Bilatzailea
Comunicacións de liña eléctrica: columna vertebral de control de redes eléctricas de baixa tensión
Que pasa si a rede eléctrica non se utiliza só para distribuír enerxía, senón tamén para enviar información? Esta é a base das comunicacións de liña eléctrica (PLC): o uso dos mesmos cables de rede eléctrica para a transmisión de datos. Esta tecnoloxía non é unha proposta de futuro, senón unha tecnoloxía estratéxica que se utiliza actualmente para realizar o control da rede eléctrica de baixa tensión.
Dispositivos que se poden atopar nas redes eléctricas modernas.
un dos principais obxectivos do Acordo Climático de París de 2015, promovido baixo os auspicios da Organización das Nacións Unidas, é lograr unha economía global orientada á neutralidade de carbono. Este acordo establece obxectivos claros a longo prazo para todos os países, entre eles a redución das emisións de gases de efecto invernadoiro, co obxectivo de limitar o aumento da temperatura a 2 ° C neste século. A Unión Europea ha incorporado estes compromisos ao seu marco normativo a través do Pacto Verde Europeo 2019 e a Lei Climática Europea 2021. Estas normativas determinan que para 2030 débense reducir as emisións nun 55% respecto dos niveis de 1990. Neste contexto, a electromovilidad (e-mobilidade) e a xeración distribuída de enerxías renovables son elementos crave para reducir a dependencia dos combustibles fósiles da sociedade e camiñar cara a unha transición enerxética sostible.
Nos últimos anos, as redes eléctricas están a experimentar profundos cambios como consecuencia das novas tecnoloxías e da integración das fontes de enerxía renovables. Antes, dominaba un sistema centralizado baseado en grandes centrais, onde o papel de todos os participantes na rede eléctrica estaba perfectamente definido: a xeración, a responsabilidade das centrais eléctricas; o transporte e a distribución, a responsabilidade das empresas eléctricas; e o consumo, realizábana os usuarios e as empresas. Con todo, hoxe en día son cada vez máis os usuarios que producen enerxía, como os fogares con paneis solares ou as comunidades enerxéticas. Moitos consumidores de fontes distribuídas de enerxía renovable convertéronse en “prosumer” (do inglés “producer”/produtor e “consumer”/consumidor): non só consomen enerxía, senón que a producen e integran na rede. Isto cambiou completamente a estrutura e o funcionamento da rede. Ademais, a proliferación de baterías e puntos de carga de vehículos eléctricos que acumulan os excedentes de enerxía xerados polos paneis solares ha modificado os modelos de solicitude de enerxía de rede, o que require unha maior flexibilidade e coordinación.
Neste contexto, a xeración distribuída de enerxías renovables e o control intelixente do consumo volvéronse imprescindibles. Para garantir a estabilidade da rede eléctrica, é necesario equilibrar a produción e o consumo en todo momento, para o que a monitorización e a automatización a través das novas tecnoloxías son fundamentais.
Este cambio supuxo o paso ás redes eléctricas intelixentes, sistemas capaces de xestionar a variabilidade da enerxía renovable en tempo real, optimizar o consumo e mellorar a eficiencia. A dixitalización tivo un rol crave neste proceso, coa integración de sensores, sistemas de monitorización, contadores intelixentes e plataformas de xestión enerxética para controlar o estado da rede todo o tempo e tomar decisións en función da demanda.
A automatización moderna da rede eléctrica non sería posible sen o sistema de comunicacións. Dentro dela, a tecnoloxía de comunicación en liña eléctrica (PLC pola súa “Power Line Communication” en inglés) converteuse nun elemento fundamental. Os sistemas PLC utilizan a propia rede eléctrica como soporte para enviar e recibir datos sen cables adicionais. Isto débese a que as transmisións PLC se superponen sobre o sinal de potencia de 50/60 Hz, de modo que o fluxo de electricidade e as comunicacións de datos de tensión eficaz de 230 V propáganse simultaneamente a través da rede eléctrica. Iso permitiu, aproveitando a infraestrutura da rede de distribución de enerxía, a comunicación entre dispositivos intelixentes e a redución de custos de instalación.
