inteligencia en la red electrica
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Aplicacion de Redes InteligentesTRANSCRIPT
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Inteligencia en la Red Elctrica
Mario Hernndez
Instituto Universitario SIANI
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Reflexin sobre Tecnologa e Infraestructuras de Redes Elctricas de la Era Digital
Y sobre la transformacin necesaria sobre una con la presencia de la otra
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Las grandes redes elctricas son el mayor logro de la ingeniera del siglo XX
Academia Nacional de la Ingeniera de EEUU
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Primera Revolucin
Innovacin en conceptos, dispositivos y modelo de negocio
Visin: iluminar usando electricidad Concepto: la bombilla elctrica, la
generacin y la transmisin de energa elctrica a las casas desde estaciones generadoras
Modelo de negocio: venta de electricidad, dispositivos e instalaciones
Creacin por Thomas A. Edison de las primeras redes elctricas
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Segunda Revolucin Tecnologa concebida por Nikola
Tesla 1895: Primeras transmisiones de
energa elctrica a larga distancia por George Westinghouse, desde NiagaraFalls a Buffalo (22 Km).
Visin: la generacin no tiene que estar cercana al consumo, sino a la fuente primaria
Concepto: la corriente alterna supera las limitaciones de la transmisin de energa
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Resultados
Inversin
Red 1 Generacin
Red 2 Generacin
Disrupcin
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Fbrica de la Luz Plaza de la Feria 1910
Sociedad de Electricidad de Las Palmas de Gran Canaria 1925-1930
Compaa Insular Colonial de Electricidad y Riegos (CICER)
Fbrica de la Luz de Guanarteme - 1928CICER 1950-1955
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Algo sobre los sistemas elctricos
Modelo soportado en concepcin tecnolgica de los aos 50 del siglo XX
Diseados para las necesidades energticas en los pases ms industrializados para abordar la electrificacin
Se concibieron y construyeron cuando la energa primaria era muy barata
Importante facilitador de la industrializacin y desarrollo de Espaa y por supuesto, Canarias
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Hechos
La electricidad fluye unidireccionalmente y con despacho centralizado desde las plantas generadoras hasta los consumidores finales
La fiabilidad de funcionamiento se consigue fundamentalmente asegurando un exceso de capacidad en el sistema para responder a la posible demanda (reserva)
Las inversiones en los sistemas elctricos se hacen bsicamente para seguir (predictivamente) a la demanda
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Y en los ltimos aos
La innovacin y la tecnologa han cambiado radicalmente otros sectores industriales
El sector elctrico, durante dcadas y bsicamente ,ha continuado desarrollndose de la misma manera y basado en la misma conceptualizacin de sistema
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European TechnologicalPlatform Smartgrid SRA
Fuerzas que actan actualmente sobre el funcionamiento de la red elctrica
Preservacin del medio ambiente Cambio
ClimticoContaminacin
Disponibilidad de energas primarias
Seguridad y calidad
Capacidad
Liberalizacin
Innovacin y competitividad
Reduccin deprecios y eficiencia
Red Elctrica
Entorno
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La Sociedad Digital
Las TICs son ubcuas. Cada dimensin de nuestra existencia esta repleta de dispositivos digitales
La vivienda promedio de clase media contiene una veintena de microprocesadores empotrados en dispositivos
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Fiabilidad
La primera exigencia de la sociedad digital para las tecnologas que la soportan
Tendencia a una sociedad 24/7 (disponibilidad absoluta)
Ejemplo: granja de servidores de internet fiabilidad cinco
nueves (99.999%); 5 minutos max . de cada al ao Telemedicina, ciruga remota - fiabilidad nueve
nueves
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EPRI
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La Red Elctrica y la Sociedad Digital
Las actuales infraestructuras elctricas son inadecuadas, porque no se disearon para cubrir las necesidades de la sociedad digital
Objetivo: Crear una infraestructura ms fuerte y estable, vital para sustentar la sociedad digital
Tercera Revolucin de los Sistemas Elctricos
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Resultados
Inversin
Red 1 Generacin
Red 2 Generacin
Disrupcin
Red 3 Generacin
Disrupcin
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El reto de la infraestructura elctrica en la Sociedad Digital
Que quede como una reliquia del siglo XX o reconvertirla para que sea la infraestructura bsica que soporte la sociedad digital del siglo XXI
Massoud AminDirector of Technological Leadership Institute
University of Minnesota
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Palabra Clave: Modernizacin
Replanteamiento de la Red Elctrica segn una nueva visin
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No plantear una red con esteroides
Sino una red inteligente
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Iniciativas internacionales
Situacin generalizada mundialmente se han lanzado diferentes iniciativas que intentan responder a estas necesidades con investigacin, desarrollo e innovacin tecnolgicos en empresas y administraciones
Organizacin Proyecto/Programa
Contenido
DGTREN (UE) SmartGrids Plataforma tecnolgica que coordina iniciativas en Redes de distribucin Inteligentes en el mbito de la UE
EPRI (USA) IntelligridConsortium
Definicin de Arquitectura de Red de distribucin,considerando calidad, fiabilidad, gestin de datos y al medio ambiente
DOE (USA) Gridwise Iniciativa que analiza las soluciones para un sistema elctrico nacional con naturaleza plug&play
CERTS (USA) CERTS Microgrid
Definicin de microrredes
IEEE (INT.) IEEE P1547 Estndar de Interconexin entre sistemas distribuidos degeneracin y la red de Energa
Consorcio DENISE (ES)
DENISE Hacia una Distribucin Energtica Inteligente Segura Eficiente
(no
exha
ustiv
o)
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Para qu un nuevo modelo?
