Download - Modelo de Referencia para Redes Inteligentes
Congreso ANDESCOCartagena Junio 2012
MODELO DE REFERENCIA PARA REDES
INTELIGENTES
Renato Céspedes
Contenido
1. Introducción
2. Redes Inteligentes
3. Modelo de Referencia
4. Aplicaciones
5. Colombia Inteligente
6. Conclusiones
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“Electronomics: Reinventingelectricity” (SGNews Feb 22,2012)
• Electronomics –los
aspectos económicos de un
giro hacia una Economía
basada en Electricidad
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• “Estamos reinventando la electricidad – la forma como la
producimos, como la usamos y como la distribuimos”
• ”La primera revolución de la electricidad transformó
nuestra forma de vida. La segunda revolución (Smart
Grids) de igual forma nos va a catapultar a un mejor
estandar de vida e igualmente importante, a un mejor
estándar de trabajo”
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Marco Conceptual Smart Grids
AMI
AMI
AMI
HAN
PMU
Integración con TICs
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03/07/2012 14:13
http://www.smartgrid.epri.com/doc/9-AEP Smart Grid Project Overview_Tom Walker.pdf
Integración con TICs
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03/07/2012 14:13
http://www.smartgrid.epri.com/doc/9-AEP Smart Grid Project Overview_Tom Walker.pdf
Valor agregado de las Smart Grids: Ley de Metcalfe• “El valor (agregado) de una red es proporcional al
cuadrado del número de nodos de la red”.
• Las redes de celulares, tendencia a computación
móvil, por ejemplo confirman la ley
• Otros ejemplos: libros digitales (AmazonD), música
digitalD
• Red Electrica Nodos en Latinoamerica
observabilidad en tiempo real:
– Transmisión: 500 – 2000
– Distribución Convencional: 1000 - 20000
– Smart Grid sin consumidor final: x 100,000
– Smart Grid con consumidor final: x 1,000,000
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El sector comunicaciones ha evolucionado más rápidamente
• Evolución de plataforma
analógica a digital
• Multiplicación de usuarios de
uno a muchos por familia
• Evolución de fijo a
fundamentalmente móvil
• Demanda activa, informada y
con opciones de consumo
• Transformación tecnológica
permanente: 4 cambios
importantes en 15 años!!
El sector TICs ya tiene SG
ELECTRICA (ACTUAL) TICs
Poco volumen de información Alto volumen de información
Poca orientación a la eficiencia Alta eficiencia por ejemplo en consumo
electrico debido a la digitalización
No diferencia productos que se
incorporan a la red
Diferencia el producto (voz, datos) y lo
entrega en redes altamente complejas
Producto analógico vulnerable a
factores tanto internos como
externos
Producto Digital, poco vulnerable a
medio ambiente (todo o nada)
Elementos pasivos, requiere
coordinación humana
Elementos activos, altamente
automatizado
Orientación a consumo fijo,
poco variante en el tiempo
Consumidor móvil, alta variabilidad
Componentes con larga vida útil Convive naturalmente con la
obsolescencia
Crecimiento vegetativo Multiplica constantemente numero de
usuarios
Definición de las Smart Grids según la Agencia
Internacional de Energía - IEA
• Una Smart Grid es una red eléctrica que:
– utiliza tecnologías digitales y formas avanzadas de monitoreo y
gestión del transporte de electricidad desde todas las fuentes de
generación para satisfacer la diferentes demandas de los usuarios.
– coordina las necesidades y potencial de todos los generadores,
operadores de red, consumidores y participantes del mercado para
operar todo el sistema
• Lo mas eficientemente posible,
• Minimizando costos e impactos ambientales
• Maximizando la confiabilidad, la resiliencia y la estabilidad del
sistema.
