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Comunicaciones de línea eléctrica: columna vertebral de control de redes eléctricas de baja tensión
¿Qué pasa si la red eléctrica no se utiliza solo para distribuir energía, sino también para enviar información? Esta es la base de las comunicaciones de línea eléctrica (PLC): el uso de los mismos cables de red eléctrica para la transmisión de datos. Esta tecnología no es una propuesta de futuro, sino una tecnología estratégica que se utiliza actualmente para realizar el control de la red eléctrica de baja tensión.
Dispositivos que se pueden encontrar en las redes eléctricas modernas.
uno de los principales objetivos del Acuerdo Climático de París de 2015, promovido bajo los auspicios de la Organización de las Naciones Unidas, es lograr una economía global orientada a la neutralidad de carbono. Este acuerdo establece objetivos claros a largo plazo para todos los países, entre ellos la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero, con el objetivo de limitar el aumento de la temperatura a 2 ° C en este siglo. La Unión Europea ha incorporado estos compromisos a su marco normativo a través del Pacto Verde Europeo 2019 y la Ley Climática Europea 2021. Estas normativas determinan que para 2030 se deben reducir las emisiones en un 55% respecto a los niveles de 1990. En este contexto, la electromovilidad (e-movilidad) y la generación distribuida de energías renovables son elementos clave para reducir la dependencia de los combustibles fósiles de la sociedad y caminar hacia una transición energética sostenible.
En los últimos años, las redes eléctricas están experimentando profundos cambios como consecuencia de las nuevas tecnologías y de la integración de las fuentes de energía renovables. Antes, dominaba un sistema centralizado basado en grandes centrales, donde el papel de todos los participantes en la red eléctrica estaba perfectamente definido: la generación, la responsabilidad de las centrales eléctricas; el transporte y la distribución, la responsabilidad de las empresas eléctricas; y el consumo, la realizaban los usuarios y las empresas. Sin embargo, hoy en día son cada vez más los usuarios que producen energía, como los hogares con paneles solares o las comunidades energéticas. Muchos consumidores de fuentes distribuidas de energía renovable se han convertido en “prosumer” (del inglés “producer”/productor y “consumer”/consumidor): no solo consumen energía, sino que la producen e integran en la red. Esto ha cambiado completamente la estructura y el funcionamiento de la red. Además, la proliferación de baterías y puntos de carga de vehículos eléctricos que acumulan los excedentes de energía generados por los paneles solares ha modificado los modelos de solicitud de energía de red, lo que requiere una mayor flexibilidad y coordinación.
En este contexto, la generación distribuida de energías renovables y el control inteligente del consumo se han vuelto imprescindibles. Para garantizar la estabilidad de la red eléctrica, es necesario equilibrar la producción y el consumo en todo momento, para lo que la monitorización y la automatización a través de las nuevas tecnologías son fundamentales.
Este cambio ha supuesto el paso a las redes eléctricas inteligentes, sistemas capaces de gestionar la variabilidad de la energía renovable en tiempo real, optimizar el consumo y mejorar la eficiencia. La digitalización ha tenido un rol clave en este proceso, con la integración de sensores, sistemas de monitorización, contadores inteligentes y plataformas de gestión energética para controlar el estado de la red todo el tiempo y tomar decisiones en función de la demanda.
La automatización moderna de la red eléctrica no habría sido posible sin el sistema de comunicaciones. Dentro de ella, la tecnología de comunicación en línea eléctrica (PLC por su “Power Line Communication” en inglés) se ha convertido en un elemento fundamental. Los sistemas PLC utilizan la propia red eléctrica como soporte para enviar y recibir datos sin cables adicionales. Esto se debe a que las transmisiones PLC se superponen sobre la señal de potencia de 50/60 Hz, de modo que el flujo de electricidad y las comunicaciones de datos de tensión eficaz de 230 V se propagan simultáneamente a través de la red eléctrica. Ello ha permitido, aprovechando la infraestructura de la red de distribución de energía, la comunicación entre dispositivos inteligentes y la reducción de costes de instalación.
