La distribución de electricidad está sufriendo en la actualidad una transformación fundamental, motivada por los cambios en los hábitos de consumo de los clientes conectados a la red.

La generación de electricidad mediante fuentes renovables distribuidas y la aparición de tecnologías de almacenamiento competitivas proporcionan a los consumidores finales las herramientas para mejorar su eficiencia energética, permitiendo al mismo tiempo una mayor autonomía a los mismos. Sin embargo, el hecho de contar con estas fuentes de energía distribuidas, si no se maneja de una manera coordinada, puede provocar grandes perturbaciones en la operación de la red y los mercados eléctricos, con los consiguientes impactos en la calidad del servicio y la robustez de la red.

Los cambios históricos en la demanda eléctrica, han sido solventados hasta ahora mediante la inversión en activos de generación, transmisión y distribución adicionales. Del mismo modo, mientras nuestra sociedad es cada vez más dependiente del suministro eléctrico y la presión económica sobre los operadores de red se incrementa, las opciones para solventar estos impactos negativos en la red y los mercados son escasas si se siguen enfoques tradicionales.

Todas estas transformaciones nos conducen al aumento de la complejidad y dinamismo de las redes de distribución, con una cantidad creciente de actores que influyen en su diseño y operación.

Figura 1. Fundamentos de la transformación de la red

Las tecnologías y arquitecturas que se usan actualmente para monitorizar y controlar las redes eléctricas y los mercados no fueron diseñadas para operar bajo circunstancias tan exigentes como las expuestas, por lo que los operadores están comenzando a enfrentarse a estos problemas que se presentan en forma de pérdidas de rendimiento y costes de escalabilidad.

La transformación de la red eléctrica abre la puerta a nuevas oportunidades que permitan operar de una forma más eficiente gracias a una mayor cantidad de recursos distribuidos de manera que, si se encuentran correctamente integrados, puedan impulsar la flexibilidad y fiabilidad del sistema, al mismo tiempo que mejoran su eficiencia global y su sostenibilidad.

Uno de los beneficios claros de estas nuevas metodologías es la integración de los sistemas de autoconsumo de los clientes, que cuentan con capacidades de generación, consumo y almacenamiento, en un mercado flexible donde generadores, operadores y consumidores intercambien servicios en tiempo real de manera que se equilibre automáticamente la generación y la demanda de la manera más eficiente, reduciendo los costes generales del sistema eléctrico y mejorando su fiabilidad.

Una red eléctrica que cumpla con todos estos requisitos y exigencias expuestas previamente es lo que podemos denominar como “Red Activa”. La Red Activa permite olvidarlas arquitecturas de control centralizadas, que cuentan con grandes limitaciones de escalabilidad en favor de una arquitectura de control distribuida y coordinada, basada principalmente en estos tres principios:

• Dinámica y adaptativa
  La Red Activa debe ser adaptada dinámicamente en todas las áreas para poder actualizar las capacidades de monitorización y control empleando para ello aparatos de control y monitoreo con capacidades proporcionadas por Recursos Energéticos Distribuidos (DER) integrados con el sistema.

• Flexible e interoperable
  La Red Activa, para poder alcanzar una operación eficiente y fiable, necesita integrar en una vista integral de la red (AT, MT, BT y consumidores) todos los recursos de monitoreo y control disponibles, independientemente de su fabricante y propietario, de manera que se pueda operar la red de distribución de manera coordinada.
  
  Para alcanzar este objetivo, la Red Activa debe estar basada en criterios de modularidad segura, control distribuido e interoperabilidad.

• Inteligente
  El control y monitorización dinámica de la red y los recursos de agentes externos (DER) conectados a ella requiere de la gestión y evaluación de una cantidad ingente de datos para poder tomar decisiones en tiempo real, adaptándose continuamente a las condiciones cambiantes. Por ello, el control y monitorización dinámica de los elementos conectados a la red, dado su gran número, no puede ser realizado eficientemente siguiendo las estrategias actuales de control centralizado por el operador, aunque esta operación centralizada sea gestionada mediante herramientas de análisis y optimización complejas.
  
  La Red Activa, de la misma manera que el sistema nervioso de un ser humano, debe ser capaz de evaluar los riesgos de operación directamente en campo, reaccionando automáticamente si se necesita para evitar daños sin necesidad de esperar a un análisis central y las órdenes posteriores a éste.
  
  La extensión de las actividades de monitoreo y control desde los centros de mando a los activos de la red (Subestaciones primarias y secundarias y consumidores relevantes) permitirá el procesamiento y análisis local de la información en campo, enviando al operador únicamente la información valiosa para asegurar la coordinación eficiente de todos los recursos sin obstaculizar el análisis de millones de señales en bruto simultáneamente.

Las tecnologías IoT actuales y las mejoras de la capacidad de computación de los dispositivos de campo permiten la distribución y automatización de una parte significante de las funciones de análisis y control a través de los diferentes niveles de la red. La Red Activa, para conseguir sus objetivos, debe emplear tecnologías IoT novedosas en una arquitectura distribuida de control y procesamiento de datos que cuente con:

• Industrial IoT: para permitir la coordinación escalable, segura y fiable de millones de dispositivos de campo y DER.
• Edge Intelligence: Plataformas hardware y software novedosas que permitan a los dispositivos periféricos comprender y reaccionar a sus entornos en todo momento, distribuyendo el procesamiento de datos y el análisis y control.
• Buses de integración en tiempo real: permitiendo espacios comunes de datos donde la información pueda ser intercambiada de una manera segura y eficiente entre los dispositivos periféricos, los sistemas y los operadores para una operación coordinada.
• Capacidad de análisis en tiempo real y de Big Data: permitiendo análisis avanzados del estado de la red para la toma de decisiones en tiempo real empleando para ello cantidades masivas de datos.

