Renato Céspedes, Coordinador Técnico Iniciativa Colombia Inteligente Congreso Andesco de Servicios Públicos y TIC 14º Nacional y 5º Internacional, Cartagena Colombia, Junio 27, 28 y 29 de 2012

1. Congreso ANDESCO
Cartagena Junio 2012
MODELO DE REFERENCIA PARA REDES
INTELIGENTES
Renato Céspedes
renato.cespedes@.rcgsas.com

2. Contenido
1. Introducción
2. Redes Inteligentes
3. Modelo de Referencia
4. Aplicaciones
5. Colombia Inteligente
6. Conclusiones
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3. “Electronomics: Reinventing
electricity” (SGNews Feb 22,2012)
• Electronomics –los
aspectos económicos de un
giro hacia una Economía
basada en Electricidad
• “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”
3

4. Marco Conceptual Smart Grids
AMI
PMU
AMI
AMI
HAN
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5. Integración con TICs
http://www.smartgrid.epri.com/doc/9-AEP Smart Grid Project Overview_Tom Walker.pdf
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03/07/2012 14:13

6. Integración con TICs
http://www.smartgrid.epri.com/doc/9-AEP Smart Grid Project Overview_Tom Walker.pdf
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03/07/2012 14:13

7. 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 (Amazon ), música
digital
• 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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8. 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!!

9. 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 Diferencia el producto (voz, datos) y lo
incorporan a la red entrega en redes altamente complejas
Producto analógico vulnerable a Producto Digital, poco vulnerable a
factores tanto internos como medio ambiente (todo o nada)
externos
Elementos pasivos, requiere Elementos activos, altamente
coordinación humana automatizado
Orientación a consumo fijo, Consumidor móvil, alta variabilidad
poco variante en el tiempo
Componentes con larga vida útil Convive naturalmente con la
obsolescencia
Crecimiento vegetativo Multiplica constantemente numero de
usuarios

10. 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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11. Las tecnologías Smart Grid impactan
significativamente toda la cadena, en particular al
consumidor pero cobran valor en un contexto
sistémico Elementos de la cadena de valor
Generación Transmisión Distribución Consumo
Características • “Secuestro de • Medición fasorial • AMI: automatic meter • Home area networking
Claves en la carbón” sincronizada infraestructure • Gen. Distribuida y
• Gasificación de (PMUs) • Sensores Renovables
cadena de valor
carbón • FACTS : “flexible • Automatización • Aparatos “Smart”
• Ciclo combinado AC transmission distribución • Edificios tipo “Green”
• Diseño avanzado systems” • Control automático • Vehículos eléctricos
generación nuclear • Corriente de Volt/VAR (Plug-in Hybrid Electric
continua a alta • Almacenamiento Vehicles)
tensión energía • Almacenamiento
energía
• Fotovoltaica
La implementación de las Smart Grids se • Sistemas prepago
• Tarifas en períodos
estima en $100B en tecnología1
Grado de
impacto Mínimo Moderado Importante Revolucionario
Note 1: Department of Energy; The Reform Institute, “The Smart Alternative: Securing and Strengthening
11
Our Nation’s Vulnerable Electric Grid”

12. Modelo de Referencia para las Smart
Grids
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13. 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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14. Propuesta Modelo de Referencia
INTELIGENCIA
INTEGRACION/
ANÁLISIS
ANALISIS
MODELO
SISTEMA
Dimensión
COMUNICACIÓN
Digital
INTERFACE
Dimensión
FÍSICA Análogica
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15. • 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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16. • 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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17. Dimensión digital Información
Energía
Fasor:
Mediciones Entregada Condición de
-ángulo
del sistema y recibida los equipos
-tensión
Estado Servicio
IEDs PMUs AMI Sensores
Dimensión analógica
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18. • 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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19. • 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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20. • 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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21. • 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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22. • 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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23. Ejemplo de Aplicación: Infraestructura
de Medición Avanzada (AMI)
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24. 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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25. Evolución con Redes Inteligentes
Red existente Red futura
Poco volumen de información Alto volumen de información (por ej. AMI)
Poca orientación a la eficiencia, Alta eficiencia en toda la cadena y en el
normalmente solo pérdidas consumo
No diferencia productos que se Diferencia diferentes formas de energía
incorporan a la red por ejemplo energía limpia
Poca conciencia del medio Medio ambiente es importante, se
ambiente incorpora concepto de sostenible
Transforma pocas formas de Transforma múltiples formas de energía
energía centralizadamente en forma distribuida
Vulnerable al riesgo derivado de Mitiga el riesgo de malfuncionamiento
factores internos y externos interno y limita el impacto de factores
externos
Orientación a consumo fijo, Consumidor fijo o móvil, variante en el
poco variante en el tiempo tiempo (consume o genera)
Elementos estáticos, larga vida Elementos dinámicos, obsolescencia
útil rápida 25

26. 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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27. • Iniciativa gremial y sectorial • Recomendar desarrollo de estándares y
• Marco de conceptualización nacional normas
sobre RI • Promotor de planes piloto
• Análisis de barreras y soluciones • Promotor de proyectos colaborativos
regulatorias sobre RI
• Foro de pensamiento y discusión
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28. www.colombiainteligente.com.co
www.colombiainteligente.com.co

29. Preguntas??
www.colombiainteligente.com.co