Red Inteligente Aspectos relevantes de un nuevo paradigma

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Tecnologías de Futuro para Smart Grid
Marzo, 2012
COPYRIGHT © 2012 – SOARES, PAULO HENRIQUE.
Direitos Reservados — Uso Apenas Sob Permissão do Autor
SUMARIO GENERAL
MÓDULO I
- Fundamentos de Smart Grid
MÓDULO II - Tecnologias de Core
MÓDULO III - Tecnologias de Acceso (FAN / NAM / HAN)
MÓDULO IV - Regulacion y otros puntos importantes
Fundamentos de Smart Grid
TEMAS A SER ABORDADOS
Módulo I






Las Redes Eléctricas
Oferta y Demanda
Smart Grid
Modelo Conceptual de Smart Grid
Energía y Telecomunicaciones
Topología de una Red de Telecomunicaciones para Smart Grid
3
LAS REDES ELECTRICAS
Modelo Genérico Actual
Transformador de
Sub-Estacion
Líneas de
Transmision
(700 – 138KV)
Generación
Transformador
Consumidor Industrial
(69 – 26KVac)
Consumidor Primario
(13,8 – 4KVac)
Transformador de
Transmision
Consumidor Secundario
(110 – 220Vac)
Flujo de Energía UNIDIRECIONAL
 Generación de energía centralizada y típicamente depende de una sola matriz.
Generadoras controladas por Organismos o Agencias que utilizan metodología de carga
prevista o estimada.
Telecomunicaciones y automatización limitada, con un bajo desempeño.
Muchos sistemas propietarios sin actualización de tecnología.
La falta de un Sistema de Gestión de Datos (DMS), no permite reducir el mal uso de la energía.
4
LAS REDES ELECTRICAS
Modelo del Futuro
Transformador de
Sub-Estacion
Consumidor Industrial
(69 – 26KVac)
Líneas de Transmision
(700 – 138KV)
Generación Actual Combinada
Con Fuentes Renovables
Consumidor Primario
(13,8 – 4KVac)
Micro generadores
Solar o Eólico
Transformador de
Transmision
Consumidor Secundario
(110 – 220Vac)
Flujo de Energía e Comunicaciones
BIDIRECIONAL
 Gerencia de energía descentralizada, múltiple matriz y con fuentes renovables.
Generadoras controladas por Organismos o Agencias que utilizan metodología de carga real en tiempo real.
Telecomunicaciones y automatización en toda la cadena con una acción inmediata.
Sistemas de Información con tecnologías múltiples e interoperables.
Consumidores disfrutan de una tarifa basada en las horas de consumo y del crédito por micro generación.
5
SMART GRID
Cambio de paradigma o no?
Smart Grid : Hasta un niño lo puede explicar!
6
MODELO CONCEPTUAL SMART GRID
Como Hacer la Energía Eléctrica Inteligente?
Operaciones
Mercado
Proveedor de
Servicios
PARTICIPACIÓN DE TODOS LOS AGENTES!!!
Generación
Transmision
Distribución
Interfaz de Comunicación
Interfaz Eléctrica
Domínio
7
Consumidor
Evolución del Mercado de Energía
Energy 1.0
Energy 2.0
Infraestructura
Envejecida
Nuevos Clientes
Presión por la
Energía
Renovable
Factores del
Mercado y
Reguladores
Participación de
los
consumidores
en la Gerencia
de la Energía
Limpio - Renovable - Competitivo - Confiable
Control Centralizado
Control Distribuido y Acceso Universal
8
Nueva cadena de valor
Hoy
Transmision y
Distribución
Generación
Venta
Energy 1.0
Infraestructura de Comunicaciones
A Futuro
Transmision y
Distribución
Generación
Venta y Consumidor
Energy 2.0
Infraestructura de Comunicaciones
Smart Metering es una
parte de Smart Grid
9
Smart Grid completo
ENERGIA Y TELECOMUNICACIONES
El reto es la comunicación total
APLICACIONES
PLANO DE
COMUNICACIONES
WAN, LAN, FAN y HAN
Generación, Transmision,
Distribución y Consumidores
PLANO
ELECTRICO
OPERACIONES, GERENCIA, Y CONVERGENCIA DE EQUIPOS Y
SERVICIOS
10
ENERGIA Y TELECOMUNICACIONES
El reto es la comunicación total
PLANO DE COMUNICACIONES
PLANO ELECTRICO
Utilizar las redes de comunicación y dispositivos inteligentes para
proporcionar visibilidad y control de la red eléctrica para brindar
energía mas confiable, segura y eficiente.
11
TOPOLOGIA DE LA RED
Telecomunicaciones a favor de Smart Grid
Centro de
Operaciones
De la Red
Oficinas
Corporativas
WAN / LAN
Centro de Control
Generación
Tradicional
Seguridad
Transmision
Fuerza de Trabajo Móvil
FAN
Microgrids
Consumidores
Distribución
HAN
Carga de
Vehículos
Eléctricos
Generación
Distribuida
12
Community
Broadband
Tecnologías de Core
Módulo II







