En la actualidad, numerosas empresas de Utilities se enfrentan al desafío de adaptar y transformar sus infraestructuras tradicionales en subestaciones digitales. La digitalización de subestaciones no es una tendencia pasajera, sino que representa el presente y el futuro. Las empresas de misión crítica están buscando formas de mejorar su seguridad y optimizar las operaciones.
En este artículo, vamos a ver en mayor profundidad el concepto de subestación digital.

¿Qué es una Subestación Digital?

Una Subestación Digital es una versión de subestación moderna y avanzada tecnológicamente.

Las subestaciones digitales utilizan modernos sensores, redes de comunicaciones avanzadas y dispositivos inteligentes para monitorizar, controlar y gestionar los activos eléctricos. En cambio, las infraestructuras tradicionales dependen de sistemas analógicos y muchos procesos manuales.

En su conjunto, una subestación digital utiliza tecnologías digitales para proveer control remoto, mantenimiento predictivo y monitorización en tiempo real de equipos críticos de distribución de energía.

Aspectos clave de una subestación digital

• Dispositivos electrónicos inteligentes (IEDs): las subestaciones digitales están equipadas con IEDs, tales como relés digitales, controladores lógicos programables (PLC) y medidores inteligentes, que permiten el control y la monitorización automatizada de equipos eléctricos. Además al respaldar funcionalidades avanzadas como el balanceo de carga, esquemas de protección adaptativa y detección, aislamiento y restauración de fallas (FDIR), estos dispositivos aumentan la confiabilidad y efectividad de los sistemas de distribución de energía.
• Sensores avanzados: muestran variables como la calidad del suministro de energía, el voltaje, la corriente y la temperatura en tiempo real. Estos sensores permiten la monitorización proactiva y el mantenimiento predictivo de los activos eléctricos.
• Redes de comunicación basadas en Ethernet: estándares como el IEC 61850 facilitan la integración y la interoperabilidad de dispositivos y sistemas dentro de la subestación digital. Las subestaciones, los centros de control y otros componentes de la red pueden comunicarse en tiempo real.
• Nivel de proceso digitalizado: la introducción del bus de proceso y los NCIT facilita el procesamiento digital de datos críticos.
• Analítica de datos: Las subestaciones digitales utilizan algoritmos de aprendizaje automático (ML) y analítica avanzada para grandes volúmenes de datos generados por sensores y dispositivos.
• Soporte de gestión de activos: los datos de una subestación digital son utilizados para la gestión proactiva de activos, asignación de recursos y tareas de mantenimiento preventivo.
• Ciberseguridad: la seguridad viene implícita, pues es importante que la subestación digital esté protegida de amenazas y ofrezca garantías de integridad de los sistemas.

¿En qué se diferencian una subestación convencional y una digital?

Las subestaciones tradicionales dependen de la tecnología analógica y operaciones manuales, utilizando transformadores de instrumentos y sistemas de control convencionales. Estas subestaciones suelen requerir una infraestructura física amplia. Además, pueden presentar restricciones en cuanto a la recolección y procesamiento de datos.

En cambio, las subestaciones digitales aprovechan tecnologías y medios avanzados como los Dispositivos Electrónicos Inteligentes (IEDs), redes de comunicación basadas en Ethernet y análisis de datos en tiempo real. Estas subestaciones cuentan mecanismos de automatización, monitorización en remoto y capacidades de diagnóstico avanzadas.

Tabla comparativa: Diferencias clave entre Subestación Digital y Tradicional

Aspecto	Subestaciones Tradicionales	Subestaciones Digitales
Tecnología	Emplea tecnología analógica y operaciones manuales.	Utiliza tecnologías digitales avanzadas y sistemas de automatización.
Protocolos de comunicación	Depende de protocolos propietarios e interoperabilidad es limitada.	Utiliza protocolos estándar como IEC 61850, DNP3 y Modbus y brinda mayor interoperabilidad.
Redes de comunicación	Capacidades de comunicación limitadas (tecnologías antiguas y sistemas propietarios).	Utiliza redes de comunicación basadas en Ethernet.
Dispositivos	Depende de dispositivos convencionales como relés electromecánicos y medidores analógicos.	Utiliza dispositivos avanzados como relés digitales, sensores y medidores inteligentes.
Tecnología de medición	Se basa en tecnologías de medición convencionales con capacidad de medición limitada.	Utiliza tecnologías de medición innovadoras como NCITs para mediciones precisas y un amplio rango dinámico.
Mantenimiento	Requiere intervenciones manuales frecuentes para el mantenimiento.	Admite monitorización proactiva y mantenimiento predictivo.
Monitorización en remoto	Carece de capacidades de monitorización y diagnóstico remoto.	Monitorización en remoto y en tiempo real. También ofrece mantenimiento predictivo y monitorización basada en condiciones.
Automatización	Automatización limitada del proceso con control manual predominante.	Incorpora automatización avanzada con lógica programable y control remoto.
Ciberseguridad	Medidas limitadas de ciberseguridad.	Implementa protocolos y medidas de ciberseguridad robustos, habilitando encriptación y autenticación.
Redundancia	Mecanismos de redundancia limitados.	Incorpora componentes redundantes y arquitecturas tolerantes a fallos para una mayor confiabilidad y resistencia.

Dispositivos comunes en las Subestaciones Digitales:

Dispositivos electrónicos Inteligentes (IEDs)

Los Dispositivos Electrónicos Inteligentes, o IEDs, son característicos en las subestaciones digitales. Realizan diversas funciones como protección, medición, control y monitorización.

