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

Resumen

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 [1]. 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 [2], [3]. De los diferentes estándares internacionales relacionados con el sector eléctrico, desde hace unos años ha cobrado especial relevancia el estándar IEC 61850 [4]. 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. Además, 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. Contenido de la investigación En esta tesis se incluye una revisión del estándar IEC 61850, centrándose en el estudio del tiempo de transferencia como indicador de rendimiento de las comunicaciones. Se analiza la influencia, sobre el tiempo de transferencia, de los datos y del modelo de datos propuesto por el estándar IEC 61850 [5]. Se estudia la integración del estándar en un controlador de automatización programable industrial y se analiza su comportamiento en tiempo real. Se presentan los resultados preliminares de diseño de un módulo hardware para el integrar las comunicaciones IEC 61850 en el controlador programable. Se plantea y ensaya la aplicación del modelo de datos IEC 61850 a un analizador de calidad de suministro experimental. Conclusión Se han llevado a cabo diversos estudios para determinar la influencia de algunos factores relacionados con los datos sobre el tiempo de transferencia en las comunicaciones basadas en el estándar. Estos estudios se han llevado a cabo con dos plataformas hardware y software diferentes, lo cual ha permitido comprobar que, al margen de los resultados particulares de cada ensayo, el rendimiento de las comunicaciones está influenciado por la implementación particular de la pila de comunicaciones y el hardware sobre el que se ejecuta. Se puede considerar que la principal contribución de esta tesis es la identificación y análisis de los factores relacionados con los datos y el modelo que influyen sobre el tiempo de transferencia. Una de las conclusiones más significativas que se han obtenido de estos estudios es la influencia del modo en el cual se agrupan los datos. Se ha llevado a cabo la implementación de un módulo hardware que permitr integrar los servicios de comunicación GOOSE en controladores con sistema operativo VxWorks y se concluye que el sistema propuesto es viable. Finalmente, en la tesis se ha mostrado la viabilidad de integración del modelo de datos IEC 61850 en un prototipo de analizador experimental de calidad de suministro.