Bases de Smart Grid
Red de Misión Crítica
Escoja la Tecnología Correcta
MPLS
PTN e OTN
MW
4G
13
BASES DE SMART GRID
Por Donde Empezar?
EMS para
Consumidor
NOC
Aplicaciones
Plano de
Comunicaciones
Plano Eléctrico
14
RED MISION CRITICA
Red Propia o Alquilada?
WAN = Red de Transporte Misión Crítica
SEGURIDAD
FO/
MW/4G
CALIDAD
ADHECION A LA
TECNOLOGIA
MODERNA

?

?

?



?
SEM FIO
(WiFi/2G/
3G)
CONFIABILIDAD
NUEVAS
APLICACIONES
?
?
?
X
?
X

?
?
?
Red Própia
Red Alquilada
15
10/40/100G
STM-64
ESCOJA LA TECNOLOGIA FIJA CORRECTA
Fundamental para el Éxito
NG-DWDM
OTN / MPLS-TP
DWDM
PTN
10/100/1000M
STM-1/4/16
NG-SDH
IP/MPLS
SDH e PDH
IP L2
NGN
TDM
16
ESCOJA LA TECNOLOGIA MOVIL CORRECTA
Fundamental para el Éxito
Celular
4G
(WiMax / LTE)
Cobertura
Cobertura
Rádio
TDM
3G
2G
IP
WiFi
Capacidad
Capacidad
17
SERVICIOS DE UNA UTILITY
El CORE es el Transporte de estos Servicios
18
Una red para cada servicio?
19
Y los nuevos servicios de Smart Grid?
20
Nuevos requerimientos para Smart Grid
• Mayor ancho de banda
• Menores delay y jitter
• Tecnologías antiguas + nuevas aplicaciones
• Flexibilidad de capacidad
• Alta confiabilidad
• Seguridad
21
MPLS Soporta los Servicios Antiguos y los de
Smart Grid
IP/MPLS
Orientado a Servicio
Permite Convergencia
Flexible
Alta Confiabilidad
Seguro
22
TRANSPORTE OPTICO DE NUEVA
GENERACION - Componentes
Acceso
Edge
Agregación
Core
Service
routers
PTN
OTN
Carrier Ethernet
MPLS
IP/MPLS
Core
routers
IP/MPLS
OTH
DWDM
OTH
DWDM
La nueva generación de tecnologías ópticas permiten la flexibilidad, escalabilidad,
automatización y menores costos para redes de misión crítica
23
SISTEMAS DE RADIO DE PAQUETES
Aplicaciones split-mount
Full outdoor
N+0 MW
ODU Única
Sistemas dedicados
para aplicaciones full
outdoor
IDU Punto-a-Punto
Nodal-IDU
RADIO IP
24
Punto a punto y equipos de red
SISTEMAS DE RADIO DE PAQUETES
• Sistema de colas con un
rendimiento determiniístico
para el tráfico de alta
prioridad
• Terminacion ATM IMA,
Optimizacion ATM e PWE3
segundo RFC 4717
ATM PWE3
• Bandas
Licenciadas
6-38 GHz
• E-band (80 GHz)
• Multiples
Direcciones
CONFIGURACION
FULL OUTDOOR
SPLIT-MOUNT
• Asignación de
tráfico en ambas
direcciones
ANEL
MULTISERVIÇOS
DE PACOTES
ORIENTADO
A SERVICIO
Agregador
Multiservicio
MEF-8
• Emulación de Circuitos E1
MEF-9
MEF-14
MODULACION
ADAPTATIVA
• CES, PW & Ethernet sobre
red de un Carrier
Ethernet convergente
MODO DE
OPERACION
DE PAQUETES
• Sincronismo pela linha (E1)
• Sync E + SSM (Ethernet)
• Porta (in/out) de Sync (2, 5, 10
MHz)
• Temporização da Rede
XPIC
Híbrido y Paquetes
SINCRONISMO
DISTRIBUIDO
25
MODO DE
OPERACION
HIBRIDO
• Conmutación
en Modulación
Hitless
• Doble del espectro
hasta 1 Gb/s por
RF
• E1, ATM-IMA & Ethernet
• Sin degradación del
Desempeño
SISTEMAS 4G
2011+
4G
LTE
Real-Time
3G
Impacto en la Red
Multimedia
Picos de 50-100 Mb/s

