Evolución de las comunicaciones de red a medida que se virtualizan las subestaciones

Construcción de una nueva red para la subestación virtualizada

Las compañías eléctricas están trabajando arduamente para preparar sus redes ante la creciente demanda de energía, los fenómenos meteorológicos extremos y los nuevos imperativos de confiabilidad y sostenibilidad. La modernización de la tecnología operativa (TO) en las subestaciones es un factor crucial.

Para la mayoría de las empresas de servicios públicos, el objetivo principal de la modernización de la TO de las subestaciones será digitalizar los datos de los equipos primarios mediante el uso de los protocolos IEC 61850. Algunas empresas pioneras están dando un paso más al virtualizar los sistemas de automatización y control de protección (PAC).

Este enfoque avanzado simplificará la ingeniería y las implementaciones de subestaciones y facilitará el uso de las últimas innovaciones de TI para optimizar las operaciones de las subestaciones.

Pero las empresas de servicios públicos tienen un importante trabajo preliminar que realizar. Para que sus inversiones en digitalización y virtualización rindan frutos, deberán replantear y rediseñar sus redes de comunicaciones.

¿Por qué virtualizar la OT de la subestación?

La virtualización de OT está captando rápidamente la atención de las empresas de servicios públicos, ya que facilita la operación de subestaciones de forma más sencilla, ágil y sostenible. Los dispositivos PAC, como los dispositivos electrónicos inteligentes (IED), suelen ser específicos del fabricante e incorporan todos sus componentes y capacidades clave. Las empresas de servicios públicos recurren a un cableado complejo para conectar estos dispositivos a equipos primarios, como transformadores de corriente (TC) y transformadores de tensión (TT). Esto implica un gran esfuerzo, recursos y costes.

Figura 1: El cableado de la subestación puede ser complejo

Mediante la virtualización, las empresas de servicios públicos pueden aliviar las complicaciones del cableado, simplificar la instalación de subestaciones y ahorrar dinero. Por ejemplo, la virtualización de PAC permite a las empresas de servicios públicos:

• Reducir la cantidad de dispositivos PAC que necesitan en un 50 por ciento y más
• Reducir el costo operativo del PAC hasta en un 70 por ciento al administrar las funciones de forma remota, sin necesidad de visitas de técnicos
• Aproveche los estándares IEC 61850 para garantizar una interoperabilidad perfecta entre las funciones PAC de diferentes proveedores.

La interoperabilidad entre múltiples proveedores será esencial para aprovechar estos beneficios. Anteriormente, las empresas de servicios públicos debían interconectar múltiples dispositivos de un mismo proveedor para ejecutar una función PAC. Ahora, gracias a la interoperabilidad que ofrece la norma IEC 61850, pueden modelar, ejecutar, probar y validar funciones PAC que combinan capacidades de múltiples proveedores antes de usarlas en la red eléctrica. Esto aumenta la disponibilidad, refuerza la ciberseguridad y reduce los gastos de capital (CAPEX) del entorno PAC.

Muchas empresas de servicios públicos están ansiosas por comenzar con la virtualización de PAC. Grupos y comunidades del sector, como Edge for Smart Secondary Substation (E4S) Alliance y Virtual Protection Automation and Control (vPAC) Alliance, contribuyen a que esto sea posible mediante el desarrollo de arquitecturas de virtualización abiertas y basadas en estándares. El creciente número de miembros —actualmente 27 empresas para E4S y 34 para vPAC, muchas de ellas compañías eléctricas— demuestra que la virtualización de subestaciones es una prioridad absoluta en el sector. 

IEC 61850 impulsa la virtualización en la subestación y más allá

Las compañías eléctricas están adoptando progresivamente las normas IEC 61850 en su objetivo final de implementar subestaciones totalmente virtualizadas. La virtualización de las instalaciones IEC 61850 facilita la interacción de equipos primarios, dispositivos electrónicos de desconexión (IED) y sistemas de control. Con la virtualización completa, todo en la subestación se convertirá en una función de software. Esto reducirá la necesidad de dispositivos físicos y facilitará las tareas de ingeniería y mantenimiento.

Los mayores volúmenes y la calidad de los datos generados por las comunicaciones IEC 61850 abren la puerta para que las empresas de servicios públicos utilicen análisis de Big Data, aprendizaje automático, gemelos digitales y aplicaciones de inteligencia artificial (IA) para crear eficiencias, respaldar el mantenimiento predictivo y optimizar las operaciones de las subestaciones.

Las empresas de servicios públicos también pueden ampliar el alcance de IEC 61850 y la virtualización más allá de la subestación, por ejemplo, mediante el uso de automatización y control de protección y administración de áreas amplias (WAMPAC) para tomar decisiones más inteligentes y rápidas en cada parte de la red.

