Los reconectadores NOJA Power y su rol en el mundo Smart Grid

Las redes inteligentes han asumido un papel protagónico en el desarrollo tecnológico de la distribución energética. Por eso, es vital contar con reconectadores flexibles que puedan adaptarse a este escenario que exige protocolos IEC 61850 e IEC 61499.

Reconectadores Noja Power

Desde un contexto global, una red eléctrica inteligente (Smart Grid) se puede definir como la integración dinámica de los desarrollos y los avances de las tecnologías de la información y comunicación permitiendo que las áreas de coordinación de protecciones, control, instrumentación, medida, calidad y administración de energía sean concatenadas en un sistema de gestión con el objetivo primordial de realizar un uso eficiente y racional de la energía.

El término de “red inteligente” se comenzó a utilizar inicialmente cuando surgieron los primeros equipos microprocesados con capacidad de comunicación. Estos equipos permitían enviar la información a sistemas de nivel superior (denominados SCADA) manteniendo informados a operadores del estado de los sistemas para la toma de decisiones optimizando el desempeño de los mismos.

Con el correr de los años y la evolución de la tecnología, diversos equipos comenzaron a adoptar estas ventajas de la electrónica ganando autonomía en la toma de decisiones. Esta tendencia se dio particularmente

en el equipamiento empleado en las instalaciones eléctricas (protecciones, medidores, interruptores, RTU, etc.).

 

Modernización

En la década del noventa todo el desarrollo de la supervisión y automatización tuvo un auge importante en el desempeño de las estaciones transformadoras y sus SCADAS asociados empleando las bondades que los diferentes fabricantes de equipamientos ofrecían, sobre todo en la tecnología de las comunicaciones y protocolos de diálogo.

A principios de la década de 2000 se plantea la necesidad de normalizar las comunicaciones apuntando a la integración total y es así que los desarrollos de redes inteligentes se encaminan en un desafío común, conseguir que las empresas distribuidoras de energía utilicen éstas tecnologías para lograr una gestión más eficiente de la oferta y demanda entre productores y consumidores lo que se traduce en un mejor aprovechamiento de sus infraestructuras eléctricas.

 

Camino a las redes inteligentes

Si bien una red inteligente requiere que los equipos posean la capacidad de comunicación y procesamiento de datos, actualmente, el concepto de red inteligente se refiere a un conjunto de equipos distribuidos en la red que tengan inteligencia propia para tomar decisiones operativas y que puedan integrar sus acciones, de esto se trata un verdadero Smart Grid.

Smart Grid

El fundamento de una red inteligente, es que el equipo sea autosuficiente en sus decisiones, que tenga capacidad para tomar acciones según el escenario presente en la red. Esta toma de decisiones en primera instancia debe ser de capacidad local, luego integral. Diversos equipos en la actualidad logran la capacidad local mediante sus funciones de PLC, o funciones de lógicas programables. Esto no es más que un entorno  de programación adicional a sus funciones de protecciones y operación y permite dotar de “inteligencia” a los equipos para realizar ciertas operaciones según se requiera. La diferencia entre equipos reside en la cantidad de líneas de programación y si las funciones se limitan a ser solo funciones de lógicas digitales o si también se pueden realizar lógicas complejas con variables analógicas. La ventaja de procesar variables analógicas les permite tomar decisiones no solo dependientes del estado de los equipos y actuaciones, sino que se pueden interpretar estados de cargas y valores de tensiones y corrientes para tomar decisiones. La base de una red inteligente, es un “equipo inteligente”.

Gracias a la evolución de la electrónica y tecnología, fue posible integrar en los equipos eléctricos, varias funciones. De esta manera se desarrollaron las unidades denominadas de “Bahía de protección”, que además de su función principal de protección, realizan funciones de operación, comunicación y lógicas de enclavamientos, estas últimas empleadas internamente y sobre el cableado realizado en sus bornes. Posteriormente, y con el uso de protocolos de comunicación, la integración fue más amplia, permitiendo realizar enclavamientos entre diversos equipos, expandiendo así la “inteligencia local”, y dando paso a la “inteligencia distribuida”.

La inteligencia de redes, se utiliza hoy en día en el desempeño funcional de estaciones transformadoras y en menor medida en redes de distribución.

