Artículos Técnicos

Desafíos de la digitalización de las redes Eléctricas: Lecciones para América Latina

soluciones en eficiencia energética

Optimizar la energía: la clave para una industria más competitiva

"La eficiencia energética es un tema recurrente en la actualidad, pero ¿estamos realmente aplicándola en nuestros procesos productivos? Al analizar nuestras operaciones, es fundamental preguntarnos si estamos maximizando el rendimiento de nuestros recursos energéticos. ¿Estamos optimizando cada kilovatio? ¿Estamos minimizando las pérdidas?
Para responder a estas preguntas, el primer paso es cuantificar. Necesitamos medir con precisión el consumo energético de cada proceso, equipo y área de nuestra empresa. Solo así podremos identificar los puntos críticos donde existe un mayor potencial de ahorro.
Imagínese tener un mapa detallado del consumo energético de su empresa. Con esta información, podrá tomar decisiones estratégicas para optimizar sus operaciones y reducir costos. Desde identificar equipos ineficientes hasta implementar nuevas tecnologías, las posibilidades están al alcance."

 

Nuestra Solución

 

Las tecnologías más usadas para la automatización de las líneas de distribución eléctrica

Uno de los retos globales del servicio eléctrico más importante en los últimos años es la necesidad de cubrir con el incremento de la demanda energética.

Los retos en la distribución eléctrica se encuentran directamente influenciados por el incremento de la demanda energética producto de la expansión demográfica y el mayor consumo energético en la industria. Este reto no solo involucra un incremento en la cantidad de equipamiento y líneas de distribución instalados. Sino también los desafíos involucrados para garantizar la disponibilidad ininterrumpida del suministro eléctrico. Esto ha llevado a la proliferación de tecnologías que contemplen lineamientos de redundancia en caso de interrupción o cortocircuito lo que lleva a líneas con más de una fuente de energización. Sin embargo, la inclusión de estas tecnologías tiene retos en la operación, al ser necesario considerar variables eléctricas y capacidad de carga de todos los circuitos involucrados. Esto ha llevado al uso de tecnologías que permita un análisis y procesamiento en tiempo-real con el propósito de generar una distribución automatizada.

¿Qué es la distribución automatizada y que se necesita para implementar?

La distribución automatizada se entiende como el uso de lineamientos y tecnologías encargadas de la toma de decisiones en tiempo-real para la operación de redes de distribución eléctrica (doméstica o industrial). Esto con el objetivo de minimizar los tiempos de interrupción del suministro eléctrico. La operación principal consiste en la toma de información eléctrica de las subestaciones o equipamiento de las líneas de distribución. Información que es analizada en un servidor que permite identificar el mejor camino disponible en la red de distribución, para restituir el servicio eléctrico.

Este análisis contempla la recopilación y procesamiento de variables eléctricas de capacidad de carga interrumpida y capacidad de carga de las líneas disponibles. Llevando los algoritmos más completos a incluir análisis de conductividad de las líneas de distribución entre otras.

¿Qué tecnologías para la distribución automatizada existen en la actualidad?

Debido a que el principal requerimiento es tener un servidor capaz de procesar información en tiempo real. La distribución automatizada se divide en 3 grandes grupos o topologías:

Head engineer and factory operator wearing safety vests and hard hats wollowing product process on factory uses SCADA system and industry 4.0. Two operators controll assembly line using screens with human-machine interface

Topología Descentralizada 

Como su nombre lo indica, la topología descentralizada contempla el uso de múltiples servidores encargados del procesamiento de datos. Estos son instalados a lo largo de las líneas de distribución dentro de los tableros de control de los reconectadores y seccionadores bajo carga. De esta forma, al extraer la data eléctrica directamente de los equipos conectados a las líneas de distribución, permite obtener tiempos de procesamiento y respuesta superiores a cualquier otra topología. Sin embargo, es esta característica lo que lo convierte a su vez en la topología con mayor precio de instalación y ejecución. Debido a que necesita que todo el equipamiento puesto en campo sea compatible con la comunicación de los controladores del equipamiento de corte. 

