para la gestión de cargas y otros servicios de las compañías eléctricas, pero sólo si las empresas distribuidoras pueden encontrar una forma eficaz de gestionar esta cantidad tan enorme de datos.

Mientras que el principal argumento comercial para el despliegue de la Infraestructura de Medición Avanzada (AMI) se centraba en el registro de datos de consumo a través de la lectura remota, automatizada y más frecuente de los contadores, AMI ha demostrado ser una excelente plataforma que ofrece un valor significativo más allá de racionalización de los procesos de facturación y los costes. Las distribuidoras están ahora apalancando sus estrategias de gestión de activos en torno a las capacidades de medición y control remoto que proporciona la red de telegestión en tiempo real [3]. En muchas partes del mundo, las redes AMI se han desplegado incluso para atender procesos de negocio diferentes, como la automatización de la distribución, la teledetección y el desarrollo de infraestructuras urbanas inteligentes. La flexibilidad e interoperabilidad de la red AMI ha permitido a las empresas distribuidoras de electricidad dar soporte a nuevos proyectos innovadores, ofrecer diferentes opciones de gestión de activos y abrir nuevos modelos de negocio. Gracias a su plataforma basada en estándares, alto rendimiento y baja latencia, la red de telegestión ha ampliado la función de gestión de activos más allá de la operación centralizada tradicional a una operación distribuida, aprovechando la inteligencia de dispositivos instalados en puntos de la red de distribución próximos al punto de conexión con el cliente (dispositivos “grid edge”).

Las compañías eléctricas pueden sacar partido de las aplicaciones analíticas para recopilar y analizar datos de estos dispositivos “grid edge” (como medidores inteligentes y sensores) y de muchos otros sistemas, y analizar los datos para obtener una mejor comprensión del comportamiento activos en operación. El núcleo de la estrategia de análisis basada en datos es la capacidad de la compañía eléctrica para visualizar su sistema de distribución y ejecutar escenarios de gestión de activos con datos granulares de alto nivel derivados de las condiciones reales del sistema. Las distribuidoras pueden utilizar los resultados de este análisis para desarrollar, probar y justificar nuevos proyectos de gestión de activos [Radgowsky, J, 2018, Layered Intelligence: Architecture of a Smarter Grid, Richmond, Virginia.]. El análisis de datos puede proporcionar una mejor visibilidad de los activos de la red y determinar de forma proactiva su vida útil, optimizar las inversiones, priorizar la planificación de la fiabilidad, incorporar los recursos energéticos distribuidos (DER) en la red [Connaker, D, 2016, DER and Analytics, Minneapolis, Minnesota.] y señalar de forma preventiva las causas comunes de fallo en los distintos componentes de la red. Las distribuidoras utilizan el análisis para mejorar la visualización del sistema, desarrollar estrategias basadas en el riesgo que eliminan los fallos imprevistos de los activos y mejorar la fiabilidad de la red al mismo tiempo que mejoran sus estrategias de inversión.

Advanced Grid Analytics Platform

La solución Advanced Grid Analytics (AGA) de Landis+Gyr permite a los departamentos de operación de la red, planificación, gestión de activos y atención al cliente de las compañías eléctricas gestionar de forma segura y eficiente las redes de distribución de electricidad.

Al aprovechar los datos de los dispositivos “grid edge”, como medidores, sensores y otros sistemas de las compañías eléctricas, AGA ayuda a las empresas distribuidoras de electricidad a mejorar en diversos aspectos:

• Fiabilidad:
  • Minimizar las interrupciones.
  • Mejorar los índices de fiabilidad.
• Calidad de la energía:
  • Detectar flujos y voltajes anormales.
  • Alertar a planificadores y operadores de violaciones de límites operacionales.
• Coste:
  • Optimizar las configuraciones de los circuitos para aprovechar al máximo la capacidad existente.
  • Reducir las pérdidas técnicas y no técnicas.
  • Optimizar la inversión y colocación de activos.
  • Prolongar la vida útil de los activos.
• Seguridad:
  • Identificar condiciones anormales de en la red tiempo casi real.
  • Prevenir daños en equipos y personas mediante la detección temprana de fallos.
• Integración de Recursos Energéticos Distribuidos:
  • Analizar el impacto de las energías renovables.
  • Recomendar el tamaño y ubicación correctos de las energías renovables y los sistemas de almacenamiento de energía.

