Un nuevo modelo de red de BT resiliente para la carga masiva de vehículos eléctricos y la generación distribuida

Paper presentado en el CIRED 2022 Porto Worshop.

Introducción

El creciente uso de los vehículos eléctricos (VE) está provocando una transición imparable en las redes de distribución eléctrica. Con el fin de satisfacer las necesidades de los usuarios de VE se están desplegando a gran escala estaciones de carga externas, así como de carga doméstica. La alta penetración del VE en los próximos años aumentará la demanda de electricidad en la red de distribución de baja tensión (comúnmente conocida como red de BT). La actual red de BT no está preparada para acomodar este aumento previsto para los próximos años, ya que requiere grandes cantidades de energía en cortos periodos de tiempo y con un perfil de demanda variable derivado de un consumo no constante. Además, habrá que sumar el número creciente de recursos renovables locales (recursos energéticos distribuidos o DER) conectados a la red de distribución que afectarán a la calidad del suministro energético.

Monitorización de las redes de Baja Tensión

Por lo tanto, la monitorización de las condiciones de funcionamiento en tiempo real de las redes de BT en términos de flujos de potencia, desequilibrios de fase, niveles de tensión y otros indicadores de calidad de la energía se convierte en algo esencial para operar de manera eficiente este tipo de redes.

Para comprobar la resiliencia de las redes de BT existentes en escenarios de penetración progresiva del VE, hemos simulado el aumento de la carga en una gran población de más de 1.300 líneas de BT en un periodo de tiempo de 6 meses, a nivel del panel de BT del Centro de Transformación.

Para gestionar de manera eficaz las redes de distribución de BT y hacer frente a los retos que se presentan, las empresas de distribución eléctrica necesitan tener acceso a datos precisos y oportunos. Existen varias soluciones que pueden implementarse, desplegando múltiples dispositivos electrónicos y electromecánicos (todos ellos controlados en un bus Ethernet por una unidad terminal remota de BT o RTU de BT) y que se utilizarán para realizar la supervisión en tiempo real:

Supervisión básica/avanzada de BT

La supervisión básica de BT consiste en un dispositivo que se instala para controlar la salida del transformador de BT en el Centro de Transformación. La Supervisión de BT avanzada consiste en varios dispositivos instalados para supervisar el estado de cada línea, utilizando transformadores de corriente trifásica y tomas de tensión para las mediciones del interruptor de BT -aguas abajo del fusible-. Las funcionalidades obtenidas basadas en los datos recogidos son:

> Planificación de la red y mejora de la planificación: añadiendo los datos de los contadores inteligentes (Smart meters), primero se puede realizar un descubrimiento automático de la topología de la red, y después se calcula una simulación detallada del flujo de energía de la red, para encontrar posibles puntos de congestión. Como resultado, por ejemplo, se puede determinar si la red puede soportar la conexión de un nuevo cliente, y decidir si se permite su conexión directamente o si primero hay que reforzar la red.

> Carga inteligente: cuando un vehículo eléctrico requiere una carga rápida, se realiza una simulación de flujo de energía en línea para averiguar qué ocurriría con la calidad de la energía de la red, indicando si esa carga causará o no problemas, lo que puede dar lugar a un ajuste (reducción) de la potencia de carga solicitada (Smart Charging).

Transformador OLTC (On-Load Tap Changer)

El transformador OLTC permite cambiar la relación del transformador de distribución MT/BT, por lo que se puede realizar un control activo de la tensión. Las imprevisibles oscilaciones inherentes a la integración de VE y DER pueden dificultar el control del nivel de tensión a los clientes finales y, por tanto, el mantenimiento de los límites establecidos por la normativa local. Este transformador es una alternativa rentable en comparación con los refuerzos tradicionales de la red para facilitar estas integraciones.

 Automatización de la línea de BT

Esta solución consiste en sustituir los típicos interruptores de BT por un subconjunto que consiste en un fusible de back-up en serie con un interruptor y un seccionador controlado electrónicamente por línea y fase. Se utiliza para llevar a cabo estrategias de control (utilizando capacidades de conmutación) en caso de carga masiva de vehículos eléctricos, así como para mantener las capacidades de protección. Además, puede utilizarse en caso de fallos intermitentes en la red de BT para recuperar al cliente reconectando la línea automáticamente.

Automatización de la Caja General de Protección (CGP) de BT en el punto de suministro

Sustituir la típica CGP de BT por un interruptor automatizado y controlado a distancia para permitir funciones avanzadas (como el control remoto, la automatización, la protección y la supervisión) y crear una red de BT más resistente (mediante reconectadores e incluso una red de BT mallada). Se trata de un elemento instalado fuera del Centro de Transformación que funciona de forma coordinada con los sistemas que operan en ella, a través de una tecnología de comunicación de línea eléctrica de banda ancha (BPL).

Conclusión

En lugar de reforzar la red con los métodos tradicionales de dimensionamiento de redes pasivas, para hacer frente a los retos que conllevan la integración masiva del VE y las DER, existen otro tipo de soluciones que permiten monitorizar y automatizar en tiempo real las redes de BT. La aplicación de este tipo de soluciones garantizará el funcionamiento eficiente y seguro de las redes, al tiempo que maximizará la disponibilidad de energía para satisfacer las necesidades de los futuros consumidores de vehículos eléctricos.

Poster Cired 2022 porto workshop