Instituto Tecnológico de la Energía, (ITE)

Implementación del HUB para comunicaciones CAN

La electrónica de potencia desempeña un papel esencial en la modernización de la red, permitiendo la integración eficiente de energías renovables y mejorando la estabilidad del sistema eléctrico.El proyecto RESAIN tiene como objetivo afrontar los retos que se presentan en la electrónica de potencia, desde la fiabilidad de los componentes, integración de estos en la red, y la seguridad de la operación.

La transición energética en Europa y España está impulsada por planes ambiciosos como el Pacto Verde Europeo, que busca la neutralidad climática para 2050, y el Plan REPowerEU, destinado a acelerar la independencia energética y la adopción de renovables. En España, la Estrategia de Descarbonización a Largo Plazo y el Plan Nacional Integrado de Energía y Clima (PNIEC) 2021-2030 establecen objetivos como la reducción del 23% de las emisiones para 2030 y la instalación de 160 GW de capacidad renovable. En este contexto, la electrónica de potencia desempeña un papel esencial en la modernización de la red, permitiendo la integración eficiente de energías renovables y mejorando la estabilidad del sistema eléctrico.

Sin embargo, su despliegue plantea desafíos en términos de fiabilidad y seguridad, ya que los convertidores electrónicos de potencia, como inversores fotovoltaicos, deben garantizar compatibilidad, eficiencia y respuesta ante fallos. Por otra parte, la incorporación de nuevos activos energéticos, como el hidrógeno, requiere que la electrónica de potencia se adapte a estas nuevas tecnologías para poder dar respuesta a los retos de integración con la red que se presentan. Para dar respuesta a esta necesidad tecnológica, desde el Centro Tecnológico de la Energía (ITE) comenzamos en 2022 con el proyecto RESAIN, con el objetivo de afrontar estos retos que se presentan en la electrónica de potencia, desde la fiabilidad de los componentes, integración de estos en la red, y la seguridad de la operación.

Resultados 2024 proyecto RESAIN
Por ello, a lo largo del proyecto RESAIN se ha desarrollado una metodología de ensayo para caracterizar el envejecimiento de los componentes críticos que forman los convertidores electrónicos de potencia, y se ha diseñado un banco de pruebas que permita realizar modelos de degradación y estimar la pérdida de prestaciones de los sistemas, así como realizar comparaciones cualitativas de la idoneidad de componentes discretos. Este resultado permitirá a los desarrolladores de electrónica conocer cómo evolucionan sus equipos a lo largo de su vida útil y dotarlos de mejores prestaciones, así como desarrollar nuevas técnicas de mantenimiento predictivo.

Metodología de ensayo de envejecimiento acelerado de componentes

En lo referente a la integración de nuevas fuentes de energía, desde ITE se ha desarrollado y prototipado un convertidor DC-DC bidireccional de 10 kW, cuyo uso principal es la integración de la generación y utilización de hidrógeno en la red, sobre el cual se están desarrollando algoritmos de control destinados a la optimización de estos procesos. Esta tecnología también pretende potenciar el desarrollo de conocimiento en las redes híbridas de distribución, en las que ITE está trabajando, y son pieza clave para la integración de recursos distribuidos de generación. Siguiendo con esta línea, actualmente se está desarrollando un prototipo de AC-DC bidireccional de 7.4 kW para redes híbridas que pretende complementar el desarrollo anterior bajo una prueba de concepto de distribución en AC y DC.

Diseño de la cara anterior del convertidor DAB desarrollado por ITE

Una pieza clave para que estos sistemas puedan operar de forma coordinada es establecer cierta interoperabilidad entre ellos, por eso paralelo a su desarrollo, en el proyecto RESAIN, se ha trabajado en la implementación de un protocolo de interoperabilidad para convertidores basado en CAN, permitiendo desarrollar controles avanzados de diversas etapas de potencia. Estos resultados del proyecto permitirán el desarrollo de algoritmos de gestión y control de redes avanzados para la hibridación de la distribución eléctrica.

Por último, en la parte de seguridad de la red y de operación de la electrónica, en el proyecto RESAIN se ha estudiado las protecciones de la red y se ha diseñado un escenario de pruebas basado en Hardware-in-the-Loop (HiL), en el cual pueden simularse situaciones de emergencia de la red y realizar estudios de cómo deben actuar las protecciones y como la electrónica debe dar respuesta para dar soporte a la red. Este ecosistema de simulación, al finalizar el proyecto, se expandirá a Power-HiL, permitiendo dar el salto de estas simulaciones a las señales reales presentes en la red y su consecuencia eléctrica.

Consola de control en tiempo real vía Simulink.

Todos estos resultados obtenidos en 2024 están orientados a seguir la estrategia del ITE en el desarrollo de nuevas tecnologías de electrónica de potencia en las redes del futuro. Con la finalización del proyecto RESAIN en junio de 2025 se espera obtener una versión final de estos resultados y prototipos, permitiendo seguir con trabajos futuros orientados en esta línea, desarrollando y validando tecnología que permita el cumplimiento de los planes de electrificación y descarbonización nacionales y europeos.

El proyecto RESAIN, con expediente IMAMCA/2023/9, cuenta con la financiación del Instituto Valenciano de Competitividad e Innovación (IVACE+i) mediante convenio de I+D con Generalitat Valenciana dentro de las ayudas dirigidas a centros tecnológicos de la Comunitat Valenciana.