Al utilizar la potencia de los datos, el modelo de red de distribución y los algoritmos avanzados basados en la física, las distribuidoras pueden disponer ahora de una inteligencia precisa, de monitorización dinámica y para la toma de decisiones que les permite mejorar la fiabilidad, la seguridad y el rendimiento de la red a la vez que reducir los costes, cumplir con la normativa y mejorar la satisfacción del cliente.

Modular y fácil de usar, AGA ofrece visualización basada en interfaz web, geoespacial y de toda la red de distribución. Los potentes algoritmos de AGA han sido probados durante la última década en múltiples instalaciones en compañías eléctricas. Cada aplicación AGA puede desplegarse individualmente o como parte de una solución empresarial. AGA proporciona la flexibilidad para desplegar la solución de múltiples maneras: despliegue dentro de la propia infraestructura de la empresa eléctrica, despliegue en la nube o como un servicio. Las compañías distribuidoras, independientemente de su tamaño, pueden aprovechar el poder de AGA y generar beneficios a corto plazo. Las aplicaciones AGA se integran en una única interfaz fácil de usar para ayudar las distribuidoras a alcanzar rápidamente los máximos beneficios.

Sobrecarga de Activos

La gestión de la salud y la vida útil de los activos de distribución es fundamental para que las compañías eléctricas puedan gestionar sus sistemas de distribución de forma fiable y económica. El envejecimiento de los activos y la evolución de los perfiles de carga han intensificado la necesidad de supervisar el rendimiento de los activos de distribución, identificando problemas de fiabilidad y maximizando su utilización y las estrategias de sustitución.

La aplicación de sobrecarga de activos amplía el valor de las inversiones AMI de la compañía eléctrica al proporcionar visualización completa y estado de salud, análisis de carga y rendimiento de todos los activos de distribución. Utilizando algoritmos avanzados de flujo de carga y datos de medidores AMI y sensores de red, la aplicación muestra y monitorea geoespacialmente perfiles de carga precisos de cada activo de distribución.

Una vista detallada de la condición del sistema de distribución proporciona información clave para la toma de decisiones a los departamentos de ingeniería, operaciones, gestión de activos y atención al cliente dentro de la compañía eléctrica para abordar proactivamente las condiciones de sobrecarga y evitar cortes de suministro imprevistos, a la vez que se optimiza la utilización de los activos y se maximiza la vida útil de los mismos. Este conocimiento del estado de los activos resulta en mejoras en los indicadores de seguridad, fiabilidad y satisfacción del cliente.

Visualización del Voltaje

La aplicación de visualización de voltaje proporciona a los planificadores de red y a los ingenieros de distribución de las empresas eléctricas una vista completa de los valores de tensión en todos los puntos de la red. Los usuarios pueden aprovechar las herramientas de visualización y las capacidades de navegación interactiva (“drill-down”) para evaluar rápida y eficazmente los perfiles de tensión a lo largo de un alimentador e identificar los valores de tensión fuera de los rangos establecidos. La aplicación utiliza datos del sistema de información geográfica (GIS) o de herramientas de planificación para mostrar el modelo de conectividad de red, así como valores de tensión y consumo procedentes del sistema de telegestión. Esto permite a los usuarios elegir varias opciones de visualización en múltiples capas, pudiendo acercar y alejar el zoom, combinando vistas satélite y “Street view”. Los valores de tensión y consumo de los contadores de inteligentes se importan del sistema de telegestión y se actualizan periódicamente. El análisis de todo el sistema se lleva a cabo para localizar y mostrar en el mapa las ubicaciones con voltajes tanto por encima como por debajo de la tensión nominal.

La visión de conjunto de los valores de tensión históricos y en tiempo casi real resultado del análisis incluye:

• Violaciones de tensión por encima (sobretensiones) y por debajo (subtensiones) de los límites reglamentarios, utilizando valores de tensión medidos y calculados.
• Resúmenes de los niveles de tensión de transformadores y contadores.
• Perfil de tensión de contador individual.