Superposición de señal de potencia de 50 Hz y transmisiones PLC.
Mediante la tecnología PLC, los contadores inteligentes, transformadores y otros componentes pueden conectarse a la red para intercambiar información en tiempo real. Esto permite monitorizar el consumo, detectar averías y optimizar el funcionamiento de la red. Esta tecnología utiliza diferentes protocolos en el rango de frecuencias de 2 kHz y 500 kHz, como PRIME, Meters&More y G3-PLC, cada uno adaptado a diferentes aplicaciones y requerimientos técnicos.
Cada vivienda y empresa tiene al menos un contador inteligente que almacena los datos de consumo de energía o generación. Estos datos se transmiten de forma automatizada y no es necesaria la presencia de un técnico para registrar manualmente las lecturas. Esta información se envía a través de los cables de la red eléctrica a los concentradores de datos ubicados en los transformadores. Los concentradores reciben datos de varios contadores y luego envían esta información a las empresas energéticas. Para ello se utilizan diferentes tecnologías, como 3G, 4G, fibra óptica o redes locales, en función de la distancia de la comunicación y del entorno tecnológico.
Además, los sistemas PLC incorporan mecanismos para aumentar la fiabilidad de la red. Los contadores inteligentes pueden actuar como repetidores. Es decir, cuando otro contador no se puede conectar directamente con el concentrador, la información puede ser redireccionada a través de alguno de los contadores cercanos. De este modo, la red crea canales de comunicación alternativos y mantiene la capacidad de transmitir datos de forma fiable incluso en entornos de alta interferencia o baja cobertura. Este mecanismo mejora significativamente la resiliencia de la red y la solidez del sistema de comunicaciones, y es esencial para una distribución de energía inteligente y estable.
Las comunicaciones PLC se utilizan en todo el mundo y han sido especialmente difundidas en varios países europeos como España, Francia, Italia y Alemania. En España, por ejemplo, el despliegue de contadores inteligentes se ha realizado principalmente por PLC, y empresas como Iberdrola y Endesa han utilizado esta tecnología para impulsar la digitalización de la red.
Las tecnologías PLC presentan una serie de desafíos técnicos. En primer lugar, la red eléctrica no está diseñada para transmitir datos, y en algunos casos las comunicaciones no se llevan a cabo de manera adecuada. Los fenómenos más importantes que impiden las comunicaciones PLC son las interferencias de emisiones guiadas no deseadas, la impedancia variable de la red y la gran debilidad de las señales.
Para empezar, las emisiones guiadas no deseadas son los ruidos electromagnéticos que producen todos los electrodomésticos y dispositivos eléctricos conectados a la red eléctrica. Estos pueden interferir con las señales de las comunicaciones PLC, ya que ambos fenómenos pueden ocurrir en la misma banda de frecuencia. Además, estas emisiones guiadas se hacen más evidentes en los dispositivos que implementan la electrónica de potencia, como los inversores de placas fotovoltaicas y los cargadores de vehículos eléctricos, que generan o consumen grandes cantidades de energía. Por otro lado, el debilitamiento de la señal ocurre a grandes distancias, lo que reduce la calidad de la transmisión. Además, los sistemas PLC tienen un ancho de banda limitado, lo que limita la capacidad de transmitir grandes cantidades de datos que pueden afectar a aplicaciones complejas. En cuanto a la seguridad, dado que los datos se envían a través de la red eléctrica, los sistemas de encriptación y autenticación son necesarios para garantizar la confidencialidad de los datos. Por último, en redes eléctricas viejas o complejas la cobertura puede ser irregular, lo que puede ocasionar lagunas de comunicación. Sin embargo, a pesar de estos desafíos, la tecnología PLC todavía desempeña un papel clave en el desarrollo de redes eléctricas inteligentes y la digitalización del sistema energético.