Topología Centralizada

La topología centralizada a su vez concentra toda la información en un sóo punto de procesamiento de datos. Estos servidores centralizados conocidos como DMS (Distribution Management System) se encargan de concentrar toda la información de la red de distribución eléctrica y procesarla en conjunto. La ventaja de este tipo de arquitectura es la potencia y capacidad de procesamiento de datos. Lo que le permite concentrar la información de toda la red eléctrica con el objetivo de tomar el mejor camino en toda la red. El problema con esta tecnología es su naturaleza centralizada, lo que hace que se necesite la recopilación de información global para el procesamiento de los algoritmos de automatización. Además de su alto costo de implementación.

Topología Híbrida

La topología híbrida (semi-centralizada o semi-descentralizada) mezcla las funcionalidades de las otras dos anteriores. Posee capacidades descentralizadas al estar instalada en distintas partes de las líneas de distribución como subestaciones o gabinetes de reconectadores. Pero que no se limitan a la concentración de únicamente un equipamiento de corte. Más bien permite integrar información de relés de protección en subestaciones, o señalizadores de alarmas en las líneas de distribución. Su principal ventaja es la flexibilidad de implementación, al no estar ligada a un servidor central. Esto permite su instalación en circuitos problemáticos sin la necesidad de intervenir en hardware o software dedicado de alto costo.

¿Cómo funciona la distribución automatizada con estas topologías?

El principio de operación de basa en la delimitación de zonas de operación. Las cuales necesitan de la consideración de:

  1. Circuito eléctrico con variables de falla propias y medición de variables eléctricas en tiempo real.
  1. Punto de inyección o interruptor de cabecera con mando remoto de cada circuito involucrado.
  1. Circuitos dependientes o ‘ramales’ que permiten la generación de relación y dependencia entre circuitos.

Esta determinación de zonas va a permitir que los algoritmos puedan identificar las fallas para su posterior aislamiento y la elección del mejor ‘camino’ de restitución del suministro eléctrico.

¿Cuál es la mejor tecnología para implementar?

La implementación de cada una de estas tecnologías depende del requerimiento final de las líneas de distribución. Ya qué, dependiendo de la necesidad, puede predominar la implementación de cada una de las descritas. Sin embargo, es importante notar que estas topologías no son excluyentes. Por lo que, pueden ser implementadas en paralelo controlando distintos puntos en toda la red de distribución. Por ejemplo, para circuitos problemáticos que necesiten la implementación de una solución de manera rápida y sin un costo excesivo, una topología hibrida resulta ideal por su flexibilidad y rápida implementación. Al permitir la comunicación multimarca con distintos equipamientos de corte y registro de falla, así como la implementación de algoritmos avanzados para la toma de decisiones. A su vez, este sistema podría reportar a un sistema centralizado SCADA o DMS, el cual se encargaría de recopilar y concentrar toda la información operativa de la red.

 

PTI - Potencia y Tecnologías Incorporadas S.A. BIC es representante de Novatech en Colombia, contáctenos para más información sobre como implementar la automatización de la distribución en redes domésticas o industriales.

Microrredes y comunidades energéticas: conocimiento y tecnología hacia una realidad sostenible

En la actualidad, la sostenibilidad es uno de los pilares fundamentales del desarrollo global. Sin embargo, el camino hacia un futuro sostenible se enfrenta a un desafío complejo conocido como el trilema energético, que consiste en equilibrar tres elementos cruciales: seguridad energética, equidad social y mitigación del impacto ambiental. La transición hacia fuentes de energía más limpias, el acceso equitativo a la energía y la garantía de un suministro fiable son objetivos que, en muchas ocasiones, se encuentran en tensión. En este contexto, las microrredes surgen como una solución prometedora para enfrentar estos desafíos, especialmente dentro de comunidades energéticas que buscan maximizar el uso de recursos locales y renovables, mejorar la resiliencia y asegurar la calidad del suministro eléctrico.

