Comunicación presentada al II Congreso Smart Grids:
Autores
- Sebastian Mulder, Senior Consultant Substation Automation, DNV GL Energy
- Elena Henríquez, Senior Consultant, DNV GL Energy
Resumen
Si alguien menciona IEC 61850, todo operador de red y sistema conoce que está hablando del estándar de automatización de la subestación. Una muestra de ello también es su clasificación por parte de la Comisión Europea como uno de los dos estándares para el desarrollo de las Smart Grids. En este artículo DNV GL pretende explicar los beneficios.
Introducción
Las operaciones de las redes de distribución eléctrica, se enfrentan cada vez a más difíciles desafíos por la presencia de generación distribuida y contadores inteligentes, así como los nuevos requisitos en la gestión de la demanda.
La industria de la energía se enfrenta a tres grandes retos:
- El aumento de la integración de los recursos de energía intermitentes y fluctuantes para alcanzar los objetivos climáticos.
- El aumento de la «inteligencia», especialmente en la red de distribución eléctrica para renovar la infraestructura y así satisfacer las crecientes necesidades de capacidad.
- La diversificación de las partes interesadas que separa la explotación de la red, el aprovisionamiento de energía, los servicios de medición, servicios auxiliares y otros.
Estos desafíos no pueden ser vistos de forma independiente sino que tienen que ser considerados en forma conjunta en el desarrollo de componentes para la próxima red inteligente. Sus funcionalidades necesitan nuevas herramientas para supervisar y operar la red de distribución de electricidad, mantener o incrementar la fiabilidad y la calidad del servicio en estas nuevas condiciones. Las redes de distribución de electricidad de hoy en día, tienen que transformarse en «redes de distribución inteligentes» que cuentan con monitoreo de datos en línea y permiten un funcionamiento eficiente, rápido y seguro.
La nueva red de distribución de electricidad se basará en los cambios graduales a lo largo de la red tradicional. El sistema eléctrico es demasiado complejo como para hacer frente a un cambio revolucionario, por lo que la introducción de las nuevas tecnologías debe interactuar con las viejas. Además, la industria eléctrica europea está cambiando debido a la liberalización de los mercados energéticos de la UE y el nuevo modelo, en el que los precios son determinados por la oferta y la demanda y no por regulación.
En este contexto, la aplicación principal es el uso de la contadores inteligentes para obtener de forma remota los datos de consumo del cliente, pero lo más interesante es que la AMM puede contribuir a cumplir con varios de estos retos, así como estas soluciones también se pueden utilizar para apoyar la participación del cliente en la respuesta de la demanda (DR) y en la gestión de la demanda (DSM), y permitir diversos servicios de valor añadido. Las empresas eléctricas tienen el reto de conectar una variedad de sistemas diferentes, incluyendo AMI / AMM, facturación, CRM, SCADA, GIS, sistemas de supervisión de la medida y control con el fin de orientar a estos desafíos.
Objetivos
Las empresas de distribución eléctricas de hoy en día tendrán que centrarse en las operaciones de la red de distribución y encontrar respuestas a las siguientes 3 preguntas:
- ¿Cómo se puede mejorar la vigilancia en la red de distribución?
- ¿Cómo integrar los dispositivos «inteligentes» de automatización de subestaciones para aumentar la eficiencia de la red de distribución?
- ¿Cómo interactuar con los diferentes roles? por ejemplo, funcionamiento de los contadores inteligentes, la energía y el funcionamiento de red.
Como las redes normales se convierten cada vez más en redes inteligentes, el uso de contadores inteligentes es a menudo el primer paso en la creación de una red inteligente. Pero, ¿Qué es tan inteligente en una red inteligente? Y, ¿Qué hace que los contadores inteligentes sean inteligentes?