Alcanzar objetivos medioambientales Acomodar un mayor nfasis en la respuesta de la
demanda (DR) Integrar porcentajes crecientes de energas no
gestionables como las renovables elica o solar Soportar las capacidades de almacenamiento Soportar la conexin de vehculos elctricos
puros o hbridos (PHEVs) Soportar la generacin distribuida
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Comparativas bsicasFlujos Red Actual Red Futura
Energa De centrales a usuario En todas direcciones
Informacin Dirigida a centros de mando En todas direcciones
Dinero De usuarios a dptos. de cobros En todas direcciones
Control Red Actual Red Futura
Operaciones Centralizadas Distribuidas
Control Local: Sistemas de proteccin (rea limitada)Centralizado: Sistemas SCADA
Distribuido segn jerarqua, negociacin/coordinacinRealizado por sistemas inteligentes
Sensorizacin Poca Componentes Electromecnicos
Extensa sensorizacin
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Cmo es realmente el Smart Grid?
Un Smart Grid integra tecnologa avanzadas de sensorizacin y adquisicin de datos, mtodos de control y comunicaciones en la red elctrica
Iniciativa del Departamento de Energa de los EEUU para la Modernizacin de la Red Elctrica
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Qu engloba el concepto de Smart Grid?
La Smart Grid integra electricidad y comunicaciones en una red elctrica que soporta la nueva generacin de energa interactiva y servicios de comunicacin, y suministra electricidad de calidad digital al usuario final. En este sentido, la red elctrica debe estar siempre disponible, viva, interactiva, interconectada y fuertemente acoplada con las comunicaciones en una red compleja de energa y comunicaciones en tiempo real
Definicin Proy. DENISE
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Concepto
Perfundir las TICs en la red elctrica
Concepto
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La Smart Grid combina Infraestructuras Elctrica y de TICs
Interoperabilidad Precisa de estndares
Infraestructura Elctrica
Infraestructura TIC
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Solucin TIC
Aadir inteligencia pasa por integrar procesadores independientes en cada componente, en cada subestacin y en cada planta
Los procesadores debern ejecutar un SO robusto y aplicaciones que deben actuar como agentes que se comunican y cooperan por red de datos con otros, formando una gran plataforma de computacin distribuida
Qu ejecutan esos procesadores?
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Unidad computacional inteligente con capacidad de razonamiento y decisin autnoma, con sus propios objetivos, estrategias, planes y capacidades de accin
Tiene obligaciones impuestas por sus objetivos Percibe su entorno y es capaz de actuar sobre l Puede comunicarse y cooperar con otros agentes
Agente: concepto
entorno
AGENTE
(funcionalidad)
actuadoressensores
objetivo(propsito)comunicaciones comunicaciones
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Entorno
Agente
rea de Influencia
Sistemas MultiagentesConjunto de agentes inteligentes con intereses y objetivos propios que interaccionan entre si con la intencin de cumplir con sus obligaciones
Plataforma distribuida de unidades de toma de decisin autnomas e interconectadas capaces de comunicarse y colaborar
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Ejemplo: Dispositivo con procesador empotrado
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Procesadores conectados por una red de fibra
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Interconexin Plug-and-play de componentes
En la red actual, cuando hay cambios en el equipamiento en plantas o subestaciones hay que describirlas manualmente en la base de datos correspondiente y en los diagramas elctricos
Desalineamientos temporales entre las instalaciones reales y los contenidos en las bases de datos
Solucin Smart Grid: Plug-and-Play
Interoperabilidad
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Interoperabilidad
O neutralidad tecnolgica es una propiedad que puede predicarse de sistemas de naturaleza muy diferente, como pueden ser los sistemas informticos, o los ferroviarios
Capacidad de los sistemas TIC y de los procesos a los que apoyan, de intercambiar datos y posibilitar la puesta en comn de informacin y conocimientos
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Ejemplo de Sistema distribuido
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Islandingisla isla
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Visin de la Smart Grid
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Caractersticas de la red del futuro
Debe ser ms: Fiable Estable Econmica Eficiente Respetuosa con el medio ambiente Segura
NETL Modern Grid Initiative for the US Department of Energy
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Visin
La red del futuro debe :1. Permitir la autogestin de incidencias2. Estar dotada de resistencia frente a ataques y
desestabilizaciones3. Potenciar la participacin activa de los consumidores4. Tener capacidad de suministro de energa de calidad
adecuada a la era digital5. Acomodarse a una amplia variedad de modalidades de
generacin y almacenamiento6. Facilitar el florecimiento de mercados7. Realizar una optimizacin ms eficiente de sus activos y
operacin
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Autogestin de incidencias
Autorestauracin, (self-healing): haciendo continuamente evaluaciones para detectar, analizar, responder y, cuando resulta necesario, restaurar componentes o secciones de la red.
