Investigar y desarrollar soluciones, tecnologías y herramientas para mejorar la capacidad de recuperación de las redes eléctricas ante eventos eléctricos y climatológicos adversos, garantizando un suministro de electricidad seguro y confiable, ha sido el objetivo del proyecto vasco Resinet que, tras dos años de investigación, ha presentado recientemente sus resultados en torno a tecnologías y herramientas de diseño, control y protección de activos energéticos para mejorar la resiliencia y la flexibilidad de la red eléctrica ante eventos eléctricos y climatológicos adversos en redes con gran penetración de convertidores.
Coordinado por Mondragon Goi Eskola Politeknikoa -con la colaboración de UPV/EHU a través de su Departamento de Ingeniería Eléctrica (GISEL), Ikerlan, Tecnalia, ZIV I+D y el Cluster de Energía– y financiado por el programa Elkartek 2023 del Gobierno Vasco, el proyecto Resinet ‘Redes eléctricas altamente resilientes: Diseño, control y protección de los activos energéticos para garantizar la robustez, flexibilidad y seguridad de suministro’ ha finalizado.
Recientemente se celebró un taller en el que los socios presentaron la investigación llevada a cabo, los resultados finales y las principales líneas de investigación de cara al futuro.
Herramienta con machine learning probabilístico
En el marco del proyecto Resinet se ha desarrollado una herramienta en base a IA – machine learning probabilístico, que integra modelos de dependencia multivariante basados en cópulas con técnicas de machine learning y forecasting para estimar la fiabilidad de componentes eléctricos ante eventos climáticos adversos, facilitando el despliegue de estrategias de mantenimiento predictivo.
Concretamente, se ha evaluado el impacto de las condiciones de operación-sobrecarga y meteo-ambientales en la degradación de transformadores eólicos y paneles solares en ubicaciones a escala global, y se ha desarrollado un framework para su modelado, validado en varios casos de estudio.
Además, para mejorar los algoritmos de protección frente a faltas eléctricas en redes dominadas por convertidores, se ha estudiado el impacto de la generación renovable en las protecciones de líneas de transporte. El modelado de faltas se ha llevado a cabo en plataformas de tiempo real para evaluar la influencia de los algoritmos de los controles en las unidades de protección de línea. Se han investigado las implicaciones de reemplazar generadores síncronos por generadores basados en convertidor y los fallos que provocan en estos casos los algoritmos tradicionales basados en corriente.
Estabilidad de redes dominadas por convertidores de potencia
También se ha abordado el desarrollo de algoritmos para mitigar el impacto de la generación renovable en la estabilidad de redes dominadas por convertidores de potencia. Durante el proyecto se han desarrollado métodos matemáticos avanzados para su uso en el modelado de redes eléctricas dominadas por convertidores, a fin de evaluar los márgenes de estabilidad del sistema eléctrico, y ajustar los lazos de regulación y desarrollar algoritmos activos de atenuación de oscilaciones de las etapas de potencia.
Se ha partido de la herramienta de modelado, simulación y análisis sistemático CSTEP, previamente elaborada por Tecnalia y Mondragon Goi Eskola Politeknikoa, y se han mejorado sus funcionalidades para extenderlas a sistemas multiarmónicos y multifrecuencia. Para resaltar sus aplicaciones potenciales, se ha validado la herramienta con varios casos de uso en diferentes tipos de sistemas, introduciendo variaciones de potencia en los convertidores.
De manera adicional, se ha propuesto un método para añadir a convertidores existentes la capacidad de identificación paramétrica de impedancias de red mediante la inyección de secuencias binarias pseudoaleatorias (PRBS). Mediante esta inyección, se ha propuesto un método de modelado de sistemas eléctricos complejos donde se desconocen los sistemas interconectados (caja negra), para obtener las ecuaciones de estado del sistema y reducir el orden de los modelos obtenidos.