Optimizador de Recursos Energéticos Distribuidos (DER)

La aplicación optimizador DER permite el modelado y simulación precisa y dinámica de la red de distribución, basada en los datos de la propia red de la compañía eléctrica y de los clientes. La aplicación simula y muestra las condiciones de cambio de la red debido al impacto de los recursos energéticos distribuidos en el sistema. Examina el impacto sobre los flujos de carga y la calidad de la energía en caso de pérdida repentina de generación renovable. La distribuidora de electricidad puede utilizar la aplicación para determinar la cantidad óptima de DER a integrar en el sistema de distribución, así como el límite máximo de la cantidad de DER que puede manejar un alimentador o subestación sin afectar negativamente la calidad o la fiabilidad de la energía. La aplicación ayuda también a  identificar las ubicaciones óptimas para los sistemas de almacenamiento de energía.

La aplicación optimizador DER contempla los siguientes casos de uso:

• Programas de respuesta a la demanda y control de carga directa.
• Optimización de la ubicación de la generación distribuida.
• Equilibrio del suministro fotovoltaico.
• Colocación y utilización de almacenamiento distribuido.
• Gestión de la infraestructura del vehículo eléctrico.

Resultados

Más de 18 compañías de distribución de electricidad han implementado AGA, una parte importante en Estados Unidos. No obstante, Liechtensteinische Kraftwerke (LKW) y Landis+Gyr están realizando un proyecto piloto para analizar el potencial de esta solución aplicado a los procesos y características específicas de la gestión de redes de distribución europeas de media y baja tensión.

Pepco Holdings Inc (PHI)

Pepco Holdings, Inc. (NYSE: POM) es una de las empresas de suministro de energía más grandes de la región estadounidense del Atlántico Medio, que atiende a unos 2 millones de clientes en Delaware, el Distrito de Columbia, Maryland y Nueva Jersey.

Las aplicaciones de Sobrecarga de Activos y Monitorización del Voltaje determinan las cargas y niveles de tensión de los transformadores y de muchos otros activos, en la red de distribución de PHI, permitiéndoles:

• Determinar las áreas de sobrecarga en cada jurisdicción.
• Determinar las áreas de sobretensión y subtensión en cada jurisdicción.
• Obtener mayores retornos de la inversión en las áreas de mejora del servicio, reducción de costos, productividad de la fuerza laboral y eficiencia de los procesos.
• Ayudar a dar forma y dirigir los programas de renovación de activos.
• Seleccionar las mejores ubicaciones para instalar equipos de monitorización.
• Ayudar a determinar estrategias y programas de mantenimiento predictivo.
• Garantizar el cumplimiento de la normativa.

Más de 123 ingenieros de distribución en todo PHI están utilizando AGA.

Burbank Water & Power

Las aplicaciones de Sobrecarga de Activos y Visualización de Voltaje permiten de forma proactiva determinar la vida útil de los activos y hacer frente a los posibles problemas de voltaje, en la red de distribución de BWP, permitiéndoles:

• Eliminar las interrupciones en transformadores debidas a sobrecargas.
• Reducir el inventario de transformadores en un 20%.
• Mejorar la capacidad para asignar a cada centro de transformación el tamaño correcto de trafo.
• Visualizar y señalar problemas de voltaje reduciendo los tiempos de localización / reparación.
• Realizar cálculos precisos de envejecimiento de los transformadores, para una gestión predictiva.
• Calcular los costes de operación del transformador durante su vida útil.
• Tomar decisiones basadas en parámetros económicos.
• Cero interrupciones en transformadores en los picos de consumo de verano en varios años seguidos.

Conclusión

Construir una base inteligente y sólida para gestionar una red de distribución de electricidad cada vez más distribuida, más limpia y más digital, permite a las compañías eléctricas ofrecer nuevos servicios a sus clientes. La inversión en contadores inteligentes es uno de los primeros pasos en la construcción de una infraestructura energética más inteligente.

A medida que las compañías eléctricas continúan gestionando, operando e invirtiendo en redes de distribución energía cada vez más digitales, el siguiente paso es mejorar la gestión de dichas redes y ofrecer nuevos servicios a los clientes sacando el máximo partido a las ingentes cantidades de datos generados por los dispositivos conectados a la red.

Referencias

• Tripathy, P, 2017, Rethinking Asset Management: Evolving to Analytics-Driven Decisions, Alpharetta, Georgia.