Inteligentes
C
omo las fuentes de energíafósil se están agotando y su combustión ha provocado una serie de problemas como el calentamiento global, el futuro del abastecimiento energético del plane- ta depende de nuestra habilidad para sustituirlas por fuentes renovables. Algunas de estas, como por ejemplo los parques de paneles fotovoltaicos o los parques eólicos, están sujetos a condiciones ambientales cambian- tes. Esto hace que suministren elec- tricidad de una forma menos regular que las soluciones convencionales. Por eso se necesitan más y mejores medios de almacenamiento de ener- gía. Además, las instalaciones y los edificios no solamente se volverán más eficientes energéticamente, sino que algunos de ellos necesita- rán de abastecimiento energético a unas horas y suministrarán energía a otros.
Redes eléctricas inteligentes: una necesidad
Este modelo polifacético de ge- neración y consumo energético está en contraste con el concepto tradicional caracterizado por un gran suministrador y una multitud
de pequeños consumidores. Por tanto, se requieren unas redes de distribución diferentes a las líneas existentes actualmente en el hecho de que éstas deben de permitir el flujo de la energía en varias di- recciones. Esto requiere de redes eléctricas inteligentes con la ca-
pacidad de reaccionar de manera autónoma según la información adquirida e intercambiada con las fuentes de energía, las instalaciones de almacenamiento y los puntos de consumo.
Los desafíos a escala continental que plantea el desarrollo de redes inteligentes no se pueden gestionar de forma local. Por eso, la Unión Europea ha puesto en marcha la
Iniciativa Europea de Red Eléctrica
(EEGI) incluida dentro del Plan
Estratégico de Tecnología Energé- tica (SET). Las actividades lleva-
das a cabo por la citada iniciativa están siendo coordinadas por el Departamento de Energía de la AIT (Instituto Austríaco de Tecnología), el cual está también compartiendo su experiencia en redes eléctricas inteligentes con la Red de Operación
Internacional de Redes Inteligentes
(ISGAN) y la Alianza Europea de
Investigación Energética (EERA). Imprescindible un estándar abierto
Uno de los desafíos a los que nos es-
tamos enfrentando es la estructura heterogénea de hardware que tienen las redes energéticas, afirma Tho-
n El futuro del abastecimiento energético tendrá una fuerte dependencia de la habi- lidad de las redes energéticas para adap- tarse a la energía generada por fuentes renovables. Esto requerirá de redes eléc- tricas inteligentes.
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Generación eléctrica
mas Strasser. Desde finales de 2010, este científico especializado en inge- niería mecánica ha estado al frente de un proyecto que tiene como fin la instalación de un laboratorio de pruebas genérico, que cuente con un entorno para la simulación de al- goritmos de distribución de energía, así como de componentes y sistemas de redes inteligentes. En cuanto esté finalizado, el laboratorio se uti- lizará para verificar y optimizar las implementaciones de las diferentes estrategias de distribución energéti- ca. Además, se podrá usar a lo largo de todas las fases de la investigación: desde la simulación total hasta la implementación de sistemas a partir de la emulación hardware in the
loop. Como las implementaciones
del control de distribución energé- tica basadas en redes informáticas necesitan interactuar con los sis- temas locales existentes y además se requiere que sean modificables durante mucho tiempo, los meca- nismos de control y protocolos de comunicación propietarios están directamente descartados. Las so- luciones de código abierto, como Powerlink, serán la elección ade- cuada para la columna vertebral de nuestra comunicación.
Las estrategias empleadas en los sistemas de distribución energética basadas en redes informáticas por los científicos en Viena se basan en la norma internacional IEC 61499. Con el objetivo de crear aplicaciones de control independientes del hard- ware y fácilmente portátiles, este estándar define un modelo univer- sal válido para sistemas de control distribuido, que remplaza el modelo de ejecución cíclico. Este modelo antiguo se detallaba en estándares anteriores y su ejecución se realiza- ba por eventos usando una solución orientada a objetos basada en blo- ques de funciones. Como sistema principal han utilizado los entornos de ingeniería y de sistema operativo de 4DIAC (Infraestructura para la
Automatización Industrial Distri- buida y su Control), un sistema de
control de código abierto para apli- caciones distribuidas desarrollado según la norma IEC 61499.
