Comunicación presentada al VII Congreso Smart Grids
Autores
- Roberto Martinez, Jefe de proyecto, Ormazabal
- Eduardo Fontecha, I+D, Ormazabal
- Javier Leiva, Innovación y Nuevas Tecnologías, e-distribución
- Carlos Gaitan, Nuevas Tecnologías, e-distribución
Resumen
Utilizando como palanca los positivos resultados del proyecto MONICA (Monitorización y Control Avanzado de redes de distribución MT y BT) finalizado en 2018, que ha aportado como primicia internacional un Estimador de Estado en redes de MT y en redes de BT, el objetivo principal del proyecto PASTORA (Preventive Analysis of Smart Grid with real Time Operation and Renewable Assets Integration) es avanzar en el desarrollo y contrastación de soluciones inteligentes e innovadoras que sirvan como vanguardia de lo que en pocos años serán las Smart Grids: redes más flexibles, fiables y eficientes en BT, capaces de absorber la mayor cantidad posible de generación renovable distribuida al menor coste y de incorporar la masiva irrupción del coche eléctrico sin que afecte a la calidad de servicio de la red de BT. Con dicho objetivo el proyecto Pastora introduce, además de un aumento sustancial en las medidas enviadas desde el CT y los desarrollos de algoritmos, utilizando tecnologías de IA y Big data, para su explotación, la posibilidad de actuar sobre la BT incorporando transformadores con regulación en carga, dando un paso más en el camino a la gestión optima de la BT. Utilizando como banco de pruebas un laboratorio excepcional, único, real y a gran escala, el Smartcity Málaga.
Palabras clave
Coche eléctrico, Generación distribuida, Sensorización, Regulación en carga, Estabilidad de tensión, IoT, Eficiencia, Big Data
Introducción
En el futuro inmediato, con una creciente presencia de vehículos eléctricos y una penetración masiva de fuentes renovables en el mix energético, para autoconsumo, será fundamental que las redes de BT (Baja Tensión) se planifiquen, exploten y supervisen de forma análoga a como se ha venido haciendo en los niveles de transporte y distribución, pasando el distribuidor de ser un simple gestor de activos a ser operador de la red de BT. Ello pasa ineludiblemente por dotar a la red de BT de mucha más inteligencia que hasta ahora, lo cual involucra todo un espectro de tecnologías digitales: sensorización, incluyendo smart meters, comunicaciones de banda ancha, controladores locales basados en dispositivos electrónicos (transformador con regulación en carga), IoT(Internet of Things), SCADAs (Supervisión, Control y Adquisición de Datos) y centros de gestión de energía (DMS), software avanzado de procesamiento de datos (data analytics), control óptimo, reporting inteligente, etc.
El proyecto Pastora centraliza sus esfuerzos en conseguir esa evolución de la red de BT de un elemento pasivo en la red a un elemento activo que pueda mejorar la eficiencia de la red y la calidad de suministro a los usuarios finales.
Descripción
Utilizando como palanca los positivos resultados del proyecto MONICA (Monitorización y Control Avanzado de redes de distribución MT y BT) finalizado en 2018, que ha aportado como primicia internacional un Estimador de Estado en redes de MT y en redes de BT, el objetivo principal del proyecto PASTORA (Preventive Analysis of Smart Grid with real Time Operation and Renewable Assets Integration) es avanzar en el desarrollo y contrastación de soluciones inteligentes e innovadoras que sirvan como vanguardia de lo que en pocos años serán las Smart Grids: redes más flexibles, fiables y eficientes en BT, capaces de absorber la mayor cantidad posible de generación renovable distribuida al menor coste y de incorporar la masiva irrupción del coche eléctrico sin que afecte a la calidad de servicio de la red de BT.
Para ello, el proyecto ha contado con un laboratorio excepcional, único, real y a gran escala, Smartcity Málaga.
