1. El documento propone una arquitectura de telecomunicaciones para implementar un sistema de medición inteligente en la zona portuaria de Buenaventura, Colombia, con el fin de reducir las pérdidas no técnicas en el suministro de energía eléctrica.
2. La arquitectura se basa en el marco SGAM y permitiría telemetría y control remoto del suministro de energía, facilitando la gestión de información sobre el consumo y disponibilidad del servicio.
3. Esto ayudaría a reducir las
Este documento propone una arquitectura de telecomunicaciones para implementar un sistema de medición inteligente en la zona portuaria de Buenaventura, Colombia, con el fin de reducir las pérdidas no técnicas en el suministro de energía eléctrica. La arquitectura se basa en los estándares Smart Grid y propone el uso de redes inalámbricas mesh para comunicarse con los medidores inteligentes a nivel de hogar y vecindario, y redes de backhaul para transportar la información a larga distancia. También
Este documento presenta una introducción a las redes inalámbricas de sensores y la calidad de servicio en estas redes. Explica conceptos clave como la arquitectura de comunicaciones en estas redes, los requisitos de calidad de servicio, y diferentes propuestas para proporcionar calidad de servicio a nivel de acceso al medio, encaminamiento y transporte. Finalmente, analiza algunas aplicaciones con requisitos de calidad de servicio y propone un nuevo protocolo de encaminamiento para redes de sensores.
Las micro redes en el ámbito de la Red Eléctrica InteligenteAlianza FiiDEM, AC
Este documento describe las micro redes en el contexto de la red eléctrica inteligente. Explica que las micro redes utilizan fuentes de energía distribuidas como renovables y almacenamiento de energía para suministrar demanda local de forma aislada o conectada a la red principal. También cubre tecnologías habilitadoras como electrónica de potencia y proyectos piloto de micro redes en varios países. Concluye que aunque las tecnologías están disponibles, las principales barreras son la participación de consumidores, consolidación de almac
Conferencias: Estado del arte en Redes Inteligentes “Smart Grids”, organizada por la Asociación de Ingenieros Universitarios Mecánicos y Electricistas, AC, 13 de junio 2011, Torre de Ingeniería de la UNAM.
En el panel se abordaron los principales aspectos que se deben considerar para planear la transformación de una red tradicional de producción y consumo de energía eléctrica a una Red Inteligente. Se presentaron y discutieron los logros alcanzados hasta el momento en este aspecto en el mundo y se describieron los retos pendientes que son motivo de investigación y desarrollo en la actualidad.
Modelo de Referencia para Redes InteligentesAndesco
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
Este documento presenta una sesión sobre tendencias tecnológicas en telecomunicaciones. Discute la convergencia de voz, datos y video a través de estándares como WiMAX, DWDM e IPTV. También cubre tendencias como redes todo IP, nuevas tecnologías de banda ancha, comunicaciones móviles, digitalización, cloud computing, virtualización y gestión de activos digitales.
Infraestructura de medición avanzada (AMI) en las redes inteligentesAlianza FiiDEM, AC
Conferencias: Estado del arte en Redes Inteligentes “Smart Grids”, organizada por la Asociación de Ingenieros Universitarios Mecánicos y Electricistas, AC, 13 de junio 2011, Torre de Ingeniería de la UNAM.
En el panel se abordaron los principales aspectos que se deben considerar para planear la transformación de una red tradicional de producción y consumo de energía eléctrica a una Red Inteligente. Se presentaron y discutieron los logros alcanzados hasta el momento en este aspecto en el mundo y se describieron los retos pendientes que son motivo de investigación y desarrollo en la actualidad.
La integración de las energías renovables en el Mercadodavidtrebolle
Este documento analiza la integración de la generación distribuida en los mercados eléctricos y las redes de distribución. La generación distribuida, como las energías renovables y la cogeneración, presenta desafíos para la seguridad del suministro eléctrico debido a su naturaleza variable. El documento discute cómo la generación distribuida puede participar activamente en servicios como el control de tensión reactiva para mejorar la integración en la red. También analiza los aspectos regulatorios clave como los cargos de conexión
Este documento propone una arquitectura de telecomunicaciones para implementar un sistema de medición inteligente en la zona portuaria de Buenaventura, Colombia, con el fin de reducir las pérdidas no técnicas en el suministro de energía eléctrica. La arquitectura se basa en los estándares Smart Grid y propone el uso de redes inalámbricas mesh para comunicarse con los medidores inteligentes a nivel de hogar y vecindario, y redes de backhaul para transportar la información a larga distancia. También
Este documento presenta una introducción a las redes inalámbricas de sensores y la calidad de servicio en estas redes. Explica conceptos clave como la arquitectura de comunicaciones en estas redes, los requisitos de calidad de servicio, y diferentes propuestas para proporcionar calidad de servicio a nivel de acceso al medio, encaminamiento y transporte. Finalmente, analiza algunas aplicaciones con requisitos de calidad de servicio y propone un nuevo protocolo de encaminamiento para redes de sensores.
Las micro redes en el ámbito de la Red Eléctrica InteligenteAlianza FiiDEM, AC
Este documento describe las micro redes en el contexto de la red eléctrica inteligente. Explica que las micro redes utilizan fuentes de energía distribuidas como renovables y almacenamiento de energía para suministrar demanda local de forma aislada o conectada a la red principal. También cubre tecnologías habilitadoras como electrónica de potencia y proyectos piloto de micro redes en varios países. Concluye que aunque las tecnologías están disponibles, las principales barreras son la participación de consumidores, consolidación de almac
Conferencias: Estado del arte en Redes Inteligentes “Smart Grids”, organizada por la Asociación de Ingenieros Universitarios Mecánicos y Electricistas, AC, 13 de junio 2011, Torre de Ingeniería de la UNAM.