Minimizacin de las interrupciones del servicio empleando nuevas tecnologas que puedan adquirir datos, ejecutar algoritmos de soporte a la decisin, advertir o limitar interrupciones, controlar dinmicamente el flujo de energa y restaurar el servicio rpidamente
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Capacidad instantnea de recuperacin, elasticidad (Resilience)
Una red tiene capacidad de recuperacin cuando ante cambios en su estructura o prdida de nodos es capaz de mantener una interaccin viva, conservando o reinventando su identidad y evitando el colapso de su funcionamiento
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Self-healing
Un sistema con capacidad de recuperacin en el que la estabilidad y la fiabilidad del sistema se mantienen bajo todas las condiciones cuando uno (contingencia N-1) o ms (N-k contingencias) componentes resultan deshabilitados
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Arquitectura del Grid Self-Healing: Infraestructura Integrada de Proteccin y Control con Sistemas Multiagentes
Evaluacin de
Vulnera-bilidades
Identifica-cin de eventos
Planifica-cin
Restaura-cin
Reconfigu-racin
Monitori-zacin de
fallos ocultos
Interpre-tacin de comandos
Actualiza-cin de
Modelos
Filtrado de eventos/alarmas
Estabilidad de
frecuencia
Aislamiento de fallos
Proteccin Generacin
Intercambio de Conocimiento/Decisin
Red Elctrica
Agente
Entradas
ControlesControles
Entradas
Eventos/Alarmas
Controles
Actualizacinde Modelos
Tests de consistencia
Disparo de Eventos Planes/Decisiones
Capa Deliberativa
Capa de Coordinacin
Capa Reactiva
Fiabilidad/RobustezSelf-Healing
(min-horas)
(seg)
(mseg)
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Suministrador de energa en EEUU, Canad y Latinoamerica
3,9 millones de clientes en EEUU Generacin 19900 MW (top 5 en EEUU) Transmisin ms de 13.000 millas Distribucin ms de 94.000 millas Lineas de distribucin dotadas de interruptores
inteligentes para minimizar el nmero de usuarios afectados al producirse apagones
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Smart MeteringIntelligent Metering Infraestructure (IMI) y
Respuesta a la Demanda (DR)
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La medicin inteligente es el Santo Grial de la gestin energtica en el lado de la demanda
Capgemini
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Programas de Respuesta a la Demanda
Contadores inteligentes bidireccionales
Tarifas horarias (ms opciones de compra)
Portal del Consumidor Dispositivos de control de consumo Deslastre de cargas internas segn
prioridades y a requerimientos provenientes de la red
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Participacin activa de los consumidores
Portal del Consumidor: Consumidores bien informados modificarn sus patrones de consumo balanceando sus demandas con las capacidades del sistema elctrico para satisfacerlas a travs de mecanismos de premio-castigo en un modelo de mercado
Programas de Respuesta a la Demanda (DR) a travs de ms opciones en la compra de energa
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Objetivos de DR
Desplazamiento o recorte de picos de consumo
Ahorros energticos
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Cmo evaluar las opciones de futuro de la red
La red elctrica es un sistema complejo que est en produccin
Es complicada la toma de decisin estratgica para una transicin de una red actual como las de las Islas Canarias
Los experimentos con gaseosa (Eugenio D'Ors)
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Simulacin
Con ella podemos evaluar experimentalmente, a modo de laboratorio virtual, el comportamiento y evolucin en diversos escenarios futuros a partir de la situacin actual
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Simulador smartgrid
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smartgrid Herramienta basada en Modelado y
Simulacin Basado en Agentes (ABMS)
Se considera la red con todos sus actores como un sistema complejo
En desarrollo por parte del Instituto Universitario SIANI-ULPGC
Con experiencia previa en proyectos I+D+t de ingeniera relacionados con la realidad canaria
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Arquitectura del ncleo del sistema
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Entorno de anlisis y simulacin
smartgrid
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Como herramienta de test