La combinación de todas estas tecnologías ha permitido a Indra definir una arquitectura de Red Activa, que se puede ver en la siguiente imagen:

Figura 2. Arquitectura de Red Activa

La arquitectura propuesta, dada su modularidad y flexibilidad, permite la integración directa con dispositivos y arquitecturas de monitorización y control empleados actualmente, de manera que:

1. Permite extender eficazmente las capacidades de monitorización y control de los DSOs a toda la red (AT, MT y BT), de manera que se permita la integración y coordinación de los consumidores finales en la operación de la red.
2. Habilita una serie de servicios de mercado totalmente nueva, entre ellos servicios de flexibilidad como gestión de la demanda, Plantas de generación virtuales, almacenamiento distribuido, etc. O servicios de red como control distribuido de tensión, restauración del servicio, ect.

La arquitectura de Red Activa propuesta está siendo probada actualmente en los mercados eléctricos más exigentes del mundo, permitiendo una serie de funciones avanzadas de redes inteligentes:

• Monitorización de MT/BT

  Las mayores disrupciones del modelo clásico de distribución de electricidad están originándose en las redes de media y baja tensión. Como se ha comentado, la generación distribuida, los vehículos eléctricos, la integración de sistemas de almacenamiento, y el rol activo que demandan los prosumidores son las disrupciones que afectan principalmente a las redes de media y baja tensión.

  Además, es en estos niveles de tensión donde las utilities actuales tienen escasa o nula capacidad de monitorización y de control. Esto se debe principalmente a que extender los sistemas SCADA actuales para monitorizar y controlar las redes de media y baja tensión está demostrando ser un reto técnico y económico, por el llamado “problema de la última milla” que multiplica por 1000 el número de puntos y activos que gestionar y el número de señales por 10000.

  La aplicación de arquitecturas IoT como la arquitectura Active Grid proporciona el soporte requerido para gestionar estas cantidades de sensores distribuidos y procesar los enormes volúmenes de datos. Todo ello, unido al empleo de dispositivos con capacidades “Edge Intelligence” que permiten la interoperabilidad con los dispositivos nuevos y ya existentes al mismo tiempo que permite procesar datos en campo, minimizando el volumen de datos irrelevantes que son enviados al operador y, de esta manera, maximiza el valor de la información recibida, en forma de agregados, alarmas o KPIs.

  En Europa y Asia, se están realizando pruebas piloto con la arquitectura Active Grid en subestaciones secundarias para extender la capacidad de monitorización y control de los operadores de red a los niveles de media y baja tensión, donde los sistemas SCADA estándar no son capaces de integrar esta cantidad de información de manera eficiente.

  La instalación de unidades de monitorización integradas en las subestaciones secundarias, como se muestra en las imágenes inferiores, permite a los DSO comenzar a recibir información en menos de 15 minutos, la cual puede ser visualizada en el portal MT/BT de Indra para realizar un diagnóstico completo del estado de la red.

  Estas capacidades de monitorización extendidas proporcionan a los operadores un mejor entendimiento del estatus de la red a estos niveles y de su evolución, generando alarmas tempranas y reduciendo los tiempos de reacción y la eficacia del control de activos.

• Monitorización de la Condición de los Activos

  Una vez que se habilita la monitorización de las redes de MT/BT, la implantación de modelos de monitorización de la condición en la capa analítica de la red permite automáticamente que el operador analice el riesgo de fallo de los activos críticos en la red como transformadores o interruptores automáticos.

  Los grandes volúmenes de datos relacionados con las condiciones bajo las que operan los activos, permiten construir modelos capaces de predecir el riesgo de fallo de activos antes de que ocurran, mejorando las operaciones de mantenimiento y la fiabilidad de la red.

• Nuevos modelos transactivos para el control distribuido de la red

  Cuando se configuran los mismos componentes de monitorización de la arquitectura Active Grid para permitir el intercambio de señales de control con los consumidores conectados a la red, se abre una serie de posibilidades y nuevas funcionalidades relacionadas con la coordinación en tiempo real de los recursos energéticos de los clientes en el marco de la red y el mercado.

  En zonas como Australia, donde la alta penetración de la generación fotovoltaica distribuida (cerca del 50%) están afectando significativamente la calidad y fiabilidad de la red de baja tensión, la aplicación de la arquitectura Active Grid ofrece a los operadores y consumidores un marco completo en el que coordinar en tiempo real la demanda de los consumidores (Gestión de la demanda), generación (Virtual Power Plant) y almacenamientos flexibles.

  La operación coordinada de la red y los recursos distribuidos es posible gracias al intercambio de servicios transactivos entre los consumidores y operadores, permitiendo una operación eficiente del sistema eléctrico.

  De igual manera, se está aplicando la misma arquitectura a Microredes que permitiendo simultáneamente el control de los parámetros básicos de calidad de la red (frecuencia y voltaje) y la minimización general de los costes de la electricidad.

  Todos estos escenarios de negocias comparten una misma arquitectura, en un acercamiento novedoso a la gestión de la distribución mediante la tecnología Active Grid.