• Un encuesta que son Smart Grids daría seguramente
tantas definiciones como encuestados
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Las tecnologías Smart Grid impactan significativamente toda la cadena, en particular al consumidor pero cobran valor en un contexto sistémico
Generación Transmisión Distribución Consumo
• “Secuestro de
carbón”
• Gasificación de
carbón
• Ciclo combinado
• Diseño avanzado
generación nuclear
• Medición fasorial
sincronizada
(PMUs)
• FACTS : “flexible
AC transmission
systems”
• Corriente
continua a alta
tensión
• AMI: automatic meter
infraestructure
• Sensores
• Automatización
distribución
• Control automático
de Volt/VAR
• Almacenamiento
energía
• Home area networking
• Gen. Distribuida y
Renovables
• Aparatos “Smart”
• Edificios tipo “Green”
• Vehículos eléctricos
(Plug-in Hybrid Electric
Vehicles)
• Almacenamiento
energía
• Fotovoltaica
• Sistemas prepago
• Tarifas en períodos
CaracterísticasClaves en la
cadena de valor
Grado de impacto Mínimo Moderado Importante Revolucionario
La implementación de las Smart Grids se estima en $100B en tecnología1
Note 1: Department of Energy; The Reform Institute, “The Smart Alternative: Securing and Strengthening Our Nation’s Vulnerable Electric Grid”
Elementos de la cadena de valor
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Modelo de Referencia para las Smart Grids
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Diferenciar entre soluciones convencionales y Smart Grids
• No hay una forma clara de poder diferenciar
proyectos convencionales de proyectos de Smart
Grids
• Lo anterior es necesario para poder impulsar
soluciones que apunten hacia mejoras significativas
en proyectos que incorporen plenamente las
ventajas de las redes inteligentes
• La idea es incorporar un cambio significativo en la
forma como desarrollamos las redes eléctricas, no
solo incorporando elementos “Inteligentes” aislados
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INTELIGENCIA
INTEGRACION/ANALISISANÁLISIS
MODELO
SISTEMA
COMUNICACIÓN
INTERFACE
FÍSICA
Propuesta Modelo de Referencia
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Dimensión
Digital
Dimensión
Análogica
• Incluye todos los elementos físicos de los
sistemas eléctricos y todos los equipos que
desarrollan funciones con variables analógicas
únicamente
– Generadores de todo tipo
– Líneas
– Transformadores
– Elementos de protección analógicos
– Medidores convencionales de energía
– Etc.
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• Capa de elementos que permiten conectar y transmitir la información de los
elementos físicos a las capas superiores del modelo de referencia
• Corresponde a todos los elementos que permiten pasar de la dimensión
análoga a la dimensión digital
• Permite transferir la información del estado de elementos físicos tales
como abierto/cerrado en información codificada (0/1)
• Transfiere información sobre la condición operativa de un elemento físico
por ejemplo tensión y corriente en variables digitales equivalentes
• Transfiere información para la gestión del activo en forma digital (ej.
número de operaciones)
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Dimensión digital
Dimensión analógica
IEDs PMUs AMI Sensores
Información
Medicionesdel sistema
Fasor:-ángulo-tensión
Energía Entregaday recibida
Estado Servicio
Condición delos equipos
• Incluye todos los componentes que permiten el
intercambio de información entre elementos de las
Smart Grids
• Comprende los mecanismos que permiten la
comunicación tales como protocolos que transmiten
los mensaje desde elementos de interface hacia
capas superiores
• Comprende los elementos de red que permiten la
comunicación tales como enrutadores
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• Corresponde al conjunto de equipos y programas
que recogen datos de los componentes físicos, de
los elementos de interface o del sistema de
comunicaciones
• Ejemplo son los sistemas SCADA tanto a nivel de
subestación como nivel centralizado, sistemas de
recolección de datos de medidores inteligentes
MDM, etc.
• Este nivel incluye las funciones de procesamiento de
datos tales como cálculos básicos, generación de
alarmas y eventos y las funciones de registro
histórico de datos.
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• Corresponde a la representación abstracta de los elementos de las
capas física, interface, comunicaciones y sistema para poder
efectuar análisis y simulación y tomar decisiones de control de los
mismos.
