Linea elektrikoko komunikazioak: behe-tentsioko sare elektrikoen kontrolaren bizkarrezurra

2015eko Pariseko Klima Akordioaren helburu nagusietako bat, Nazio Batuen Erakundearen babespean sustatua, karbono-neutraltasunera bideratutako ekonomia global bat lortzea da. Akordio horrek epe luzerako helburu argiak ezartzen dizkie herrialde guztiei; besteak beste, berotegi-efektuko gasen emisioak murriztea, mende honetako tenperaturaren igoera 2 ºC-ra mugatzeko helburuarekin. Europar Batasunak konpromiso horiek bere arau-esparruan txertatu ditu, 2019ko Europako Itun Berdearen eta 2021eko Europako Klima Legearen bidez. Araudi horiek zehazten dute 2030erako emisioak % 55 murriztu behar direla, 1990eko mailarekin alderatuta. Testuinguru honetan, elektro-mugikortasuna (e-mugikortasuna) eta energia berriztagarrien sorkuntza banatua funtsezko elementuak dira gizartearen erregai fosilekiko mendekotasuna murrizteko eta trantsizio energetiko jasangarri baterako bidea egiteko.

Azken urteotan, sare elektrikoak aldaketa sakonak bizitzen ari dira, teknologia berrien eta energia-­iturri berriztagarrien integrazioaren ondorioz. Lehen zentral handietan oinarritutako sistema zentralizatua zen nagusi, non sare elektrikoan parte hartzen zuten partaide guztien rola oso ondo definituta zegoen: sorkuntza, zentral elektrikoen ardura zen; garraioa eta banaketa, enpresa elektrikoen ardura; eta kontsumoa, erabiltzaileek eta enpresek egiten zuten. Dena dela, gaur egun gero eta gehiago dira energia ekoizten duten erabiltzaileak, hala nola eguzki-panelak dituzten etxeak edota komunitate energetikoak. Energia berriztagarrien iturri banatuen kontsumitzaile asko “prosumer” (ingelesezko “producer”/ekoizle eta “consumer”/kontsumitzaile hitzetatik datorrena) bilakatu dira: energia kontsumitzeaz gain, ekoiztu eta sarean txertatzen dute. Horrek sarearen egitura eta funtzionamendua guztiz aldatu ditu. Gainera, eguzki-panelek sortutako energia-soberakinak metatzen dituzten baterien eta ibilgailu elektrikoen karga-puntuen ugaritzeak aldatu egin ditu sareko energia eskatzeko ereduak, eta horrek malgutasun eta koordinazio handiagoa eskatzen ditu.

Testuinguru horretan, energia berriztagarrien sorkuntza banatua eta kontsumoaren kontrol adimenduna ezinbesteko bihurtu dira. Sare elektrikoaren egonkortasuna bermatzeko, beharrezkoa da ekoizpena eta kontsumoa orekatzea une oro, eta horretarako funtsezkoak dira teknologia berrien bidezko monitorizazioa eta automatizazioa.

Aldaketa horrek sare elektriko adimendunetara igarotzea ekarri du, hau da, denbora errealean energia berriztagarriaren aldakortasuna kudeatzeko, kontsumoa optimizatzeko eta eraginkortasuna hobetzeko gai diren sistemetara. Digitalizazioak funtsezko rola izan du prozesu honetan: sentsoreak, monitorizazio-sistemak, kontagailu adimendunak eta energia-kudeaketarako plataformak integratu dira, sarearen egoera denbora guztian kontrolatzeko eta eskaeraren arabera erabakiak hartzeko.

Sare elektrikoaren automatizazio modernoa ez zen posible izango komunikazio-sistemarik gabe. Horren barruan, linea elektrikoko komunikazio-­teknologia (PLC, ingelesezko “Power Line Communication” dela eta) funtsezko bihurtu da. PLC sistemek sare elektrikoa bera erabiltzen dute datuak bidaltzeko eta jasotzeko euskarri gisa, kable gehigarririk gabe. Izan ere, PLC transmisioak 50/60 Hz-ko potentzia-seinalearen gainean gainjartzen dira, eta horrela, 230 V-eko tentsio efikazeko elektrizitate-jarioa eta datu-komunikazioak aldi berean sare elektrikoaren bidez hedatzen dira. Horri esker, energiaren banaketa-sarearen azpiegitura aprobetxatuz, gailu adimendunen arteko komunikazioa ahalbidetu da, eta instalazio-­kostuak murriztu dira.

