En 2006, un cambio en la legislación española estableció que todos los contadores de electricidad instalados en viviendas deben tener una funcionalidad que permita conocer el consumo de electricidad en tiempo real, así como disponer de capacidad de gestión remota. Gracias a la tecnología PLC PRIME, el cambio es viable para el sector eléctrico.

A esto nuevos contadores de electricidad se les denomina “contadores inteligentes” (smart meters). Este cambio en la legislación obliga a sustituir todos los contadores de zonas residenciales por sus sucesores inteligentes antes del 31 de diciembre de 2018. Este cambio en la legislación forma parte de lo que se define como red de distribución inteligente (Smart Grid). Las nuevas exigencias que marca la ley implican la necesidad de conexión permanente entre los contadores inteligentes y los centros de control centralizado (SCADA).

Una de las tecnologías preferidas para implementar la red inteligente es la PLC (Power Line Commumnication).  PLC utiliza las propias líneas de transporte de electricidad para desplegar las funcionalidades de telecomunicaciones. De este modo, la propia red eléctrica proporciona el canal físico de comunicación que permite incorporar el concepto de red de distribución inteligente, sin la necesidad de invertir en infraestructura adicional para la redes de comunicación.

Como respuesta a esta demanda de la legislación española surgió el estándar PRIME (PowerRline Intelligent Metering Evolution).  El objetivo de PRIME era crear un estándar público, abierto y no propietario.  La PRIME Alliance se fundó con el objetivo de definir el estándar, aglutinando a los diferentes actores que intervienen en la industria de la distribución eléctrica: compañías de distribución, fabricantes de contadores, fabricantes de semiconductores, agencias de telecomunicaciones e instituciones de investigación.

PRIME está basado en tecnología PLC para redes eléctricas de baja tensión. Es un sistema PLC para transmisión de datos en banda estrecha (narrowband), basado en tecnología OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Sus principales características son las siguientes:

• Utiliza las frecuencias definidas para la banda A por CENELEC (de 42 kHz a 90 kHz) según EN 50065-1:2011.
• Basado en tecnología OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing ).
• 96 subportadoras de datos y 1 subportadora piloto.
• Varios tipos de codificación digital: DBPSK, DQPSK,D8PSK
• Velocidades de transmisión de datos entre 21 y 128 Kbps.

Capas del modelo PRIME

PRIME, consta de varias capas a nivel de comunicaciones:

Capa de Convergencia (CL) Clasifica el tráfico asociándolo a la dirección MAC de la conexión. Realiza el mapeo de cualquier tipo de tráfico de datos, y puede incluir función de compresión de cabeceras. La capa de convergencia se divide en dos subcapas:

• Common Part Convergence Sublayer (CPCS).  Proporciona un conjunto de servicios genéricos: segmentacion y reensamblado.

• Service Specific Convergence Sublayer (SSCS). Define el tipo de comunicación entre los distintos nodos de la subred. Se encarga de entregar los datos de intercambiados entre nodos a la capa de aplicación de gestión de la red inteligente.  PRIME especifica 4 tipos de SSCS:

• NULL
• IEC-61334-4-32
• IPv4
• IPv6

Capa MAC (MAC). Proporciona el acceso a las funcionalidades MAC, como pueden ser: sistema de acceso, asignación de ancho de banda, establecimiento y mantenimiento de la conexión y gestiona la topología de la subred.

Capa física (PHY). Implementa la capa física de transmisión y recepción entre nodos vecinos, utilizando tecnología OFDM.  Adapta las velocidades de conexión de datos en base a la calidad de la señal.

Descripción de funcionamiento de la subred PRIME

PRIME define una topología de red de comunicaciones con estructura de árbol. Para desarrollar este tipo de estructura, PRIME define dos tipos de nodos.

 BASE NODE (Nodo Base). Representa el centro o raíz del sistema, todas las comunicaciones parten de él. También se le puede denominar “concentrador de datos PRIME” o simplemente “concentrador”.   Los Nodos Base normalmente se conectan en las subestaciones de transformación (secondary substation), infraestructura eléctrica donde se adaptan las tensiones del servicio eléctrico a baja tensión. Los nodos base son los responsables de controlar toda las subred que depende de él, incluyendo todos los nodos de servicio.

SERVICE NODE (Nodo de Servicio). Cada nodo dentro de una subred PRIME se denomina “nodo de servicio”. Los nodos de servicio implementan, entre otras funcionalidades, los contadores inteligentes. Con el fin de alcanzar mayores distancias y mejorar el rendimiento en la subred PRIME, los nodos de sevicio pueden tener, en el ámbito de la subred PRIME, dos roles:

• TERMINAL: Un nodo de servicio tiene el rol de terminal cuando es el último dispositivo dentro de la estructura de árbol de la subred PRIME, es decir ningún otro nodo de servicio depende de él para acceder al nodo base.
• SWITCH: En determinadas circunstancias un nodo de servicio puede promocionar a modo switch. Cuando sucede esto, actúa como repetidor de la información intercambiada entre el nodo base y algún nodo de servicio conectado a la subred.  El nodo de servicio cambia de rol en tiempo real dependiendo de las condiciones de la red (atenuación, ruido…). El cambio es dinámico, de modo que puede ir alternando a lo largo del tiempo.

La comunicación entre el nodo base y los nodos de servicio se desarrolla según un esquema maestro/esclavo.

PRIME utiliza la red eléctrica para crear y mantener la topología de la subred. Permite la monitorización en tiempo real de la red de distribución inteligente. La accesibilidad a los contadores inteligentes es el principal objetivo de una subred PRIME.

PRIME ha adoptado el estándar IEC-62056 (DLMS-COSEM) como el preferido para la capa de aplicación, para el desarrollo de la red de distribución inteligente.

Perpectivas para el futuro

PRIME es la tecnología para desarrollo de redes de distribución eléctrica inteligentes adoptada por varias compañías eléctricas en todo el mundo.  Hay millones de clientes de las compañías eléctricas, esperando conocer el consumo eléctrico de sus hogares o negocios en tiempo real. Por este motivo, y por exigencias de las legislaciones de algunos países, está  previsto que en los próximos años el crecimiento del número de redes PRIME sea muy elevado.

Teldat desarrolla sistemas que permiten la integración de las subredes PRIME con las redes de comunicaciones existentes, permitiendo la conexión de dichas subredes, con los sistemas de control y gestión centralizadas de las compañías distribuidoras de electricidad.