En el panel se abordaron los principales aspectos que se deben considerar para planear la transformación de una red tradicional de producción y consumo de energía eléctrica a una Red Inteligente. Se presentaron y discutieron los logros alcanzados hasta el momento en este aspecto en el mundo y se describieron los retos pendientes que son motivo de investigación y desarrollo en la actualidad.
Modelo de Referencia para Redes InteligentesAndesco
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
Este documento presenta una sesión sobre tendencias tecnológicas en telecomunicaciones. Discute la convergencia de voz, datos y video a través de estándares como WiMAX, DWDM e IPTV. También cubre tendencias como redes todo IP, nuevas tecnologías de banda ancha, comunicaciones móviles, digitalización, cloud computing, virtualización y gestión de activos digitales.
Infraestructura de medición avanzada (AMI) en las redes inteligentesAlianza FiiDEM, AC
Conferencias: Estado del arte en Redes Inteligentes “Smart Grids”, organizada por la Asociación de Ingenieros Universitarios Mecánicos y Electricistas, AC, 13 de junio 2011, Torre de Ingeniería de la UNAM.
En el panel se abordaron los principales aspectos que se deben considerar para planear la transformación de una red tradicional de producción y consumo de energía eléctrica a una Red Inteligente. Se presentaron y discutieron los logros alcanzados hasta el momento en este aspecto en el mundo y se describieron los retos pendientes que son motivo de investigación y desarrollo en la actualidad.
La integración de las energías renovables en el Mercadodavidtrebolle
Este documento analiza la integración de la generación distribuida en los mercados eléctricos y las redes de distribución. La generación distribuida, como las energías renovables y la cogeneración, presenta desafíos para la seguridad del suministro eléctrico debido a su naturaleza variable. El documento discute cómo la generación distribuida puede participar activamente en servicios como el control de tensión reactiva para mejorar la integración en la red. También analiza los aspectos regulatorios clave como los cargos de conexión
Este documento evalúa la factibilidad de implementar un sistema automatizado de medición remota (AMR) utilizando comunicaciones sobre líneas de potencia (PLC) para medir el consumo de energía eléctrica, cortar y reconectar el suministro en la ciudad de Cusco. Actualmente, estas tareas se realizan de forma manual por contratistas, lo que genera errores, demoras y costos operativos altos. La tecnología PLC podría automatizar el proceso de una manera más eficiente y confiable. El documento analiza los fundamentos
Este documento discute el papel de las redes eléctricas inteligentes en el fortalecimiento de la integración regional. Presenta factores clave como tecnológicos, medioambientales, económicos y normativos que impulsan el desarrollo de redes eléctricas inteligentes. También resume varios proyectos piloto de redes eléctricas inteligentes en países de América Latina y otras regiones.
Las redes inteligentes mejoran la infraestructura del sistema de suministro de energía mediante la automatización que administra los recursos de energía y proporciona información en tiempo real a proveedores y consumidores. Requiere una infraestructura moderna que maximice la entrada y distribución de energía de manera económica. La red inteligente se basa en las conexiones entre proveedores, distribuidores y consumidores para mejorar la automatización de información y la estandarización entre sectores.
Redes inteligentes, Smart Grid, Micro Grid. DANNER ANDERSON FIGUEROA GUERRA JAVIER FERNANDO CULQUI TIPAN MARLON DANIEL NÚÑEZ VERDEZOTO OMAR DANILO CRUZ PANCHI
El documento describe las tecnologías de información aplicadas a redes inteligentes de distribución eléctrica. Explica que las redes de distribución están adoptando nuevas tecnologías para hacerlas más eficientes, interactivas y orientadas al cliente. También describe los factores globales que impulsan esta transición, como el envejecimiento de la infraestructura, la generación distribuida, y la necesidad de optimizar la capacidad para satisfacer el crecimiento de la demanda de una manera sostenible.
El documento describe sistemas de medición inteligente (AMI) y sus componentes como medidores inteligentes, redes de comunicación y sistemas de gestión de datos. Explica que los sistemas AMI permiten la lectura y gestión remota de medidores, así como aplicaciones como control de pérdidas, calidad de energía y respuesta a la demanda. El sistema AMI propuesto utiliza medidores con módulo inteligente Iris Energy, la plataforma de gestión SISTELEC y comunicación vía SMS celular, aprovechando la amplia cobertura
Este documento presenta los conceptos clave de una red de distribución eléctrica inteligente. Explica que una red inteligente involucra la integración de sensores, mediciones y automatización a todos los niveles de la red, así como sistemas de control inteligentes. También describe algunas de las características clave como la incorporación masiva de generación distribuida renovable, vehículos eléctricos, y electrodomésticos inteligentes. Finalmente, señala que si bien Chile tiene las condiciones técnicas para implementar estas re
Integración de las energías renovables en electrificación rural, bien por penetración de fuentes renovables en la red de distribución o bien por la utilización de microrredes de energías renovables.
El documento describe el proceso de elaboración y aprobación de la "Hoja de Ruta de las Redes Eléctricas Inteligentes en la Distribución 2023-2030" en el Perú. Explica los 6 objetivos estratégicos y las líneas de acción correspondientes para lograr la visión de transitar hacia redes eléctricas inteligentes, confiables y sostenibles para 2030 en el Perú.
Las TIC se basan en tres componentes fundamentales: 1) la microelectrónica, que proporciona el hardware común; 2) el software, que permite la interacción entre hardware y usuario; y 3) las infraestructuras de comunicaciones, que permiten la distribución de la información a través de redes geográficas. Estos tres componentes se combinan para ofrecer servicios de aplicaciones al usuario de forma intuitiva.