Ethernet

Verdaderas redes inteligentes

La IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) ha definido como protocolos de comunicación por excelencia en una red inteligente a las normas  IEC 61850 y IEC 61499. En los últimos años se ha comenzado a implementar con mucho éxito la norma de comunicación IEC 61850 ya que permite enclavamientos y funciones de monitoreo, control y protección entre equipos de estaciones transformadoras. Se basa fundamentalmente en lograr la total selectividad de los sistemas y efectividad de las protecciones de la instalación, pero tiene sus limitaciones cuando se requiere cumplir con funcionalidades operativas, y es por ello que se hace referencia también a la norma IEC 61499.

Una red verdaderamente inteligente debe tener capacidad de autoconfigurase, de autoreconocimiento y tener conciencia propia en diferentes situaciones con la mayor seguridad posible. Cuando nos introducimos en el concepto de inteligencia en las instalaciones eléctricas, comenzamos a tomar contacto con las redes de distribución de la energía eléctrica, con equipos que se encuentran próximos entre sí y lógicas de cableados logrados localmente. Ahora se debe trabajar con equipos que están a distancias no despreciables lo que hace pensar, que estas funciones operativas sean más difíciles de lograr (equipos distribuidos en diversos puntos de una red de distribución). Sin embargo, gracias a estos protocolos y al avance de la tecnología de los medios de enlace de comunicación es posible diseñar un algoritmo distribuido de operación para todo el sistema de distribución. Por lo cual es posible hacer uso de los protocolos específicos de comunicaciones para las funciones particulares, mejorar la selectividad de protecciones, realizar funciones que se adapten a los escenarios de demanda, como transferencias automáticas, deslastres de cargas, cambios de redes en bandas horarias, esquemas de respaldo por incremento de cargas o también, secuencias complejas y rápidas para reposición de servicios por vías alternativas.

Cuando se habla de redes de distribución con equipos inteligentes, es fundamental tomar conciencia de la importancia que tiene la selección del equipamiento que cumpla con las capacidades para lograrlo. Es aquí cuando la norma IEC 61499 toma relevancia ya que con ella se obtienen funcionalidades operativas de los equipos, tanto a nivel individual como en su conjunto, lo que no sería posible con otros protocolos.

 

Acerca de la IEC 61499

Corresponde a un estándar abierto empleado en sistemas de automatización distribuidos destinados a la portabilidad, la reutilización, la interoperabilidad y la reconfiguración de aplicaciones compartidas. Las aplicaciones se construyen por redes de bloques de función que proporcionan una interfaz para los eventos y datos de entradas y salidas.

La lógica y funcionamiento de esta operatividad está basada en el comportamiento de eventos, que es lo que la diferencia de la norma  IEC 61131 que es de aplicación de PLC industrial  cuyo  comportamiento es a nivel de secuencias de procesos.

IEC 61499 proporciona:

  • Una combinación de lenguaje de programación distribuida y programación de PLC con la norma IEC 61131-3
  • Un enfoque de modelo genérico para aplicaciones de control distribuido
  • Concepto de bloques de funciones
  • La separación de datos y flujo del evento

En la aplicación de funciones autónomas de equipos en las redes de distribución, ambos protocolos de comunicación, el IEC 61850 e IEC 61499, son similares en lo que respecta a medios de enlace, no así en conceptos de  funcionalidad.  Los dos protocolos  permiten comunicaciones horizontales o sea entre equipos, pero es  importante destacar que son complementarios, ya que el protocolo IEC 61850 es específico en el recurso de las protecciones y el IEC 61449 en la flexibilidad de funcionamiento programado de cada equipo como su interrelación con el resto de los equipos en el sistema eléctrico de distribución.

 

Inteligencia individual

NOJA Power ha orientado el desarrollo tecnológico de su control electrónico a las exigencias del mercado, logrando un diseño del control  que permite que con el mismo hardware pueda actualizarse a la última versión de firmware incorporando los nuevos desarrollos.

Progresivamente, se incorporaron funciones de medición, de protección, de registro y de comunicación, encaminados hacia la excelencia del Smart Grid.

Con la implementación de funciones de eventos y estados se lograron automatismos de pérdidas de cargas y reposición de servicios automáticos, transferencias de cargas en base a estados y temporizadores, todas estas ventajas, fueron reconocidas  como soluciones innovadoras que optimizan el rendimiento de la red eléctrica con beneficios para el cliente y la empresa distribuidora. Simultáneamente, fueron incorporándose soluciones de automatización basadas en cableado físico entre equipos o rutinas internas específicas programadas desde fábrica que le resolvían problemas al cliente de manera sencilla y eficaz.

