Digitalización de subestaciones de Atop Solutions

A principios de este año, Bill Gates señaló en su blog, GatesNotes, que si te preocupa el cambio climático, debes preocuparte por la transmisión. Muchas redes eléctricas en todo el mundo necesitan urgentemente una actualización para adaptarse a la producción de energía limpia. Además, las condiciones climáticas extremas pueden causar importantes interrupciones en la transmisión de energía. La modernización de la red eléctrica es esencial para lograr un futuro con menos apagones, mayor seguridad energética y económica, y comunidades más saludables.

Para el funcionamiento confiable y eficiente de la red eléctrica, las subestaciones de energía, que transforman, conmutan y distribuyen la electricidad a los usuarios, están interconectadas no solo eléctricamente, sino también a través de una red de enlaces de comunicación y sistemas de control. Estas redes están diseñadas para permitir el monitoreo, control y protección en tiempo real del sistema de energía, lo que permite a los operadores responder rápidamente a los cambios en la demanda de energía o a las interrupciones en la red. Una red de comunicación moderna en una subestación sigue la norma IEC 61850 para proporcionar interoperabilidad entre varios equipos, y permite funcionalidades avanzadas como protección y control a gran escala, localización de fallas y registro de perturbaciones.

La norma IEC 61850 define la comunicación en las subestaciones en tres niveles: El nivel de Proceso se encarga de las funciones que interactúan con los procesos eléctricos, como la conmutación y el monitoreo. Estos procesos son controlados desde el nivel de Bahía por unidades electrónicas inteligentes (IEDs), como relés de protección, medidores y controladores. Los datos adquiridos desde el nivel de Proceso también pasan a través del nivel de Bahía para informar las acciones de la estación en el nivel de Estación, o para ser agregados y enviados a sistemas de monitoreo como SCADA.

Para lograr la máxima confiabilidad en la red de subestaciones, se deben considerar varios aspectos:

La compatibilidad electromagnética (EMC) es definitivamente una de las primeras prioridades a tener en cuenta al construir una red de subestaciones. Al estar situados cerca de equipos y cables de energía, los dispositivos en las subestaciones requieren una EMC mejor que la de las instalaciones industriales normales. La norma IEC61850-3 define la construcción, el diseño y las condiciones ambientales que los dispositivos de las subestaciones deben cumplir, y solo cuando sean completamente compatibles y estén certificados, ATOP presenta un dispositivo como “para subestaciones”.

La construcción resistente que soporta las condiciones climáticas exigentes y un uso intensivo también es indispensable en las aplicaciones de energía. Especialmente con el aumento de la energía limpia, las subestaciones a menudo se encuentran en entornos remotos y severos, por lo que los dispositivos certificados ATOP IEC 61850-3 aseguran ofrecer un rendimiento óptimo incluso en condiciones de temperatura y humedad extremas. Por ejemplo, la serie de switches Ethernet Gigabit EHG96xx tiene un amplio rango de temperatura de funcionamiento que abarca desde -40°C hasta +85°C.

La redundancia es importante para garantizar que la red de subestaciones pueda seguir funcionando incluso si algunos equipos o sistemas fallan. Esto se puede lograr mediante el uso de fuentes de alimentación redundantes, sistemas de control redundantes y sistemas de comunicación de respaldo.

El switch gestionado EH9711, diseñado específicamente para el acceso a subestaciones, permite tanto la redundancia de energía como de comunicación a través de la utilización de doble entrada de alimentación, así como el soporte de topología en anillo. En caso de fallo de un nodo, las topologías en anillo como RSTP y ERPS permiten la recuperación automática del tráfico en milisegundos. Además de RSTP y ERPS, el switch de backbone Gigabit RHG9628 también admite HSR/PRP para garantizar la pérdida de paquetes cero en la información crítica de la subestación.

La interoperabilidad, como se mencionó anteriormente, es uno de los puntos clave de IEC 61850. Las subestaciones contienen una variedad de dispositivos que utilizan diferentes protocolos para comunicarse entre sí. Algunos incluso pueden ser heredados o propietarios. Las pasarelas de protocolo actúan como un puente entre estos diferentes protocolos, permitiendo que los dispositivos intercambien información y operen juntos de manera fluida. ATOP lleva este concepto un paso más allá con diversas opciones de medios, como ranuras SFP opcionales en el PG5904D o conexiones celulares en el PG5901B.

La sincronización precisa, como se mencionó anteriormente, puede no parecer relacionada directamente con la transmisión de energía: ¿qué diferencia de nanosegundos hay al recibir electricidad? Pero en realidad, el impacto del tiempo en las subestaciones es más crítico de lo que muchos imaginan. La sincronización precisa de los dispositivos permite que los sistemas de control operen de manera más eficiente y efectiva, reduciendo el riesgo de errores o fallas. Todos los eventos en la red se registran con la misma referencia de tiempo, y los dispositivos de protección pueden operar en la secuencia correcta, sin importar dónde ocurran. Esto no solo mantiene la seguridad y confiabilidad de las operaciones, sino que también permite determinar la secuencia exacta de los eventos, lo cual es crucial para el control de rendimiento y la solución de problemas.

ATOP ofrece soluciones integrales para sincronización precisa a nivel de nanosegundos, desde el reloj maestro NTS7500, que se sincroniza con una referencia GNSS, hasta una variedad de switches potentes que admiten relojes de frontera y transparentes basados en hardware, asegurando la precisión de los eventos en toda la red.

La ciberseguridad se ha convertido en un enfoque creciente en las redes de subestaciones en los últimos años, ya que cuanto más interconectados y digitalizados son estos sistemas, más vulnerables se vuelven a los ciberataques que podrían causar daños significativos. Los requisitos de alta disponibilidad, la amplia dispersión geográfica y los equipos heredados plantean desafíos únicos para la seguridad de las redes eléctricas.

La ciberseguridad de ATOP está certificada según la norma IEC 62443-4-1 y se encuentra en proceso de recibir la certificación IEC 62443-4-2, lo que significa que todos los productos se desarrollan y crean con la máxima conciencia de las consecuencias de los riesgos cibernéticos. Nuestras soluciones para subestaciones abarcan numerosas formas de protección, que incluyen control de acceso, segmentación de redes y cifrado, para satisfacer diferentes escenarios y necesidades.

Por último, una red confiable se beneficia de la gestión y monitorización remota. Las soluciones de ATOP cuentan con software de gestión fácil de usar que permite la visualización en tiempo real de las topologías, control y solución de problemas remotos, alarmas inteligentes y más. Los operadores pueden incorporar rápidamente nuevos dispositivos, escalar sistemas de red, encontrar errores y fallos, y resolver problemas desde ubicaciones externas, mejorando la eficiencia y reduciendo los costos de mantenimiento.