Protección con disparo transferido en sistemas de generación de energía

El panorama energético global está en una profunda transformación, impulsado por la urgente necesidad de Fuentes de Energías Renovables No Convencionales (FERNC). La energía solar fotovoltaica, en particular, se ha posicionado como un pilar fundamental en esta transición. Sin embargo, la integración masiva de estas fuentes no está exenta de desafíos. Para asegurar sistemas de energía estables, resilientes y eficientes, entidades internacionales como la IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) y organismos locales como el CNO (Consejo Nacional de Operación), establecen normativas rigurosas. Estas normas, en constante evolución, exigen a los operadores de red y usuarios garantizar la confiabilidad del sistema desde todos los puntos de vista.

Un requisito crítico es la función anti-isla. Su objetivo principal es asegurar que los sistemas FERNC, como las granjas o cubiertas fotovoltaicas, dejen de operar de inmediato ante una falla en el sistema eléctrico principal al que están conectados. Esto es crucial para la seguridad del personal que pueda estar reparando la red y para evitar daños a los equipos. Cumplir con esta exigencia es vital para la seguridad y la fiabilidad de la infraestructura eléctrica moderna.

Implementar los requisitos de la función anti-isla demanda tecnologías que, en muchos casos, conllevan un elevado costo, afectando significativamente el retorno de la inversión de los proyectos FERNC. El principal reto radica en la comunicación eficiente y confiable para transferir la orden de apertura del interruptor principal de la red a los interruptores de los sistemas fotovoltaicos. Esta dificultad se agrava porque las instalaciones fotovoltaicas raramente están ubicadas cerca de la acometida principal de la red de distribución, sino a una considerable distancia.

Analicemos las limitaciones de las soluciones de comunicación tradicionales:

Soluciones cableadas:

Control en Duro: La opción más fiable, pero prohibitivamente costosa por la instalación y el cableado. Implica ductos, obras civiles y una logística compleja.

RS485: Puede cubrir algunos kilómetros, pero las aplicaciones existentes, a menudo antiguas, no ofrecen la velocidad de respuesta necesaria para protección.

Ethernet: Ideal por su velocidad, pero por norma y en la práctica, no funciona eficazmente más allá de 100 metros sin repetidores costosos y complejos.

Fibra Óptica: Sería la solución ideal por velocidad e inmunidad a interferencias, pero incrementa los costos exponencialmente debido a las interfaces de conversión óptica y la infraestructura adicional.

Soluciones de radiofrecuencia convencionales:

Ventajas: Menores costos de implementación inicial, especialmente con línea de vista, y rápida puesta en servicio.

Desventajas: Las soluciones más confiables operan en bandas de frecuencia propietarias, lo que implica altos costos de inversión y mantenimiento por las licencias de uso del espectro radioeléctrico. Las soluciones en bandas libres (ISM - Industrial, Scientific, Medical), aunque económicas, son altamente susceptibles a interferencias, comprometiendo la confiabilidad. Las radios comerciales/industriales tradicionales están orientadas a monitoreo y control general, no brindando el medio ni los tiempos de respuesta adecuados para sistemas de protección.

Este panorama dejaba una brecha evidente entre la necesidad de cumplimiento normativo y la viabilidad económica de los proyectos solares.

Ante estos requerimientos y las deficiencias de las soluciones existentes, PTI se embarcó en el desarrollo de una solución innovadora, pensando en todas las restricciones que enfrentan nuestros clientes. Nuestros objetivos fueron claros:

• Alta confiabilidad: Crucial para la seguridad de la red y el personal.
• Alta eficiencia de respuesta de comunicaciones: Fundamental para la función anti-isla.
• Bajo costo de inversión: Para hacer viables los proyectos fotovoltaicos.
• Bajo costo de implementación: Minimizando las obras civiles y la logística.

Sumando nuestra experiencia en la automatización de subestaciones digitales, donde la eficiencia y la alta confiabilidad de las instalaciones son críticas, tomamos los principios de diseño de estos entornos exigentes para el desarrollo de una nueva tecnología de radio.

Nuestra solución se basa en dos principios fundamentales, adaptados para ofrecer rendimiento superior con costos controlados.

Redundancia de doble canal: Tradicionalmente, la redundancia implica un elevado costo de implementación. Sin embargo, para reducir este factor, utilizamos tecnologías en bandas libres. Hemos implementado una interfaz de radio de doble canal que emplea frecuencias diferentes para transmitir la misma información de forma redundante. Esto minimiza drásticamente las probabilidades de interferencia sobre estas bandas, asegurando la entrega de datos críticos.

Repetición y robustez: Hemos aplicado el principio de repetición, similar al utilizado en protocolos de mensajería como GOOSE (Generic Object Oriented Substation Events). GOOSE es un protocolo no orientado a la conexión que se apoya en esta metodología para garantizar que los paquetes lleguen a su destino, si no al primer intento, sí al segundo o siguientes. Adaptamos esta robusta metodología de comunicación de subestaciones digitales a nuestra solución inalámbrica, garantizando la fiabilidad de la señal para la función anti-isla.

El resultado es un producto confiable y eficiente, tanto en tiempos de respuesta como en costo:

Flexibilidad de conexión: Nuestra solución permite conexiones internas (indoor) de hasta 200m y externas (outdoor) de hasta 1km (con línea de vista y antenas de alta ganancia).

Eficiencia energética: Con un muy bajo consumo de 1.5W máximo, la implementación de repetidores es extremadamente económica, incluso con soluciones de paneles fotovoltaicos pequeños.

Velocidad de respuesta superior: Logramos el cumplimiento con los requisitos de velocidad para sistemas de protección, con latencias de hasta 20ms (unidireccional - One-Way). Esta característica es vital para la función anti-isla.

La solución inalámbrica de PTI se posiciona como el habilitador clave para:

Granjas y cubiertas fotovoltaicas distantes: Resolviendo el reto de comunicación entre el punto de conexión principal y los inversores o puntos de protección en áreas extensas.

• Modernización de instalaciones existentes: Ofreciendo una alternativa costo-efectiva a la renovación de infraestructuras cableadas obsoletas.
• Proyectos con restricciones presupuestarias: Minimizando los costos de capital y operativos sin comprometer la seguridad ni la fiabilidad.
• Zonas de difícil acceso: Reduciendo la necesidad de obras civiles complejas en terrenos desafiantes.

Nuestra tecnología permite a los operadores y usuarios de red cumplir con las normativas más exigentes, garantizando la desconexión segura de las FERNC en caso de fallas, protegiendo así la integridad del sistema y la seguridad del personal, todo ello mientras se optimizan las inversiones.

En PTI, creemos firmemente que la innovación es la clave para la transición energética y la construcción de infraestructuras eléctricas más robustas y sostenibles. Nuestra solución inalámbrica para la protección anti-isla de sistemas fotovoltaicos es un testimonio de nuestro compromiso con la excelencia técnica, la eficiencia económica y la confiabilidad operativa.

Al superar las limitaciones de las tecnologías tradicionales, estamos empoderando a la industria para integrar más eficientemente las energías renovables, contribuyendo a una red eléctrica más segura y resiliente. Invitamos a nuestros lectores a explorar cómo esta tecnología puede transformar sus proyectos fotovoltaicos y asegurar un futuro energético más brillante y confiable.