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“Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016

M. en C. Jose Ignacio Castillo VelázquezIngeniería en Sistemas Electrónicos y de Telecomunicaciones

Universidad Autónoma de la Ciudad de México

IEEE Computer Society – Distinguished Visitors Program 2015-2017 IEEE Computer Society - Board of Governors Member 2011-2014

3er Congreso Regional de Energía 2016IEEE SECCIÓN El Salvador, 21 de Julio de 2016

Smart GridSmart Grid, una necesidad , una necesidad para las para las Smart CitiesSmart Cities

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ResumenLas ciudades inteligentes (SMART CITIES) exitosas serán aquellas que cuenten primero con redes de energía inteligentes (SMART GRID) que más allá de la publicidad sean realmente eficientes al Generar, transmitir y consumir energía eléctrica. Se busca la “ENERNET”

2“Smart Grid: una necesidad para las smart cities” José Ignacio Castillo Velázquez / IEEE Computer Society 2016


Autor

José-Ignacio Castillo-Velázquez ha trabajado por 20 años en las áreas de tecnologías de la información y las comunicaciones. y energía tanto en empresas como en universidades tanto públicas como privadas.

+ 40 proyectos nacionales e internacionales. Energía eólica, celdas a combustible, baterías.

IEEE Computer Society – Miembro del consejo de administración - Programa de Conferencistas distinguidos

Comités IEEE: Smart cities, cloud computing y cyber security Comités ISO 27000 y 38500 Autor de 3 libros. “Redes de datos contexto y evolución”ü Consultor para Datacenter Dynamics desde 2014.ü Profesor-Inv. Universidad Autónoma de la Ciudad de México desde

2008.www.ignaciocastillo.org


I. Smart Grid Vista general

II. Estándares

Smart Grid

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III. Algunos avances en Latinoamérica

IV. Smart Grid y algunas

interdependencias


I. SMARTGRID: VISTA GENERAL

La SMART GRID (Red eléctrica inteligente)es una red de comunicaciones de datos integrada con la red de energía, la cual habilita a los operadores para colectar y analizar la información referente a la G, T, D y consumo de energía, así como para realizar acciones de conexión o desconexión.


Ø Motivación / objetivo:Hacer que la alimentación (G, T, D) y uso de la energía eléctrica sean eficientes.

Ø ¿Qué hacer? Integrar una red de comunicaciones de datos a la red de energía eléctrica que permita

Ø ¿Para qué’ 1. Colectar la información referente a la generación,

transmisión/distribución y consumo de energía. 2. Analizar y tomar decisiones. 3. Realizar acciones de monitoreo, conexión o desconexión. El resultado …SMART GRID - Red de E. E. inteligente



ØLos motivos-problemas: - Pérdidas técnicas y no técnicas en G, T, Cq Fugas en subestacionesq fugas y robos del lado del usuario final, …q El monitoreo y acción manual es caro y riesgoso

ØLa solución: automatizar- Primeras fases: Monitoreo automático1. En subestaciones SMART

SUBESTATION2. Al consumo (AMI, Smart metering)



Ø ¿CÓMO LO VE EL USUARIO FINAL?

smart meter (900 Mhz) - LECTURA AUTOMÁTICA [AMR]



Automatic Meter Reading (AMR) vs Advanced Metering Infrastructure (AMI)

üSistemas que miden, colectan y analizan el uso de la energía y se comunican con equipos de medición de electricidad, calor, agua.

üSistemas que incluyen sistemas de:Hardware software (MDM- Meter Data Management), comunicación, controladores y visualizadores de consumo de energía, sistemas asociados al consumidor y sistemas de generación de energía.

Ø ¿CÓMO SE VE DESDE LAS REDES?



I. SMARTGRID: VISTA GENERALØ ¿CÓMO LO VEN LAS SUBESTACIONES? MIGRACIÓN

üLas NAN (Neighborhood Area Network) son criíicas, podrían abarcar cientos o miles de metros.


PERO

Ø¿Es posible predecir como se comportarán las tecnologías asociadas a SMARTGRID?



I. SMARTGRID: VISTA GENERALØ ALCANCE: SMARTGRID … COMO TODAS LAS TECNOLOGÍAS e IMPERIOS

Ciclo Gartner en la tecnología – SIMPLIFICADO


La gran solución: Empresas de E. E. replican a las de telecomunicaciones.Þ AUTOMATIZAR Red eléctrica¿A DÓNDE VAMOS?


smart home, smart buildingssmart substations, SMART CITIESSMART COUNTRIESSMART PLANET (S)

¿CÓMO?

Monitoreo vía consola SCADA con sistema de comunicación

(Supervisory Control and Data Acquisition)



II. Estándares

Smart Grid

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interdependencias


II. ESTÁNDARES PARA SMARTGRID

En un principio …

Toda solución tecnológica inicia con fabricantes que proveen soluciones, cada uno provee la suya.

