El documento describe el estado actual de las redes eléctricas inteligentes y la necesidad de interoperabilidad semántica entre los sistemas de gestión de distribución para lograr una red eléctrica inteligente completa. Se propone un modelo semántico basado en el Modelo de Información Común para lograr la interoperabilidad requerida entre los sistemas legados y nuevos de la Comisión Federal de Electricidad de México.

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

2. Evolución de las redes eléctricas
Redes tradicionales Redes actuales

3. 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

4. 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).

5. 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.

6. Smart Grid
El marco de referencia del NIST considera 7 dominios

7. Smart Grid - visión general
Programa de Transacciones Planeación Gestión Gestión de
operaciones (Trading) de la del activos
(Scheduling) expansión mantto.
Planeación de T&D
Contratos Despacho/DSM
(Seattlement) Integración de
GIS OMS WFM
Mercado de energía
información
empresarial Gestión de la distribución
Planeación de DMS EMS
Normas MDM CIS Atención a Facturación
la operación (CIM) clientes
Operaciones T&D Servicios al cliente
SCADA
Infraestructura de comunicaciones
Automatización de
Automatización de la distribución, Infraestructura Redes en el
Centrales de subestaciones de de medición hogar y
generación subestaciones y
transmisión alimentadores avanzada dispositivos

8. Smart Grid - visión general
Programa de Transacciones Planeación Gestión Gestión de
operaciones (Trading) de la del activos
(Scheduling) expansión mantto.
Planeación de T&D
Contratos Despacho/DSM
(Seattlement) Integración de
GIS OMS WFM
Mercado de energía
información
empresarial Gestión de la distribución
Capacitación
Planeación de DMS EMS
Normas MDM CIS Atención a Facturación
la operación (CIM) clientes
Operaciones T&D Servicios al cliente
SCADA
Infraestructura de comunicaciones
Automatización de
Automatización de la distribución, Infraestructura Redes en el
Centrales de subestaciones de de medición hogar y
generación subestaciones y
transmisión alimentadores avanzada dispositivos

9. Interoperabilidad de sistemas
DMS para un Sistema Eléctrico de
Distribución Inteligente (SEDI)

10. 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.

11. Interoperabilidad

12. 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.

13. Niveles de interoperabilidad
Fuente: GridWise Architecture Council (GWAC)

14. 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.

15. 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.

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

17. Modelo Semántico de CFE

18. 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.

19. Modelo Semántico de CFE
División
Zona
Subestación
Voltaje Base

20. Arquitectura física

21. Arquitectura lógica

22. Gestión de clientes importantes

23. Gestión de clientes importantes
Pantalla principal y flujo para “Gestión de clientes
importantes” en una Zona de Distribución

24. Gestión de clientes importantes
Pantalla principal de la aplicación para
“Mapeo de clientes importantes”

25. Interoperabilidad del SimSED
Perfil
Export Import
Instancia CIM/XML
Bus de interoperabilidad semántica

26. Interoperabilidad del SimSED

27. Interoperabilidad del SimSED

28. Interoperabilidad del SimSED

29. 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 Semántico:
OPC tradicional: •Origen (medidor)
•Identificador •Ubicación en la red
•Valor numérico •Identificador
•Valor numérico
•Unidades
•Factor de escala

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