IEC Common Information Model

Las compañías del sector eléctrico han usado a través de los años sistemas de gestión de energía (EMS, por sus siglas en inglés), los cuales últimamente son desarrollados en software y computadores estándar, pero siguen usando bases de datos propietarias, las cuales restringen el acceso a terceros para diseñar y adicionar aplicaciones. Por lo tanto cualquier cambio o actualización que se quiera hacer al sistema instalado requiere la intervención del proveedor inicial, pudiendo ser esto costoso en tiempo y dinero. Además con el crecimiento de los SP se hace necesaria una constante comunicación entre las diferentes compañías tanto de transmisión como de distribución. En contraste, EMS con bases de datos que cumplan un estándar de la industria e interfaces abiertas, posibilitarían la comunicación, la adición de aplicaciones e integración entre diferentes compañías sin que estas estén restringidas por fabricantes.Por lo anterior fue creada la norma IEC 61970 por el EPRI (The Electric Power Research Institute) en Norteamérica. El estándar fue desarrollado por el grupo de trabajo IEC TC57 WG13 como parte del diseño de una interfaz de programación de aplicaciones de un centro de control (CCAPI, por sus siglas en inglés), la cual diera un modelo común para describir los componentes del sistema de potencia, para este ser usado en una interfaz de programación de aplicaciones del sistema de gestión de energía (EMSAPI, por sus siglas en inglés).

El IEC CIM es un modelo para representar los objetos del sistema de potencia con sus características y conexiones. El modelo incluye clases y atributos de estos objetos, así como la relación entre ellos. Estas clases de objetos son abstractas y por lo tanto pueden ser usadas en multitud de aplicaciones. Es así como el CIM puede ser usado en muchas mas aplicaciones a parte de en EMS.

Referencias normativas

Inicialmente el CIM fue definido por la norma IEC 61970, mas específicamente por la parte 3 de la misma, posteriormente en otras partes de la norma se ha extendido el campo de aplicación del CIM, por lo que se puede decir que el modelo esta reseñado en varias normas. A continuación se mencionan aquellas:

IEC 61970-1. Guidelines and Requirements: da una serie de lineamientos y requerimientos para la aplicación de un EMSAPI. Además muestra el modelo de referencia usado para la transferencia de información entre aplicaciones del centro de control.

IEC 61970-3. Information Model: básicamente en esta norma se define el CIM, esta parte del estándar se subdivide en:

o IEC 61970-301, se define la base del CIM.

o IEC 61970-302, se define la parte correspondiente al mercado

eléctrico del CIM.o IEC 61970-303, define la parte correspondiente al SCADA en el

CIM. IEC 61970-5. Interface Technology Mapping: se centra en definir un

formato de intercambio de información de acuerdo al modelo CIM, el llamado CIM XML.

¿EN QUE CONSISTE EL IEC CIM?

Modelado del IEC CIM

El CIM usa técnicas de modelado orientadas a objetos, específicamente UML (Unified Modeling Language), el cual hace que el CIM este formado por un grupo de paquetes. Cada paquete contiene diagramas de clases, los cuales muestran gráficamente las clases y sus relaciones. Luego cada clase es definida en texto de acuerdo a sus atributos y relaciones con otras clases.

Modelo de Datos CIM

El modelo básico de datos del CIM esta compuesto por paquetes, donde cada uno de estos contiene el modelo de un grupo de elementos relacionados. El uso de estos paquetes hace que el modelo sea más fácil de entender y aplicar. A su vez estos también se relacionan entre sí (ver Figura 1).

A continuación se enuncian cada uno de los paquetes que conforman el CIM.

1. Domain

El paquete Domain es un diccionario de datos y cantidades que definen los tipos da datos básicos para atributos o propiedades que pueden ser usados en cualquier clase en cualquier otro paquete del CIM.

2. Core

Contiene objetos básicos usados por la mayoría de aplicaciones, tales como PowerSystemResource y ConductingEquipment. Este paquete no depende de ninguno otro, pero la mayoría de los otros paquetes si dependen de él.

Equivalents

Protection

SCADA

Generation

OutageLoadModel

TopologyMeas

Wires

«Global»Domain

Core

IEC61970CIMVersion{root}

+ date: AbsoluteDateTime [0..1] = 2009-02-02 {readOnly}+ version: String [0..1] = IEC61970CIM13v19 {readOnly}

OperationalLimits

ControlArea

GenerationDynamics

(from Generation)

Production

(from Generation)

Contingency

Figura 1. Diagrama de Paquetes del CIM, Fuente: Borrador IEC 61970

3. OperationalLimits

Este paquete modela los límites asociados a equipos y otros objetos operativos.

4. Topology

Es una extensión del paquete Core, que junto con la clase Terminal modela como los equipos están conectados entre si. Además provee puertos de conexión de objetos entre el paquete Core y el paquete Wires.

5. Wires

Es una extensión del paquete Core y del paquete Topology. Este modela la información de las características eléctricas de la red de transmisión y de distribución. Este es usado por aplicaciones del sistema como Estimación de Estados y Flujo de Cargas.

6. Generation

Este paquete contiene información relevante para el despacho económico de unidades de generación tanto hidroeléctricas como térmicas, previsión de carga, control automático de generación y modelado de unidades para simulación dinámica. Además contiene a los subpaquetes Production and Generation Dynamics.

a. Production

Contiene las clases que definen varios tipos de generadores. Estas a su vez dan información de costos de producción, útiles para suplir la demanda por medio de unidades de generación y calcular las reservas necesarias.

b. GenerationDynamics

Contiene los modelos de los actuadores primarios, tales como turbinas y calderas, los cuales son usados para simulación y propósitos educativos.