2G
1G
Alta Capacidad

Video
Baja Latencia

Streaming
Voz y Dados

2 Mb/s - 14.4 Mb/s

Web
Browsing
SMS
128 - 384 kb/s
Siempre conectado


9.6 - 240 kb/s
Seguridad


QoS
All-IP
Baja inversion/byte
Dispositivos y Aplicaciones mas sofisticados
Permite una alta cobertura con alta capacidad. Orientada a servicios!
26
SISTEMAS 4G
Altas Tasas de Datos
Mejor Eficiencia Espectral
100 Mbps DL (20 MHz, 2x2 MIMO)
3-4x HSPA Rel’6 en DL
50 Mbps UL (20 MHz, 1x2)
2-3x HSPA Rel’6 en UL
Mejores Tasas de
Ancho de Banda Escalable
Transferencia
1.4, 3, 5, 10, 15, 20 MHz
2-3x HSPA en DL/UL
Cobertura completa del ancho
De banda
Co-existencia con
2G/3G (GSM/CDMA/HSPA)
Baja Latencia
~ 30-50 msec (red)
Radio Access Network
Core
<100ms inactivo a activo
< 50ms inactivo a activo
27
Unicamente IP
Arquitectura de Red Simplificada
SISTEMAS 4G
Tecnologia
LTE
HSPA
Funcionalidades
Secure/Manage Data on Devices
Mobile Collaboration
Multi Party Video Calling
Mobile Cloud Computing
Wireless Broadband Branch Office
Location Based Comm. & Services
Navigation Helper
Interactive Digital Signage
M2M
Public Safety
Surveillance
10x Velocidad comparado con 3G
3-5x Menor Latencia
Fonte:
* Customer Insight – Europe
28
Very Good
Good
Not Good
Tecnologías de Acceso (FAN / HAN)
Módulo III