Contando en el proyecto con:
- 2 Subestaciones AT/MT
- 56 Centros de Transformación MT/BT organizados en 2 anillos
- Sensorización total y parcial (provenientes del proyecto MONICA):
- 34 CT con sensores en el lado de MT del transformador
- 28 CT con sensores básicos en el lado de BT del transformador
- 15 CT con sensores en las celdas de MT de entrada/salida de línea
- 15 CT con sensores en las cabeceras de línea de BT
- Sensorización y control desarrollada en el proyecto PASTORA
- 5 CT con sensórica avanzada en el lado de BT
- 2 CT con transformador MT/BT inteligente, con regulación de tensión en carga
- 20.000 usuarios finales aprox
Dichos objetivos pretenden conseguirse con una serie de instrumentos y herramientas que avanzan hacia una mayor digitalización, y que pueden agruparse básicamente en tres pilares:
1. Recopilación masiva de datos, tiempo real MT y BT. Todo ello a través de nuevos dispositivos de potencia (transformador MT/BT inteligente) y sensorización avanzada integrada en los cuadros de BT;
2. Análisis descriptivo, a través de un mejor conocimiento de dichos datos con herramientas de tratamiento de información en tiempo real (Big Data). Además de la generación de KPIs con los indicadores principales a monitorizar.
3. Análisis predictivo con el uso de herramientas de IA (Inteligencia Artificial) para la supervisión y el control preventivo en tiempo real, a través de análisis de las series históricas para la prevención y predicción de problemas (back office); De esta manera se predicen patrones de comportamiento y se generan alarmas.
Los dispositivos de potencia y sensorización que se van a desplegar y testar en PASTORA incluyen:
- Transformadores MT/BT equipados con una nueva generación de cambiadores de toma en carga, capaces de actuar varias veces al día de acuerdo con las condiciones de operación.
- Así mismo, se avanzará en el desarrollo de cuadros BT que integren todos los sensores necesarios para monitorizar las tensiones, flujos de potencia por cada alimentador, temperaturas con la mejor precisión y sincronización posible. Y que sean capaces de enviar la información directamente a los sistemas de la compañía en tiempo real.
En cuanto a las herramientas software en tiempo real extendido, que conformarán el núcleo de lo que ya se conoce como Advanced Distribution Management System (ADMS), el proyecto PASTORA contempla el desarrollo de las siguientes:
- Gestión automática de eventos, que indique al operador dónde está la fuente del problema y elimine el riesgo de error.
- Gestión de incumplimiento de restricciones técnicas (voltajes anómalos y congestiones de alimentadores), que ofrezca al operador posibles soluciones y en su caso genere consignas óptimas a los reguladores de tensión locales, buscando como objetivo prioritario maximizar la integración de renovables garantizando en todo momento la seguridad y la estabilidad de la red.
Por lo que respecta a las herramientas de back office, que resultan fundamentales como soporte a la toma de decisiones en distintas áreas, se contemplan las siguientes:
- Desarrollo de algoritmos que permitan la vinculación correcta de cada cliente a su jerarquía eléctrica de manera dinámica. Se compararán e integrarán diferentes opciones, desde algoritmos convencionales de programación matemática hasta técnicas metaheurísticas (Big Data, Machine Learning).
- Realización de balances en tiempo real, a partir de los datos del Estimador de Estado MONICA y los nuevos sensores, que permitan obtener resultados de pérdidas técnicas y no técnicas.
- Tratamiento de los datos históricos aportados por el módulo de gestión de eventos en tiempo real (nueva funcionalidad POP de los smart meters y el resto de sensores), incluyendo técnicas de Machine Learning, para identificar patrones de comportamiento de la red y actuar de modo preventivo respecto a incidentes y averías. En este caso, por ejemplo se ha estudiado la activación de la funcionalidad POP (que permite desconectar el contador en caso de detectar anomalías) en contadores por las sobretensiones causadas por rotura de neutro.
- Análisis estadístico de la calidad del suministro eléctrico y complementado con mapas de índices individuales de interrupciones de los clientes.