PLC teknologiaren bidez, kontagailu adimendunak, transformadoreak eta beste hainbat osagai sarearekin konektatzeko aukera daukate, denbora errealean informazioa trukatzeko. Horrek aukera ematen du kontsumoa monitorizatzeko, matxurak detektatzeko eta sarearen funtzionamendua optimizatzeko. Teknologia honek hainbat protokolo erabiltzen ditu 2 kHz eta 500 kHz-eko maiztasun-tartean, hala nola PRIME, Meters&More eta G3-PLC, bakoitza aplikazio eta eskakizun tekniko desberdinetara egokitua.

Etxebizitza eta enpresa bakoitzak, gutxienez, kontagailu adimendun bat dauka, eta kontagailu horrek energia-kontsumoaren edo sorkuntzaren datuak biltegiratzen ditu. Datu horiek modu automatizatuan transmititzen dira, eta ez da beharrezkoa teknikari baten presentzia irakurketak eskuz erregistratzeko. Informazio hori sare elektrikoaren kableen bidez bidaltzen da transformadoreetan kokatutako datu-kontzentratzaileetara. Kontzentratzaileek hainbat kontagailuren datuak jasotzen dituzte, eta, ondoren, informazio hori energia-enpresetara bidaltzen dute. Horretarako, teknologia desberdinak erabiltzen dira, hala nola 3G, 4G, zuntz optikoa edo sare lokalak, komunikazioaren distantzia eta ingurune teknologikoaren arabera.

Gainera, PLC sistemek sarearen fidagarritasuna handitzeko mekanismoak dituzte. Kontagailu adimendunek errepikagailu gisa jardun dezakete. Hau da, beste kontagailu bat kontzentratzailearekin zuzenean konektatu ezin denean, informazioa inguruko kontagailuren baten bidez birbideratu daiteke. Horrela, sareak komunikazio-bide alternatiboak sortzen ditu eta interferentzia handiko edo estaldura eskaseko inguruneetan ere datuak modu fidagarrian transmititzeko gaitasuna mantentzen du. Mekanismo honek nabarmen hobetzen ditu sarearen erresilientzia eta komunikazio-sistemaren sendotasuna, eta funtsezkoa da energia-banaketa adimendun eta egonkor baterako.

PLC komunikazioak mundu osoan erabiltzen dira, eta bereziki zabaldu dira Europako hainbat herrialdetan, hala nola Espainian, Frantzian, Italian eta Alemanian. Espainian, adibidez, kontagailu adimendunen hedapena PLC bidez egin da nagusiki, eta zenbait enpresak —Iberdrola eta Endesa, adibidez—teknologia hau erabili dute sarearen digitalizazioa bultzatzeko.

PLC teknologiek hainbat erronka tekniko dituzte. Lehenik eta behin, sare elektrikoa ez dago datuak transmititzeko diseinatuta, eta kasu batzuetan komunikazioak ez dira modu egokian gauzatzen. PLC komunikazioak galarazten dituzten fenomeno garrantzitsuenak nahi gabeko emisio gidatuen interferentziak, sarearen inpedantzia aldakorra eta seinaleen ahuldura handia dira.

Hasteko, nahi gabeko emisio gidatuak sare elektrikora konektatutako etxetresna eta gailu elektriko guztiek sortzen dituzten zarata elektromagnetikoak dira. Hauek, PLC komunikazioen seinaleak interferitu ditzakete, bi fenomenoak maiztasun-banda berean gerta daitezkeelako. Gainera, emisio gidatu hauek nabarmenagoak dira potentzia-elektronika inplementatzen duten gailuetan, hots, plaka fotovoltaikoen inbertsoreetan eta ibilgailu elektrikoen kargagailuetan, energia-kantitate handiak sortzen edo kontsumitzen baitituzte. Bestalde, seinalearen ahuldura distantzia handietan gertatzen da, eta horrek transmisioaren kalitatea murrizten du. Gainera, PLC sistemek banda-zabalera mugatua dute, eta horrek datu-kopuru handiak transmititzeko gaitasuna mugatzen du, aplikazio konplexuetan eragina izan dezakeena. Segurtasunari dagokionez, datuak sare elektrikoaren bidez bidaltzen direnez, enkriptazio eta autentifikazio-sistemak beharrezkoak dira datuen konfidentzialtasuna bermatzeko. Azkenik, sare elektriko zahar edo konplexuetan estaldura irregularra izan daiteke, eta horrek komunikazio-­hutsuneak sor ditzake. Hala ere, erronka horiek gorabehera, PLC teknologiak oraindik ere funtsezko rola betetzen du sare elektriko adimendunen garapenean eta energia-sistemaren digitalizazioan.

