Cap a les ciutats intel·ligents.

El futur de les ciutats, tal com les coneixem, està canviant ràpidament, avançant cap a un model de ciutat intel·ligent. De fet, la infraestructura necessària per fer realitat aquestes ciutats ja s'està construint.

Gràcies a l'ús de tecnologia avançada, les ciutats poden automatitzar molts dels seus serveis. Per garantir el bon funcionament d'una ciutat intel·ligent, es recullen dades de diverses fonts, com ara els telèfons mòbils i els sensors connectats a xarxes d'alta velocitat. Aquestes dades es processen amb l'ajuda d'ordinadors que utilitzen intel·ligència artificial i tècniques de deep learning per analitzar-les i predir tendències que afecten la ciutat.

Alguns dels usos més comuns d'aquesta tecnologia en ciutats intel·ligents inclouen la gestió del trànsit i dels residus. Per exemple, el reconeixement de matrícules pot identificar vehicles que infringeixen les normes de trànsit, mentre que els algorismes de deep learning poden ajudar a regular el flux de trànsit anticipant congestions. A més, es poden reduir les emissions de CO2 informant els conductors sobre possibles retards i oferint rutes alternatives. Pel que fa a la gestió de residus, mitjançant programes d'IA, es poden classificar de manera eficient els materials reciclables i controlar els nivells de capacitat dels contenidors per optimitzar la seva recollida.

Per millorar les ciutats i fer-les més intel·ligents, és essencial oferir formació que ensenyi els fonaments necessaris per transformar un municipi en àmbits com l'assistència sanitària, el transport, l'energia i la seguretat. Aquesta formació ha d'incloure tant els aspectes tècnics com els socials, per assegurar que els canvis siguin sostenibles i beneficiosos per a la comunitat.

Call entendre la història i l'impacte social darrere de les ciutats intel·ligents, ja que això permet establir unes bases sòlides per al desenvolupament eficient d'aquestes. Analitzar exemples de ciutats intel·ligents arreu del món ens pot oferir una visió clara de com han evolucionat i com les innovacions tecnològiques han transformat la vida quotidiana de les persones, tant en aspectes positius com en reptes que cal afrontar.

En l'àmbit de la sanitat, els professionals mèdics han d'estar ben formats en les noves tecnologies que permeten gestionar digitalment les dades de salut. Això inclou comprendre com funcionen sistemes avançats com la impressió 3D per a la creació de pròtesis i models anatòmics, la cirurgia robòtica que millora la precisió quirúrgica, i la telemedicina, que facilita l'accés a l'atenció mèdica des de qualsevol lloc. A més, és fonamental garantir que aquestes innovacions es despleguin d'una manera que protegeixi la seguretat i la privacitat de les dades mèdiques, amb un focus especial en els protocols de ciberseguretat.

Pel que fa al transport, les ciutats intel·ligents depenen de sistemes de transport intel·ligents que han de tenir en compte la seguretat viària, l'aparcament, la gestió del trànsit i la reducció d'emissions. Aquestes tecnologies ajuden a optimitzar el trànsit urbà, evitant congestions i reduint la contaminació, alhora que milloren la qualitat de vida dels ciutadans amb un transport més eficient i sostenible.

En relació amb l'energia, les ciutats intel·ligents han de respondre a les necessitats creixents de distribució sostenible. La implementació de tecnologies de xarxes intel·ligents (smart grids) permet una gestió eficient de l'energia, integrant fonts renovables com l'energia solar i l'eòlica. Això no només millora l'eficiència energètica a les llars i empreses, sinó que també redueix la petjada de carboni de les ciutats.

No obstant això, amb la integració creixent de tecnologies en una plataforma comuna, les ciutats intel·ligents es tornen més vulnerables a ciberatacs i violacions de dades. Per tant, és imprescindible formar els professionals i els responsables municipals en ciberseguretat. Han de conèixer els diferents tipus de ciberatacs, com poden afectar la seguretat i la privacitat de les persones, i com mitigar els riscos associats. La seguretat cibernètica no només protegeix la infraestructura tecnològica, sinó també els drets i la confiança dels ciutadans.