 

Ventajas de las Microrredes para las Comunidades Energéticas

Las microrredes ofrecen varias ventajas que las convierten en una solución atractiva y eficaz para las comunidades energéticas:

Ventajas de las Microrredes para las Comunidades Energéticas

Fig. 1 Propuesta conceptual de comunidades energéticas de acuerdo con el número de conexiones al SDL según la resolución CREG 701 51 de 2024. 

  • Autonomía energética: Al operar en modo aislado, las microrredes pueden proporcionar a las comunidades un nivel de independencia energética, permitiendo la continuidad del suministro incluso en casos de interrupciones en la red principal. Esto es particularmente crucial en regiones remotas o en áreas con infraestructuras eléctricas vulnerables.

  • Optimización de recursos locales: Permiten el aprovechamiento óptimo de los recursos energéticos locales, como la energía solar, eólica o biomasa, lo que reduce la dependencia de combustibles fósiles y disminuye los costos operativos a largo plazo.

  • Resiliencia y seguridad: Aumentan la resiliencia del sistema eléctrico de la comunidad al permitir una rápida respuesta ante fallos o emergencias, mejorando la seguridad energética y protegiendo a la comunidad contra apagones prolongados.

  • Participación y empoderamiento comunitario: Permiten a los miembros de la comunidad participar activamente en la generación y gestión de su energía, lo que fomenta una mayor conciencia energética y un sentido de propiedad y responsabilidad compartida.

  • Flexibilidad y adaptabilidad: Son altamente flexibles y pueden adaptarse a las necesidades específicas de cada comunidad, escalando según el crecimiento de la demanda o la disponibilidad de recursos. Además, su capacidad de operar tanto conectadas a la red principal como de manera aislada ofrece una versatilidad que es particularmente beneficiosa en entornos cambiantes o de rápida evolución.

  • Sostenibilidad y reducción de la huella de carbono: Al integrar fuentes de energía renovable y maximizar su uso, contribuyen significativamente a la reducción de la huella de carbono de las comunidades, alineándose con los objetivos globales de sostenibilidad y lucha contra el cambio climático.

 

Implementación de microrredes en comunidades energéticas

La implementación de microrredes dentro de las comunidades energéticas no sólo es factible, sino también estratégica. La capacidad de estas redes para proporcionar un suministro energético confiable y sostenible las convierte en una solución ideal para abordar los desafíos que enfrentan las comunidades en su transición hacia un modelo energético más limpio y equitativo. Además, la creciente digitalización y la disponibilidad de tecnologías avanzadas de control y monitoreo permiten a las microrredes operar de manera más eficiente, garantizando una integración fluida de diversas fuentes de energía y mejorando la gestión del consumo.

Servicios ofrecidos por las microrredes

Las microrredes proporcionan una amplia gama de servicios tanto detrás como delante del medidor, esenciales para optimizar el funcionamiento de comunidades energéticas. Estos servicios incluyen:

  • Gestión de Carga y Generación: Optimización de la generación local y coordinación con la red principal para equilibrar la carga, priorizar el uso de energías renovables y minimizar las pérdidas.

  • Optimización de Energía: Facilitan el autoconsumo, almacenamiento y gestión de la energía, así como la compra/venta en el mercado eléctrico y el intercambio de energía con otras microrredes.

  • Resiliencia y Seguridad: Aislamiento y respuesta rápida ante fallos locales, y mantenimiento del suministro durante interrupciones en la red principal, mejorando la estabilidad operativa.

  • Estabilidad y Calidad: Regulación del voltaje y frecuencia para asegurar que la energía suministrada cumpla con los estándares de calidad requeridos.

Complejidad del control de las microrredes

A pesar de las significativas ventajas que las microrredes ofrecen en términos de servicios, su control es un desafío técnico complejo. La operación efectiva de una microrred requiere la integración y coordinación de diversas fuentes de energía, sistemas de almacenamiento y cargas, todo bajo un marco que garantiza estabilidad, seguridad y eficiencia.

