Interoperabilidad. Conferencia: Presente y futuro de las SMART GRIDS en México. Ing. Alfredo Espinosa Reza aer@iie.org.mx

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1 Interoperabilidad Conferencia: Presente y futuro de las SMART GRIDS en México Ing. Alfredo Espinosa Reza aer@iie.org.mx 29 de Octubre de 2013

2 Contenido Introducción. Estrategias para modelado y acceso a datos. Modelo de Información común (CIM) para la interoperabilidad semántica. Marco de referencia para la estandarización.

3 Introducción Red Eléctrica Inteligente (REI) o Es una red eléctrica que se caracterizará por un flujo bidireccional de electricidad e información para crear una amplia red automatizada de suministro de energía eléctrica. o Se incorporan en la red los beneficios del cómputo distribuido y las comunicaciones para entregar información en tiempo real y permitir el balance casi instantáneo de la oferta y la demanda a nivel de dispositivos. o Se refiere a la visión estratégica tecnológica para modernización de los sistemas de suministro de energía eléctrica, incluyendo el monitoreo, protección y optimización automática de la operación de los elementos interconectados.

4 Introducción Red Eléctrica Inteligente (REI) o La REI será un gran sistema de sistemas integrados que deben operar de manera colaborativa. o 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. Fuente: EPRI

5 Introducción Necesidades de Integración Fuente: James Northcote-Green and Robert Wilson, Control and automation of electrical power distribution systems

6 Estrategias para modelado y acceso a datos 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. Para lograr la interoperabilidad de sistemas heterogéneos, se requiere resolver la distancia para integración.

7 Estrategias para modelado y acceso a datos Modelado Modelar la información de los sistemas legados Estándares Seleccionar estándares de acceso a datos Acceso a datos Modelo Semántico Instancias Definir formato y medio único para acceso seguro a los datos de los sistemas legados Desarrollar el Perfil CIM y el Mapeo de Conceptos Desarrollar Instancias CIM con datos de los sistemas legados

8 Estrategias para modelado y acceso a datos Modelo o Un modelo es la abstracción o representación de algún fenómeno o elemento de la realidad. o Existen diferentes tipos de modelos: Modelos matemáticos Modelos de información

9 Estrategias para modelado y acceso a datos La importancia de modelar sistemas o Un modelo es una simplificación. o Permiten comprender mejor los sistemas complejos en su totalidad. o Todo modelo puede ser expresado con diferentes principios de precisión. o Los mejores modelos están ligados a la realidad. o Un único modelo o vista no es suficiente. Cualquier sistema no trivial se aborda mejor a través de un pequeño conjunto de modelos casi independientes con múltiples puntos de vista.

10 Estrategias para modelado y acceso a datos Lenguaje de modelado unificado (UML) o Un lenguaje proporciona el vocabulario y las reglas para combinar palabras para facilitar la comunicación. o UML es un lenguaje de modelado, esto es, proporciona un vocabulario gráfico y sus reglas. UML está enfocado a la representación conceptual y física de un sistema (software). o Es un lenguaje estándar que se usa para Visualizar: Permite expresar de una forma gráfica un sistema de forma que quien conozca UML lo pueda entender. Especificar: Permite especificar las características de un sistema mediante modelos precisos, antes de la construcción o desarrollo. Construir: A partir de los modelos especificados se pueden construir los sistemas diseñados. Documentar: Los elementos gráficos sirven como documentación de sistemas.

11 Estrategias para modelado y acceso a datos Modelado estándar

12 Estrategias para modelado y acceso a datos El acceso a datos de sistemas nuevos y legados debe considerar estándares de bajo nivel de acoplamiento, esto es, el acceso a datos debe ser: o De uso genérico. o Con capacidad de múltiples estrategias de filtrado. o Con tecnología neutral. o Seguros (seguridad de acceso y de consulta). o Desacoplados de la capa física y arquitectura de datos. o Sin dependencia comercial. o Basado en estándares abiertos. o Se recomienda que estén basados en servicios de datos (Servicios Web, WCF, OPC, etc.).

13 Estrategias para modelado y acceso a datos Datos del Sistema A Capa segura de acceso a datos de sistema A Servicio de datos del sistema A Cliente 1 Cliente N Red LAN o Bus de Servicios Empresariales (ESB)

14 Estrategias para modelado y acceso a datos ERP GIS Registros Infraestructura Interna + Lenguaje Común Bases de datos CRM Explotación OMS Planeación Admon. de activos 1. Integración mediante interfaces punto a punto 2. Arquitectura Orientada a Servicios (SOA) 3. Arquitectura Orientada a Servicios Semánticos (SSOA)

15 Estrategias para modelado y acceso a datos 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. 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.

