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SUBESTACIONES DIGITALES
La mejor alternativa para la estabilidad de la red eléctrica

La digitalización llegó a las subestaciones y, con ella, varias funcionalidades que prometen brindar nuevos niveles de seguridad, confiabilidad, interoperabilidad y rendimiento en tiempo real. En este artículo, revisamos su evolución y las distintas ventajas que ofrecen.

Desde sus principios, la automatización de subestaciones y protección de los sistemas han tenido el objetivo claro de brindar flexibilidad y estabilidad de los sistemas de potencia, proporcionando mayor eficiencia y productividad a las economías de cada país. Este objetivo se ha cubierto mediante distintas tecnologías, hasta llegar hoy a las subestaciones digitales con tecnología numérica, en donde la comunicación es parte relevante para la optimización de las soluciones.

A finales de los noventa, se comisionó la primera subestación digital del mundo en Australia para Powerlink, un proveedor de servicios de transmisión en Queensland. Aunque el concepto ha evolucionado desde entonces, los principios básicos siguen siendo los mismos: la sustitución de voluminosos y pesados transformadores de corriente y voltaje, por sensores pequeños e integrados; y la sustitución de cables de cobre con buses de comunicación de fibra óptica.

En los últimos años, hemos observado una reducción de la brecha entre las tecnologías análogas y digitales brindando oportunidades nunca antes vistas para los servicios modernos. Las subestaciones digitales ofrecen una reducción de hasta el 80% del uso de cable de cobre en comparación con las análogas, su fase de instalación es hasta un 40% más corta, los relés utilizan hasta un 60% menos de espacio, el espacio en el patio se reduce hasta en un 50% y en el mismo porcentaje se disminuyen los tiempos de interrupción ante fallas, al tener información detallada y en tiempo récord. Sin embargo, el conocimiento hoy se enfoca en las Tecnologías de la Información y Comunicación, por lo que los ingenieros responsables de los sistemas deben estar abiertos al manejo de comunicaciones como parte indispensable del entendimiento de los mismos.


Beneficios

Las funcionalidades, en general, son similares, solo que con distintas tecnologías y con mayor detalle. Cada día el enfoque crece hacia el uso de la información de cada subestación, para funcionalidades sistémicas y no solo a la respuesta local; esto responde específicamente a la complejidad que se añade, desde el punto de vista de la estabilidad del sistema eléctrico, al incluir fuentes intermitentes de energía renovables y de generación distribuidas.


Las subestaciones digitales ofrecen nuevos niveles de seguridad, confiabilidad, interoperabilidad y rendimiento en tiempo real. Entre sus beneficios están:

• Seguridad: la digitalización de todos los datos reduce drásticamente el riesgo de electrocución.

• Mantención reducida: acorta los tiempos de instalación y de adaptación y permite una supervisión completa del sistema, reduciendo los requerimientos de mantenimiento.

• Seguridad de la inversión: la tecnología digital crea una subestación con garantía de futuro, gracias a una eficiente gestión de la información, diagnósticos y configuración de datos para optimizar la operación y la mantención.

• Seguridad cibernética incorporada.

• Disponibilidad aumentada: la supervisión completa de todos los componentes de automatización de la subestación facilita la detección y eliminación más rápida de las fallas, y minimiza aún más la necesidad de mantención periódica, bajando los costos y reduciendo los tiempos de interrupción, entre otros.


Adicionalmente, se tiene un efecto directo en los estándares, normas y regulaciones, requiriendo una actualización de los mismos para reconocer las ventajas de esta tecnología, pero indicando los requerimientos mínimos de los mismos, tanto del punto de vista de diseño como de pruebas.

Otro foco implica el traspaso de conocimiento a los ingenieros sobre la tecnología y su forma de gestionar los sistemas de comunicación que soportan dicha operación.


Estándares

Debido a los requerimientos de interoperabilidad y sistemas a prueba de futuro, el estándar que soporta las subestaciones digitales se basa en el estándar IEC 61850, donde el principal objetivo es que todos “hablen el mismo idioma” independiente del fabricante, tanto en el bus de proceso como en el bus de estación.

Las subestaciones digitales son un componente clave para las Smart Grids, tomando en consideración que cada vez son mayores las fuentes de energía renovables intermitentes que los diferentes países incorporan a su matriz energética. Solo en Chile alcanza actualmente el 14% de la capacidad de generación actual y las expectativas son llegar al 20% para 2025. En este sentido, las subestaciones digitales ayudarán a mejorar la seguridad reduciendo los tiempos en la toma de decisiones en caso de emergencia, al contar rápidamente con la información de manera centralizada y tener el poder de acción requerido.

Si bien es cierto que el estándar IEC 61850 como parte de IEC (International Electrotechnical Commission) es hoy en día la base para la estandarización como manejo de información y generar interoperabilidad en las subestaciones, con muchos avances en certificación, verificación y pruebas, se debe tener en cuenta que existen organismos internacionales que son base de conocimiento y de referencia, como CIGRE, NERC (National Electrical Reliability Council), IEEE PES (Power & Energy Society), CSEE (Chinese Society of Electrical Engineering), por mencionar algunos, que además de los estándares de comunicación se enfocan en las buenas prácticas en cuanto a filosofía de operación y seguridad de los sistemas, lo cual es un pilar relevante en el desarrollo de tecnología para asegurar la flexibilidad y estabilidad de los sistemas eléctricos.

Para involucrarse y hacer realidad estos rápidos avances, es indispensable el uso del conocimiento y de la experiencia de estos organismos y de los desafíos diarios de los operadores a nivel mundial para que se tenga el mejor provecho y valor en las aplicaciones locales, en conjunto con los avances tecnológicos de comunicación y digitalización.


Por Ronald Valdés, Gerente de la Unidad Automatización de Subestaciones. Control, Protecciones y Telecomunicaciones de la División Power Grids de ABB en Chile. / new.abb.com/south-america
Diciembre 2017
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