Estructura base de interoperabilidad semántica para el Sistema Eléctrico de
Distribución Inteligente (SEDI) de la CFE
AIUME 2011
Alfredo Espinosa Reza
Estado del arte en Redes Inteligentes
Asociación de Ingenieros Universitarios Mecánicos Electricistas A.C.
Evolución de las redes eléctricas
Redes tradicionales Redes actuales
Fuente: EPRI
Una Red Inteligente, en su concepción más simple, implica la unión
de la infraestructura eléctrica con la infraestructura de inteligencia
distribuida o de informática avanzada.
Smart Grid
Smart Grid
• Una definición (Mark McGranaghan):– Una red avanzada eléctrica y de telecomunicaciones con
sensores y dispositivos inteligentes que une todos los aspectos de la red, desde el productor hasta los consumidores y entrega una mayor capacidad operativa que:
1. Proporciona a los CONSUMIDORES información y herramientas para responder a las condiciones de la red eléctrica (incluido el precio y la confiabilidad) a través del uso de aparatos eléctricos y nuevos servicios (desde termostatos inteligentes hasta PHEV).
2. Asegura el uso EFICIENTE de la red eléctrica (optimización de los activos actuales mientras se integran tecnologías emergentes como las energías renovables y dispositivos de almacenamiento).
3. Aumenta la CONFIABILIDAD (protección de la red ante ataques cibernéticos y naturales, aumenta la calidad de la energía y promueve la detección temprana y la auto corrección de la red).
Smart Grid
• Se materializa en un sistema muy complejo (Sistema de Sistemas) que consiste de los siguientes componentes que interactúan:– Unidades de generación (tradicional, renovable, intermitente, distribuida,
almacenada).
– Aplicaciones que controlan la carga y la generación para mantener la integridad del sistema eléctrico.
– Aplicaciones de Transmisión y Distribución que minimizan el costo total y el costo del usuario final.
– Aplicaciones para controlar local y remotamente la carga de los usuarios finales.
– Comunicaciones y otras tecnologías para soportar las aplicaciones.
– Esquemas de seguridad informática avanzados y adaptivos en todos los componentes e interfaces de datos.
Smart Grid
El marco de referencia del NIST considera 7 dominios
Smart Grid - visión general
Centrales de generación
Automatización de subestaciones de
transmisión
Automatización de la distribución, subestaciones y alimentadores
Infraestructura de medición
avanzada
Redes en el hogar y
dispositivos
Integración de información empresarial
Normas(CIM)
Infraestructura de comunicaciones
Programa de operaciones(Scheduling)
Contratos(Seattlement)
Despacho/DSM
Transacciones(Trading)
Planeación de la operación DMS EMS
SCADA
Mercado de energía
Operaciones T&D
Planeación de la
expansión
Gestión del
mantto.Gestión de
activos
GIS OMS WFM
MDM CIS Atención a clientes Facturación
Planeación de T&D
Gestión de la distribución
Servicios al cliente
Smart Grid - visión general
Centrales de generación
Automatización de subestaciones de
transmisión
Automatización de la distribución,
subestaciones y alimentadores
Infraestructura de medición
avanzada
Redes en el hogar y
dispositivos
Integración de información empresarial
Normas(CIM)
Infraestructura de comunicaciones
Programa de operaciones(Scheduling)
Contratos(Seattlement) Despacho/DSM
Transacciones(Trading)
Planeación de la operación DMS EMS
SCADA
Mercado de energía
Operaciones T&D
Planeación de la
expansión
Gestión del
mantto.
Gestión de activos
GIS OMS WFM
MDM CIS Atención a clientes Facturación
Planeación de T&D
Gestión de la distribución
Servicios al cliente
Cap
acit
ació
n
Interoperabilidad de sistemas DMS para un Sistema Eléctrico de
Distribución Inteligente (SEDI)
Interoperabilidad
• La interoperabilidad se refiere a la capacidad de los equipos o sistemas heterogéneos para intercambiar procesos o datos.
• Una Red Eléctrica Inteligente es un sistema de sistemas, es decir, la arquitectura será una composición de varias arquitecturas de sistemas y subsistemas. Esto permitirá la máxima flexibilidad durante la implementación, pero al mismo tiempo exigirá una alta capacidad de integración de los nuevos sistemas con los sistemas legados.
Interoperabilidad
Interoperabilidad
• El GridWise Architecture Council (GWAC) desarrolló un modelo de referencia conceptual para la identificación de estándares y protocolos necesarios para asegurar la interoperabilidad, la seguridad informática y definir arquitecturas para sistemas y subsistemas en la Red Inteligente.
Niveles de interoperabilidad
Fuente: GridWise Architecture Council (GWAC)
Interoperabilidad
• Interoperabilidad técnica:– Abarca las conexiones físicas y las comunicaciones entre los
dispositivos o sistemas (contactos eléctricos, puertos USB). Enfatiza la sintaxis o formato de la información.