INFORME EXPOSICION REDES DE COMUNICACION INDUSTRIAL.docxABELALANYAENRIQUEZ
Este documento describe las redes de comunicación industrial y su importancia en los sistemas de automatización. Explica que estas redes permiten el intercambio de datos entre dispositivos de campo, controladores y computadoras para controlar procesos industriales. Describe tres niveles de redes y diferentes tecnologías como Ethernet, DeviceNet y Modbus. También explica cómo las redes flexibles pueden conectar dispositivos de diferentes fabricantes para optimizar la producción y supervisión en tiempo real. El documento incluye instrucciones para que los estudiantes describan fotos
El documento describe los aspectos técnicos y tecnológicos de los edificios inteligentes. Explica que un edificio inteligente integra conceptos arquitectónicos y tecnológicos para crear ambientes funcionales y satisfactorios para sus ocupantes. También describe los sistemas que pueden controlarse en un edificio inteligente, como iluminación, temperatura, humedad, redes y automatización de áreas de trabajo, con el fin de mejorar la eficiencia y experiencia de los usuarios.
El concepto de la industria 4.0 (fábrica inteligente y conectada) está enfocado hacia la interconexión completa entre los procesos de fabricación de bienes y los consumidores o usuarios de esos bienes y sus productos.
Este documento trata sobre la transmisión de datos a través de la red eléctrica utilizando la tecnología PLC en Ciudad Victoria. Explica los conceptos básicos de PLC, revisa los antecedentes de esta tecnología, establece los objetivos y la hipótesis del proyecto, y describe los materiales y métodos que se utilizarán para implementar una red PLC.
Los tres componentes fundamentales de las TIC son: 1) la microelectrónica, que proporciona el hardware para el procesamiento de información; 2) el software, que permite la interacción entre el hardware y los usuarios; y 3) las infraestructuras de comunicaciones, que facilitan la transmisión de información entre dispositivos físicamente separados. Juntos, estos tres elementos soportan las funcionalidades del proceso de información y permiten ofrecer servicios a los usuarios a través de aplicaciones.
Este documento describe los diferentes tipos de buses de comunicación utilizados en una planta industrial. Explica la comunicación con el bus de campo entre sensores, actuadores y PLCs, la comunicación con el bus de celda a nivel de fabricación para supervisión e interfaz hombre-máquina, y la comunicación con el bus de planta para monitorear y visualizar procesos a nivel de toda la planta. Concluye que la introducción de Ethernet ha tenido un impacto positivo al permitir una integración más fácil entre sistemas de planta y administración util
Este documento describe el diseño e implementación de un sistema de adquisición de datos y interfaz humano-máquina para un analizador de calidad de energía para la empresa eléctrica EMELBO en Ecuador. El proyecto incluye el diseño de hardware para acondicionar las señales eléctricas y una tarjeta de adquisición de datos USB, así como el desarrollo de software en LabVIEW para la adquisición, procesamiento y visualización de datos de calidad de energía como armónicos, distorsión y factor de potencia.
Herramientas de Big Data que permitirá al operador y a las Empresas Eléctricas entender, cuantificar, analizar el comportamiento de la demanda, pronóstico de tiempo, cortes de energía y fallas
Este documento evalúa la factibilidad de implementar un sistema automatizado de medición remota (AMR) utilizando comunicaciones sobre líneas de potencia (PLC) para medir el consumo de energía eléctrica, cortar y reconectar el suministro en la ciudad de Cusco. Actualmente, estas tareas se realizan de forma manual por contratistas, lo que genera errores, demoras y costos operativos altos. La tecnología PLC podría automatizar el proceso de una manera más eficiente y confiable. El documento analiza los fundamentos
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Las redes inteligentes mejoran la infraestructura del sistema de suministro de energía mediante la automatización que administra los recursos de energía y proporciona información en tiempo real a proveedores y consumidores. Requiere una infraestructura moderna que maximice la entrada y distribución de energía de manera económica. La red inteligente se basa en las conexiones entre proveedores, distribuidores y consumidores para mejorar la automatización de información y la estandarización entre sectores.
Redes inteligentes, Smart Grid, Micro Grid. DANNER ANDERSON FIGUEROA GUERRA JAVIER FERNANDO CULQUI TIPAN MARLON DANIEL NÚÑEZ VERDEZOTO OMAR DANILO CRUZ PANCHI
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Los tres componentes fundamentales de las TIC son: 1) la microelectrónica, que proporciona el hardware para el procesamiento de información; 2) el software, que permite la interacción entre el hardware y los usuarios; y 3) las infraestructuras de comunicaciones, que facilitan la transmisión de información entre dispositivos físicamente separados. Juntos, estos tres elementos soportan las funcionalidades del proceso de información y permiten ofrecer servicios a los usuarios a través de aplicaciones.
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Este documento describe el diseño e implementación de un sistema de adquisición de datos y interfaz humano-máquina para un analizador de calidad de energía para la empresa eléctrica EMELBO en Ecuador. El proyecto incluye el diseño de hardware para acondicionar las señales eléctricas y una tarjeta de adquisición de datos USB, así como el desarrollo de software en LabVIEW para la adquisición, procesamiento y visualización de datos de calidad de energía como armónicos, distorsión y factor de potencia.
