IEC 61850 como standard de comunicaciones en las Smart Grids.

La importancia del nuevo modelo de redes eléctricas radica en la optimización del recurso energético, maximizando el rendimiento de la red y reduciendo el consumo, permitiendo a las operadoras gestionar con eficiencia el sistema y a los usuarios hacer un uso racional de la misma, para generar un negocio inteligente en el que todas las partes ganan.

Entre los principales objetivos de la Smart Grid se encuentra el empleo de un modelo de intercambio de información entre los diferentes dispositivos que componen la red, añadiéndoles capacidades de monitorización, análisis, control y comunicación al sistema. Esto permitirá a las operadoras tomar acertadas y rápidas decisiones en base a los datos, para así mejorar la eficiencia y optimizar procesos y costos.

Lo descrito con antelación se presenta como un reto para las utilities al tener que impulsar las mejoras de la integración de los sistemas de control a los diferentes entes que surgen dentro de la Smart Grid, incrementando los beneficios a través de nuevas aplicaciones y disolviendo las fronteras que aún existan por modelos de control y automatización antiguos.

Desde este punto de vista, la masificación de tecnologías basadas en conmutación de paquetes, en la pila de los protocolos TCP/IP y las redes Ethernet dentro de las subestaciones ha cambiado el modelo existente en los sistemas de automatización, donde las comunicaciones inicialmente estaban limitadas por la capacidad del canal y posteriormente por los protocolos de cada fabricante, que impedían la interoperabilidad debido a la inexistencia de un standard.

Conscientes de la necesidad de superar estas y otras deficiencias existentes en la automatización de subestaciones el grupo número 10 (WG10), del comité técnico número 57 (TC57) de la IEC (International Electrotechnical Commission) desarrolló el estándar internacional de sistemas y redes de comunicaciones IEC 61850. Este representa una de las tecnologías claves para la Smart Grid, debido a la importancia que tiene en el intercambio de datos e información entre dispositivos que componen la red.

IEC 61850 es un estándar internacional de comunicación originariamente dirigido a los procesos de automatización, control y protección de los sistemas de las subestaciones permitiendo interoperabilidad entre fabricantes. Este estándar intenta cambiar los clásicos paradigmas de estas áreas en las subestaciones, donde anteriormente hacían necesaria la interconexión física a través de cableado entre cada uno de los equipos existentes, con la ineficiencia en instalación, control, y los costos de cableado que esto acarreaba.

Entre los equipos que componen los sistemas de automatización y control dentro de las subestaciones están los dispositivos electrónicos inteligentes (IEDs), los cuales están basados en microprocesadores y proveen a la red de entradas y salidas llevando a cabo funciones de control y procesamiento. Entre los IEDs más comunes se pueden mencionar: los relés de protección, PLCs, equipos controladores de potencia y de medidas, entre otros.

A diferencia de los sistemas SCADA clásicos basados en arquitecturas de cliente – servidor, jerárquicas y verticales, el estándar IEC 61850 permite la comunicación entre dispositivos del mismo rango, por ejemplo IEDs, siendo una arquitectura plana y horizontal, permitiendo gestionar información a través de los tres (3) tipos de mensaje que el estándar define.

Entre los tipos de mensajes que intercambian los IEDs de manera horizontal están los GOOSE los cuales permiten comunicaciones por suscripción, teniendo máxima prioridad entre los mensajes, cuyo envío se genera por ráfagas para asegurar la recepción de los mismos en tiempos que pueden ir de 2 en 2 milisegundos.

Estos esfuerzos de interoperabilidad y estandarización de la IEC 61850 generan posibilidades de flujo de información entre los distintos entes que componen la Smart Grid, ofreciendo condiciones para nuevas aplicaciones en dominios diferentes a los delimitados por la subestación eléctrica y su centro de control.

Lo descrito con antelación toma mayor relevancia en el modelo actual, en el que los centros de generación se encuentran distribuidos, con las consideraciones de gestión para estabilidad de la red eléctrica que deben ser consideradas.