Superposición de sinal de potencia de 50 Hz e transmisións PLC.
Mediante a tecnoloxía PLC, os contadores intelixentes, transformadores e outros compoñentes poden conectarse á rede para intercambiar información en tempo real. Isto permite monitorizar o consumo, detectar avarías e optimizar o funcionamento da rede. Esta tecnoloxía utiliza diferentes protocolos no rango de frecuencias de 2 kHz e 500 kHz, como PRIME, Meters&More e G3-PLC, cada un adaptado a diferentes aplicacións e requirimentos técnicos.
Cada vivenda e empresa ten polo menos un contador intelixente que almacena os datos de consumo de enerxía ou xeración. Estes datos transmítense de forma automatizada e non é necesaria a presenza dun técnico para rexistrar manualmente as lecturas. Esta información envíase a través dos cables da rede eléctrica aos concentradores de datos situados nos transformadores. Os concentradores reciben datos de varios contadores e logo envían esta información ás empresas enerxéticas. Para iso utilízanse diferentes tecnoloxías, como 3G, 4G, fibra óptica ou redes locais, en función da distancia da comunicación e da contorna tecnolóxica.
Ademais, os sistemas PLC incorporan mecanismos para aumentar a fiabilidade da rede. Os contadores intelixentes poden actuar como repetidores. É dicir, cando outro contador non se pode conectar directamente co concentrador, a información pode ser redireccionada a través dalgún dos contadores próximos. Deste xeito, a rede crea canles de comunicación alternativos e mantén a capacidade de transmitir datos de forma fiable mesmo en contornas de alta interferencia ou baixa cobertura. Este mecanismo mellora significativamente a resiliencia da rede e a solidez do sistema de comunicacións, e é esencial para unha distribución de enerxía intelixente e estable.
As comunicacións PLC utilízanse en todo o mundo e foron especialmente difundidas en varios países europeos como España, Francia, Italia e Alemaña. En España, por exemplo, o despregamento de contadores intelixentes realizouse principalmente por PLC, e empresas como Iberdrola e Endesa utilizaron esta tecnoloxía para impulsar a dixitalización da rede.
As tecnoloxías PLC presentan unha serie de desafíos técnicos. En primeiro lugar, a rede eléctrica non está deseñada para transmitir datos, e nalgúns casos as comunicacións non levan a cabo de maneira axeitada. Os fenómenos máis importantes que impiden as comunicacións PLC son as interferencias de emisións guiadas non desexadas, a impedancia variable da rede e a gran debilidade dos sinais.
Para empezar, as emisións guiadas non desexadas son os ruídos electromagnéticos que producen todos os electrodomésticos e dispositivos eléctricos conectados á rede eléctrica. Estes poden interferir cos sinais das comunicacións PLC, xa que ambos os fenómenos poden ocorrer na mesma banda de frecuencia. Ademais, estas emisións guiadas fanse máis evidentes nos dispositivos que implementan a electrónica de potencia, como os investidores de placas fotovoltaicas e os cargadores de vehículos eléctricos, que xeran ou consomen grandes cantidades de enerxía. Doutra banda, o enfraquecemento do sinal ocorre a grandes distancias, o que reduce a calidade da transmisión. Ademais, os sistemas PLC teñen un ancho de banda limitado, o que limita a capacidade de transmitir grandes cantidades de datos que poden afectar a aplicacións complexas. En canto á seguridade, dado que os datos se envían a través da rede eléctrica, os sistemas de encriptación e autenticación son necesarios para garantir a confidencialidade dos datos. Por último, en redes eléctricas vellas ou complexas a cobertura pode ser irregular, o que pode ocasionar lagoas de comunicación. Con todo, a pesar destes desafíos, a tecnoloxía PLC aínda desempeña un papel crave no desenvolvemento de redes eléctricas intelixentes e a dixitalización do sistema enerxético.