16 Estrategias para modelado y acceso a datos Fuente: GridWise Architecture Council (GWAC)

17 Modelo de Información común (CIM) 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 facilita el intercambio de datos. o Está representado usando UML como lenguaje estándar de modelado.

18 Modelo de Información común (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 que define el Modelo CIM Base para sistemas eléctricos de Transmisión. o IEC que define las extensiones CIM para sistemas eléctricos de Distribución. o IEC establece las extensiones para el Mercado Eléctrico o CME (CIM for Market Extensions).

19 Modelo de Información común (CIM) El propósito de utilizar un modelo común de intercambio de datos es comenzar a implementar una infraestructura orientada a las Redes Eléctricas Inteligentes o Smart Grid, cuya aplicación involucra a las empresas eléctricas a los proveedores de tecnología y servicios de automatización, y por supuesto al consumidor. La electricidad fluye de la misma forma en cualquier parte del mundo, por lo tanto, es posible construir un modelo que todos puedan utilizar y del que todos se beneficien.

20 Modelo de Información común (CIM) 115 ERP GIS Registros Infraestructura Interna + Lenguaje Común Bases de datos CRM 115? Explotación OMS Planeación Admon. de activos

21 Modelo de Información común (CIM) Valor = 115 Multiplicador= 1000 Unidades = V Subestación = X Ubicación = Y Modelo

22 Modelo de Información común (CIM) Proceso de adopción de CIM

23 Modelo de Información común (CIM) Proceso de adopción de CIM

24 Marco de referencia para la estandarización

25 Marco de referencia para la estandarización En Febrero 2012 en NIST emitió la versión 2.0 de su documento NIST Special Publication 1108R2, NIST Framework and Roadmap for Smart Grid Interoperability Standards, Release 2.0. o Este documento incluye un compendio de estándares que a juicio de los ingenieros del NIST y grupos de trabajo, son fundamentales para la Red Eléctrica Inteligente. Identifica 37 estándares relevantes para la Red Eléctrica Inteligente. Identifica 61 estándares adicionales que requieren desarrollo, actualización o revisión más detallada.

26 Marco de referencia para la estandarización IEC ha identificado más de 100 estándares listos para la Red Eléctrica Inteligente (1). IEEE ha identificado más de 100 estándares relevantes para la Red Eléctrica Inteligente (2). Existe una gran cantidad de estándares aplicables a la Red Eléctrica Inteligente; muchos no fueron desarrollados explícitamente para este propósito, pero son de alto valor para los objetivos y funciones que se pretende alcanzar. Entre los más importantes destacan 5 familias de estándares de la IEC: (1) (2)

27 Marco de referencia para la estandarización 1. IEC 61968: Integración de aplicaciones - Interfaces para Gestión de la Distribución (CIM para DMS). 2. IEC 61970: Interfaces para sistemas de gestión de la energía (CIM para EMS). 3. IEC 61850: Sistemas y redes de comunicaciones para automatización de la empresa eléctrica. 4. IEC : Protocolo de comunicaciones para centros de control (ICCP-TASE2). 5. IEC 62351: Gestión de sistemas de potencia e intercambio de información asociada Seguridad en los datos y comunicaciones.

28 Marco de referencia para la estandarización La seguridad cibernética se ha convertido en un tema relevante por varios aspectos: o Introducción de protocolos de comunicación basados en Ethernet (TCP/IP) en los sistemas de automatización y control industrial. o Interconexiones de redes externas (LAN, WAN, Intranet, Internet) con los sistemas de automatización y control industrial. o Incremento exponencial en las interfaces de datos y comunicación de dos vías en una gran cantidad de dispositivos: Medidores inteligentes, dispositivos en el hogar, restauradores, seccionalizadores, IED s de protección y control, etc. o Integración de sistemas abiertos y protocolos estándares.

29 Marco de referencia para la estandarización Los ataques cibernéticos a sistemas de automatización y control son reales y se están incrementando. Cada interfaz de datos externa es un punto de vulnerabilidad y posible entrada para un ataque cibernético. Cada interfaz de datos debe considerar un esquema de seguridad cibernética de grado empresarial que mitigue el riesgo. Se debe proteger mejor el perímetro y definir esquemas de protección y mitigación de riesgos en la zona desmilitarizada (DMZ). Certificar los sistemas de seguridad y detección de intrusos.

30 Marco de referencia para la estandarización

31 Marco de referencia para la estandarización

32 Marco de referencia para la estandarización Para establecer la visión de la Red Eléctrica Inteligente es necesario seleccionar los estándares que serán aplicados, los faltantes, así como las leyes y reglamentos relacionados.

33 Gracias Alfredo Espinosa Reza