La edición 2 del estándar IEC 61850 enmarca las Redes de Energía Distribuida (REDs) extrapolando la interoperabilidad aplicada para las comunicaciones en subestaciones eléctricas a la generación distribuida como una parte integral del sistema de potencia inteligente. Conociendo que las políticas ambientales y la opinión pública promueven la inclusión de las energías renovables para una generación de energía eléctrica cada vez más “verde”, la inclusión de las energías renovables a las Smart Grids se hacen cada vez más necesaria.

La clave para la inclusión de los sistemas renovables está en el intercambio de información en tiempo real del estado de las REDs, lo cual se puede llevar a cabo a través del empleo del estándar IEC 61850 y una adecuada infraestructura de comunicación. Siendo el mismo caso para los puntos de recarga de vehículo eléctrico, entes dentro de las Smart Grids, posibles fuentes de energía distribuida y parte fundamental de las Smart Cities para cubrir parte de la temática de movilidad sostenible y disminución de emisiones de carbono.

Figura 1. Cambio de Modelos de Generación Eléctrica.

Fuente:  When Grids Get Smart - ABB’s Vision for the Power System of the Future

Descrita la importancia de este estándar para las comunicaciones en las Smart Grids y analizando que su relevancia como modelo de comunicación que puede ser aplicado para Smart Cities, para puntos de recarga y alumbrado inteligente u otras aplicaciones, el Master en Smart Cities y Smart Grids (MTSS) ha ofrecido como parte de la asignatura de Comunicaciones y Gestión de las Smart Grids clases teóricas con un componente práctico del estándar IEC 61850, el cual fue facilitado por Angél Silos Especialista en Automatización y 61850 en Schnieder Electric, empresa líder en innovación dentro del sector de utilities.

El módulo de IEC 61850 inició con una clase teórica del estándar y una actividad para repasar los conocimientos adquiridos por nosotros como alumnos sobre el mismo.

Posteriormente se realizó una visita a las instalaciones de Schnieder en Barcelona, donde pudimos observar la exposición del modelado de los IEDs (Sepam de Schnieder) mediante una herramienta informática, su correspondiente suscripción para el intercambio de mensajes GOOSE y el esquema instalado en el laboratorio. Después, nos dirigimos al mismo donde pudimos observar mediante un sniffer el tráfico de mensajes GOOSE en la red 61850 entre los IEDs al momento de presentarse fallas en el sistema eléctrico simulado en el laboratorio y así los IEDs tomaran decisiones con base en estos mensajes para la protección del mismo.

Figura 2. Esquema de la Sesión Práctica.

Fuente: Clases Práctica IEC 61850, Ángel Silos.

Adicionalmente, el MTSS propone, entre sus posibles Trabajos Finales de Máster, trabajos de investigación relacionados al estudio y la aplicación de este estándar en colaboración con Schnieder (como por ejemplo, “Aplicaciones IEC61850 para el control de REDs en el sistema eléctrico” o “IEC61850 en las Smart Cities”), que tuvieron una gran receptividad entre nosotros como alumnos del Máster. Os iremos dando más detalle de estos proyectos a medida que podamos ir avanzando con ellos, donde esperamos poder desarrollar aplicaciones menos extendidas de 61850, aportando a la innovación y desarrollo de las Smart Grids y este importante estándar de comunicaciones.

J. Golfredo Sánchez. Regidor “Máster en Tecnologías para Smart Cities y Smart Grids (MTSS)” 2016 – 2017. Referencias:

Silos, Ángel (2009). IEC61850: la clave para la automatización de la subestación eléctrica.

Towards the Smart Grid: Substation. Automation Architecture and Technologies Advances in Electrical Engineering Volume 2014 (2014). Disponible en: https://www.hindawi.com/journals/aee/2014/896296/

Janssen, Marco C. y Oomens. (2011) From Smart Substations to Smart Grid How IEC 61850 Can Help Making Power Systems Smart. Disponible en: http://www.cired.net/publications/cired2011/part1/papers/CIRED2011_0012_final.pdf

When Grids Get Smart - ABB’s Vision for the Power System of the Future (2008) Disponible en: http://thehill.com/sites/default/files/ABB_WhenGridsGetSmart_0.pdf

What is Smart Grid and why is it important? Consultado 26/01/17. Disponible en: https://www.nema.org/Policy/Energy/Smartgrid/Pages/What-Is-Smart-Grid.aspx