Con el fin de beneficiarse de los contadores inteligentes ya instalados se necesita una » infraestructura de medición avanzada» (AMI) para el intercambio de información. Una AMI permite controlar la red inteligente de una manera más eficiente y eficaz. Cuando se pueden equilibrar “las redes de distribución inteligentes”, “las grandes redes inteligentes” también pueden ser equilibradas. Por lo tanto, la medición inteligente conduce a una relación de la compañía “sintonizada”, lo que lleva a un mercado de energía transfronterizo e incluso transcontinental. Como queremos mostrar la imagen del futuro, se debe partir de la actualidad, de manera pues que empezamos con los colores básicos para esa imagen, y volver a colorearla es la otra opción, no el tiempo ni el dinero.
Dentro de este mercado de la energía liberalizado, las arquitecturas de IT se distribuyen y la comunicación entre estos sistemas de IT aumentará drásticamente, incluso cuando la mayoría de los datos serán procesados localmente. Para crear una solución abierta y rentable para la comunicación, la industria necesita interfaces de comunicación estandarizadas. No sólo los contadores eléctricos se convierten en contadores inteligentes, también los contadores de gas, agua y calor son cada vez más «inteligentes». Aquí estamos hablando de un mercado abierto y global con muchos proveedores de equipos, cada uno con sus propios estándares de producción, y diferentes protocolos de comunicación de datos y el intercambio de información. Todos esos dispositivos tienen que interoperar sin problemas en una solución multi-vendedor no sólo de diferentes fabricantes para diferentes compañías eléctricas, sino también entre las empresas de servicios. Además del intercambio de información entre compañías de servicios hay una necesidad de estandarización para la comunicación de datos dentro de los sistemas en una subestación, entre subestaciones y entre los centros de control de la subestación.
Comunicación
En las redes modernas de comunicación entre los contadores inteligentes y la subestación inteligente se vuelve cada vez más importante la introducción de la energía renovable, la generación local requiere una infraestructura abierta, segura, fiable y barata para apoyar esta necesidad de intercambio de información. La necesidad de una protección confiable de este tipo de intercambio de datos es tal vez el punto clave para un resultado exitoso y la aceptación de todas las partes involucradas.
En los sistemas de automatización tradicionales para redes de distribución se daba la comunicación en un solo sentido, y con frecuencia esta comunicación era un protocolo privado desarrollado por el proveedor de la solución. Con el fin de ampliar o mejorar el sistema de los servicios eléctricos se estaba obligado a aplicar las soluciones del proveedor. ¡No había libertad de elección! En las redes de distribución eléctrica actuales se quiere elegir el equipo en base en la funcionalidad y el precio, así como ser independiente de cualquier proveedor.
La norma internacional más reciente para la comunicación de datos entre la medición, protección, control, transformador e interruptores dentro de las subestaciones de conmutación es la IEC 61850. Además de los servicios definidos, los modelos de datos de esta norma permiten el mapeo de la corriente principal tecnología de las comunicaciones de banda ancha. Esta norma también se utiliza para los sistemas de energía eólica (IEC 61400-25) y el control/centralización de la comunicación.
En las redes y en las capas físicas, la arquitectura de IEC 61850 proporciona una visión uniforme de la conectividad de los nodos para facilitar la instalación, el mantenimiento y para permitir la adición dinámica o la eliminación de nodos; todo esto apoyando a una amplia variedad de tecnologías intercambiables. El desafío más grande de la red inteligente para una empresa de distribución eléctrica y el sistema integrador es brindar soporte, mantener y ampliar el legado junto con los sistemas actuales.
En una típica red inteligente de distribución IEC 61850 los sistemas de automatización interactuarán con:
DLMS / COSEM sobre PLC para la interfaz entre los contadores inteligentes y el sistema de automatización de subestaciones usaremos estándar DLMS / COSEM. En el caso de las zonas remotas GPRS y normas 3G/4G podrían desplegarse.
