Interoperabilidad Semántica Realidad o Ficción? 35 años de investigación, innovando con energía

Transcripción

1 Interoperabilidad Semántica Realidad o Ficción?

2 Contenido Interoperabilidad en el contexto de la Red Eléctrica Inteligente o Por qué se requiere Interoperabilidad? o Qué es la Interoperabilidad Semántica? o Qué es el Modelo de Información Común (CIM)? Fundamentos de la Interoperabilidad Semántica Algunos beneficios reales de la Interoperabilidad Semántica

3 Interoperabilidad en la Red Eléctrica Inteligente La Red Eléctrica Inteligente será un gran sistema de sistemas. La integración de múltiples sistemas es compleja y muy costosa debido a la gran diversidad de tecnologías y formatos de datos. Por su costo de inversión y valor agregado, los sistemas legados de una empresa eléctrica seguirán operando por mucho tiempo y deben coexistir con las nuevas tecnologías. 3

4 Interoperabilidad en la Red Eléctrica Inteligente * James Northcote-Green, Robert Wilson 4

5 Interoperabilidad en la Red Eléctrica Inteligente La gran cantidad de formatos de intercambio de información, la dificultad de integración de los sistemas aislados dentro de cada empresa, la extensa variedad de paquetes de software y de arquitecturas disponibles, así como la necesidad de compartir información entre las diferentes compañías energéticas se han convertido en un problema creciente. 5

6 Interoperabilidad en la Red Eléctrica Inteligente Cada vez se requiere mayor capacidad de intercambiar e integrar información entre sistemas A La REI requiere nuevas aplicaciones y sistemas B C Las interfaces de datos han proliferado Cada una es personalizada D E Se requiere conocer las fuentes de datos y documentar las transformaciones Las aplicaciones y sistemas nuevos deben coexistir con los sistemas legados F Cada vez se generan más datos en formatos distintos y a mayor velocidad Un cambio rompe el flujo y elimina la utilidad de varias interfaces 6

7 Interoperabilidad en la Red Eléctrica Inteligente La Interoperabilidad se refiere a la capacidad de dos o más redes, sistemas, dispositivos, aplicaciones o componentes para intercambiar y usar información de manera segura, efectiva y con poco o ningún inconveniente para el usuario. A B C 7

8 Interoperabilidad Semántica ? 8

9 Interoperabilidad Semántica Valor = 115 Multiplicador= 1000 Unidades = V Subestación = X Ubicación = Y Modelo 9

10 Interoperabilidad Semántica Esquema de acceso tradicional mediante TAGs? Voltaje: ASJ PHU 0023 TRU En el esquema tradicional se requiere que personal experto identifique e interprete el significado de cada TAG del sistema legado (o nuevo). Mapa de variables (TAGs) del sistema legado Esquema de navegación con información semántica Zona División Zona Es posible reemplazar el modelo de TAGs para acceso a la información en tiempo real e histórica del SCADA y SIMOCE. Se utiliza: Modelo Semántico de las mediciones. Interfaces de datos estándar como OPC UA. Modelo de Información Común (CIM). Subestación Subestación Cto1 Cto2 V I P V I P Subestación Cto1 Cto2 V I V I 10

11 Interoperabilidad en la Red Eléctrica Inteligente INTEROPERABILIDAD SEMÁNTICA Modelo Semántico Común Se describe el significado y las relaciones de los datos intercambiados Interfaces genérica Arquitectura basada en SOA y CIM A B C BUS SOA CIM Una sola transformación Independiente de cualquier sistema o representación interna D E Un cambio afecta una sola interfaz de datos F Adaptador CIM basado en los estándares IEC e IEC

12 Descripción de CIM El Modelo de Información Común (CIM) es un modelo de información para representar objetos del mundo real para la gestión y operación de sistemas eléctricos de transmisión y distribución. o El modelo incluye: Paquetes de clases. Clases de objetos. Atributos. Relaciones entre clases/objetos. o Define las interfaces para integración de sistemas. o El modelo incluye la conectividad del sistema eléctrico, lo cual permite el intercambio de datos. 12

13 Descripción de CIM CIM es un modelo genérico, abierto y estándar que puede ser adoptado por cualquier empresa eléctrica. CIM está definido en un grupo de estándares de la IEC, entre los más importantes están: o IEC define CIM Base para sistemas eléctricos de Transmisión. o IEC define extensiones CIM para sistemas eléctricos de Distribución. o IEC establece las extensiones para el Mercado Eléctrico o CME (CIM for Market Extensions). 13

14 Descripción de CIM Un solo modelo común (+1,500 clases). Expresado en UML. Basado en la herramienta Enterprise Architect. Permite definir Perfiles para intercambios específicos (de 1 a 50 clases). 14

15 Descripción de CIM Define Instancias para intercambio de datos con un Esquema definido. Define reglas para desarrollo de interfaces genéricas. Permite la adopción de otros estándares para acceso a datos y seguridad cibernética. 15

16 Descripción de CIM Establece mecanismos para crear mensajes de Instancias CIM en archivos planos tipo XML. Cada mensaje puede ser validado acorde al Esquema definido. 16

17 Fundamentos de la Interoperabilidad Semántica 17

18 Fundamentos de la Interoperabilidad Semántica El GridWise Architecture Council (GWAC) desarrolló un modelo de referencia conceptual para la identificación de estándares y protocolos necesarios para asegurar la interoperabilidad, laseguridad informática y definir arquitecturas para sistemas y subsistemas en la Red Inteligente. o 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. o 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. o 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. 18

19 Fundamentos de la Interoperabilidad Semántica Modelo de Referencia conceptual del GWAC 19

20 Fundamentos de la Interoperabilidad Semántica NIST Interacciones entre los dominios de la Red Eléctrica Inteligente 20