Herramientas de Big Data que permitirá al operador y a las Empresas Eléctricas entender, cuantificar, analizar el comportamiento de la demanda, pronóstico de tiempo, cortes de energía y fallas
1. 1
PROPUESTA DE LA ARQUITECTURA DE TELECOMUNICACIONES PARA
UNA SOLUCIÓN DE MEDIDA CENTRALIZADA ORIENTADA A LA
REDUCCIÓN DE PÉRDIDAS NO TÉCNICAS Y SUPERVISIÓN DE
TELECONTROL EN EL CONTEXTO DE SMART GRID PARA LA ZONA
PORTUARIA DE BUENAVENTURA
Fernando Fernández Marulanda
Ingeniero de Sistemas, Universidad Antonio Nariño, Palmira, Colombia.
Especialista en Redes de Telecomunicaciones, Universidad ICESI, Colombia.
Service Manager GNFT Colombia
Project Management Professional PMP-MCP
ITIL Foundation V3 Certified
Email: sm.gnft.co@gasnatural.com
Carlos Conrad Pfizenmaier Giraldo
Ingeniero Civil, Universidad del Valle, Colombia.
Especialista en Administración Pública, Universidad del Valle, Colombia
Especialista en Finanzas, Universidad EAFIT, Colombia
Alta Gerencia Internacional, Universidad ICESI, Colombia
Email: capfizen@gmail.com
2. 2
Resumen
En este artículo se desarrolla una propuesta de arquitectura de
telecomunicaciones que contribuye al control de las pérdidas de energía en las
empresas prestadoras de dicho servicio. Como está definido el sector eléctrico, las
pérdidas están en cabeza de los comercializadores y de los consumidores, pues al
generador y al dueño de las redes de transmisión se les paga bien sea el valor de
la energía producida o el valor de la energía transportada. El comercializador
asume las diferencias entre el valor recaudado de la energía y el valor de la
compra, transporte y distribución, regularmente denominadas pérdidas no técnicas
(energía no facturada), aunque como incentivo se les reconoce el valor de los
programas de reducción de pérdidas, lo cual también aplica para el distribuidor
que es a su vez comercializador.
Estos incentivos son la oportunidad para desarrollar proyectos de innovación que
permitan controlar el nivel de las pérdidas negras o no técnicas en el sector
eléctrico. Considerando el desarrollo de las tecnologías de información y su
integración a la operación y control de las redes de energía, la propuesta es
diseñar en el contexto de Smart Grid (redes eléctricas inteligentes) una
arquitectura de telecomunicaciones que sea una solución al problema que se
presenta específicamente en la Ciudad de Buenaventura, con un nivel de pérdidas
superior al promedio de las pérdidas en otras ciudades del Departamento del Valle
del Cauca, teniendo en cuenta la condición especial del puerto, sus aspectos
socio-económicos, sus problemas de seguridad, la extrema pobreza de su
población, la agresividad climática del entorno geográfico y las condiciones
técnicas en que se realiza el trabajo por parte de los operarios del OR (operador
de red).
Iniciativas como esta buscan integrar las redes de comunicaciones con la red de
transmisión y distribución de energía para crear una autopista de comunicaciones
sobre las redes eléctricas capaz de controlar su estado, realizar auto diagnóstico,
tener una notificación de fallos más eficiente y realizar incluso reparaciones a
distancia. Se exponen en el documento arquitecturas de comunicación en Estados
Unidos, uno de los países donde más se ha desarrollado Smart Grid y que es líder
en la estandarización de la tecnología, y se referencian iniciativas regionales y
locales implementadas en el mismo sentido pero de menor alcance, en Cali [1] y
en Medellín [2].
Palabras clave
Pérdidas no técnicas, Smart Grid, arquitectura de telecomunicaciones, tecnologías
de información, redes de energía.
3. 3
1. Introducción
Una de las principales preocupaciones de los prestadores de servicios públicos
domiciliarios es el nivel de pérdidas técnicas y no técnicas de los sistemas, pues
de ellos se derivan consecuencias económicas que pueden poner en peligro la
sostenibilidad de los mismos. Para estudiar las pérdidas se hace una división que
facilita su análisis, pues hay pérdidas inherentes a la prestación del servicio en sí
mismo, relacionadas con la infraestructura y la organización, denominadas
técnicas [3] (se dan en los elementos y equipos eléctricos que conforman la red y
la medición y se controlan con buenas prácticas operativas o con procedimientos
de diseño automatizados) y pérdidas ajenas a la prestación del mismo,
denominadas pérdidas negras, o no técnicas [3] (se presentan cuando el medidor
no registra la energía que el usuario consume: manipulación de los medidores,
conexión fraudulenta a la red).
El área de estudio es el servicio público domiciliario de energía eléctrica en la zona
portuaria de Buenaventura, aunque seguramente sus conclusiones podrán
extrapolarse a la prestación de otros servicios. Se escoge Buenaventura por ser
una ciudad con una problemática socio-cultural compleja, con un tejido social muy
fracturado, alta desigualdad social y pobreza extrema, pero con un gran potencial
de desarrollo.
Es de interés del Estado hacer más eficiente el Sector de Minas y Energía, pues
involucra una cantidad ingente de recursos naturales. La prestación del servicio
público domiciliario de energía eléctrica está directamente relacionado con el
recurso agua y el recurso minero-energético: petróleo, carbón y gas; la
preocupación por el sistema medio-ambiental, considera otras tecnologías de
generación de energía, fuentes sostenibles como la energía solar y la energía
eólica, muy costosas aún para implementarlas en nuestro medio, de allí la
necesidad de un sector eléctrico eficiente y como se observa en la Figura 1,
Mercado Eléctrico Colombiano [4], existe toda una estructura público privada para
lograrlo. El suministro de energía eléctrica a los hogares, industria y comercio es el
resultado de un proceso de producción, transporte y venta del que hacen parte
diferentes actores.