IEC 60870-5 para comunicarse con el control de legado y los sistemas de monitoreo. Esto se puede hacer ya sea a través de una conexión en serie o a través de TCP / IP.
Estas redes troncales de comunicación, ya sea de serie o basadas en Ethernet podrían ser de propiedad privada o de un proveedor de servicios. En ambos escenarios, es necesario entender plenamente las características de la red de comunicaciones con el fin de garantizar que se cumplan los requisitos. Con el fin de optimizar el ancho de banda limitado disponible en el centro de las comunicaciones, los volúmenes de datos y el tamaño de los paquetes serán optimizados en términos de minimizar la sobrecarga introducida por el propio protocolo.
Con el fin de proporcionar una manera segura y confiable de comunicación, la norma IEC 61850 proporciona procedimientos de pruebas de conformidad de comunicación que garanticen el cumplimiento de la norma IEC 61850 en sí y la interoperabilidad entre diferentes proveedores de soluciones IEC 61850.
El modelado de datos e ingeniería
La compañía eléctrica tendrá que definir las necesidades específicas para el intercambio de datos significativos y desarrollar un modelo de datos universal para facilitar el reto de la diversificación de las partes interesadas y para la interconexión de los actores como operadores de la red, los proveedores de servicios de medición o de otros servicios de valor añadido. Además, para el intercambio de datos dentro de la red de distribución o incluso dentro de la misma subestación IEC 61850, le ayuda al proporcionar un modelo de datos universal y estandarizado que es entendido e interpretado por el mismo fabricante IED.
La Compañía eléctrica tendrá que seleccionar las partes aplicables de los datos de la biblioteca de modelos IEC 61850 y crear el modelo de datos de utilidad específica mediante la definición de las bahías típicas y funciones de automatización. Las empresas eléctricas y los sistemas de integración se enfrentarán a diferentes sistemas heredados, basados en tecnología privada y otros estándares abiertos como IEC 60870-5-10x. Todos estos proveedores tienen diferentes puntos de vista y enfoques para integrar el equipo o para realizar determinadas funciones. Este punto de vista no estandarizado, causa dificultades y un comportamiento no interoperables en todo el sistema. IEC 61850 resuelve esto proporcionando un enfoque de ingeniería uniforme con un lenguaje de configuración estandarizada.
Conclusiones
Los operadores de la red de distribución deberán ajustar sus procesos de negocio globales con el fin de facilitar la migración de un sistema autónomo a un entorno multi-vendedor interconectado. No solamente necesitarán ajustar la manera de cómo se dirige y se opera la red, sino también aprender e incorporar nuevas técnicas y protocolos en su negocio.
El uso de redes públicas incrementa la necesidad de realizar pruebas, validación y certificación de dispositivos en un «entorno del mundo real» para una introducción sin problemas y el funcionamiento de las nuevas generaciones de contadores inteligentes. Realizar pruebas, antes de la implementación en vivo, permite controlar y analizar todas las comunicaciones de datos en un entorno simulado «en vivo». Todos esos dispositivos tienen que interoperar sin problemas en una solución de múltiples proveedores. No sólo de diferentes fabricantes a las diferentes compañías eléctricas, sino también entre las compañías, no sólo los servicios de comunicación definidos, los modelos de datos de la norma IEC 61850 permiten el mapeo en la tecnología de comunicación de la banda ancha principal. La interoperabilidad futura probada es necesaria para asegurar una operación a tiempo completo y sin períodos de inactividad.
Uno tiene que crear pesadillas virtuales para probar que el sistema está hecho realmente a su medida y aún más allá de la confianza que usted necesita cuando se realiza el despliegue de estos dispositivos. Una vez en funcionamiento, nadie quiere ser culpado. Las redes inteligentes sólo sobrevivirán el futuro cuando todas las partes involucradas están convencidas de que lo que se ve es lo que se obtiene. Confíe, un pensador independiente en este campo de juego representa el primer paso hacia el éxito.