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1Redes Electricas Inteligentes (Smart Grid)Antonio Bustos
[email protected] Caafe
[email protected] Farfan
[email protected] LLivicura
[email protected] Vicua
[email protected] Vizhay
[email protected] POLITECNICA SALESIANA
AbstractEn este artculo se va a tratar acerca de las
redeselctricas inteligentes (Smart Grid) que hoy en da han
idotomando gran auge en lo que refiere a las tendencias actualesde
sostenibilidad en las redes elctricas, brindando mayor
flexi-bilidad en la interaccin entre el cliente final y la empresa
quesuministra dicho recurso, adems de brindar servicios
adicionalesa los usuarios, para as converger en una manera ordenada
yeficaz de gestionar este servicio y evitar prdidas energticas,que
son muy comunes en los sistemas tradicionales, para ello seve la
necesidad de la implementacin de dispositivos de ltimageneracin en
las diferentes etapas del servicio as como en lageneracin
transmisin y suministro elctrico. Dentro de las redesinteligentes
existen diferentes puntos de vista en la viabilidad delmismo ya sea
desde un punto de vista econmico, ecolgico ydesde una perspectiva
de privacidad o seguridad que este sistemapueda ofrecer.
Index TermsEficiencia, Flexibilidad, Seguridad, Smart
Grid,Protocolos.
I. INTRODUCCIONSmart grids conocidas como redes inteligentes,
son seg-
mentos inteligentes que integran de manera automatiza
ycontrolada las acciones de los usuarios que se
encuentranconectados ya sea los componen de un sistema de
generacinde energa, transmisin, distribucin o consumos del
sum-inistro energtico. Esta red inteligente Smart Grids
pro-porciona efectuar un suministro elctrico eficiente, seguro
ysostenible, para lo cual es necesario administrar los
recursosdisponibles de suministro elctrico mediante el uso
inteligenteya sea en tiempo real tanto para los consumidores como
aproveedores. Para la aplicacin de los Smart Grids, se debedisponer
de una infraestructura adecuada y moderna, de unamonitorizacin
remota de un control de produccin y consumoenergtico utilizando
tecnologia digital y programable, ya quetodos estos enlaces o
conexiones deben ser relacionados entreproveedores, distribuidores
y consumidores.
Los Smart grids adems integran de manera inteligente lasacciones
de los usuarios que se encuentren vinculados: tantocomo
generadores, consumidores de esta manera se consiguelo ms eficiente
del sistema.
Las SmartGrids utilizarn equipos y servicios innovadores,junto
con nuevas tecnologas de comunicacin, control, mon-itorizacin y
auto-diagnstico, que ayudarn a conseguir lossiguientes
objetivos:
Robustecer y automatizar la red, mejorando la operacinde la red,
los ndices de calidad y las prdidas en lamisma.
Optimizar la conexin de las zonas con fuentes de
energarenovable, optimizando las capacidades de conexin
yminimizando el coste de conexin de las mismas.
Desarrollar arquitecturas de generacin
descentralizadas,permitiendo el funcionamiento de instalaciones de
menortamao (Generacin distribuida) en armona con el sis-tema.
Mejorar la integracin de la generacin intermitente y denuevas
tecnologas de almacenamiento.
Avanzar en el desarrollo del mercado de la
electricidad,posibilitando nuevas funcionalidades y servicios a
loscomercializadores y a millones de consumidores en elmercado.