Las herramientas de Back Office contempladas implican el tratamiento de datos en tiempo real por lo que se emplearán en todas ellas, técnicas de Big Data y Business Intelligence.
El proyecto Pastora es muy amplio por lo que este trabajo se centrará principalmente en la descripción detallada y despliegue real, del equipamiento utilizado en los Centros de Transformación, para la captación de las medidas necesarias y el control de la tensión en BT.
Sensorización de BT:
Para conseguir el objetivo de dar luz a la, hasta ahora opaca, red de BT el primer paso es sensorizar los cuadros de BT. Por esto motivo en el proyecto pastora se ha desarrollado una sensorica adaptad a los cuadros de BT homologados por la compañía. La solución adoptada consiste en tres partes fundamentales:
- Un conjunto de captación por salida instalado, en el cuadro de BT, entre las bases portafusibles y el cuerpo del cuadro de BT. Todas las medidas estarán cableadas hasta un conector preparado para el montaje, plug&play de, la tarjeta de captación. Que contará con la captación de medidas de Intensidad por fase, tensión, intensidad e Neutro y temperatura.
- Una tarjeta de medida para su incorporación a cada salida del cuadro de BT, conectada al conjunto de captación, capaz de leer todas las medidas del CBT y poder enviarlas vía modbus al totalizador instalado en el cuadro de BT.
- Un equipo totalizador (remota) capad de captar las medidas de Tensión e Intensidad totales a la salida del cuadro de BT y de recibir todas las medidas, mediante comunicaciones RS485/modbus, desde las tarjetas de captación instaladas en las salidas del cuadro de BT. Añadido a estas funcionalidades realizará las labores de rtu de BT enviando toda la información a los sistemas de Endesa.
Una vez terminados todos los desarrollos y los montajes la solución final ha quedado como sigue:
Transformadores con regulación de tensión en carga
Una vez monitorizada la red de BT el siguiente paso es intentar actuar sobre ella. En el proyecto pastora se han instalado transformadores de regulación en carga que varían la tensión de MT para conseguir una tensión estable de BT de forma automática. Se ha desarrollado un control capaz de actuar sobre el regulador del transformador de forma que mantenga la tensión de BT estable, dentro de la consigna que se le ha dado, y a la vez sea capaz de comunicarse en tiempo real con los sistemas de Endesa, para enviar las medidas y el estado del transformador en tiempo real, y recibir las ordenes desde los sistemas de Endesa.
Estos reguladores de tensión son capaces de cambiar varias veces de toma durante el día, consiguiendo de esta forma realizar una regulación dinámica de la tensión de BT. Esto permite la integración de más generación distribuida y coche eléctrico, ya que consigue un control de la tensión en el cuadro de BT y permitiendo que estos nuevos elementos de la red de BT, no influyan en la tensión final de los clientes que cuelgan del mismo transformador.
Resultados
Como resultado del proyecto se ha conseguido monitorizar el cuadro de BT con muchas más medidas y con mejores precisiones de las que se captan actualmente en cualquier CT, y actuar sobre la tensión del cuadro de BT. Enviando la información necesaria a los sistemas de Endesa en tiempo real para poder ejecutar los algoritmos diseñados en el proyecto. Teniendo un control en tiempo real del CBT, pudiendo realizar balances de Energías para controlar las perdidas tanto técnicas como no técnicas, respondiendo de forma más ágil a las incidencias e incluso pudiendo predecir posibles errores en la red de BT, como roturas de neutro, fugas a tierra o problemas de temperatura.
Conclusiones
Con los desarrollos realizados se da un paso más en la mejora de la información y del control de las redes de BT que servirá para que la compañía pueda mejorarla y optimizarla. Mejorando la eficiencia y la calidad de la Red y permitiendo la incorporación de forma masiva de la generación distribuida en BT y el coche eléctrico. Consiguiendo que la red de BT se comporte como la red de Distribución y de Transporte, algo imprescindible para los retos tanto tecnológicos como climáticos a los que las compañías eléctricas se tendrán que enfrentar en los próximos años.