Comunicación independiente de la topología
Para la comunicación entre las CPU de control y las unidades remotas de entradas y salidas en arquitecturas descentralizadas, se necesita un pro- tocolo rápido y versátil. Estuvimos
buscando una versión industrial de Ethernet, ya que esperamos que este estándar tan ampliamente extendi- do, siga en uso durante mucho tiem- po, afirma Filip Andrén, que es inge-
niero eléctrico y de automatización y está a cargo de la implementación.
Las principales consideraciones que tuvimos en cuenta fueron la total independencia de las restricciones topológicas, la capacidad de esta- blecer una comunicación cruzada y su disponibilidad en código abierto.
Otro requisito era que fuera un pro- tocolo en tiempo real que pudiese trabajar directamente en cualquier hardware estándar con Ethernet.
Inspeccionando los protocolos del mercado que se usan en aplica- ciones industriales, los científicos encontraron solamente un sistema que cumpliera con todos los requi- sitos. La mayoría de los sistemas
industriales basados en Ethernet no están en absoluto disponibles en código abierto, en palabras de-
Thomas Strasser. Powerlink es el
único del cual no solamente se ha publicado la documentación del có- digo abierto para poder realizar su implementación, sino que además, está disponible bajo una licencia BSD3 (Distribución de Software de
n Arquitectura de acuerdo con la norma IEC 61499 del entorno de pruebas para conceptos de automatización de aplicaciones de redes eléctricas inteligentes diseñadas en la AIT por Filip Andrén, Thomas Strasses y Christian Landsteiner.
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Generación eléctrica
Berkeley), que deja la arquitectura del sistema sin ninguna restricción mientras protege el know-how que hay detrás de la aplicación. Aparte
de esto, en decisiones a largo plazo las consideraciones legales pueden ser de gran importancia. El hecho
de que el Grupo para la Estan- darización de Ethernet Powerlink (EPSG) esté en posesión de todas las patentes relacionadas es una ventaja significativa, añade Filip
Andrén. De esta forma, el derecho
de uso de las patentes se traspasan
como parte integral de la licencia y los usuarios se encuentran seguros ante cualquier amenaza legal. Powerlink es el estándar para redes inteligentes
Powerlink no solamente está prepa- rado para el futuro por su carácter abierto, también es el más adecuado para la comunicación con unidades remotas de entradas y salidas en ar- quitecturas de control descentrali- zadas como es 4DIAC. Con la simple introducción de clases de objetos
para los nodos maestros y esclavos y para las conversiones entre tiempo y eventos dependientes de procesos, Filip Andrén y Thomas Strasser lograron una completa integración con el sistema de control abierto de acuerdo con la norma IEC 61499. Con el uso de los Bloques de Fun-
ciones de Interfaz de Servicio (SIFB)
para comunicar sobre Powerlink, los científicos crearon un entorno de comunicación que es fácil y rápida- mente adaptable a cualquier plata- forma de hardware sin necesidad de modificar el propio software.
Estos SIFB ya han sido publi- cados a mediados de 2012 como implementaciones de código abierto y ya han sido incorporados en el 4DIAC. Entre otras cosas, se ha convertido en la fundación del pro- yecto de nombre Red MAS (Multi
Agent System), en el cual sistemas
distribuidos locales están colaboran- do sin una inteligencia de control central. Solamente Powerlink es el que realmente cumple con la norma IEC 61499 para la comunicación avanzada de datos en redes inteli- gentes de distribución de energía eléctrica.
B&R Automation
n Científicos del Instituto Austríaco de Tecnología preparan la instalación de un laborato- rio de pruebas genérico que cuenta con un entorno para la simulación y la realización de pruebas a escala de algoritmos de distribución de energía, así como de componentes y sistemas de redes eléctricas inteligentes.