Para tener una herramienta de test del futuro sistema de gestin inteligente de la red
smartgrid se concebir para facilitar la interoperable con el nuevo sistema de control
En vez de desarrollar y probar el sistema de gestin directamente y en produccin sobre la red, se realiza su desarrollo y evaluacin contra el simulador
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Utilidad para Canarias
Hay una ventana de oportunidad para aprovechar la situacin privilegiada de Gran Canaria y que se puedan iniciar los estudios y anlisis para su evolucin desde de la red actual a la futura
Es la manera de poder integrar con eficacia y masivamente: nuevas tecnologas de produccin renovable con un alto grado de penetracin en la red, de produccin tradicional y de almacenamiento, as como la gestin del mix
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Algunos escenarios de evaluacinParticularmente til para Canarias dada la naturaleza y situacin de su red. Permite evaluar diversos escenarios entre otros:1. Integracin de renovables: maximizacin de la
penetracin, modelos de mercado, ubicacin, capacidad, comportamiento ante variaciones de la produccin en funcin de las condiciones climticas,
2. Estudios y definicin de Estrategias de gestin de la demanda para aplanamiento de la curva de demanda: Gestin del Consumo y SmartMetering
3. Integracin de opciones de almacenamiento
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Algunos escenarios de evaluacin (II)
4. Estudio de los efectos y ventajas de la integracin de microrredes (microgirds)sobre la gestin de la red Planificacin de la sustitucin de generacin primaria y nuevas inversiones
5. Reconfiguraciones de la red elctrica
6. Estudio de los efectos de Integracin de vehculos elctricos y sus efectos sobre el aplanamiento de la curva de demanda y la estabilizacin de la frecuencia
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Algunos escenarios de evaluacin (y III)
7. Efectos de las mejoras en prediccin sobre la Integracin de Fuentes no Gestionables
8. Estudios relativos a la Integracin Lonjas virtuales para la gestin inteligente
9. Estudios relativos a las polticas de promocin de Plantas Combinadas Plantas Virtuales
10.Estudios relacionados con polticas de Escalabilidad y Elasticidad de la Oferta
11.Estudios tendentes a la reduccin de las rampas de entrada en produccin de la generacin convencional
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Gracias por su atencin!
Inteligencia en la Red ElctricaNmero de diapositiva 2Nmero de diapositiva 3Primera RevolucinNmero de diapositiva 5Segunda RevolucinNmero de diapositiva 7Fbrica de la Luz Plaza de la Feria 1910Algo sobre los sistemas elctricosHechosY en los ltimos aos Nmero de diapositiva 12La Sociedad DigitalFiabilidadNmero de diapositiva 15La Red Elctrica y la Sociedad Digital Nmero de diapositiva 17El reto de la infraestructura elctrica en la Sociedad DigitalPalabra Clave: ModernizacinNmero de diapositiva 21Iniciativas internacionalesPara qu un nuevo modelo?Comparativas bsicasCmo es realmente el Smart Grid?Qu engloba el concepto de Smart Grid?ConceptoLa Smart Grid combina Infraestructuras Elctrica y de TICs Solucin TICNmero de diapositiva 30Sistemas Multiagentes Ejemplo: Dispositivo con procesador empotradoProcesadores conectados por una red de fibraInterconexin Plug-and-play de componentesInteroperabilidad Nmero de diapositiva 36Ejemplo de Sistema distribuidoIslandingVisin de la Smart GridCaractersticas de la red del futuro VisinAutogestin de incidenciasCapacidad instantnea de recuperacin, elasticidad (Resilience)Self-healingArquitectura del Grid Self-Healing: Infraestructura Integrada de Proteccin y Control con Sistemas MultiagentesNmero de diapositiva 47Nmero de diapositiva 48Nmero de diapositiva 49Nmero de diapositiva 50Nmero de diapositiva 51Nmero de diapositiva 52Nmero de diapositiva 53Nmero de diapositiva 54Nmero de diapositiva 55Smart MeteringIntelligent Metering Infraestructure (IMI) y Respuesta a la Demanda (DR) Nmero de diapositiva 57Programas de Respuesta a la DemandaParticipacin activa de los consumidoresObjetivos de DRCmo evaluar las opciones de futuro de la redSimulacinSimulador smartgridsmartgridArquitectura del ncleo del sistemaEntorno de anlisis y simulacinComo herramienta de testUtilidad para CanariasAlgunos escenarios de evaluacinAlgunos escenarios de evaluacin (II)Algunos escenarios de evaluacin (y III)Gracias por su atencin!