Este análisis se ha validado mediante resultados de simulación en distintos escenarios, al igual que el método Sparse Identification of Non-linear Dynamics (SINDy). Con el objetivo de obtener las características dinámicas de dichos sistemas eléctricos complejos, en los que sólo se dispone de registros de medidas, se ha aplicado este método que permite obtener un modelo equivalente del sistema de orden reducido. De esta forma es posible evaluar la estabilidad del sistema y analizar su comportamiento ante la conexión de nuevos elementos.
Mejora de las funcionalidades de la herramienta CSTEP
Por otra parte, se han mejorado las funcionalidades de la herramienta CSTEP para permitir el modelado de sistemas multiarmónico y multifrecuencia, permitiendo así el análisis de sistemas lineales periódicos en el tiempo (LTP). Estos sistemas incluyen redes desequilibradas, o donde existan interacciones entre diferentes frecuencias de oscilación. Para resaltar sus aplicaciones potenciales, se ha validado la funcionalidad con varios casos de uso en diferentes tipos de sistemas, introduciendo variaciones de potencia en los convertidores.
En relación con la herramienta CSTEP, también se ha desarrollado un método para la optimización del diseño de convertidores de potencia conectados en paralelo a las redes eléctricas. Dicho método permite sintonizar el sistema, encuentra de manera automática un set de parámetros de control óptimo en diferentes escenarios de red. Para ello, se ha planteado un algoritmo multiobjetivo capaz de incorporar varios criterios de optimización – como la estabilidad, rise-time, overshoot, V-peak, VRT, entre otros – y se ha aplicado en un caso de estudio en baja tensión. El algoritmo planteado permite cambiar escenarios de red y se adapta a diferentes distancias y cargas.
En el proyecto también se han propuesto técnicas para mejorar la respuesta de los controles grid-forming en presencia de faltas en la red, y se han extendido estas técnicas para aportar servicios de regulación de frecuencia y tensión en redes híbridas AC/DC de manera simultánea con la regulación de la tensión del bus DC. Esta última estrategia de control se ha aplicado en el marco de una estación de recarga de vehículo eléctrico.
Almacenamiento distribuido en redes eléctricas inteligentes
De manera complementaria, en Resinet se ha investigado en el diseño y validación experimental en una plataforma compuesta por un sistema jerárquico digital de gestión de la energía (EMS), desplegado en una arquitectura edge-cloud, capaz de integrar sistemas de almacenamiento distribuidos en redes eléctricas inteligentes. Este EMS se ha validado con éxito en un banco de pruebas para un caso de estudio de autoconsumo para un edificio terciario, con una instalación compuesta por generación fotovoltaica y un sistema de almacenamiento, obteniendo un nivel de autoconsumo del 100% e incrementos significativos en los niveles de autosuficiencia y ahorro en la factura eléctrica.
La arquitectura propuesta constituye un paso más hacia la integración óptima de recursos energéticos distribuidos en la red eléctrica. Y gracias a la escalabilidad e interoperabilidad de la solución, se facilita la agregación de recursos y se abre la posibilidad de participación en futuros mercados de flexibilidad, avanzando en el camino hacia una red eléctrica más resiliente y fiable.
Futura investigación con Resinet+
Durante el proyecto Resinet, se han elaborado 15 publicaciones científico-técnicas y se han contemplado dos registros de software. Ahora, tras su finalización, se espera continuar con la investigación en el marco de un nuevo proyecto: Resinet+.
Como resultado principal en términos de transferencia de tecnología, los socios han colaborado -junto con otras empresas de la cadena de valor de redes eléctricas inteligentes en calidad de comité asesor- en la preparación de la nueva propuesta Resinet+, presentada en la convocatoria Elkartek 2025, y que aspira a dar continuidad a las investigaciones iniciadas en Resinet, así como incorporar nuevas líneas de trabajo para mejorar la resiliencia y la flexibilidad de la red eléctrica.