Se requiere una arquitectura de telecomunicaciones adaptada a estándares, que
permita implementar un sistema de medición inteligente con el fin de telemedir y
controlar remotamente el suministro de energía a los usuarios, facilitar la gestión y
análisis de la información del consumo y disponibilidad del servicio, reducir las
4. 4
pérdidas no técnicas procedentes de la manipulación de los equipos de medida y
mejorar la comunicación cliente – empresa a partir de los equipos asociados a la
tecnología y que tenga en cuenta los procesos operativos del negocio, tales como
la lectura, suspensión, reconexión, verificación de la suspensión, supervisión de
telecontrol, eventos y alarmas.
Figura 1: Mercado Eléctrico Colombiano. Fuente: [4]
En Smart Grid se definen portales de servicios energéticos que se pueden acceder
desde redes HAN (Home Area Network) que permiten atender la demanda de
energía de dispositivos de alto consumo - electrodomésticos inteligentes,
interruptores de luz y similares. El resultado es un potente sistema de respuesta a
la demanda que además permite a los consumidores medir o controlar
dinámicamente en tiempo real, el uso de la energía, en concordancia con lo que
se considera el Marco Conceptual de Smart Grid definido por The National
Institute of Standards and Technology´s, NIST, la Agencia Federal que en los
Estados Unidos trabaja con la industria para desarrollar y aplicar tecnología,
mediciones y estándares, Figura 2. El marco conceptual identifica 7 dominios:
generación de energía, transmisión, distribución, mercados, operación, proveedor
de servicios y clientes. Cada dominio abarca actores y aplicaciones Smart Grid.
5. 5
Los actores incluyen dispositivos, sistemas o programas para tomar decisiones
con el intercambio de información necesaria: los contadores inteligentes,
generadores solares, y sistemas de control representan ejemplos de dispositivos y
sistemas.
Figura 2: Marco Conceptual SMART GRID, NIST, USA [5]
Este sistema de redes inteligentes interconectado a través de tecnologías de la
información y comunicación con tecnologías de generación, transmisión,
distribución de electricidad, y de uso final, es de gran importancia, ya que mejora
la confiabilidad del sistema eléctrico, gracias a su automatización, y contribuye al
uso de energías más limpias y renovables con sistemas más eficientes.
2. Arquitectura Propuesta:
Un marco arquitectural establece una práctica común para crear, interpretar,
analizar y usar descripciones de arquitectura en un particular dominio de
aplicación o comunidad interesada [6]. El diseño de la arquitectura de
telecomunicaciones que aplica a la solución del problema propuesto en el
presente documento está sujeto al modelo o marco arquitectural de referencia
(SGAM Framework) [7], NIST ampliada según modelo europeo, en la dimensión
de interoperabilidad y sobre todos los dominios y zonas de aplicación. Es la
arquitectura de comunicaciones la que permite la interoperabilidad de dispositivos,
6. 6
sistemas y programas, al otorgar al sistema total la posibilidad de la comunicación
de doble vía. Para el diseño arquitectural de cualquiera de las capas del sistema
tenemos en cuenta la descripción de arquitectura, como se registra en la Figura 3,
“conceptos o propiedades fundamentales de un sistema en su ambiente
embebidos en sus elementos, relaciones y principios de diseño y evolución” [6], lo
cual aplica especialmente para la capa física o de comunicaciones en nuestro
caso. Interesados, buscan un sistema con unas determinadas propiedades y
situado en un ambiente específico, el sistema exhibe una arquitectura que se
expresa a través de su descripción:
Figura 3: Descripción de Arquitectura [6]
El énfasis de la capa de comunicación es describir los protocolos y mecanismos
para el intercambio interoperable de información entre los actores de los casos de
uso. Los protocolos apropiados y los mecanismos se identifican sobre la base de
los objetos de información y los modelos de datos de referencia en consideración
a los requisitos no funcionales del caso de uso. Los protocolos y mecanismos son
situados en el dominio apropiado y en la zona que está siendo usada.
La comunicación y la transmisión de datos en el entorno de una red inteligente se
pueden dividir en tres categorías principales, dependiendo de la distancia de
cobertura [8]:
(1) Red de Área Amplia (WAN), que permite la comunicación entre los diversos
dispositivos ubicados dentro de un área amplia u objetivo;
7. 7
(2) Red de Área de Vecindario (NAN), que permite las comunicaciones entre los
medidores inteligentes y un punto central de concentración en un vecindario; y
(3) Red de Área de Hogar (HAN), que permite la conexión entre los aparatos HMS
y de uso final en una casa.
Entre las bien conocidas tecnologías de comunicación en la denominada HAN se
pueden incluir Bluetooth [9], ZigBee [10], Wi-Fi [11], y la comunicación por líneas
de potencia o Power Line Carrier –PLC- [12]. Dado que las tecnologías
inalámbricas proporcionan menor costo de instalación, despliegue más rápido y
mayor movilidad y flexibilidad que sus contrapartes cableadas, las tecnologías
inalámbricas son las opciones preferidas en la mayor parte de las aplicaciones de
Smart Grid. Por otro lado, las tecnologías de comunicación inalámbrica en las
definidas NAN y WAN pueden incluir WiMAX [13] y Celular [14].