Etorkizunari begira, PLC komunikazioek bilakaera garrantzitsua izango dute, sare elektriko adimendunen eskakizun gero eta handiagoetara egokitzeko. Bilakaera horretan, nabarmentzekoa da banda-­zabaleko PLC (BPL, ingelesezko “Broadband over Power Lines”) teknologia, 1 MHz eta 30 MHz bitarteko maiztasun-tartean funtzionatzen duen PLC bertsio aurreratua. BPL sistemek banda zabalagoa eskaintzen dute, eta, horri esker, datu-­transmisioaren abiadura eta edukiera nabarmen handitzen dira, aplikazio konplexuagoak eta denbora errealeko zerbitzuak ahalbidetuz. Teknologia honek aukera ematen du, adibidez, energia-­kudeaketa aurreratua eta sarearen egoeraren monitorizazio zehatza PLC bidez integratzeko. Gainera, BPL sistemek interferentzien aurrean erresistentzia handiagoa dute eta estaldura hobea eskaintzen dute hiri-­ingurune zein industria-guneetan. Hori dela eta, BPL etorkizuneko energia-sare adimendunen oinarrietako bat bihurtzen ari da, eta energia-­enpresak gero eta gehiago ari dira teknologia hau probatzen eta ezartzen, sarearen digitalizazio sakonago baterako bidea eginez.

Euskal Herriko Unibertsitateko Bilboko Ingeniaritza Eskolako TSR ikerketa-taldeak (Tratamiento de la Señal y Radiocomunicaciones) hamar urte daramatza sare elektriko adimendunetarako komunikazio-­sistemen inguruan lan egiten, bereziki PLC teknologiaren aplikazioan. Taldearen ikerketa nagusietako bat PLC komunikazio-­kanalaren ezaugarriak aztertzea da, sare elektrikoaren bidezko datu-­transmisioaren errendimendua eta fidagarritasuna hobetzeko helburuarekin.

Horretarako, 9 kHz eta 10 MHz artean sarearen portaera ezaugarritzeko neurgailu propioak garatu ditu TSR taldeak, baita PLC seinaleen ahultzea, sarearen inpedantzia eta interferentzia-mekanismoak aztertzeko tresnak ere. Neurketa hauek ezinbestekoak izan dira PLC teknologiaren bidezko komunikazioetan sortzen diren interferentzia-­mekanismoak identifikatzeko, bai laborategiko esperimentuen bidez, bai sare errealetan egindako probetan. Jasotako datuak, gainera, metrologia-­ikerketako lanetan erabili dira, potentzia-kalitatea neurtzeko tresnek erabiltzen dituzten tekniken ziurgabetasuna aztertzeko.

TSR taldearen lanak eragin handia izan du nazioarteko estandarizazioan ere: parte hartu du EURAMET erakundeak eta Europar Batasunak finantzatutako EMPIR-SupraEMI, EPM-Met4EVCS eta EPM-SBS Uncert europar proiektuetan, eta ekarpenak egin ditu IEC, CENELEC eta CIGRE bezalako erakundeen lantaldeetan, estandar berriak definitzeko eta txosten teknikoak prestatzeko prozesuetan.

