Interoperabilidad semantica sedi

Asociación de Ingenieros
Universitarios Mecánicos
Electricistas A.C.
Estado del arte en
Redes Inteligentes
Estructura base de interoperabilidad
semántica para el Sistema Eléctrico de
Distribución Inteligente (SEDI) de la CFE
AIUME 2011
Alfredo Espinosa Reza

Evolución de las redes eléctricas
Redes tradicionales
Redes actuales

Smart Grid
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.
Fuente: EPRI

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
Programa de
operaciones
(Scheduling)
Transacciones
(Trading)
Planeación
de la
expansión
Gestión
del
mantto.
Gestión de
activos
Contratos
(Seattlement)
Mercado de energía
Planeación de
la operación
Despacho/DSM
DMS EMS
Integración de
información
empresarial
Normas
(CIM)
GIS OMS WFM
MDM
CIS
Atención a
clientes
Planeación de T&D
Gestión de la distribución
Facturación
Operaciones T&D
SCADA
Servicios al cliente
Infraestructura de comunicaciones
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

Capacitación
Smart Grid - visión general
Programa de
operaciones
(Scheduling)
Transacciones
(Trading)
Planeación
de la
expansión
Gestión
del
mantto.
Gestión de
activos
Contratos
(Seattlement)
Mercado de energía
Despacho/DSM
Planeación de
la operación DMS EMS
Integración de
información
empresarial
Normas
(CIM)
GIS OMS WFM
MDM
CIS
Atención a
clientes
Planeación de T&D
Gestión de la distribución
Facturación
Operaciones T&D
SCADA
Servicios al cliente
Infraestructura de comunicaciones
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

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.

Fuente: GridWise Architecture Council (GWAC)
Niveles de interoperabilidad

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.

Ejemplo de implementación DMS
Considera enlaces externos
Transmisión Subestaciones Dist. Usuarios
Topología de
transmisión
DAC
Topología de
distribución
CallCenter
Modelo de
intercambio de
información
Sistemas de
planeación
EMS
OMS
Automatización
de la
distribución
Sistema de
información de
usuarios
Adaptador Adaptador Adaptador
Servicios Middleware de la norma IEC 61968
Histórico de
eventos
Recursos
Humanos
Almacenes
de datos
Órdenes de
trabajo
Sistema
GIS
Sistemas
financieros
= interfaz IEC 61968 Adaptador = interfaz para sistemas legados
DAC = Adquisición y control

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
Perfil
Export
Instancia CIM/XML
Import
Bus de interoperabilidad semántica

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 Reza
aer@iie.org.mx
Gerencia de Supervisión de
Procesos
www.iie.org.mx/automatiza
Instituto de Investigaciones
Eléctricas
Benjamín Sierra Rodríguez
benjamín.sierra@cfe.gob.mx
Gerencia de Normalización de
Distribución
www.lddis01.cfemex.com/apps/sdv3
/portal.nsf
Subdirección de Distribución
Comisión Federal del Electricidad