• Ejemplos de este tipo modelo son el Common Information Model –
CIM y los modelos que define la norma IEC61850 de componentes
de subestación
• Utiliza extensamente lenguajes de modelado tales como UML
(Unified Modeling Language) y herramientas que lo soportan
• Incluye la topología de la conexión de los componentes del modelo
• El modelo puede ser generalizado o particular para aplicaciones
específicas
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• Incluye los elementos de integración de sistemas de
las capas 4 y 5 y las funciones para toma de
decisiones con base en la información de tiempo
real o de datos históricos
• Ejemplos de elementos integración son los
componentes de la norma IEC61868 y la
arquitectura integrada a servicios SOA
• Ejemplos de funciones son el Estimador de Estado
que trabaja sobre componentes de SCADA y la
función de Outage Management que procesa datos
de SCADA y AMI
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• Capa de procesamiento avanzado de información
como por ejemplo minería de datos para la toma de
decisiones
• Reúne información de varios sistemas complejos
para recomendar estrategias de toma de decisiones
• Soporta métrica compleja en funciones del tipo
dashboard
• Base del control automático para la función de
“selfhealing”, control adaptativo, etc.
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Ejemplo de Aplicación: Infraestructura de Medición Avanzada (AMI)
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Caracterización de un proyecto Smart Grid
• Un proyecto Smart Grids debe cumplir uno o más de
los principios aquí estipulados:
– Regla 1: Un proyecto de Redes Inteligentes necesariamente
incluye por lo menos las siguientes capas: Fisica, Interface,
Comunicaciones, Sistema, Modelo y Análisis.
– Regla 2: Un proyecto Avanzado de Smart Grids, en adición a
las capas de la regla 1 incluye la capa de Inteligencia.
– Regla 3: en el caso que se tengan elementos de algunas capas
previamente implementados, el proyecto de Smart Grid debe
complementarlas de acuerdo con la Regla 1.
– Regla 4: Un proyecto de Smart Grid puede ser dividido en
fases que implementen diferentes capas en diferentes
momentos. Sinembargo, la concepción del proyecto debe
incluir por lo menos las capas de acuerdo con la Regla 1.
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Evolución con Redes Inteligentes
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Red existente Red futura
Poco volumen de información Alto volumen de información (por ej. AMI)
Poca orientación a la eficiencia,
normalmente solo pérdidas
Alta eficiencia en toda la cadena y en el
consumo
No diferencia productos que se
incorporan a la red
Diferencia diferentes formas de energía
por ejemplo energía limpia
Poca conciencia del medio
ambiente
Medio ambiente es importante, se
incorpora concepto de sostenible
Transforma pocas formas de
energía centralizadamente
Transforma múltiples formas de energía
en forma distribuida
Vulnerable al riesgo derivado de
factores internos y externos
Mitiga el riesgo de malfuncionamiento
interno y limita el impacto de factores
externos
Orientación a consumo fijo,
poco variante en el tiempo
Consumidor fijo o móvil, variante en el
tiempo (consume o genera)
Elementos estáticos, larga vida
útil
Elementos dinámicos, obsolescencia
rápida
Conclusiones• Elementos aislados de Smart Grids agregan mayor
valor cuando hacen parte de un contexto sistémico
• El modelo de Referencia propuesto permite
visualizar todos los elementos de una solución de
Smart Grids identificando interfaces, estándares,
etc.
• Problemas actuales de interoperabilidad ocurren
generalmente en las fronteras entre las capas
identificadas
• Debemos orientar a la implantación de soluciones
completas para lograr los beneficios esperados.
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• Iniciativa gremial y sectorial
• Marco de conceptualización nacional
sobre RI
• Análisis de barreras y soluciones
regulatorias sobre RI
• Foro de pensamiento y discusión
• Recomendar desarrollo de estándares y
normas
• Promotor de planes piloto
• Promotor de proyectos colaborativos
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