Una red inteligente se compone de cinco capas: la red física, los equipos de campo y la medición, las comunicaciones, los sistemas de gestión y los recursos distribuidos. Cada capa depende de la anterior, y las fallas más frecuentes aparecen en las uniones entre capas, no dentro de un equipo.
Respuesta corta
Una red inteligente tiene cinco capas: la red física, los equipos de campo y de medición, las comunicaciones, los sistemas de gestión y los recursos distribuidos (generación, almacenamiento y demanda flexible). Cada una depende de la anterior. En la práctica, los problemas rara vez nacen dentro de un equipo: aparecen en las uniones, donde un dato de campo debe llegar con el mismo significado al centro de control.
El concepto general se resume en que la red mide, comunica y actúa.
Capa 1: la red física
Son las líneas, los transformadores y las subestaciones. La red inteligente no los reemplaza: los usa. Lo que cambia es que ciertos puntos reciben equipos adicionales para medir y maniobrar. Un transformador de distribución, por ejemplo, puede tener un medidor o un monitor de carga; una línea puede tener un indicador que señale si la falla pasó por ese punto.
Capa 2: equipos de campo y medición
Son los equipos que miden y actúan sobre la red:
- Reconectadores. Abren ante una falla y recierran solos; con comunicaciones se vuelven telecontrolados. Se explican en reconectador: qué es, partes, funciones y pruebas.
- Seccionalizadores e interruptores telecontrolados. Aíslan tramos de un alimentador por orden del operador o de un automatismo.
- Indicadores de paso de falla. Señalan si la corriente de falla pasó por un punto, lo que acorta el tiempo de localizar el tramo afectado. Un ejemplo de equipo está en indicadores de falla Easergy Flite, Horstmann y SEL AR360.
- Reguladores de tensión y bancos de condensadores con control automático, que mantienen la tensión a lo largo del alimentador.
- Medidores avanzados. Registran el consumo con más detalle y lo reportan por un canal de comunicación. En Colombia, la CREG 174 de 2021 se refiere al plan de despliegue de la Infraestructura de Medición Avanzada al establecer las condiciones de medida de los autogeneradores.
- Controladores de bahía, relés y RTU en las subestaciones, que reúnen señales y comandos de los equipos primarios.
Capa 3: comunicaciones
Es el tejido que une todo lo demás. Cambia según dónde esté el equipo:
| Tramo | Medios habituales | Para qué |
|---|---|---|
| Dentro de la subestación | Red Ethernet local, con IEC 61850 | Relés, controladores y pasarela |
| Subestación a centro de control | Fibra óptica o red de transporte | Telemando, telemedida, teleprotección |
| Equipos a lo largo del alimentador | Radio, redes celulares, fibra donde existe | Reconectadores, indicadores, equipos de maniobra |
Los protocolos más usados hacia el SCADA son IEC 60870-5-104 y DNP3; entre equipos de una misma subestación se usa IEC 61850. Su elección se explica en IEC 61850, IEC 104, DNP3 y Modbus: cuál usar. Los límites de los enlaces de radio y celulares están en enlaces de radio y celulares para SCADA, y la red que une subestaciones en redes WAN para subestaciones.
Con la cantidad de equipos conectados, esta capa también es la que más expone la red a ataques. La segmentación y el monitoreo se tratan en segmentación de redes OT: zonas y conductos.
Capa 4: sistemas de gestión
Reciben los datos de campo, los presentan al operador y, en los sistemas más avanzados, calculan y ordenan acciones:
- SCADA. Supervisa y manda. Es la base; vea SCADA, SAS, DCS y HMI: diferencias.
- Sistema de gestión de la distribución. Usa un modelo de la red para ubicar fallas, calcular reconfiguraciones y optimizar tensión. El NREL describe un ADMS como una plataforma que soporta el conjunto de funciones de gestión y optimización de la distribución.
- Sistema de gestión de recursos distribuidos (DERMS). Plataforma de software que ayuda a la empresa a operar la red con el apoyo de recursos energéticos distribuidos.
- Sistemas de medición avanzada. Reciben y administran los datos de los medidores.