21 Fundamentos de la Interoperabilidad Semántica NIST Interacción con el marco de referencia de interoperabilidad del GWAC Capas IOP 21

22 Fundamentos de la Interoperabilidad Semántica Smart Grid Architecture Model (SGAM) desarrollado por CEN CENELEC ETSI como parte de los resultados del Mandato M/490 de la Comisión Europea. Está basado en los modelos del NIST, GWAC y TOGAF, entre otros. 22

23 Fundamentos de la Interoperabilidad Semántica Capa de Negocios Capa Funcional Capa de Información Capa de Comunicaciones Capa de Componentes 23

24 Fundamentos de la Interoperabilidad Semántica Modelo de Madurez de Interoperabilidad Temas transversales Configuración y Evolución Operación y desempeño Seguridad física y cibernética 24 Significado compartido de contenido Identificación de recursos Descubrimiento y configuración Evolución del sistema y escalabilidad Sincronización de tiempo y secuenciamiento Transacciones y gestión del estado Calidad del servicio Seguridad y privacidad Registro y auditoría Conservación del sistema

25 Fundamentos de la Interoperabilidad Semántica Framework de interoperabilidad del GWAC simplificado para el Modelo de Madurez de Interoperabilidad Framework de interoperabilidad Temas Configuración y Evolución Operación y desempeño Seguridad física y cibernética Categorías Organizacional Informativo Técnica Metas generales por Categoría Metas generales por tema Meta Área Área de interoperabilidad 25

26 Algunos beneficios reales de la Interoperabilidad Semántica División Valle de México Centro 26

27 Beneficios del SEDI en DVMC Modelo de Procesos (BPM) del Sistema Web para Calcular y Visualizar Desbalance de Fases del SED 27

28 Beneficios del SEDI en DVMC Modelo de Procesos (BPM) para Disminución de Pérdidas por Desbalance de Fases del SED 28

29 Beneficios del SEDI en DVMC Arquitectura del Sistema Web para Calcular y Visualizar Desbalance de Fases del SED SICOM Sistema totalmente basado en CIM SIAD Clientes VIP Desbalance Fases Gestor del Modelo Semántico BUS SOA CIM Modelo Semántico Común Múltiples Perfiles CIM parciales Mapeo de Conceptos a sistemas legados SIMOCE SCADA AMI/MDM Adaptador CIM basado en los estándares IEC e IEC

30 Beneficios del SEDI en DVMC TIBCO Arquitectura del Sistema Web para Calcular y Visualizar Desbalance de Fases del SED con plataforma de CFE SICOM Sistema totalmente basado en CIM BDD Demo CIM SIAD Clientes VIP Desbalance Fases Desbalance (c/ 24h) Gestor del Modelo Semántico BUS SOA CIM (TIBCO) Modelo Semántico Común Múltiples Perfiles CIM parciales Mapeo de Conceptos a sistemas legados SIMOCE SCADA AMI/MDM Adaptador CIM basado en los estándares IEC e IEC

31 Beneficios del SEDI en DVMC Sistema Web para Calcular y Visualizar Desbalance de Fases del SED Portada de acceso y bienvenida. 31

32 Beneficios del SEDI en DVMC 32

33 Beneficios del SEDI en DVMC Sistema Web para Calcular y Visualizar Desbalance de Fases del SED Dashboard Desempeño Manual: 3 10 [días] Sistema: 10 [s] 33

34 Beneficios del SEDI en DVMC Sistema Web para Calcular y Visualizar Desbalance de Fases del SED Navegación de Clases Navegación por la estructura organizacional de la DVMC de forma significativa. Consulta de la información de las Clases CIM del Perfil CIM de CFE. Desempeño Manual: Sistema: 5 [s] 34

35 Beneficios del SEDI en DVMC Sistema Web para Calcular y Visualizar Desbalance de Fases del SED Desbalance de Fases Cálculo de desbalance por circuito. Mes móvil (últimos 30 días previos a la fecha actual). 48 horas móvil (últimas 48h registradas). Estado actual consultado en tiempo real. 4 Graficas en orden por circuito: Corriente. Potencia. Reactivos. Voltaje. Cada una de forma independiente. Desempeño Manual: 2 5 [días] Sistema: 40 [s] 35

36 Beneficios del SEDI en DVMC Sistema Web para Calcular y Visualizar Desbalance de Fases del SED Desbalance de Fases Funciones: Selección por Zona o por Subestación. Selección del criterio de orden deseado Zoom (in out). Exportar a un archivo gráfico (JPG). Desempeño Manual: 4 8 [h] Sistema: 20 [s] 36

37 Beneficios del SEDI en DVMC Sistema Web para Calcular y Visualizar Desbalance de Fases del SED Análisis de Comportamiento Desempeño Manual: 2 4 [h] Sistema: 20 [s] 37

38 Beneficios del SEDI en DVMC Sistema Web para Calcular y Visualizar Desbalance de Fases del SED Clientes Importantes Desempeño Manual: 1 4 [h] Sistema: 10 [s] 38

39 Créditos

40 Beneficios del SEDI en DVMC El mantenimiento de interfaces semánticas con bajo nivel de acoplamiento se reduce en más del 80% con respecto a una interfaz sintáctica con alto nivel de acoplamiento. Los cambios en un sistema solo afectan una capa de la interfaz semántica, el resto de sistemas no son afectados. Se permite el reemplazo total de un sistema legado o de una tecnología, afectando solamente una capa de la interfaz semántica. 40

41 Contacto Alfredo Espinosa Reza Gerencia de Gestión Integral de Procesos Instituto de Investigaciones Eléctricas