El viaje hacia la virtualización de subestaciones

¿Cómo hacen las empresas de servicios públicos la virtualización de subestaciones? El proceso comienza en el patio de maniobras y consta de cuatro pasos principales:

1. Digitalización: Las empresas de servicios públicos deben comenzar por digitalizar la información lo más cerca posible del equipo primario. Esto incluye datos de TC y TT, así como datos de alta calidad sobre sensores de corriente y de fusión del bus de proceso.
2. Centralización: Tras digitalizar los datos de los equipos primarios, las empresas de servicios públicos pueden centralizar todos los dispositivos PAC. Dado que todos los dispositivos IEC 61850 utilizan interfaces Ethernet y protocolos IP, la interconexión entre dispositivos se simplifica. Esto también permite implementaciones de PAC más sencillas, seguras y flexibles.
3. Sincronización: Las compañías eléctricas necesitan implementar una solución robusta de distribución de sincronización horaria en la red de comunicación de la subestación para facilitar la digitalización. Una solución ideal se basará en el Protocolo de Sincronización de Precisión (PTP) definido en IEEE 1588v2 y el Perfil de Compañía Eléctrica PTP definido en IEC 61850-9-3. Esta es la base de cualquier red basada en IEC 61850.
4. Virtualizar: El último paso es virtualizar las funciones del PAC. Las empresas de servicios públicos podrían empezar ejecutando las funciones del PAC en máquinas virtuales o en contenedores en plataformas de computación virtualizadas. Funciones menos críticas, como la calidad de la energía y el registro de fallas, podrían formar parte de la primera fase de virtualización, seguidas de otras funciones como la protección de transformadores y barras colectoras, seguidas de la protección de distancia y, finalmente, la protección diferencial de línea. 

Un modelo de red para subestaciones virtualizadas

Las empresas de servicios públicos necesitan un nuevo modelo de red de comunicaciones que respalde estos cuatro pasos y satisfaga las exigentes demandas de rendimiento de las subestaciones digitalizadas y los sistemas PAC virtualizados. La nube privada desempeña un papel fundamental en esta nueva arquitectura. Muchas empresas de servicios públicos lo reconocen y ya están extendiendo las redes de nube privada desde el centro de datos hasta sus subestaciones para poder comenzar a virtualizar sus casos de uso clave.

Dentro de la subestación, el plano debe incluir un enrutador y conmutadores que proporcionen dominios LAN segregados para sistemas OT, IEC 61850 y de TI heredados, como se muestra en la Figura 1. El plano de red debe abarcar la red de la subestación, la red de área extensa (WAR) y la red del centro de datos, y proporcionar conectividad integral resiliente. También debe ser compatible con PTP resiliente y de alto rendimiento para distribuir la sincronización precisa a través de la WAN a los sistemas PAC y otras aplicaciones virtualizadas en todas las subestaciones.

Figura 2: Arquitectura de red para la virtualización de OT y PAC de subestaciones

Una red ideal garantizará que las empresas de servicios públicos tengan la flexibilidad de incorporar tecnologías innovadoras como contenedores, IA y edge computing a la subestación. También les brindará la confianza para migrar sus sistemas de gestión central a la nube, sin dejar de cumplir con sus requisitos de fiabilidad, resiliencia y calidad de servicio (QoS).

El plan debe brindar a las compañías eléctricas una manera de integrar todos los sistemas OT y PAC de la subestación con las aplicaciones que residen en la nube OT dentro de los centros de datos que los respaldan. La mejor estrategia es extender la red OT en la nube a través de la red, desde el bus de la subestación hasta el enrutador de la subestación, la WAN y la estructura del centro de datos. Las comunicaciones de extremo a extremo garantizarán que las funciones de protección de la subestación puedan funcionar con el software de aplicación del centro de datos para mantener la red funcionando de forma segura y eficiente.

Descubra más

Las subestaciones virtualizadas son el futuro y su red debe estar preparada para soportarlas. Contamos con recursos que pueden ayudarle a ponerse al día.

Vea este seminario web para obtener más información sobre los impulsores, casos de uso, desafíos y beneficios de la virtualización de OT. También obtendrá información sobre cómo su red puede evolucionar para facilitar la transición a la virtualización.

Lea este documento técnico para obtener más información sobre cómo las normas IEC 61850 pueden ayudarlo a virtualizar subestaciones y brindar mayor interoperabilidad, automatización y escalabilidad a su entorno PAC. NOKIA Blog. D. V. Traducido al español