En definitiva, la transformació cap a ciutats intel·ligents requereix una combinació de formació tècnica, comprensió social i desenvolupament tecnològic, sempre amb una mirada cap a la seguretat i la sostenibilitat.

Ramon Gallart

Estratègies de control per a les Microxarxes

 1. Introducció

L'augment de la penetració de les energies renovables, especialment dels sistemes fotovoltaics solars (PV), als sistemes elèctrics planteja reptes i oportunitats. Les microxarxes (MG) s'han convertit en una infraestructura per integrar aquestes fonts d'energia a la xarxa, oferint una gestió energètica fiable i eficient tant en modes connectats a la xarxa com aïllats. Tot seguit, es revisen tècniques de control avançades per gestionar les operacions de les MG, les transicions entre els modes d'operació, les estratègies de sincronització i la previsió d'irradiació solar per garantir una generació i subministrament d'energia estables i robustos.

2. Control jeràrquic en les Microxarxes

Les microxarxes solen utilitzar un esquema de control jeràrquic que consisteix en tres nivells: control primari, secundari i terciari. Aquesta estructura està dissenyada per complir diversos requisits operatius, assegurant un rendiment òptim tant en escenaris connectats a la xarxa com en mode aïllat.

• Control Primari: Aquest nivell garanteix l'estabilitat local de les unitats de generació distribuïda (DG) ajustant autònomament la tensió i la freqüència, operant a una ràpida velocitat de resposta.
• Control Secundari: És responsable de corregir les desviacions de freqüència i tensió causades per les unitats DG en mode de control primari. Corregeix els desequilibris a un horitzó temporal més llarg.
• Control Terciari: Aquest nivell optimitza el flux de potència i l'intercanvi d'energia entre la MG i la xarxa elèctrica. Garanteix que s'assoleixi l'eficiència econòmica i operativa màxima de la MG.

Un exemple d'aquest sistema de control jeràrquic és el Grup de Coordinació de Control Multi-Agent (MCCG), dissenyat per a una microxarxa intel·ligent basada en inversors de maerna que assegura l'equilibri de tensió i freqüència, gestionant eficaçment les transicions entre diferents modes operatius.

3. Transició Entre els Modes Connectat a la Xarxa i Aïllat

Una de les funcions més crítiques d'una microxarxa és garantir una transició sense interrupcions entre els modes connectat a la xarxa i aïllat. Aquesta capacitat és fonamental per minimitzar els transitoris, protegir les càrregues locals i mantenir l'estabilitat del sistema durant les transicions operatives. Diverses estratègies s'han proposat per aconseguir una transició suau.

L'èxit de la transició depèn de l'elecció del bucle de control adequat. En mode connectat a la xarxa, el control per retroalimentació gestiona els inversors, mentre que en mode aïllat, domina el control de tensió. Per als convertidors paral·lels, s'utilitza el control basat en pendents per assegurar una generació estable d'energia per a les càrregues locals en operació aïllada. És necessari sincronitzar correctament abans de reconnectar la microxarxa a la xarxa per evitar grans transitoris de tensió i corrent, i això es fa normalment amb estratègies de control de pendent basades en tensió (VBD).

4. Sincronització de la Microxarxa

La sincronització d'una microxarxa amb la xarxa principal és un altre aspecte important per garantir una operació estable. S'han investigat diversos mètodes de bucle de bloqueig de fase (PLL), com el PLL senzill, PLL millorat i PLL de quadratura, per detectar i corregir desajustos de fase. Tècniques avançades com el filtratge adaptatiu milloren la sincronització detectant ràpidament les desviacions de freqüència, especialment sota càrregues desequilibrades o senyals distorsionats.

