Estudio con modelos de datos para la automatización en redes eléctricas inteligentes

Abstract

El sector de la distribución eléctrica está cambiando radicalmente con la aparición de la generación renovable, distribuida y no programable y su integración dentro de la producción de las compañías eléctricas. Aparecen nuevos retos y se deben afrontar planteamientos que no se tuvieron en cuenta en la concepción original de la red eléctrica. Aspectos tales como la gestión eficiente y sostenible de la energía hacen necesario el desarrollo de un nuevo concepto de la red que se traduce en lo que hoy en día se conoce como las redes eléctricas inteligentes, definidas según el término anglosajón Smart Grid. El concepto Smart Grid incorpora a la red eléctrica los beneficios de la computación distribuida y las comunicaciones para suministrar información en tiempo real y posibilitar el equilibrio casi instantáneo del suministro y la demanda a nivel de dispositivos El escenario que se plantea conlleva un esfuerzo en el desarrollo de los llamados Sistemas para la Automatización de la Distribución de la energía eléctrica o Distribution Automation Systems (DAS). Esto, unido al empleo de adecuados sistemas de comunicación, permite el control y supervisión de forma remota y en tiempo real de los sistemas encargados de la distribución de la energía En este contexto, uno de los aspectos que cobra mayor relevancia es la optimización del tiempo de transmisión de los sistemas en tiempo real, sobre todo en aquellas aplicaciones que requieren rápidos tiempos de respuesta, como es el caso de las protecciones. De los diferentes estándares internacionales relacionados con el sector eléctrico, desde hace unos años ha cobrado especial relevancia el estándar IEC 61850, por ser algo más que un mero protocolo de comunicaciones, definiendo un modelo de datos y unos servicios asociados que contribuyen a lograr la interoperabilidad entre los sistemas. Si bien los aspectos característicos de la red tales como topología o tráfico han sido ampliamente estudiados, hay algunos factores relacionados con los datos y el modelo de datos que también afectan al rendimiento de la transmisión de información y que no han sido objeto de estudio en la misma medida. En esta tesis se presenta un conjunto de ensayos destinados a analizar algunos aspectos relacionados con los datos y el modelo definido en IEC 61850 que pueden afectar al rendimiento de las comunicaciones en el ámbito del estándar. El estándar se va aplicando a diferentes ámbitos del sistema eléctrico a través de su integración en diferentes tipos de equipos y dispositivos. En esta tesis se estudia su integración en un controlador programable industrial y se analiza su comportamiento para aplicaciones en tiempo real. Esta tesis termina con el análisis de adaptación del modelo de datos a una aplicación concreta, un analizador experimental de calidad de suministro para su utilización en inversores de plantas solares fotovoltaicas.

The electricity distribution sector is radically changing with the emergence of renewable, distributed and non-programmable generation and its integration within the production of electricity companies. New challenges arise and approaches must be addressed that were not taken into account in the original conception of the electric network. Aspects such as the efficient and sustainable management of energy make it necessary to develop a new concept of the network that is translated in what is now known as intelligent electricity grids, defined according to the Anglo-Saxon Smart Grid. The Smart Grid concept brings to the grid the benefits of distributed computing and communications to provide real-time information and enable near-instantaneous balancing of supply and demand at the device level The scenario that arises involves an effort in the development of the so-called Distribution Automation Systems (DAS). This, coupled with the use of adequate communication systems, allows the remote and real-time control and supervision of systems in charge of energy distribution In this context, one of the aspects that is most relevant is the optimization of the transmission time of the systems in real time, especially in applications that require fast response times, such as protections. Among the different international standards related to the electricity sector, the IEC 61850 standard has been of particular relevance since it is more than just a communications protocol, defining a data model and associated services that contribute to achieving interoperability between systems. While characteristic aspects of the network such as topology or traffic have been extensively studied, there are some factors related to data and the data model that also affect the performance of the transmission of information and that have not been studied in the same extension. This thesis presents a set of tests to analyse some aspects related to the data and the model defined in IEC 61850 that can affect the performance of communications in the scope of the standard. The standard is applied to different areas of the electrical system through its integration into different types of equipment and devices. In this thesis, its integration into an industrial programmable controller is studied and its behaviour for real-time applications is analysed. This thesis ends with the analysis applying the data model to a specific application, an experimental analyser of quality of supply for its use in inverters of photovoltaic solar plants.