Congreso ANDESCOCartagena Junio 2012

MODELO DE REFERENCIA PARA REDES

INTELIGENTES

Renato Céspedes

renato.cespedes@.rcgsas.com

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

3

• “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”

4

Marco Conceptual Smart Grids

AMI

AMI

AMI

HAN

PMU

Integración con TICs

5

03/07/2012 14:13

http://www.smartgrid.epri.com/doc/9-AEP Smart Grid Project Overview_Tom Walker.pdf

Integración con TICs

6

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

7

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

11

Modelo de Referencia para las Smart Grids

12

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

13

INTELIGENCIA

INTEGRACION/ANALISISANÁLISIS

MODELO

SISTEMA

COMUNICACIÓN

INTERFACE

FÍSICA

Propuesta Modelo de Referencia

14

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)

16

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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

18

• 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.

19

• 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

20

• 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.

24

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.

26

27

• 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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