Estos sistemas necesitan un modelo común de la red. La norma IEC 61970-301 define el modelo de información común (CIM), un modelo abstracto de los objetos de una empresa eléctrica que facilita la integración entre aplicaciones de distintos fabricantes.
Capa 5: recursos distribuidos y usuarios
Son los sistemas solares en techos y plantas pequeñas, los sistemas de almacenamiento con baterías y las cargas que pueden reducir o mover su consumo. Para la red son a la vez una oportunidad y un reto de operación: aportan flexibilidad, pero también cambian el sentido de los flujos de potencia y la forma de proteger los alimentadores. Vea autogeneración a gran escala y generación distribuida y requisitos de protección para generación distribuida.
Dónde se rompe la cadena
Las fallas más comunes de una red inteligente están entre capas:
- Mapas de puntos distintos entre el controlador del equipo y el SCADA, de modo que un estado llega con otro significado.
- Enlaces que fallan justo durante la falla, cuando la tensión cae o la radio pierde alimentación.
- Cambios de firmware o de ajustes sin control en equipos repartidos por toda la red.
- Relojes sin sincronizar, que hacen imposible ordenar los eventos de equipos distintos.
La defensa es la prueba punto a punto de cada señal y cada mando, desde el equipo hasta el centro de control, antes de entrar en operación; vea pruebas punto a punto de señales.
Por dónde empezar a revisar una red existente
Antes de comprar equipos nuevos, conviene hacer un inventario por capas. Pregunte qué equipos de campo ya miden y pueden maniobrar y qué enlaces existen, con qué disponibilidad. Revise qué señales llegan hoy al SCADA y con qué significado, y qué modelo de la red tiene el centro de control. Muchas veces la mayor ganancia está en completar lo que ya hay, por ejemplo comunicando reconectadores instalados que operaban solos.
Para ampliar, vea el panorama general de la red inteligente, la arquitectura AMI: medidor, concentrador y sistema central, las comunicaciones AMI: PLC, RF mesh y celular y cómo operan las microrredes.
Cómo le ayudamos
En Tiza Group configuramos los equipos de campo y de control, definimos sus comunicaciones y probamos la cadena completa hasta el SCADA. Si va a integrar equipos de varias marcas, empezamos por el mapa de señales y la arquitectura de comunicaciones. Vea integración SCADA y gateways o ingeniería de comunicaciones y cuéntenos su proyecto para cotizarlo.
Guías relacionadas
- Qué es una red inteligente (smart grid) y cómo funciona
- SCADA, ADMS y DERMS: qué hace cada uno
- Arquitectura AMI: medidor, concentrador y sistema central
- Reconectador: qué es, partes, funciones y pruebas
- Automatización de la distribución: reconectadores y FLISR
Referencias
- NREL, informes sobre ADMS y DERMS (docs.nrel.gov/docs/fy19osti/72108.pdf; docs.nrel.gov/docs/fy25osti/92831.pdf).
- IEC 61970-301, Common Information Model (CIM) base (webstore.iec.ch/en/publication/62698).
- Resolución CREG 174 de 2021.
Preguntas frecuentes
¿Cuáles son los componentes mínimos de una red inteligente?
Equipos de campo que midan y puedan maniobrar a distancia, un enlace de comunicaciones confiable hasta el centro de control y un sistema que reciba los datos y permita al operador decidir. Con esos tres elementos ya se tiene visibilidad y mando remoto; lo demás se suma por etapas.
¿Qué papel tiene la subestación en una red inteligente?
Es el nodo donde se concentran la medición, la protección y el control de un grupo de alimentadores. Sus equipos de control y su red local entregan los datos al SCADA y reciben las órdenes. Por eso la subestación suele ser la primera capa que se moderniza.
¿Por qué fallan las integraciones entre capas?
Porque cada capa suele comprarse y configurarse por separado. Un estado que el equipo de campo reporta con un significado llega al SCADA con otro, o una orden de mando se ejecuta en un punto distinto del previsto. Se evita con pruebas punto a punto de cada señal y cada mando, de extremo a extremo.