El diseño propuesto, como bien se expresa en la introducción, teniendo en cuenta
la condición especial del puerto de Buenaventura, sus aspectos socio-económicos,
sus problemas de seguridad, la extrema pobreza de su población, la agresividad
climática del entorno geográfico y las condiciones técnicas en que se realiza el
trabajo por parte de los operarios del OR, debe responder en forma adecuada a la
solución del problema. Se trabaja especialmente en definir los requerimientos y
especificaciones técnicas, establecer los casos de uso y necesidades operativas,
en definir un exigente protocolo de pruebas que permita determinar el desempeño
del sistema y determinar las restricciones ambientales que deben cumplir los
dispositivos en una geografía específica.
2.1.Arquitecturas de Referencia:
Smart Grid en Texas [15]
Operador: ONCOR Electric Delivery
Smart Meter Instalados: 2000000 entre el año 2008 y el 2011, a través de todo
el Estado de Texas.
Funcionalidad:
Lectura remota del medidor.
Comunicación bidireccional.
Desconexión y reconexión remota.
Capacidad de proveer en tiempo real acceso directo a los datos del
cliente.
8. 8
Medios para proveer señales de precio al cliente.
Capacidad de proveer intervalos de datos de 15 minutos o menos.
Arquitectura de Comunicaciones:
Puede observarse en la Figura 4 la disposición de la red MESH, utilizada
como infraestructura de captura de datos de los medidores avanzados o Smart
Meters. HOME ENERGY MONITOR son ubicados en las premisas del cliente,
conectados a los Smart Meter, envían información cada 7 segundos. Los
Smart Meter se conectan a dispositivos Zigbee desplegados en topología de
red MESH redundante y concentran sus datos en Acces Point, los cuales
constituyen la Field Area Network (FAN), que a su vez en forma inalámbrica
transportan sus datos a un Gateway Router en la WAN considerada, hasta
finalmente llegar a la utilidad central, desde donde se realiza la gestión.
Figura 4: Arquitectura de Comunicaciones Red MESH en Texas, USA.
Smart Grid en South Bend City, Indiana [16]:
Operador: American Electric Power (AEC).
Instalación de10K medidores AMI.
Utilización de Infraestructura Común de Comunicaciones para la Gestión de
AMI y la red inteligente.
AMI HEAD
END
Repeater/Router
Collector
MDMS
HAN
RF Mesh
Network
Backhaul
Network
RF Mesh
Network
Meter
Customer
Account
Data
HAN
Smart
Appliances
REPs
Consumer
Smart Meter
Texas Portal
Enterprise Service Bus (ESB)
DATA
REPOSITORY
Wide Area Network
(backhaul)
Field Area Network
External
Interfaces
Utility Network
9. 9
Gestionar 25 reconectadores y 25 condensadores.
Utilizar GE DMS como DSCADA anfitrión.
Integrar GE OMS con DMS existente y nueva infraestructura AMI.
Integración de software utilizando Common Information Model (CIM) [17], en
coordinación con EPRI.
Funcionalidad:
– Lectura remota del medidor.
– Comunicación bidireccional.
– Desconexión y reconexión remota.
– Capacidad de proveer en tiempo real acceso directo a los datos
del cliente.
– Medios para proveer señales de precio al cliente.
– Capacidad de proveer intervalos de datos de 15 minutos o
menos.
Arquitectura de Comunicaciones:
Una red inalámbrica Mesh con capacidad de intercambiar datos con los
medidores inteligentes (AMI). Concentración de datos en Gateways a través
de medios inalámbricos. Las redes de Backhaul pueden estar constituidas por
radioenlaces PTP o PMP, que conducen la información al backbone, donde se
realiza la gestión de datos. El ENMAC DMS es el SCADA que tiene los
atributos de gestionar la red eléctrica. La Gestión de Datos y la Gestión de la
Red de Comunicaciones están integradas en la Administración Central, Figura
5:
10. 10
Figura 5: Arquitectura de Comunicaciones en una Smart Grid en South Bend City.
2.2.Alineación de la Arquitectura Propuesta con las Arquitecturas de
Referencia:
La Arquitectura Propuesta busca controlar un problema específico, niveles de
pérdidas no técnicas indeseados en la ciudad de Buenaventura. Para ello se
estudian las condiciones socio-económicas y ambientales y se determina una
posible solución técnica que implica el despliegue tecnológico de TI que
incorpora inteligencia a una red de energía. Las Arquitecturas de Referencia,
en otro contexto, con especificaciones diferentes en cuanto al problema,
buscando eficiencia energética y mayor autonomía para los clientes en el uso
de la energía, incorporan inteligencia a través de TI a una red de energía. En
ambos casos la Smart Grid tiene la característica de ser gestionada
remotamente, “se pretende que con la implementación de una red eléctrica
inteligente, los sensores envíen los datos de las variables de la red, como
tensión, corrientes, frecuencias, factores de potencia, etc., y que sean los
mismos sistemas los que de manera autónoma tengan control de la red en
tiempo real, con ello no necesariamente se pretende reemplazar todos los
sistemas antiguos existentes, sino, buscar de ser posible la manera de
volverlos interoperables”. Las arquitecturas, la propuesta y las de referencia,
son conceptualmente similares, sus dispositivos de última milla son
gestionables y la red de transporte está diseñada según estándares de
comunicaciones que permiten la interoperabilidad.
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2.3.Casos de Uso y Necesidades Operativas:
Vincular tecnologías de información y comunicaciones a la gestión de las redes
de distribución de energía de un operador de red permite establecer casos de
uso muy particulares y precisos en escenarios de procesos de sistemas AMI.