El control de las microrredes se organiza típicamente en tres niveles jerárquicos:

  • Control Primario: Se encarga de la regulación básica y rápida de parámetros críticos como la frecuencia y el voltaje. En este nivel, la prioridad es asegurar la estabilidad inmediata del sistema ante perturbaciones menores.

  • Control Secundario: Coordina el intercambio de energía entre la microrred y la red principal o con otras microrredes, ajustando la operación para cumplir con objetivos de optimización como minimizar pérdidas o maximizar el uso de energías renovables.
  • Control Terciario: Optimiza el rendimiento económico y operacional a largo plazo, tomando decisiones basadas en el análisis de datos históricos y predicciones futuras. Este nivel se enfoca en la gestión global de la energía de la microrred, incluyendo la compra y venta de energía en el mercado eléctrico.

ejemplo gestión de energía

 Fig. 2 Ejemplo de la gestión de energía, llevada a cabo por el controlador de microrred, tarea que resulta clave para alcanzar la sostenibilidad. 

Cada nivel de control debe operar en sincronía, manejando la complejidad de múltiples variables y condiciones fluctuantes, como cambios en la demanda, disponibilidad de recursos energéticos, y eventos imprevistos en la red. La implementación de esta estructura jerárquica es crucial para garantizar que la microrred opere de manera óptima, pero requiere una tecnología avanzada de automatización y control, así como una sólida experiencia en ingeniería para gestionar eficientemente estas dinámicas complejas.

Metodología para abordar estos desafíos

Abordar los desafíos del control de microrredes requiere tecnología avanzada y un profundo conocimiento técnico. Las herramientas de gemelo digital son esenciales para planificar, diseñar, operar y optimizar las microrredes, ya que permiten simular el comportamiento del sistema bajo diferentes escenarios y validar las estrategias de control antes de su implementación en el mundo real.

Además, se necesita un enfoque integral que incluya control, comunicación, protección y automatización para garantizar que las tecnologías implementadas funcionen de manera cohesiva y eficiente. La formación y experiencia en estas áreas son cruciales para el éxito de cualquier proyecto de microrred.

Estándares IEEE 2030.7 y IEEE 2030.8

Los estándares IEEE 2030.7 y IEEE 2030.8 proporcionan directrices clave para el diseño y operación de microrredes. IEEE 2030.7 define la arquitectura de control de microrredes, mientras que IEEE 2030.8 establece los requisitos de funcionamiento y las prácticas recomendadas para asegurar la interoperabilidad y el rendimiento óptimo del sistema.

Estos estándares son fundamentales para garantizar que las microrredes operen de manera segura, eficiente y conforme a las regulaciones establecidas, facilitando la integración de tecnologías avanzadas y la maximización de los beneficios de las microrredes.

 

Gemelo Digital ETAP

La plataforma de gemelo digital de ETAP es una herramienta poderosa para modelar, planificar y optimizar microrredes. Permite realizar análisis detallados desde la etapa de planificación hasta la implementación y operación, abarcando estudios de factibilidad, dimensionamiento de equipos, coordinación de protecciones, análisis de estabilidad y más.

Gemelo digital ETAP

Fig. 3 Vista conceptual del ciclo de vida del proyecto microrred y cómo se implementan los gemelos digitales de ETAP en él.

 

ETAP ofrece una capacidad única para crear modelos precisos de diferentes fuentes de generación, incluidos sistemas de almacenamiento y generación renovable, lo que facilita la evaluación de diversos escenarios operativos y la toma de decisiones informadas.

Gemelo digital en tiempo real OPAL-RT

OPAL-RT complementa las capacidades de ETAP al ofrecer un entorno de simulación en tiempo real para validar las funciones de los controladores de microrredes. A través de Hardware-In-the-Loop (HIL), OPAL-RT permite probar y ajustar los algoritmos de control en un entorno seguro antes de su despliegue, lo que minimiza los riesgos y asegura un rendimiento óptimo del sistema.