• Interoperabilidad informativa:– Cubre el contenido, la semántica y el formato de los datos o flujos
de instrucciones (como son el significado aceptado de los humanos y lenguajes de programación). Se centra en qué información es intercambiada y su significado.
• Interoperabilidad organizacional:– Cubre las relaciones entre las organizaciones e individuos y sus
partes del sistema, incluyendo las relaciones comerciales (contratos, propiedades, estructuras de mercado) y las relaciones jurídicas o legales (reglamentación, requisitos, protección de la propiedad física e intelectual). Enfatiza los aspectos pragmáticos (contexto, reglamentos, leyes), especialmente la gestión y mercado eléctrico.
Interoperabilidad semántica
• En los niveles de interacción semántica, el Modelo de Información Común (CIM) establecido en las normas IEC 61968 e IEC 61970 es un modelo abstracto de información estándar para empresas eléctricas basado en lenguaje UML.
• En el Modelo CIM se representan objetos del mundo real y sus relaciones, con el propósito de crear un sistema de información que pueda ser utilizado entre diferentes aplicaciones para el manejo e intercambio de datos de manera unificada e independiente de marcas, tecnologías y/o proveedores.
Modelo de
intercambio de
información
Sistemas de
planeación
Servicios Middleware de la norma IEC 61968
Ejemplo de implementación DMS
EMS OMS
Automatización
de la
distribución
Sistema de
información de
usuarios
Adaptador Adaptador Adaptador
Histórico de
eventos
Recursos
Humanos
Almacenes
de datos
Órdenes de
trabajo
Sistema
GIS
Sistemas
financieros
Topología de
distribución
Topología de
transmisión
Transmisión Subestaciones Dist. Usuarios
CallCenterDAC
= interfaz IEC 61968 = interfaz para sistemas legadosAdaptador
DAC = Adquisición y control
Considera enlaces externos
Modelo Semántico de CFE
Modelo Semántico de CFE
1. Mapear los conceptos del SED con los conceptos definidos en el Modelo CIM. Se debe usar tanto como sea posible la definición del Modelo CIM, considerando que ocasionalmente resultará imposible establecer la correspondencia exacta.
2. Extender el Modelo CIM. Mediante el uso de clases derivadas se deben agregar todos los conceptos del SED no considerados en el Modelo CIM, por ejemplo: datos de alimentadores, giro de los clientes, etc.
3. Generar el Perfil CIM/XML. A partir del modelo CIM extendido y con la herramienta opensource CIMtool, se genera el Perfil validado con las reglas de la ontología CIM. En este punto se cuenta con el Modelo Semántico que puede ser usado de diversas formas y tecnologías compatibles con CIM (R. García E., Et. Al.).
4. Implementar clases .NET. En función del Perfil, sus clases y relaciones (en UML), se deben implementar todas las clases en un lenguaje de programación Orientado a Objetos (OO) para utilizar el Perfil CIM/XML acorde al esquema RDF de la norma IEC 61970-501.
5. Desarrollar una aplicación que consuma las clases .NET. Además de utilizarlas, deberá tener acceso nativo a los sistemas fuente para extracción de datos, de manera que se genere un archivo de Instancia CIM/XML que pueda ser procesado acorde a las reglas de la Ontología CIM.
Modelo Semántico de CFE
División
Zona
Subestación
Voltaje Base
Arquitectura física
Arquitectura lógica
Gestión de clientes importantes
Gestión de clientes importantes
Pantalla principal y flujo para “Gestión de clientes importantes” en una Zona de Distribución
Gestión de clientes importantes
Pantalla principal de la aplicación para “Mapeo de clientes importantes”
Interoperabilidad del SimSED
Instancia CIM/XML
Export Import
Bus de interoperabilidad semántica
Perfil
Interoperabilidad del SimSED
Interoperabilidad del SimSED
Interoperabilidad del SimSED
Modelo Semántico de CFE
• Se cuenta con el Modelo Semántico para datos en tiempo real (SCADA) e históricos (SIMOCE y SimSED).
• Los datos en tiempo real se transfieren por una interfaz OPC-DA (Data Access) con sentido semántico.
• Los datos históricos se transfieren por una interfaz OPC-HDA (Historical Data Access) con sentido semántico.
• Los datos pueden ser consultados directo con OPC, o bien, mediante un servicio Windows se pueden publicar en Web o a un dispositivo móvil.
OPC tradicional:•Identificador•Valor numérico
OPC Semántico:•Origen (medidor)•Ubicación en la red•Identificador•Valor numérico•Unidades•Factor de escala
Contactos
Alfredo Espinosa [email protected]
Gerencia de Supervisión de Procesos
www.iie.org.mx/automatiza
Instituto de Investigaciones Eléctricas
Benjamín Sierra Rodríguezbenjamí[email protected]
Gerencia de Normalización de Distribución
www.lddis01.cfemex.com/apps/sdv3/portal.nsf
Subdirección de Distribución
Comisión Federal del Electricidad
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