Adoptando un sistema de medición inteligente se busca controlar remotamente
el suministro de energía a los usuarios, facilitar la gestión de información del
consumo de energía, reducir las pérdidas no técnicas procedentes de la
manipulación de los equipos de medida y mejorar la comunicación cliente –
empresa a partir de la comunicación bidireccional por medio de los equipos
asociados a la tecnología. Los casos de uso se determinarán a partir de las
siguientes condiciones:
Mejorar la gestión hacia los clientes de energía, a través de una red de
telecomunicaciones que permita ejecutar las actividades de suspensión
y reconexión del servicio de manera automática e inmediata, sin requerir
desplazamiento hasta el usuario y haciendo uso de tecnologías y
conceptos de gestión emergentes.
Mejorar la supervisión de la red a través de sistemas confiables y
robustos capaces de soportar las demandas de datos esperadas dentro
de Smart Grid.
Establecer comunicación bidireccional entre el cliente y la empresa de
energía.
Los casos de uso describen como los roles de los dispositivos o aplicaciones
interactúan para implementar funcionalidad de gestión distribuida en un
contexto de Smart Grid. Incluimos el caso de uso más relevante:
Caso de Uso 1: Gestión de la Medida
Descripción:
Debe permitir la lectura remota del medidor, establecer el balance de pérdidas,
hacer el perfil de carga del cliente y monitorear la calidad de la potencia. La
Autoridad de Control evalúa la condición existente basada en nuevos
estímulos, como nuevos datos desde un dispositivo o un cambio en los
parámetros operacionales de la aplicación. La aplicación analiza las
condiciones existentes, determina donde las acciones son requeridas e inicia
las acciones necesarias. La decisión de la aplicación es realizada sin la
intervención de un usuario.
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Precondiciones:
La aplicación y dispositivos están operativos y se han inicializado con
enrutamiento / información de comunicación.
Mínima Garantía:
No hay acción innecesaria de un dispositivo.
Suceso Garantizado:
La aplicación ejecuta la acción requerida.
Desencadenador:
Hay tres posibles desencadenadores para este caso de uso:
Nuevo consumo.
Nueva instalación.
Pérdidas en el sistema.
El esquema del caso de uso descrito se presenta a continuación:
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Figura 6: Caso de Uso 1
3. Selección de la Arquitectura de Telecomunicaciones
Como Arquitectura de Referencia para efectos de seleccionar la Arquitectura de
Telecomunicaciones relacionada con el problema propuesto, se utiliza ETSI M2M,
adoptada en razón a los trabajos de estandarización realizados por ETSI [18]. Una
infraestructura de comunicaciones de este tipo se basa totalmente en tecnologías
de comunicaciones inalámbricas ampliamente desplegadas tales como IEEE
802.11 y el General Packet Radio Service (GPRS). Se tienen en cuenta los costos
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operacionales de la utilización de diferentes soluciones de seguridad en el
segmento de GPRS y el rendimiento de las tecnologías de las comunicaciones
seleccionadas sobre la base de diferentes métricas (goodput, en el caso de IEEE
802.11, y el tiempo de transmisión, en el caso de GPRS), entre otras
consideraciones y tecnologías, “Máquina-a-Máquina (M2M) permite que los
dispositivos de red se comuniquen entre sí sin necesidad de intervención humana.
Lo que en un principio parecía ser una solución a la medida para aplicaciones de
telemetría, se ha convertido en un paradigma de las comunicaciones en sí, frente
a la gran cantidad de aplicaciones existentes y aún no se ha desarrollado en el
contexto amplio de la Internet de las Cosas. Como cuestión de hecho, las
comunicaciones M2M representan uno de los principales pilares de la Smart Grid
que van a permitir el intercambio de información en tiempo real bidireccional que
se requiere entre los centros de consumo y de generación a ser monitoreados y
controlados, y los sistemas de información en el que los procesos de optimización
se ejecutan.”. [18]
La mencionada Arquitectura de Referencia de M2M ETSI para Smart Grid en la
capa de comunicaciones, que orienta el diseño de la red, la explicamos a
continuación en la Figura 7:
Figura 7: Principales Dominios de ETSI M2M Arquitectura de Referencia [18]
Se tienen tres (3) principales dominios M2M (Aplicaciones, Red y Dispositivos). El
dominio de dispositivos representa el despliegue de los mismos en una
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determinada arquitectura y el dominio de red representa el núcleo de la
infraestructura M2M y ofrece intercambio de datos bidireccional a granel a través
de largas distancias. Finalmente, el dominio de aplicación abarca los servicios que
se entregan en la parte superior de la infraestructura M2M.
La propuesta arquitectural divide la solución en dos áreas, Sub Estación Tabor y
Oficina Comercializadora para el sector de La Isla, zona portuaria de
Buenaventura, cada sector se encuentra dividido en subredes, cada subred
contará con un AP ROOT y varios NON ROOT. La topología en conexión MESH
define dos roles para los Access Point que se despliegan en la solución, el que se
define como ROOT y posee la característica de estar conectado físicamente a
través de uno de sus puertos Giga Ethernet a la red a la cual se desea acceder, en
este caso la red corporativa de la Empresa de Distribución de Energía; el que se
define como Non ROOT, que corresponde a todo Access Point presente en la red
mallada, pero que no tiene una conexión directa a la red deseada, sino que debe
enlazarse con otro Access Point para poder enviar la información requerida.
Para los AP Root se deberá establecer una conexión directa al nodo de acceso de
la red de la Empresa de Distribución de Energía, de aquí la necesidad de
establecer un grupo de enlaces Punto Multi Punto, PMP. Cada AP Root tendrá un
módulo Suscriptor (SM) el cual se enlazará con un clúster ubicado en una estación
base tanto en SE Tabor como en la Oficina Comercial, dicho clúster deberá
ubicarse en un sitio lo suficientemente alto, que garantice la línea de vista con
cada AP Root e irá conectado a un Switch que dará el enlace directo a la red de la
Empresa de Distribución de Energía.