ü Problema: no hay estándares

ü Solución: crear estándares: IEC/ ISO/ IEEE, …

Mayo de 2009



Busca hacer realidad la interoperabilidad entre los distintos equipos electrónicos inteligentes [IED] que componen un sistema de automatización de una subestación eléctrica [SAS], pudiendo ser tales equipos de fabricantes diferentes.

Ej de IED: Advanced Metering Infrastructure (AMI)

IEC 61850

En U. Control SUB-SCADA Son sistemas que controlan una subestación en T o D, mediante telecomunicaciones, mediante IEC 61580 para CONTROL y PROTECCION. Permite la acción sobre relés, interruptores, reguladores, tomas, etc. Mensajes vía GOOSE (Generic Objet Oriented System Event)



Ventajas de IEC 61850ü• Comunicación de Alta Velocidad por Redes Ethernetü• Interoperabilidad entre productosü• Reducción substancial de cables de cobre usando protocolo GOOSEü• Reducción de conexiones físicas mejora la confiabilidad y disponibilidad del sistemaü• Obsolescencia no es un problema al corto plazoü• Expansión del sistema es “fácil” relativamente.

IEC 61850

Arquitectura de red en un sistema automático implementado con IEC 61850

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Otros protocolos de comunicación para

medidores inteligentes

IEC 61107 (U. E), sustituida por la IEC 62056. Envían información en código ASCII mediante un puerto serial ya sea:A) Vía cobre: EIA-485B) Vía óptica (led y fotodiodo)

OSGP (Open Smart Grid Protocol): familia de especificaciones de ETSI (European Telecommunications Standard Institute).

ISO/IEC 14908: estándar para la red de control para medidores inteligentes y otras aplicaciones grid inteligentes.

La tendencia protocolo TCP/IP, para app. smart grid



Para el ancho de banda sobre PLC (Power Line Communications)http://standards.ieee.org/findstds/standard/1675-2008.html

IEEE 1675 - 2008

IEEE 1775 - 2010

Para PLC, Requerimientos de compatibilidad electromagnética (EMC)Métodos de medición y pruebashttp://standards.ieee.org/findstds/standard/1775-2010.html

IEEE 1547-2010Para la interconexión de la energía distribuida: solar eólica, almacenamiento etc.

http://standards.ieee.org/findstds/standard/1675-2008.html

http://standards.ieee.org/findstds/standard/1775-2010.html



Desarrolla un “bosquejo de guía para la interoperabilidad del “Smart Grid”, de la tecnología energética y de la operación con las TI (2011) con

ü los sistemas de energía eléctrica ü con las aplicaciones del usuario final y sus cargas.http://grouper.ieee.org/groups/scc21/2030/2030_index.html

IEEE P2030

http://grouper.ieee.org/groups/scc21/2030/2030_index.html



Para los sistemas de comunicaciones de alta velocidad (500Mbit/s en capa 1- ISO/OSI) vía las líneas de energía eléctrica (PLC) llamados equipos BPL (Broad Band over PL).

üIncluye aplicaciones para LAN y la comunicación con vehículosüFrecuencias de transmisión < 100MHz.

Estándar para una red casera digital de tipo convergente para tecnologías heterogéneas.

IEEE Std. 1905.1 - 2013

IEEE Std 1901-2010 (Desde 2005)



Protocolo profibus para smart grid



Routers para smart grid networkCisco CGR2010 -Connected Grid Routers- 2010

Cumple con el std IEC 61850 para subestaciones y el IEEE 1613(detalla los req. de prueba para equipos de red de comunicaciones para subestaciones )

Incluye servicios de ruteo avanzado, firewall, trafico, QoS y segmentación de la red

Cisco CGR 2010 -Connected Grid Routers



Switches para smart grid networkCisco CGS 2520 -Connected Grid Switches

Cumple con el std IEC 61850 para subestaciones y el IEEE 1613(detalla los req. de prueba para equipos de red de comunicaciones para subestaciones

de energía eléctrica) & sistemas SCADA

Incluye servicios de ruteo avanzado, firewall, trafico, QoS y segmentación de la red

Cisco CGS 2520 -Connected Grid Switches


II. ESTÁNDARES PARA SMARTGRIDModelos de capas en una red


II. ESTÁNDARES PARA SMARTGRIDEj: Pantallas principales de HMI (Interfaces humano máquina)



II. Estándares

Smart Grid

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interdependencias


III. Algunos avances en Brasil #1

Fuente:Smart Grid Spotlight: Brazil. <http://www.itsyoursmartgrid.com/blog/2009_12_4_brazil.jsp>.