Per a una millor sincronització, sovint s'utilitza un bucle de contro. Aquest bucle sincronitza els inversors amb fonts de tensió (VSI) dins la microxarxa, ajustant la seva tensió i freqüència per igualar els paràmetres de la xarxa. Això permet transicions entre els modes aïllat i connectat a la xarxa.

5. Previsió d'Irradiació Solar

L'energia solar és una de les fonts renovables més prominents, però la seva intermitència i variabilitat poden plantejar reptes per a l'estabilitat de la xarxa. Per minvar aquests problemes, és essencial tenir una previsió precisa de la irradiació solar per predir la quantitat d'energia generada pels sistemes fotovoltaics.

Existeixen diversos mètodes de previsió al llarg dels anys, que van des de models estadístics senzills fins a tècniques avançades d'aprenentatge automàtic i profund. Aquests mètodes utilitzen dades històriques, mesures meteorològiques i imatges de satèl·lits per millorar l'exactitud de les previsions.

• Probabilístics: Tècniques com la regressió de K-Nearest Neighbors més propers i els mètodes d'anàlisi de conjunts s'utilitzen per preveure la radiació solar basant-se en patrons històrics.
• Models d'Aprenentatge Automàtic: Models avançats, com les xarxes de memòria a llarg termini (LSTM), unitats recurrents amb porta (GRU) i xarxes neuronals recurrents (RNN), s'apliquen tant per a la previsió a curt termini (hores o dies) com a llarg termini (mesos o anys). S'ha demostrat que el model GRU és el més eficient per a previsions precises.

Aquests mètodes permeten als operadors de microxarxes i serveis elèctrics predir millor les fluctuacions en la producció solar i ajustar les estratègies de gestió d'energia en conseqüència, cosa que condueix a sistemes d'energia més fiables i eficients.

6. Perspectives Futures en el Control de Microxarxes i la Previsió d'Energia Solar

La integració de nivells alts de generació solar fotovoltaica a les xarxes elèctriques modernes continua evolucionant. S'han identificat diverses direccions de recerca futura per abordar els desafiaments i millorar el rendiment global de les microxarxes:

1. Control d'Inèrcia Virtual: Cal seguir treballant i invesntigant en el desenvolupament d'estratègies avançades de control d'inèrcia virtual per compensar la disminució d'inèrcia a les xarxes amb alta penetració fotovoltaica.
2. Sistemes Híbrids d'Emmagatzematge d'Energia: La combinació de sistemes d'emmagatzematge d'energia basats en bateries amb supercondensadors pot abordar els reptes relacionats amb l'inèrcia sintètica i la regulació de freqüència.
3. Control Avançat per a Inversors Distribuïts: Les tècniques de control predictiu basat en models (MPC) poden aplicar-se als inversors distribuïts per millorar la seva operació en mode aïllat i connectat a la xarxa, assegurant transicions suaus i una millor sincronització amb la xarxa.
4. Integració del Vehicle-a-Xarxa (V2G): Desenvolupar carregadors V2G amb control multicanal que admetin fluxos bidireccionals d'energia activa i reactiva pot millorar l'estabilitat de la xarxa i proporcionar serveis auxiliars addicionals per al control de tensió i freqüència.

7. Conclusió

Les estratègies de control i els avenços tecnològics necessaris per a una gestió eficient de les operacions de les microxarxes i la previsió de l'energia solar. La integració reeixida de la generació fotovoltaica a gran escala a les xarxes elèctriques depèn d'una combinació d'estratègies de control jeràrquic, transicions suaus entre modes d'operació, mecanismes de sincronització robustos i previsions precises de la producció solar. El desenvolupament de tècniques de control avançades i models de previsió intel·ligents serà crucial per garantir l'estabilitat, la fiabilitat i la resiliència dels futurs sistemes d'energia.


Ramon Gallart.