En resumen, desde la SE Tabor como en la Oficina Comercial, habrán enlaces
PMP que conectarán cada subred a través de un AP Root así como a los AP Non
Root derivados, cada enlace PMP sería teóricamente de 52Mbps y estaría
enlazado en la frecuencia de los 5 GHz (depende de las condiciones reales del
enlace) para cada subred con su AP Root. Los AP le brindarán servicio de
conectividad a los concentradores a través de los módulos adaptadores de WI FI.
La Figura 8 muestra el diagrama de red teórico que permitiría la conectividad y
transferencia de información desde las cajas de medida centralizada:
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Figura 8: Diagrama de Red Teórico
4. Conclusiones:
La arquitectura de telecomunicaciones debe ser implementada
considerando tecnologías, estándares y protocolos abiertos que garanticen
plena interoperabilidad e integración de los equipos y dispositivos, al mismo
tiempo que permitan una solución escalable a futuro.
Los casos de uso describen como los roles de los dispositivos o
aplicaciones interactúan para implementar funcionalidad de gestión
distribuida en un contexto de Smart Grid; con base en lo anterior, la razón
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de ser del caso de uso más relevante para este trabajo, fue la gestión de la
medida.
La necesidad de gestionar remota y autónomamente las redes y elementos
de la infraestructura eléctrica son el impulso de proyectos de investigación y
desarrollo en el ámbito de las telecomunicaciones. La adopción de
tecnologías basada en estándares permitirá implementar soluciones de
comunicaciones interoperables. En este sentido, se recomienda para las
Empresas de Distribución de Energía iniciar la adquisición de equipos
basados en estándares y evitar el crecimiento de medidores con módems
incorporados bajo tecnologías o protocolos propietarios que limitan la
integración en la red.
La implementación de un sistema AMI requiere que las Empresas de
Energía cuenten con recursos y procesos para el análisis de la gran
volumetría de datos que se espera obtener a partir del crecimiento de
dispositivos en cualquier nivel de la red de potencia.
El despliegue de tecnologías inalámbricas en la banda ISM [19] (Industrial,
Scientific and Medical, bandas no licenciadas), en escenarios urbanos
especialmente, puede ser susceptible a interferencia debido a que
comparte la banda con diversos equipos y dispositivos de comunicación
que utilizan WiFi, Bluetooth. Ejemplo de ello son teléfonos inalámbricos y
los hornos de microondas que trabajan en la banda de 2.4 GHz.
Existen objetivos claros y comunes entre las Empresas Eléctricas (Utilities)
para justificar el despliegue de AMI, los cuales están relacionados
principalmente con la necesidad de mitigar las pérdidas de energía y las
actividades relacionadas con la medición de contadores (proceso
implementado desde AMR).
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Referencias Bibliográficas
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[2] Subdirección Investigación & Desarrollo Negocios Energía, EPM, «Preparando el
camino para Smart Grid,» Bogotá, 2011.
[3] ENDESA S.A., «PERDIDAS NO TECNICAS DE ENERGIA, TRABAJAMOS
PARA REDUCIR EL INDICADOR,» Actualidad ENDESA, 2013.
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Colombiano, Esquema Institucional del Sector,» Bogotá D.C., 2010.
[5] NIST Special Publication 1108, «NIST Framework and Roadmap for Smart Grid
Interoperability Standards, Release 1.0,» 2010.
[6] ISO/IEC/IEEE 42010, « Systems and software engineering – Architecture
description.».
[7] CEN-CENELEC-ETSI Smart Grid Coordination Group, «Smart Grid Reference
Architecture,» 2012.
[8] M. K. a. S. R. M. Pipattanasomporn, «Demand Response Implementation in a Home
Area Network: A Conceptual Hardware Architecture,» Virginia.
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Exchange Between Systems - LAN/MAN,» 2005.
[10] IEEE Standard Asotiation, «802.15.4 Standard for Telecommunications and
Information Exchange Between Systems - LAN/MAN Specific Requirements,»
2003.
[11] IEEE Standard Asotiation, «802.11 Standard for Information technology--
Telecommunications and information exchange between systems Local and
metropolitan area networks,» 2012.
[12] IEEE Standard Asotiation, «1901.2 IEEE Standard for Low-Frequency (less than
500 kHz) Narrowband Power Line Communications for Smart Grid Applications,»
2013.
[13] IEEE Standard Asotiation, «802.16 BROADBAND WIRELESS METROPOLITAN
AREA NETWORKS (MANs),» 2012.
[14] ITU, «IMT 2000 Family,» 1992.
[15] Christine Wright, Public Utility Commission of Texas;Thomas Olinger, CenterPoint
Energy; Donny Helm, Oncor Electric Delivery,
«http://www.puc.texas.gov/industry/projects/electric/34610/presentations/Utilimetri
cs_0811.ppt,» 2012. [En línea]. Available: www.puc.texas.gov. [Último acceso: 14
Octubre 2014].
[16] American Electric Power, «American Electric Power’s Integrated Approach to the
Smart Grid,» Clemson, SC, 2009.
[17] International Electrotechnical Commision, IEC, «IEC-61970,» Geneva, 2005.
[18] P. M. J. I. M. a. J. M. C. Gregorio López, «Multi-Faceted Assessment of a Wireless
19. 19
Communications Infrastructure for the Green Neighborhoods of the Smart Grid,»
Energies, vol. 7, nº 5, p. 30, 2014.
[19] ITU, International Telecommunication Union, «Reglamento de
Radiocomunicaciones, Nota 5150,» Geneva, 1990.