7. LoadModel

Este paquete es responsable por el modelamiento de los consumidores de energía y sus características, tales como la carga del sistema, la curva de demanda de cada día, etc. La información contenida en LoadModel es importante para realizar previsión y administración de la carga.

8. Outage

Es una extensión de los paquetes Core y Wires que modela la información para la configuración de la red actual y la red prevista.

9. Protection

Es una extensión de los paquetes Core y Wires que modela los equipos de protección y sus características. Esta información es usada para obtener

simulaciones correctas y en las aplicaciones de detección de fallas.

10.Equivalents

Modela los equivalentes de red.

11.Meas

Contiene la información del intercambio de datos dinámico entre las diferentes aplicaciones.

12.SCADA

Modela la información usada por las aplicaciones del SCADA.

13.ControlArea

Modela las especificaciones de área. El paquete en si mismo modela las especificaciones de potenciales traslapes de área, esto para hacer control de la generación actual, previsión y captura de carga o análisis basados en flujos de carga.

14.Contingency

Modela contingencias para ser analizadas.

15.Extensiones

La norma IEC 61970-2 define tres paquetes adicionales, los cuales son:

c. EnergyScheduling: modela el intercambio de electricidad entre compañías.

d. Financial: modela la liquidación y facturación. Además representa las entidades legales que participan de un acuerdo.

e. Reservation: contiene información para la programación de la energía, capacidad de generación y transmisión.

Como se mencionó anteriormente el CIM usa un lenguaje de modelado orientado a objetos llamado UML, el cual se vale de clases, atributos y relaciones entre clases. A continuación se muestra la notación usada.

NOTACIÓN CIM

Cada paquete que compone al CIM, posee un diagrama de clases, el cual muestra todas las clases en el paquete y sus relaciones. Una clase es una descripción de un objeto de la vida real, como por ejemplo un transformador, un generador o una carga, o también de otros tipos de objetos que incluyen cosas tales como programaciones y medidas. Un objeto particular en un sistema de potencia con una única identidad es modelado como una instancia de la clase a la cual pertenece.Cada clase tiene atributos, los cuales describen las características de cada objeto, por lo tanto cada clase contiene los atributos que identifican y describen una instancia específica de la clase. Cada atributo tiene un tipo. Los más típicos son del tipo entero, flotante, booleano, string y enumeración, los llamados tipos primitivos. Sin embargo en el CIM se definen muchos más tipos adicionales, por ejemplo, atributo tipo Voltage. La definición de estos diferentes tipos se encuentra en el paquete Domain.Por otro lado las relaciones entre clases muestran como estas están estructuradas en términos de otras. Hay tres tipos principales de relaciones:

1. Generalización

La generalización es una relación entre una clase más general y una clase mas especifica. Por ejemplo en la Figura 2, un breaker es un tipo específico de ProtectedSwitch, el cual a su vez es un tipo específico de Switch, siendo este un tipo más especifico de ConductingEquipment, etc. También puede verse que PowerTransformer es otro tipo más específico de Equipment.

IdentifiedObject

Core::PowerSystemResource

Core::Equipment

Core::ConductingEquipment

Breaker

ProtectedSwitch

PowerTransformer

Switch

Figura 2. Ejemplo de Generalización. Fuente. Borrador IEC 91670

2. Asociación

Una asociación es una conexión conceptual entre clases. Cada asociación tiene dos finales. Cada final de asociación tiene un nombre, usualmente este es dado por la clase a asociar. Cada final de asociación también tiene multiplicidad, y esta indica cuantos objetos pueden participar de la relación. Por ejemplo en la Figura 3, el objeto VoltageLevel puede asociarse con un objeto BaseVoltage, pero un BaseVoltage puede asociarse con 0 o más VoltageLevel.

BaseVoltage VoltageLevel

An example of a simple associaiton. VoltageLevel objects are assigned to a BaseVoltage but are not contained or aggregated into the BaseVoltage.

+VoltageLevel

0..*

+BaseVoltage

1

Figura 3. Ejemplo de Asociación.

3. Agregación

La agregación es un caso especial de asociación entre clases. Esta indica que una En la Figura 4 se ve un ejemplo de agregación, donde el objeto

Equipment puede ser miembro de cero o un objeto EquipmentContainer, pero un objeto EquipmentContainer puede contener cualquier numero de objetos Equipment.

PowerSystemResource

Equipment

ConnectivityNodeContainer

EquipmentContainer

An example of an aggregation association. Here Equipment objects are optionally aggregated into an EquipmentContainer object.

+MemberOf_EquipmentContainer

0..1

+Contains_Equipments

0..*

Figura 4. Ejemplo de Agregación.

EJEMPLO DE APLICACIÓN DEL CIM: Conversión de un circuito a objetos CIM

Hasta ahora se ha visto cual es el modelo y la notación que usa el CIM, a continuación se mostrará un ejemplo donde se verá más detalladamente cómo convertir objetos físicos en objetos CIM. El ejemplo consiste en convertir un diagrama unifilar de un circuito (ver Figura 5) en objetos CIM.

Figura 5. Ejemplo de Diagrama Unifilar de Circuito

1. Identificación de los objetos CIM