Gestin activa de la demanda, permitiendo que los con-sumidores
gestionen de manera ms eficiente sus con-sumos y mejorando la
eficiencia energtica
Posibilitar la penetracin del vehculo elctrico, aco-modando
estas nuevas cargas mviles y dispersas a lared, minimizando el
desarrollo de nueva infraestructuray habilitando las
funcionalidades de almacenamiento deenerga que poseen
II. DESARROLLO
A. Generacin elctrica descentralizada.
El concepto de una red inteligente ha evolucionado enrespuesta a
la necesidad de generar electricidad de maneradescentralizada. Esto
significa que no solo introducirn en-erga en la red las grandes
generadoras de energa elctrica,sino que tambin lo hagan otros
pequeos productores, lascuales podran ser: instalaciones elicas
privadas, instalaciones
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2privadas de biogs, paneles fotovoltaicos (placas solares) enel
tejado de una gran casa, etc. Para la incorporacin deestos pequeos
productores en la red elctrica, el flujo deenerga debe fluir tambin
desde el productor de energa (porejemplo, desde el generador de una
instalacin elica haciala compaa elctrica). Esto plantea un gran
reto para la redelctrica, ya que debe disearse para un flujo
bidireccional dela energa. Por lo tanto, deben tomarse las medidas
apropiadaspara los transformadores y en particular, sus
dispositivos deproteccin.[1]
B. Caractersticas que predominan en el desempeo de unared
inteligente.
1) GIS (Sistema de informacin geogrfica): La calidadde los datos
que existe en el GIS debe ser excepcional dadoque no es aceptable
tener datos incorrectos en un sistema quecontrola automticamente el
sistema de distribucin elctrica.Los errores pueden ocasionar cortes
de mayor tiempo o peroan accidentes. Las necesidades de datos para
las operacionesde Smart Grid sugieren que se debe medir el tiempo
que tomaa un cambio en reflejarse en el GIS puesto que a medida que
eltiempo aumenta tambin lo hace el riego que algo salga mal.Es
necesario entonces que el GIS tenga actualizada la base dedatos con
el objeto de tener una correlacin exacta entre lasinstalaciones del
cliente y el sistema elctrico por lo cual elGIS debera ser casi
perfecto de todo el sistema elctrico.[3]
2) AMI (Infraestructura de medicin avanzada): En eldiseo de una
red inteligente se prev el uso de medidoresdigitales avanzados con
dos vas de comunicacin que tenganla capacidad de conectar y
desconectar servicios a distancia,registrar formas de onda, vigilar
la tensin y la corriente.Estos debern sustituir a los medidores
actuales en el mismolugar para no modificar el diseo de una red
elctrica yaestructurada. Este tipo de medidores pueden tener datos
adisposicin de los centros de operacin y planificacin conla
finalidad de lograr una mayor fiabilidad y utilizacin de 2recursos
(Lneas, transformadores). De igual manera ofrecenlecturas de tiempo
real, dando la posibilidad de equiparar lospatrones de distribucin
de carga en el sistema.[3]
3) SCADA (Sistema de adquisicin, supervisin y control dedatos):
SCADA representa un software diseado e instaladosobre un servidor
para el control de produccin, el cualda la facilidad de comunicacin
con dispositivos de campo,controlando el proceso de forma automtica
desde la pantallade monitorizacin. Este sistema provee de toda la
informacinque se genera en el proceso productivo a diversos
usuarios,esto se pueda dotar de informacin a diferentes niveles
delsistema como supervisin, control de calidad, almacenamientode
datos. El sistema SCADA contiene diversas solucionespara captura de
informacin de un proceso el cual no nece-sariamente es industrial
lo que permite realizar anlisis entiempo real o estudios
posteriores y as obtener indicadoresque permitan retroalimentar
sobre un proceso.[3]
4) Automatizacin de distribucin.: Esta etapa se encargade la
supervisin, el control y las funciones de comunicacinsituados en el
alimentador. Los dispositivos de sta etapapueden monitorear las
corrientes y voltajes, comunicarse con
otros dispositivos similares y ser auto configurables, el
sistematiene la finalidad de restaurar el servicio a los clientes,
tiene lacapacidad y rapidez para reconfigurar la red de
alimentadores.Es decir que una red elctrica inteligente a ms de
conectara los clientes de una subestacin con bajo costo permite
unaalimentacin rpida y flexible reconfigurada. Entonces en elfuturo
se puede disear sistemas de distribucin en una redcon conexin a
mltiples etapas de distribucin, la mismaque estara conectada a
mltiples subestaciones. Puede serun inconveniente si en el sistema
de distribucin actual secoordina los dispositivos de proteccin ya
que en un smartgrid la topologa permitida es flexible, es decir se
tendrque planificar adecuadamente para lograr una
coordinacincorrecta para una variedad de configuraciones
posibles.[3]