El reconectador Noja Power es un dispositivo con inteligencia individual y flexible para adaptarse a los escenarios presentes, y dispone de herramientas que le permiten satisfacer los requerimientos de una red inteligente.

 

Aplicación integrada

El sistema de Transferencia automática de cargas ACO (Auto Change Over) es una función que permite el cambio automático de una fuente de  alimentación a otra cuando el primer suministro deja de estar disponible y se puede configurar para la restauración automática a la configuración de red original cuando retorne el suministro de la primera fuente. La aplicación requiere sólo de configuración para la operación y un enlace de comunicaciones entre sendos equipos.

Transferencia automática de cargas

Igualmente la flexibilidad de funcionamiento se puede lograr realizando funciones lógicas de datos digitales y nuevas variables analógicas definidas por el usuario. Las expresiones, o fórmulas lógicas, son evaluadas como verdaderas o falsas, el resultado de la función inicia tareas, activa puntos SCADA o entradas y salidas digitales para realizar acciones y/o ejecutar otros requerimientos adicionales.

Categorías

Los valores analógicos configurables por el usuario permiten el agregado de nuevas variables y sus escalas. Permiten compensar los valores medidos para ser empleados tanto para el panel local de visualización, como para el software de gestión propio o por los protocolos SCADAS de modo de otorgar flexibilidad en la interpretación de los datos y otras funciones necesarias.

Datos digitales

Automatización en redes empleando IEC 61499

El software de Automatización de Redes Inteligentes de NOJA Power cumple con el estándar IEC 61499, el cual permite a los usuarios implementar y desplegar aplicaciones de control y automatización para grupos de reconectadores incrementando la flexibilidad de las redes inteligentes.

Con el software, el operador tiene un amplio acceso a la lógica del Sistema y a las bases de datos incluyendo valores analógicos y digitales. La interface le permite desarrollar algoritmos que pueden ser actualizados en el controlador del reconectador o distribuirlas a un grupo de controladores para simular y depurar aplicaciones antes de su implementación en campo.

Smart Grid Automation

Variables analogicas

El software SGA (Smart Grid Automation) utiliza las funciones de bloque (FB) del protocolo IEC 61499 como la base de construcción de las aplicaciones. Las FB se caracterizan por tener entradas y salidas de eventos y datos que proveen sincronización en la transferencia de datos y la ejecución del programa en los sistemas aplicados. La utilización  del protocolo IEC 61499 para la comunicación entre Reconectadores también le permite interactuar con cualquier otro dispositivo que cumpla con éste estándar de comunicación.

Cada equipo de la red poseerá una lógica particular para el funcionamiento que requiera el usuario, luego cada uno de los algoritmos interactuaron con el resto realizando funciones integrales, y en conjunto, logrando de esta manera que una red de distribución trabaje en toda  su extensión de acuerdo con los diferentes escenarios que se presenten. La programación por bloques siguiendo  el modelo de la norma, permite realizar un esquema gráfico en donde participan todos los equipos, cada uno de ellos se individualiza por un color en particular, esto facilita la comprensión del comportamiento del programa con una visión a modo general y no particular como es en el caso de otras normativas. Cada color identifica un equipo en la red, y cada nexo indica las relaciones funcionales del comportamiento, de esta manera el ingeniero desarrollador puede tener una visión total y control del  funcionamiento.

Los sistemas también se esquematizan presentando las relaciones de comunicaciones que existan entre ellos, en un entorno gráfico como el que se observa.

Programación por bloques

Conclusión

El uso de la tecnología, tanto del equipamiento como de los medios de comunicación permite actualmente, que el rendimiento y desempeño de las redes eléctricas, puedan ser cada vez más eficientes. Es por esto, la importancia que tiene  la elección de los equipos a utilizar en una red inteligente, como  disponer del recurso humano  capacitado para el desarrollo y mantenimiento del sistema. Todo crecimiento en post de la mejora continua resulta en un beneficio para todas las partes y el medio ambiente.

Más información: www.electroingenieria.com

Ver también:

Equipamiento eléctrico e integrado para proyectos de generación solar

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