Relés Digitales

Los relés digitales son IEDs especializados que protegen los circuitos y los equipos eléctricos de fallas, sobrecargas y otras situaciones anormales. Monitorizan constantemente parámetros eléctricos como corriente, voltaje y frecuencia. Se encargan de activar o desconectar interruptores para aislar secciones defectuosas del sistema cuando sea necesario.

Los relés digitales se comunican con otros dispositivos en la subestación a través de protocolos de comunicación estandarizados como IEC 61850, Modbus o DNP3.

Controladores Lógicos Programables (PLCs)

Los Controladores Lógicos Programables, o PLCs, son IEDs que se utilizan para la automatización y control de procesos dentro de la subestación. Estos dispositivos ejecutan funciones lógicas, operaciones secuenciales e interactúan con diversos sensores, actuadores y equipos.

Los PLCs se comunican con otros dispositivos y sistemas utilizando protocolos de comunicación como Modbus TCP/IP, Profibus o Ethernet/IP, lo que les permite intercambiar datos y señales de control con dispositivos externos y el sistema de control central.

Unidad Terminal Remota (RTU)

Las Unidades Terminales Remotas, también conocidas como RTUs, se despliegan en subestaciones para recopilar datos de sensores e IEDs en toda la instalación. Estas unidades recopilan, procesan y envían esta información al sistema de control central para que pueda ser observada y analizada.

Las RTUs suelen usar protocolos de comunicación como DNP3, IEC 60870-5 o Modbus RTU para interactuar con sensores, IEDs y estación maestra, lo que facilita un intercambio eficiente de datos y control.

Transformadores de instrumentos no convencionales (NCITs)

Los NCITs son dispositivos modernos utilizados en subestaciones digitales para medir parámetros eléctricos como corriente y voltaje.

A diferencia de los transformadores de instrumentos convencionales, los NCITs utilizan técnicas de detección óptica o capacitiva para medir directamente las señales eléctricas, ofreciendo ventajas como mayor precisión, mayor ancho de banda e inmunidad a las interferencias magnéticas.

Protocolos comúnmente utilizados en las subestaciones digitales:

IEC 61850

IEC 61850 es un estándar internacional para el diseño y operación de sistemas de automatización de subestaciones. Define un conjunto de protocolos de comunicación, como MMS, GOOSE, SMV y SV; modelos de datos y guías de ingeniería para la comunicación interoperable entre dispositivos y sistemas en la subestación.

Adicionalmente, cabe mencionar protocolos como: Modbus, DNP3, Protocolo de Redundancia Paralela (PRP), Redundancia sin Interrupción de Alta Disponibilidad (HSR) y Protocolo de Tiempo de Precisión (PTP).

Retos de la digitalización de subestaciones

A pesar de las expectativas que genera la digitalización de las subestaciones, los profesionales se encuentran con varios desafíos.

• La Integración de infraestructura heredada con los sistemas digitales modernos presenta un importante desafío, requiere de planificación y ejecución eficientes.
• La ciberseguridad es crucial en las subestaciones digitales, ya que se convierten en objetivos vulnerables para las amenazas cibernéticas.
• IEC 61850 supone un desafío debido a la necesidad de garantizar la compatibilidad y el cumplimiento al integrar soluciones digitales en las subestaciones.
• Gestionar eficazmente los datos es un desafío en las subestaciones digitales, ya que es necesario desarrollar estrategias para manejar y analizar grandes volúmenes de información generada por sensores y dispositivos.
• La capacitación y el desarrollo de habilidades requieren invertir en programas  de formación para el personal.

Estado actual de las subestaciones digitales

Las empresas están en diferentes etapas de implementación de subestaciones digitales. Algunas están explorando proyectos piloto, mientras que otras ya adoptan tecnologías avanzadas para optimizar el rendimiento de la red eléctrica.

Tecnologías emergentes como la Inteligencia Artificial (IA), el Aprendizaje Automático (ML), el Internet de las Cosas (IoT) y el análisis de Big Data están desempeñando roles cada vez más vitales en mejorar las capacidades y funcionalidades de las subestaciones digitales. A su vez, los avances en Computación en el Borde (Edge Computing) y Computación en la Nube están facilitando el procesamiento y análisis de datos en tiempo real.

Como resultado, el panorama de las subestaciones digitales cambiará a medida que las empresas continúen desarrollando e incorporando estas nuevas tecnologías, lo que conducirá a avances aún mayores en el rendimiento y la gestión de la red eléctrica.

Nuestra solución para la subestación digital

Con más de tres décadas de experiencia en la industria de Utilities, estamos desarrollando activamente una solución de monitorización de subestaciones digitales y proporcionando servicios de consultoría. Con nuestra tecnología, los operadores pueden monitorizar eventos en tiempo real, estado de dispositivos, mapas y métricas.

¿Cómo podemos ofrecer información inmediata sobre el rendimiento, la salud y el estado de los dispositivos?

Nuestro sistema optimiza el control y la gestión de múltiples tecnologías, dispositivos y protocolos a través de una sola plataforma, mejorando la inteligencia operativa y reduciendo costos.

A su vez, te permite recopilar estados y métricas de salud de dispositivos, gestionar eficazmente la información recuperada y ofrece una opción sólida para mantener un inventario actualizado de tus activos críticos.

¿Tienes un proyecto de digitalización de subestación en mente? Cuéntanos más sobre tus metas, y exploraremos cómo podemos cumplir con tus requerimientos.