C. Redes de comunicacin utilizadas en smart grid.
WiMax.- Utilizado para la conectividad de la ltimamilla. Censado
de la red elctrica, adems puede serutilizado para interconexin de
medidores inteligentes.[2]
3G.- Usado para censado remoto es decir utilizado paracontrol y
monitoreo.[2]
MPLS.- Desarrollado para interconexin de redes dediferentes
tecnologas.[1]
ZigBee.- Ha estado desarrollando tecnologa para comu-nicacin
remota entre medidores incluye gas y agua. Estbasada en el IEEE
estndar 802.15.4, tiene una velocidadde 250 kbps, su rango de
transmisin es limitado ydebe ser combinado con tecnologas de
comunicacin demayor rango como las del estndar IEEE 802.11.[2]
Home Plug.- Esta tecnologa incluye interconexin conbombas de
agua, audio, televisin, nevera, iluminacin,vehculos
elctricos.[2]
WiFi y 4G LTE.- Tambin son tecnologas aplicadaspara
comunicaciones inalmbricas pero pueden ser usadaspara mejorar
cobertura, ancho de banda o velocidad yconseguir as los datos desde
cualquier dispositivo elec-trnico, es decir es usado para medicin
inteligente. Tam-bin 4G LTE puede ser usado para control y
monitoreo enalto y medio voltaje, conectividad con hogares de
sectoresurbanos y para sectores rurales se puede implementarWiMax
ya que debido al empleo de altas frecuencias en4G no es
recomendable. En lo referente a BAN (BuildingArea Network) es
posible asociar diferentes tecnologascomo son 802.16 WiMAX, 802.11
WiFi, Fibra ptica,802.15.4/zigbee todo con el inters de dotar
aplicacionessatisfactorias.[2]
D. Anlisis de Smart Grid en las redes elctricas.
Unos de los aspectos ms importantes, en la cual losSmart Gids
han evolucionado es en el sector elctrico, elobjetivo de esta
tecnologa es satisfacer la demanda elctricacon una mejor calidad
del servicio de suministros. A su vezpoder convertir en una red
elctrica inteligente tanto desde lageneracin, trasmisin y
distribucin.[5]
Un anlisis desde el punto de vista tecnolgico y de mercadolas
siguientes tecnologas identificadas como prioritarias en las
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3smart grids y con una mayor perspectiva de crecimiento parael
ao 2020.[5]
La movilidad elctrica y su integracin en la red elctrica. La
implantacin de almacenamiento de energa a gran
escala en la red elctrica con el fin de mejorar la inte-gracin
de las fuentes de energa renovable y la movilidadelctrica.
Los contadores inteligentes y su infraestructura. Lossensores
para la red inteligente.
La generacin distribuida y los recursos energticos ren-ovables.
Las tecnologas avanzadas para el transportede energa elctrica.
1) Tecnologas que debern experimentar un crecimientocon Smart
Grids::
Transmisin y Distribucin elctrica.[5] Sistemas de
almacenamiento.[5] Controladores de las Protecciones.[5] Sensores y
transductores.[5] Integracin de generacin distribuida y recursos
energti-
cos renovables.[5] Tecnologas avanzadas de transporte (HVDC y
FACTS).
[5]2) Beneficios de las redes elctricas inteligentes.: El
obje-
tivo de la aplicacin de estas tecnologas es que el
consumidorpueda ver y conocer en tiempo real como varia el precio
enfuncin de la demanda , para que esto pueda ser posible
seagregaran a cada usuario un sistema Smart meter que sonnuevas
tecnologas que remplazaran a los medidores comunesque se tiene en
la actualidad.
La red inteligente utiliza productos y servicios inno-vadores,
as como tecnologas avanzadas de monitor-izacin, control, y
comunicacin, que aportan beneficiostanto al medio ambiente como a
los clientes.[6]
Aumentan el nivel de fiabilidad y calidad en el sum-inistro de
energa elctrica. Cuando hay una avera, lastecnologas de la red
inteligente pueden detectar y aislarel problema y contribuir a que
la recuperacin de laelectricidad sea rpida y se desarrolle
estratgicamente,devolviendo la electricidad a los servicios de
emergenciaen primer lugar, por ejemplo. Adems, la red
inteligentesaca mayor provecho de los generadores de
energapropiedad del cliente cuando no se dispone de
electricidadprocedente de la compaa elctrica. [6]
Facilitan a los clientes instrumentos que les permitenoptimizar
su propio consumo elctrico y mejorar elfuncionamiento del sistema
global (gestin activa de lademanda).[6]
Las redes inteligentes dan al usuario la informacin y
lasherramientas necesarias para tomar decisiones sobre suuso de la
energa: el cliente podr ver cunta electricidadconsume, cundo la
utiliza y cunto le cuesta, y ahorrardinero generando su propia
energa y eligiendo el mejormomento para consumir electricidad.
