Redes inteligentes: Sincronización horaria, olvídese las normas
Parece que algo falla en la interoperabilidad del sistema actual. Al principio, abundaban las presentaciones sobre lo fluidas y fiables que serían las operaciones futuras gracias a la interoperabilidad. Hoy, el escepticismo inicial de los realistas se está haciendo realidad.
Ahorro en sistemas interoperables de red inteligente
Aunque se han realizado muchas instalaciones y puestas en marcha, no se han anunciado resultados resumidos sobre las cantidades de datos transferidos (supongamos más de una lectura diaria), alcance de las comunicaciones, velocidades reales de transmisión, latencia, etc.
Aunque no ha aparecido ninguna información sobre los resultados, es posible encontrar datos sobre el ahorro en los sistemas interoperables de redes inteligentes (SG). La gran sorpresa es que esta información no procede de una sola empresa de servicios públicos, sino que ha sido publicada por la Comisión Europea.
Si los distribuidores de electricidad quieren operar de forma inteligente, no basta con tener clientes con contadores equipados con un relé que conmuta según la tarifa. Si los clientes no conectan esta funcionalidad con su infraestructura doméstica y no cambian el comportamiento de consumo, los resultados sobre el papel varían de la vida real de forma dramática. Los únicos que se benefician son, pues, los fabricantes de contadores.
Replanteamiento de las normas actuales de estabilidad de la red
Paradójicamente, los recientes despliegues han puesto de manifiesto un hecho: los sistemas de SG interoperables y la forma en que están diseñados hoy en día, no son capaces de garantizar la estabilidad de la red eléctrica y la seguridad en el suministro eléctrico. Para cambiar esta situación, es necesario dotar a los componentes de SG de un contenido razonable. Una de las características más básicas parece ser una buena sincronización de las redes PLC subordinadas para la comunicación con los contadores.
Por tanto, no se trata de un debate sobre la inteligencia del dispositivo. Lo importante aquí es que los dispositivos se comporten de forma coordinada dentro de la red inteligente. Tienen que tener sincronizada la hora, para poder beneficiarse del comportamiento predecible de la red inteligente, y garantizar la cooperación mutua de sus componentes.
La sincronización ayudará en las siguientes áreas:
- Control temporal de la calidad de las transmisiones de paquetes de datos (TDM – multiplexación por división de tiempo): Cuanto menor sea la incertidumbre temporal, mejor, porque los dispositivos individuales de la red PLC pueden transmitir datos con un intervalo de tiempo menor sin perturbaciones mutuas, lo que aumenta el rendimiento de la red.
- Medición exacta de las tensiones y corrientes inmediatas: Si analizamos estos valores, podemos determinar la carga real de distribución y el suministro de los transformadores. Además, si se aplican las leyes circuitales de Kirchhoff para las corrientes de nodo y la tensión de circuito, podemos averiguar con precisión dónde se está produciendo un consumo no autorizado. Teniendo en cuenta que las pérdidas no técnicas alcanzan el 10-50% en Europa (aumentando en el sureste), se trata de una cuestión realmente importante
- Todos los contadores pueden medir corriente o tensión: Los valores medidos de forma sincrónica pueden almacenarse en un registro FIFO y, en caso de que el operador necesite analizar problemas en una localidad determinada, se le transferirán los datos almacenados en el contador (incluidas las marcas de tiempo).
- Los impulsos de sincronización pueden utilizarse para indicar las fases individuales que alimentan un contador (véase la imagen 1): No importa si el suministro es monofásico o polifásico. De este modo, podemos detectar la asimetría de corriente que se produce en los clientes con aparatos monofásicos.
Cada fase tiene su propio color. En el momento exacto en que la tensión pasa por cero, la señal se inyecta en esta fase (debido al acoplamiento, también se transmite a otras fases, pero sólo una de ellas tiene una señal en cero que cruza la tensión de fase adecuada).
Curso de sincronización y características insulares
El sistema de lectura y transmisión de datos hacia y desde los clientes tiene una característica insular con un centro: el suministro del transformador de distribución. Dentro de este transformador hay un dispositivo (concentrador de datos) que se comunica a través de las líneas eléctricas de baja tensión con los contadores inteligentes de los clientes. Toda la red de distribución de energía de baja tensión está formada por estas islas.
La sincronización se produce a dos niveles. En primer lugar, se sincroniza el concentrador de datos y, posteriormente, la sincronización se transfiere a los contadores individuales.
Esta solución tiene un par de ventajas:
- El impulso de sincronización se define con precisión y se transmite en el momento de paso por cero de una tensión en fase determinada, incluida la marca de tiempo.
- Las normas para los sistemas de fasores sincrónicos (aplicados para el control de sistemas de muy alta tensión) aceptan una desviación inferior al 1%. Así, para la frecuencia de 50 Hz, se permite una incertidumbre de ± 30 µs, que está dentro de la precisión aceptada para los sistemas de baja tensión (la sincronización propia para la medición de fasores tiene una precisión significativamente mayor: ± 1 µs).
Cálculo de los retrasos de sincronización
Para calcular el retardo que provocan las características de las líneas eléctricas, supondremos una constante k = 0,6 de velocidad de la luz, y una longitud máxima de las líneas de baja tensión que, debido a la garantía de pérdidas máximas, no supera los 2 km aproximadamente. El tiempo de periodo de la red alcanza 0,02 s.
Esto significa que es posible realizar de forma fiable la sincronización de los dispositivos alimentados desde la red de BT con una precisión de ±50 µs para todos los dispositivos. En comparación, por ejemplo, el estándar PRIME sincroniza los dispositivos finales subordinados con paquetes de datos transmitidos a través de las líneas eléctricas.
Limitaciones de la precisión de la norma PRIME
Si el paquete pasa sin que se repita la señal (normalmente el número de repeticiones llega a 4-8 veces), la precisión alcanza ± 0,01 s en condiciones muy favorables. Sin embargo, este «estándar» tiene un gran punto débil: la cifra anterior representa la precisión básica y, debido a la repetición de la señal, se produce un desplazamiento temporal significativo a metros individuales.
La precisión habitual de los contadores PRIME alcanza así ±1 seg. Este sistema es adecuado para la conmutación de tarifas. Sin embargo, no es aplicable para el control de la red (véase más arriba).
Métodos para sincronizar concentradores de datos
Volvamos a la sincronización de concentradores de datos. Hay un par de formas de sincronizar los concentradores de datos. Si el concentrador de datos está conectado directamente (por cable) a Internet, es posible utilizar los protocolos NTP o PTP que se utilizan para la sincronización horaria de los dispositivos conectados a Internet. Si la conectividad es inalámbrica (GPRS, o EDGE) a través de operadores móviles, no podemos utilizar este canal para la sincronización debido a la latencia indefinida.
La otra opción es la sincronización mediante señal GPS (o similar). La precisión es similar, o incluso mejor que NTP, o los servicios PTP. El único inconveniente es que esta señal no está garantizada y su propietario puede desconectarla sin previo aviso.
Defender la ciencia frente al control burocrático
Desconfíe de un sistema que funciona sobre la base de leyes físicas si está controlado por burócratas. A menudo presentan decisiones revisadas por ellos mismos sin los conocimientos necesarios y esperan ingenuamente que funcione correctamente durante mucho tiempo.
Por suerte, la industria energética suele defenderse de estas presiones. Sin embargo, el hecho es que sólo es cuestión de tiempo hasta que sea derrotada. Si esto ocurre, es necesario estar preparados con soluciones técnicas basadas en las leyes de la ciencia, no en bonitas imágenes y presentaciones que no son utilizables en la práctica.