De cara al futuro, las comunicaciones PLC evolucionarán de manera importante para adaptarse a las crecientes exigencias de las redes eléctricas inteligentes. En esta evolución destaca la tecnología PLC de ancho de banda (BPL), del inglés “Broadband over Power Lines”, versión avanzada de PLC que funciona en un rango de frecuencias de 1 MHz a 30 MHz. Los sistemas BPL ofrecen una banda más ancha, lo que permite un aumento significativo de la velocidad y capacidad de transmisión de datos, permitiendo aplicaciones más complejas y servicios en tiempo real. Esta tecnología permite, por ejemplo, integrar mediante PLC la gestión energética avanzada y la monitorización precisa del estado de la red. Además, los sistemas BPL ofrecen una mayor resistencia a las interferencias y ofrecen una mejor cobertura tanto en entornos urbanos como industriales. Por ello, la BPL se está convirtiendo en uno de los pilares básicos de las redes energéticas inteligentes del futuro, y las empresas energéticas están probando e implantando esta tecnología de forma creciente, abriendo un camino hacia una digitalización más profunda de la red.
Comunicaciones entre el PLC concentrador y los contadores inteligentes con un contador en modo repetidor.
El grupo de investigación TSR (Tratamiento de la Señal y Radiocomunicaciones) de la Escuela de Ingeniería de Bilbao de la Universidad del País Vasco, lleva diez años trabajando en sistemas de comunicaciones para redes eléctricas inteligentes, especialmente en la aplicación de tecnología PLC. Una de las principales investigaciones del grupo es el estudio de las características del canal de comunicación PLC, con el objetivo de mejorar el rendimiento y la fiabilidad de la transmisión de datos a través de la red eléctrica.
Para ello, el grupo TSR ha desarrollado sus propios medidores para caracterizar el comportamiento de la red entre 9 kHz y 10 MHz, así como herramientas para analizar el debilitamiento de las señales PLC, la impedancia de la red y los mecanismos de interferencia. Estas mediciones han sido imprescindibles para identificar los mecanismos de interferencia que se producen en las comunicaciones por PLC, bien mediante experimentos de laboratorio, bien mediante pruebas en redes reales. Los datos obtenidos se han utilizado, además, en trabajos de investigación metrológica para analizar la incertidumbre de las técnicas empleadas por los instrumentos de medida de la calidad de potencia.
El trabajo del grupo TSR también ha tenido un gran impacto en la estandarización internacional, participando en los proyectos europeos EMPIR-SupraEMI, EPM-Met4EVCS y EPM-SBS Uncert, financiados por EURAMET y la Unión Europea, y aportando a los grupos de trabajo de organizaciones como IEC, CENELEC y CIGRE en la definición de nuevos estándares y en los procesos de elaboración de informes técnicos.
En resumen, los sistemas PLC se han convertido en una de las principales bases tecnológicas de las redes eléctricas inteligentes de hoy en día. Su capacidad permite la transmisión de datos a través de la misma infraestructura de la red eléctrica, lo que permite controlar el consumo y la generación distribuida en tiempo real. Los sistemas PLC permiten la monitorización del estado de la red, la detección automática de averías y la optimización de los flujos de energía, contribuyendo así a garantizar la eficiencia y la estabilidad de la red. De cara al futuro, tecnologías avanzadas como BPL aumentarán la capacidad de transmisión de datos, pero ya está claro que los sistemas PLC son imprescindibles en el proceso de digitalización y automatización de la red eléctrica.
Agradecimientos
Este trabajo ha sido financiado por el Gobierno Vasco a través de las ayudas IT1910-26. Este trabajo también ha sido financiado por la subvención PID2025-170561OB-I00 (proyecto SEFONIS) del Gobierno de España, por MCIN/AEI/10.13039/501100011033 y el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (ERDF/UE).
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