[6]
Contribuyen a mantener la sostenibilidad ambiental, in-tegrando
la generacin distribuida de fuentes renov-ables. y desplegando la
infraestructura de recarga parala movilidad elctrica. contribuyendo
a la reduccin de
las emisiones de CO2. Facilitan el almacenamiento de
laelectricidad. [6]
Mejoran la eficacia en la distribucin de los flujos deenerga y
la flexibilidad en la gestin de los picos dedemanda, con la
consiguiente disminucin de las necesi-dades de nuevas instalaciones
de generacin.[6]
III. CONCLUSIONES
Una de las principales ventajas de la implementacin deredes
inteligentes es la posibilidad de generar energa de man-era
descentralizada. Esto permite que las pequeas estacionesde
generacin de electricidad introduzcan energa a la redelctrica lo
cual implica a su vez un diseo adecuado paraque la energa fluya de
manera bidireccional.
El desarrollo de las redes inteligentes permitir tambin
uncreciemiento en varias tecnologas de las redes de transportey
distribucin. Los elementos ms destacados y con un granpotencial de
creciemiento son la integracin de las fuentesde eneerga renovables
y la generacin no convencional.la tecnologa HVDC y FACTS, y la
automatizacin de ladistribucin.
Otro de los grandes beneficios es el hecho de contarson un
sistema para el control de la produccin facilitandola comunicacin
con dispositivos de campo y permitiendocontrolar el proceso de
forma automtica a travs de la pantallade monitorizacin. Por medio
de este tipo de tecnologa elconsumidor ser capaz de ver y conocer
en tiempo realcmo vara el precio en funcin de la demanda para
locual se reemplazarn los medidores comunes con
medidoresinteligentes.
Existen varias redes de comunicaciones utilizadas en smartgrid
tales como WiMax, MPLS, WiFi y 4G LTE, cada unacon prestaciones
diferentes de acuerdo a las necesidades.
REFERENCES[1] Redes inteligentes, telecontrol y los nuevos
estndares, Comu-
nicacin fiable y segura con zenon Process Gateway, 2010
Ing.Punzenberger COPA-DATA GmbH
[2] Schwerdfeger, R.; Westermann, D. "Diseo de un sistemade
simulacin para el anlisis de las arquitecturas de
redesinteligentes", PowerTech (PowerTech), IEEE 2013 Grenoble.
[3] Berrio, L.; Zuluaga, C. "Los conceptos, estndares y
tecnologasde la comunicacin en red inteligente", Circuitos y
Sistemas(CWCAS), 2012 IEEE cuarto Taller de Colombia.
[4] Slootweg, H. ; Enexis BV.Smart Grids - el futuro o
fantasa.Smart Metering - Making It Happen, 2009 IET Londres.
[5] Universidad Politecnica de Catalua informe estratgico de
lafundacin para la sostenibilidad energtica y ambiental,
EscolaTcnica Superior dEnginyeria Industrial de Barcelona
(UPC).
[6] Las redes inteligentes, disponible
en:http://www.endesasmartgrids.com/
INTRODUCCIONDESARROLLO Generacin elctrica
descentralizada.Caractersticas que predominan en el desempeo de una
red inteligente.GIS (Sistema de informacin geogrfica)AMI
(Infraestructura de medicin avanzada)SCADA (Sistema de adquisicin,
supervisin y control de datos)Automatizacin de distribucin.
Redes de comunicacin utilizadas en smart grid.Anlisis de Smart
Grid en las redes elctricas.Tecnologas que debern experimentar un
crecimiento con Smart Grids:Beneficios de las redes elctricas
inteligentes.
ConclusionesReferences