Iniciativas Smart Grid en BrasilEPE-CEPEL-ANEEL-ONS/20111. Minas Gerais2. Sao Paolo3. Paraná4. FlorianópolisPlan Nacional de Energía 2008-2017Meta: 54GW Cap. inst. p atender incremento en consumo del 60% en el país

En 2010, casi todos los instalaciones eléctricas iniciaron su preparación estratégica hacia Smart Grid - Modernización / reinvención-

Inversionistas privadosIBMGESilver Springs Networks

Compañías pioneras en SmartgridCEMIG, AES Eletropaulo, COPEL and CELESC.


III. Algunos avances en Brasil #1

En 2009, las perdidas de energía en Rio de Janeiro fueron de 21% (5 TWh.) [Todo Mex en 2013 15%]

Las pérdidas comerciales en todo Brasil fueron de 5,000 MDD p compañías de distribución….

Por tanto la absorben los usuarios

La agencia reguladora de electricidad ANEEL, aprobó el uso de PLC en todo Brasil.ü también aprobó reemplazar 65 millones de medidores electromecánicos por Smart Meters vía Plan Nacional de Energía 2008-2017

Cesare Quinteiro, An Overview of Smart Grids in Brazil, ENERGY 2011 : The First International Conference on Smart Grids, Green Communications and IT Energy-aware Technologies

… En México el Plan Nacional de Infraestructura 2014-2018 contempló sólo 1 millón de nuevos medidores

http://countrymeters.info/es/Mexico

15 /julio /2016El Departamento de Asuntos Económicos y Sociales de las Naciones Unidas

Población 209, 862, 088 128, 859, 316

crecimiento 1, 016 016 931, 353

Población 7,445,611,500 6 144 455

crecimiento 47 776 050 9 570


Para 2007 CFE tenía:ü 174 plantas generadorasü45,000 Km de líneas de transmisiónüEn 2000 tomó la especificación DNP3 y migró a internet … INFRAESTRUCTURAS CRíTICASüEn 2007 Adoptó el std IEC 61850 y se conectó a internet en la VENTA II

Fuente: CFE-SEL. Design and implementation of IEC 61850 from multiple vendors at CFE La Venta II, 2007

Conexiones a subestación vía anillos FO-Ethernet

https://www.selinc.com/61850/

CFEIII. Algunos Avances en México #2

La información recolectada usando IEC 61850 se convierte a DNP3 y conitel 2020, se transmite vía sistemas SCADA

https://www.selinc.com/61850/


En México CFE otorgó a Silver Spring Networks el 23 de abril de 2015“Reducción de Pérdidas de Energía en Distribución’”

Programa Smart Grid en la Ciudad de México (140,000 clientes comerciales y residenciales) de los aprox. 2,000,000 de clientes en CDMX

Perdidas no técnicas – robo En todo México (2013) 15% y en lugares de CDMX hasta 35% Casos CDMX y Acapulco

III. Algunos Avances en México #2

Tecnologías EOS, Megacable & Hola Innovacion consortium

III. Otros países en Latinoaméricaü Chileü Colombia y ü Perú

Ø Políticas regulatoriasØ inversiones


III. Algunos avances en Brasil /SMART GRID / SMART CITIES – 2014 / 2016

Sistema Smart City – IBM 2014


III. IEEE Smartgrid initiative

Sistema Smart City – IBM 2014

http://smartgrid.ieee.org/2017 IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Conference - Latin America (ISGT Latin America)Quito, Ecuador


III. IEEE Smartgrid initiative

•Advanced Protection•Asset Management and Optimization•Customer Enablement•Demand Response•Micro-Grid and Nano-Grid•Plug-in Vehicles•Smart City•Smart Metering Systems•Substation Automation•Transmission and Distribution Planning

http://smartgrid.ieee.org/domains














II. Estándares

Smart Grid

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interdependencias


IV. El ecosistema tecnológico del futuro de la humanidad

Data Centers

Buscando la ENERNET


IV. Una ciudad es una máquina económica y social. En 2030 más de 5,000 millones vivirán en ciudades

Data Centers

Un solo ENERNET ….


Smart UniverseSmart Planetary systemSmart planetsSmart EarthSmart countriesSmart cities (Venus project -1995)Smart gridsSmart Buildings, houses,

schools, streets, … intelligent communities

Big Data Cloud computing

Interplanetary internet

IoT

La idea global

IV. Una ciudad es una máquina económica y social. En 2030 mas de 5,000 millones vivirán en ciudades


IV. Una ciudad es una máquina económica y social. En 2030 mas de 5,000 millones viviran en ciudades

6 characterísticas, 31 factores & 74 indicadores


IV. Comentarios finales

1. Lo bueno, la gente debe ser inteligente

2. Lo bueno y malo ENERNET

3. Lo malo la ley economía de Mateo

se cumple …

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