Tecnologías de Acceso
in Home
WPAN
WiFi
Radio Mesh
FTTx / xDSL
29
BASES DE SMART GRID
Por Donde Empezar?
EMS para
Consumidor
NOC
Aplicaciones
Plano de
Comunicaciones
Plano Eléctrico
30
TECNOLOGIAS DE ACCESO
WiFi
PLC
ZigBee
Topologia FIM A FIM para Suportar SMART GRID
Home Area Network
RF Mesh
FTTx /
PLC / DLC
xDSL
Neighborhood Area
Network
4G
WiFi Mesh
PLC BPL
Field Area Network
SDH
Rádio /
MPLS
Core
31
4G
EQUIPAMIENTOS EN NUESTRO HOGAR
¿Quién no quiere para ahorrar electricidad?
LAMPARAS
AIRE
ACONDICIONADO
ELECTRODOMÉSTICOS
TV
ELECTRONICOS
Lavadora/Secadora
Cocina
Nevera
CONTROL
Y
ECONOMIA
32
WPAN e WLAN
Varias Tecnologías
Funcionalidad
ZigBee
Bluetooth
UWB
WiFi
IEEE 802.15.4-2003
Proprietário
(Ericsson)
IEEE 802.15.4a
IEEE 802.11
2400, 915, 868
2400
3100 – 10.600
2400
Banda (Kbps)
250
3000
53.000-480.000
600.000
Alcance (m)
10+
1+
<1
10-100
30-500
1-100
1-10
100-1000
BPSK, OQPSK
GFSK
OFDM
DSSS, DBPSK,
DQPSK, CCK,
OFDM
alta
média
baja
baja
Si (128bit)
débil
débil
Si (256bit)
si
no
si
no
<10
<10
>20
>40
Estándar
Frecuencia (MHz)
Cobertura (m)
Modulación
Latencia
Seguridad
Soporte a Sensores
Costo (USD)
33
WPAN
ZigBee
34
WLAN
WiFi



Convergente 




Cobertura
Confiabilidad
Movilidad
Desempeño
QoS
Continuidad
hand-over
Compatibilidad extremo a extremo
Gerencia de
La Red
 Autenticación y Encriptación
Herramientas de:
 Acceso basado en la entidad
 Planeamiento
 Protección a ad-hoc, hack y
 Monitoreo
ataques
 Fallas
 Firewall
 Crecimiento de la red
Seguridad
Disponibilidad
35
RADIO MESH
Mayor alcance implica bajas frecuencias
36
FTTx / xDSL
Extender la fibra hasta el usuario?
Max 128 split,
2.5Gbps/1.25Gbps
Access Node
GPON
Min 128 split, 10Gbps/2.5Gbps
Access Node
10G XG-PON1
Access Node
GPON
10G GPON
Access Node
37
Regulaciones y Otros Puntos Importantes
Módulo IV