Laburbilduz, PLC sistemak gaur egungo sare elektriko adimendunen oinarri teknologiko nagusietako bat bihurtu dira. Bere gaitasunari esker, sare elektrikoaren azpiegitura beraren bidez datuak transmiti daitezke, eta horrek aukera ematen du kontsumoa eta sorkuntza banatua denbora errealean kontrolatzeko. PLC sistemek sarearen egoeraren monitorizazioa, matxuren detekzio automatikoa eta energia-fluxuen optimizazioa ahalbidetzen dituzte, eta horrela, sarearen eraginkortasuna eta egonkortasuna bermatzen laguntzen dute. Etorkizunari begira, BPL bezalako teknologia aurreratuek datu-transmisioaren ahalmena handituko dute, baina dagoeneko argi dago PLC sistemak ezinbestekoak direla sare elektrikoaren digitalizazio- eta automatizazio-prozesuan.

Eskerrak

Lan hau Eusko Jaurlaritzak finantzatu du IT1910-26 dirulaguntzen bitartez. Lan hau Espainiako Gobernuaren PID2025-170561OB-I00 dirulaguntzaren bidez (SEFONIS proiektua) ere finantzatu da, MCIN/AEI/10.13039/501100011033 eta Eskualdeen Garapenerako Europar Funtsaren (ERDF/UE) eskutik.

Bibliografia

[1] https://unfccc.int/process-and-meetings/the-paris-agreement

[2] https://commission.europa.eu/strategy-and-policy/priorities-2019-2024/european-green-deal_en

[3] Jon González-Ramos, Alexander Gallarreta, Itziar Angulo, Igor Fernández, Amaia Arrinda, David de la Vega. 2023. “A review on the empirical characterization of the low voltage distribution grid as a communication channel for power line communications”, Sustainable Energy, Grids and Networks. 36. DOI: 10.1016/j.segan.2023.101217.

[4] Alexander Gallarreta, Jon González-Ramos, Stefano Lodetti, Peter Davis, Igor Fernández, David de la Vega, Itziar Angulo, Amaia Arrinda. 2025. “Measurement framework for the consistent and fast measurement of conducted grid emissions in the 9 500 kHz range”. Computers and Electrical Engineering, 124, DOI: 10.1016/j.compeleceng.2025.110314.

[5] Ángela Espín-Delgado, Sarah Rönnberg, Shimi Sudha Letha, Math Bollen. 2021. “Diagnosis of supraharmonics-­related problems based on the effects on electrical equipment”. Electric Power Systems Research. 195. DOI: 10.1016/j.epsr.2021.107179.

[6] E. O. Anders Larsson; Math H. J. Bollen; Mats G. Wahlberg; C. Martin Lundmark; Sarah K. Rönnberg. 2010. “Measurements of High-Frequency (2–150 kHz) Distortion in Low-Voltage Networks”. IEEE Transactions on Power Delivery, 25. DOI: 10.1109/TPWRD.2010.2041371.

[7] Igor Fernández, Alexander Gallarreta, Jon González-Ramos, Paul Wright, David de la Vega, Itziar Angulo, Amaia Arrinda. 2023. “Measurement System of the Mean and Sub-cycle LV Grid Access Impedance from 20 kHz to 10 MHz”. IEEE Transactions on Power Delivery. 38. DOI: 10.1109/TPWRD.2023.3238647

[8] Jon González-Ramos, Alexander Gallarreta, Igor Fernández, Itziar Angulo, David de la Vega, Amaia Arrinda. 2024. “Comparison of conducted emissions due to electric vehicle charging processes under isolated and on-line conditions in the 9–500 kHz frequency range”. Sustainable Energy, Grids and Networks. 36. DOI: 10.1016/j.segan.2024.101333.

[9] Jon González–Ramos, Itziar Angulo, Igor Fernández, Alexander Gallarreta, David de la Vega, Amaia Arrinda. 2024. “Characterization of the potential effects of sub-cycle impedance variations on PRIME v1. 4”. Engineering Science and Technology, an International Journal. 56. DOI: 10.1016/j.jestch.2024.101775

[10] Tim Slangen, Vladimir ĆCuk, Sjef Cobben. 2023. “Summation of supraharmonic currents (2–150 kHz) from EV fast charging stations”, Electric Power Systems Research, 220. DOI: 10.1016/j.epsr.2023.109371.

[11] Vineetha Ravindran, Selcuk Sakar, Sarah Rönnberg, Math H.J. Bollen. 2020. “Characterization of the impact of PV and EV induced voltage variations on LED lamps in a low voltage installation”. Electric Power Systems Research. 185. DOI: 10.1016/j.epsr.2020.106352.