De face ao futuro, as comunicacións PLC evolucionarán de maneira importante para adaptarse ás crecentes esixencias das redes eléctricas intelixentes. Nesta evolución destaca a tecnoloxía PLC de ancho de banda (BPL), do inglés “Broadband over Power Lines”, versión avanzada de PLC que funciona nun rango de frecuencias de 1 MHz a 30 MHz. Os sistemas BPL ofrecen unha banda máis ancha, o que permite un aumento significativo da velocidade e capacidade de transmisión de datos, permitindo aplicacións máis complexas e servizos en tempo real. Esta tecnoloxía permite, por exemplo, integrar mediante PLC a xestión enerxética avanzada e a monitorización precisa do estado da rede. Ademais, os sistemas BPL ofrecen unha maior resistencia ás interferencias e ofrecen unha mellor cobertura tanto en contornas urbanas como industriais. Por iso, a BPL está a converterse nun dos alicerces básicos das redes enerxéticas intelixentes do futuro, e as empresas enerxéticas están a probar e implantando esta tecnoloxía de forma crecente, abrindo un camiño cara a unha dixitalización máis profunda da rede.
Comunicacións entre o PLC concentrador e os contadores intelixentes cun contador en modo repetidor.
O grupo de investigación TSR (Tratamento do Sinal e Radiocomunicaciones) da Escola de Enxeñaría de Bilbao da Universidade do País Vasco, leva dez anos traballando en sistemas de comunicacións para redes eléctricas intelixentes, especialmente na aplicación de tecnoloxía PLC. Unha das principais investigacións do grupo é o estudo das características da canle de comunicación PLC, co obxectivo de mellorar o rendemento e a fiabilidade da transmisión de datos a través da rede eléctrica.
Para iso, o grupo TSR desenvolveu os seus propios medidores para caracterizar o comportamento da rede entre 9 kHz e 10 MHz, así como ferramentas para analizar o enfraquecemento dos sinais PLC, a impedancia da rede e os mecanismos de interferencia. Estas medicións foron imprescindibles para identificar os mecanismos de interferencia que se producen nas comunicacións por PLC, ben mediante experimentos de laboratorio, ben mediante probas en redes reais. Os datos obtidos utilizáronse, ademais, en traballos de investigación metrolóxica para analizar a incerteza das técnicas empregadas polos instrumentos de medida da calidade de potencia.
O traballo do grupo TSR tamén tivo un gran impacto na estandarización internacional, participando nos proxectos europeos EMPIR-SupraEMI, EPM-Met4EVCS e EPM-SBS Uncert, financiados por EURAMET e a Unión Europea, e achegando aos grupos de traballo de organizacións como IEC, CENELEC e CIGRE na definición de novos estándares e nos procesos de elaboración de informes técnicos.
En resumo, os sistemas PLC convertéronse nunha das principais bases tecnolóxicas das redes eléctricas intelixentes de hoxe en día. A súa capacidade permite a transmisión de datos a través da mesma infraestrutura da rede eléctrica, o que permite controlar o consumo e a xeración distribuída en tempo real. Os sistemas PLC permiten a monitorización do estado da rede, a detección automática de avarías e a optimización dos fluxos de enerxía, contribuíndo así a garantir a eficiencia e a estabilidade da rede. De face ao futuro, tecnoloxías avanzadas como BPL aumentarán a capacidade de transmisión de datos, pero xa está claro que os sistemas PLC son imprescindibles no proceso de dixitalización e automatización da rede eléctrica.
Agradecementos
Este traballo foi financiado polo Goberno Vasco a través das axudas IT1910-26. Este traballo tamén foi financiado pola subvención PID2025-170561OB-I00 (proxecto SEFONIS) do Goberno de España, por MCIN/AEI/10.13039/501100011033 e o Fondo Europeo de Desenvolvemento Rexional (ERDF/UE).
Bibliografía
[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. “Diagnóstico of supraharmonics-related problems based on the effects on electrical equipment”. Electric Power Systems Research. 195. DOI: 10.1016/j.epsr.2021.107179.
[6] R. H. Anders Larsson; Math H. J. Bollen; Mats G Wahlberg. 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 ć CUK, en Sjef Cobb. 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.
Buletina
Bidali zure helbide elektronikoa eta jaso asteroko buletina zure sarrera-ontzian
