Transformadores Inteligentes de Estado Sólido

La preservación del medio ambiente y sus recursos naturales es uno de los principales retos de la sociedad moderna. El cambio climático y la reducción de Gases de Efecto Invernadero (GEI) es uno de los temas de mayor relevancia en la agenda de los países comprometidos con superar el reto y con lograr un desarrollo sostenible.

Las redes eléctricas son una de las principales fuentes de GEI, por esta razón su modernización es una de las acciones más demandadas en las regiones con mayor desarrollo a nivel mundial. Para hacer frente a estas acciones, investigadores y tecnólogos de diversas áreas de la ciencia y la tecnología han orientado sus actividades de Investigación, Desarrollo Tecnológico e Innovación (I+D+i) hacia el desarrollo de REI.

Actualmente no existe una definición única, universalmente aceptada, sobre el concepto de REI. Sin embargo, en términos generales puede decirse que son redes eléctricas convencionales que integran modernas tecnologías electrónicas que permiten mantener un flujo bidireccional de energía e integrar canales de comunicación y control para mejorar el transporte de electricidad desde los puntos de generación hasta el usuario final con el objetivo de operarEFICIENTEMENTE, MINIMIZANDO COSTOS e IMPACTOS AMBIENTALES y MAXIMIZANDO su CONFIABILIDAD, FLEXIBILIDAD y ESTABILIDAD.

La transformación de una red eléctrica convencional a una REI implica la descentralización de los sistemas de generación, permitiendo la integración e interacción de sistemas de generación distribuida con el objetivo de mejorar e incrementar los niveles de calidad y servicio, además de contar con la participación del usuario en la toma de decisiones. De esta forma, el sistema principal de suministro eléctrico se convertiría en uno que tenga la capacidad de monitorear y controlar el flujo de potencia para canalizarlo a los puntos de la red eléctrica donde sea necesario; también proporcionaría la habilidad de gestar nuevas formas de compensación ante las numerosas perturbaciones comunes en los sistemas eléctricos actuales. Adicionalmente la interacción con la red de comunicación (internet) ofrecería una vía de enlace entre las empresas suministradoras de energía y el usuario del sistema eléctrico. La evolución de una red eléctrica convencional hacia una REI requiere que se integren funciones básicas de:

Uno de los programas más importantes a nivel mundial sobre el tema de REI, el Future Renewable Electric Energy Delivery and Managment (FREEDM) System Center, estableció en 2008 que en el esquema de operación de las futurasREI existen cinco tecnologías que destacan como elementos fundamentalespara su exitosa implementación:

De estas cinco tecnologías los TIES son considerados la PIEDRA ANGULAR para la implementación de REI. Así lo señaló el Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrónica (IEEE) en su investigación sobre REI, nombrándola “Disruptive Technology“. Así mismo, la revista MIT´s Technology Review declaró, en 2011, a los TIES como una de las Diez más Importantes Tecnologías Emergentes de los Últimos Años.

Técnicamente hablado los TIES están integrados por 1 Convertidor de Energía Eléctrica de Corriente Alterna a Directa (CA/CD), 1 Convertidor de Corriente Directa a Directa (CD/CD) con enlace galvánico de Alta Frecuencia oTransformador de Alta Frecuencia (TAF), 1 Convertidor de Corriente Directa a Alterna (CD/CA) y una Plataforma electrónica de Control y Comunicaciones (PCC) para interconexión con una REI, como se muestra en la Figura 4.

La PCC contiene un sistema embebido de última generación y sistemas operativos en tiempo real (del inglés Real Time Operative Systems – RTOS) que dotan al TIES de sus funciones “INTELIGENTES”. Los TIES también son conocidos como Transformadores de Estado Sólido (del Inglés, Solid State Transformers – SST).

Los TIES, al igual que los transformadores de distribución convencionales, pueden elevar o reducir los niveles de voltaje en CA con las ventajas adicionales de:

• Permitir flujo bidireccional de energía, con lo cual se podrían instalar sistemas de generación distribuida (paneles solares, aerogeneradores, micro-turbinas, etc.) y almacenadores de energía;
• Alimentar cargas en CD, lo cual simplificaría la instalación de estaciones de carga para vehículos eléctricos en un futuro cercano;
• Modificar en línea características de magnitud de corriente, voltaje y frecuencia, lo que sería equivalente a contar con un transformador reconfigurable capaz de responder a las fallas producidas en el lado de la red eléctrica o en el lado del usuario (caídas y subidas de voltaje, apagones cortos, etc.);
• Mejorar la calidad de la energía, con lo cual se evita que fallas producidas por el usuario final se propaguen a la red eléctrica y se reduzca el costo de mantenimiento de la red;
• Distribuir eficientemente la energía gracias a su sistema de comunicación, lo que resultaría en la aplicación de mejores prácticas de producción y consumo en la red eléctrica actual;
• Reducir considerablemente el peso y espacio físico ocupado, comparado con los transformadores convencionales de potencia equivalente su tamaño físico y peso es de 1:100, lo cual reduciría significativamente los gastos de transporte en la etapas de instalación, además de que sería más atractivo en esquemas de distribución industrial, comercial y de tracción (trenes, barcos y aviones);
• Reducir significativamente el uso de cobre, aceite mineral y otros líquidos dieléctricos que contaminan el medio ambiente y los mantos freáticos. En México, el robo de transformadores para extraer el cobre es una práctica común. Esto representa una importante amenaza para el medio ambiente, pues su mal manejo durante el hurto ocasiona que se contaminen la tierra y los mantos freáticos al derramarse el aceite que contiene el transformador. Por el hecho de que el TIES pueda contener poca cantidad de cobre NO resultará atractivo para su sustracción y por tanto NO representará un peligro para el medio ambiente;
• Integrar inherentemente sistemas SCADA en tiempo real, con la ventaja adicional de contar con sistemas embebidos de última generación y RTOS.

Los TIES presentan numerosas ventajas sobre los transformadores de distribución convencionales y es un hecho que se convertirán en componentes indispensables de las futuras REI. Por esta razón resulta indispensable invertir en el desarrollo de esta Innovadora Tecnología para acondicionarla a las necesidades de la red eléctrica nacional y contribuir al desarrollo de una REI en México.

Los Transformadores de distribución eléctrica convencionales son una tecnología altamente eficiente que ha perfeccionado su funcionamiento a lo largo de los años desde su invento. Sin embargo, hoy en día necesita evolucionar para poder integrarse a los futuros esquemas de distribución eléctrica. Los TIES son la próxima generación en tecnologías de distribución eléctrica. Son una tecnología innovadora que integra los beneficios de las tecnologías digitales dentro de las redes eléctricas. Figura 5. Transformadores convencionales vs TIES.

 
Fuente: licore.org