Sistema de gestión de demanda para el laboratorio UNIGRID

Abstract

El crecimiento sostenido de la demanda eléctrica y la variabilidad asociada a las fuentes renovables incrementan la necesidad de mecanismos que mantengan la estabilidad operativa en redes de distribución. En el laboratorio UNIGRID no existía una plataforma que permitiera reproducir estos fenómenos ni evaluar estrategias de gestión de demanda (DR), limitando el análisis experimental. Este proyecto diseña e implementa un sistema de DR siguiendo un proceso ingenieril estructurado basado en requerimientos, criterios comparativos y alternativas de control. El diseño se desarrolló bajo el marco normativo colombiano —RETIE, NTC 2050 y lineamientos CREG 038 de 2014— y estándares IEEE aplicables a automatización, comunicación y microredes (IEEE 2030, IEEE 1547, IEEE C37.1).

Tras evaluar esquemas Hopping, DLC y Band-Seeking mediante criterios de reducción de pico, control centralizado, adaptabilidad y costo, se seleccionó Band-Seeking como alternativa óptima. La solución integra PLCs Mitsubishi FX3U, medidores PM5500, comunicación Modbus TCP/RTU, un módulo de bypass en Python y un SCADA basado en JSON-SCADA. Durante la validación se registró una tasa de éxito del 88,5 % en 226 comandos y un tiempo medio de respuesta de 13,77 s. En operación DR, el sistema redujo el pico en 6,67 % y el PAR en 6,03 %, manteniendo estable la energía consumida. Estos resultados demuestran el impacto del diseño, al habilitar en el laboratorio una plataforma funcional para el estudio y validación de estrategias DR en microrredes bajo condiciones controladas y alineadas con la normativa vigente.

The increasing electricity demand and the variability introduced by renewable energy sources highlight the need for mechanisms that support operational stability in distribution networks. The UNIGRID laboratory lacked a platform to reproduce these conditions and evaluate demand response (DR) strategies, limiting experimental analysis. This project designs and implements a DR system following a structured engineering process, including requirements definition, criterion-based evaluation, and alternative selection. The development considers the Colombian regulatory framework—RETIE, NTC 2050, and CREG Resolution 038-2014—and relevant IEEE standards for automation, communication, and microgrids (IEEE 2030, IEEE 1547, IEEE C37.1).

Three DR strategies—Hopping, DLC, and Band-Seeking—were evaluated using criteria such as peak reduction, centralized control capability, adaptability, and cost. Band-Seeking was selected as the most suitable alternative. The implemented solution integrates Mitsubishi FX3U PLCs, Schneider PM5500 meters, Modbus TCP/RTU communication, a Python-based bypass module, and a JSON-SCADA supervisory layer. Validation results show an 88.5% command success rate across 226 operations and an average response time of 13.77 s. With DR enabled, peak demand decreased by 6.67% and the Peak-to-Average Ratio by 6.03%, while total energy remained stable. These outcomes demonstrate the impact of the proposed design, providing a fully functional platform for analyzing DR strategies in microgrid environments under controlled and standards-compliant conditions.