La combinación de ETAP y OPAL-RT proporciona una solución integral para el desarrollo y operación de microrredes, permitiendo una integración fluida desde el diseño hasta la validación en tiempo real.

Fortalecimiento de la Sostenibilidad a través de la Innovación de PTI

En PTI, nuestra visión se alinea con la necesidad de construir un futuro energético más sostenible y resiliente. Con más de 24 años de experiencia, hemos liderado la implementación de soluciones de control, automatización, protección y telecomunicaciones para sistemas eléctricos de potencia en Colombia y la región. Nuestra especialización en estas áreas nos ha permitido ser pioneros en el desarrollo de microrredes, incorporando tecnologías avanzadas que optimizan la operación y el control de los recursos energéticos distribuidos (DERs), asegurando que actúen de manera coordinada como una unidad controlable, eficiente y sostenible.

Como líderes en el sector, no solo implementamos tecnologías innovadoras, sino que también jugamos un rol clave en la evolución del marco regulatorio y la adopción de estándares internacionales. La integración de nuestras soluciones, respaldadas por plataformas de gemelo digital como ETAP y OPAL-RT, ha permitido a PTI desarrollar proyectos de microrredes que no solo cumplen con las exigencias técnicas y normativas, sino que también generan un impacto positivo en las comunidades al mejorar la resiliencia, reducir la huella de carbono y empoderar a los usuarios finales. Nuestra experiencia y compromiso con la innovación nos posicionan como el socio estratégico ideal para llevar adelante la transición hacia un sistema energético más limpio y equitativo.

Gemelo Digital en Tiempo Real OPAL RT

 Fig. 4 Vista conceptual de las pruebas de hardware-in-the-loop aplicables a la validación del control de microrredes bajo los estándares IEEE 2030.7/2017 y IEEE 2030.8/2018. 

Integración intensiva en conocimiento

La implementación exitosa de microrredes requiere también de una integración intensiva de conocimiento y experiencia. PTI, como representante exclusivo de ETAP y OPAL-RT, ofrece un valor único al combinar tecnologías avanzadas con su experiencia en ingeniería y simulación en tiempo real. Su laboratorio de simulación en tiempo real permite realizar pruebas exhaustivas y ajustar los sistemas antes de su implementación, garantizando la fiabilidad y eficiencia de las microrredes.

Además, PTI cuenta con un profundo conocimiento de los estándares y regulaciones aplicables, lo que le permite ofrecer soluciones personalizadas que cumplen con los requisitos técnicos y regulatorios, asegurando así el éxito de los proyectos de microrredes.

Conclusiones

Las microrredes representan una solución clave para enfrentar los desafíos del trilema energético, proporcionando flexibilidad, resiliencia y sostenibilidad en el suministro eléctrico. La integración de tecnologías avanzadas, como los gemelos digitales ETAP y OPAL-RT, es esencial para superar la complejidad inherente al control y operación de microrredes. Además, la experiencia y conocimiento técnico de un integrador especializado, como PTI, son fundamentales para garantizar que las microrredes se implementen de manera eficaz, cumpliendo con los estándares y maximizando los beneficios para las comunidades energéticas.

Con lo anterior, el desarrollo de microrredes es un paso crítico hacia un futuro energético más sostenible, y las herramientas y conocimientos adecuados son imprescindibles para asegurar su éxito en el mundo real.

Cómo conectar el App HMI remoto a los controles de reconectadores NOJA Power con la aplicación HMI Remoto

Para cómo conectar el App HMI remoto a los controles de reconectadores NOJA Power, la aplicación HMI Remoto de NOJA Power ofrece mayor seguridad para los operadores en campo, ya que reproduce la pantalla del control del reconectador de NOJA Power en un dispositivo, ya sea celular o Tablet, a través de una conexión inalámbrica segura.

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