Acciones Regulatorias
Estandarización
Subsidio de Gobierno
Efecto Bakersfield
DA x AMI
Respuesta a la Demanda en Tiempo Real
Seguridad de la Información
Gerencia de la seguridad de la información
38
ACCIONES REGULATORIAS
Pasos Lentos en Brasil
MME
Grupo de Trabajo para Estudio de la Viabilidad de Smart Grid (04/2011)
La misión de ANEEL es proporcionar condiciones favorables para que el
mercado de la electricidad se desarrolle con el equilibrio entre los
agentes y con beneficio para la sociedad
ANEEL
ANATEL
 Ley de P&D (LEI Nº 9.991, 24/07/2000)
 Uso de PLC (Resolución Normativa no. 375/2009)
 Nuevo modo Tarifario (AP 120/2010, Minuta de Resolución Normativa)
Promover la limpieza de Espectro en 400MHz, 900MHz y Canales de TV
analógica. El uso no está definido todavía. Posibilidad para LTE en Misión
Critica
39
ESTANDARIZACION
Organismos Y Alianzas a favor de Smart Grid
Y Venezuela?
Haremos Estándares Propios o
tomamos los existentes?
40
SUBSIDIO DE GOBIERNO
Como será a implementación de Smart Grid
(Ejemplo de Brasil)
Quien paga la cuenta?
El medidor es el costo
mas alto?
El Gobierno de Brasil anunció que un grupo de trabajo fue
formado por el MME y los representantes del sector
eléctrico para desarrollar un estudio para evaluar la
viabilidad y el costo de la adopción de Smart Grid en
Brasil. "Es una revolución que está teniendo lugar en el
mundo. Con este sistema, los consumidores pueden
administrar mejor su consumo de energía e incluso
vender la energía sobrante a la red principal ", dijo el
Ministro. El despliegue del sistema en Brasil costaría entre
R$ 15 billones y R$ 20 billones.
Contenido local?
Incentivo Fiscal?
Tarifa Social?
Otro costo para el
consumidor?
Fuente: Asesoría de Comunicación Social, MME
Socialización de Ancho
de Banda?
41
DA x AMI
Diferentes aplicaciones o rivales?
Consumidor
SMART METERING es lo mismo que SMART GRID
Utilities
SMART METERING es una de las aplicaciones de SMART GRID
AMI
Advanced Metering Infrastructure (AMI) son los sistemas de medición,
recopilación de datos y el análisis del uso de energía. Se comunica con el
medidor de energia, gas y agua, de acuerdo con la demanda o el horario.
Es la piedra angular de la medición inteligente.
Estos sistemas incluyen hardware, software, comunicaciones, el consumo de los
monitores y los sistemas asociados, Meter Data Management (MDM) y los sistemas
de negocio de la empresa eléctrica.
DA
Distribution Automation (DA) Los sistemas de control inteligente de los
elementos de la red de distribución, incluyendo IAM, inteligente y
aparatos eléctricos (IED) coche eléctrico (EV) y la generación
distribuida.
 Además de los sistemas IAM, se incluyen el sistema de Respuesta de la demanda
en tiempo real, de teleprotección, la confiabilidad del Sistema Interconectado, el
control de fallos, control de carga y control de la redistribución y Cortes
42
DA x AMI
Diferentes aplicaciones o rivales?
Portal do
Consumidor
Portal do
Operador
EMS
ERP
Internet
Firewall
MDM
XML / DLMS-COSEM / SDL / …
$
Head End
Server
Firewall
GW
GW
GW
Rede IP
Wireless
Gateways
43
RESPUESTA A LA DEMANDA EN TIEMPO REAL
Telecomunicaciones a favor de Smart Grid
Distribuidora
Consumidor
venta al por menor
Momentanverbrauch Webolution Zähler
6.000
5.000
Leistung / W
über 4.000W
über 3.000W
4.000
über 2.000W
über 1.000W
3.000
über 0W
B2C
2.000
6.000
1.000
5.000
22h30
23h45
20h00
21h15
17h30
über 2.000W
18h45
8h45
über 3.000W
16h15
6h15
7h30
13h45
15h00
11h15
12h30
4.000
10h00
3h45
5h00
2h30
0h00
1h15
über 4.000W
Leistung / W
0
über 1.000W
Tageszeit
3.000
über 0W
2.000
6.000
1.000
5.000
23h45
21h15
22h30
18h45
20h00
über 2.000W
16h15
über 3.000W
17h30
15h00
12h30
13h45
10h00
4.000
11h15
7h30
8h45
5h00
6h15
2h30
3h45
1h15
0h00
über 4.000W
Leistung / W
0
über 1.000W
Tageszeit
3.000
über 0W
2.000
6.000
1.000
5.000
22h30
23h45
20h00
21h15
17h30
18h45
über 2.000W
15h00
über 3.000W
16h15
13h45
11h15
12h30
8h45
6h15
7h30
3h45
5h00
2h30
4.000
10h00
Leistung / W
0h00
über 4.000W
1h15
0
über 1.000W
Tageszeit
3.000
ERP
über 0W
2.000
23h45
21h15
22h30
18h45
20h00
16h15
17h30
7h30
8h45
13h45
15h00
12h30
10h00
11h15
5h00
6h15
2h30
3h45
1h15
0
0h00
1.000
Tageszeit
Portal Web
Servicios
B2B
Datos de
Servicios
Datos
Sistema de
Respuesta a la Demanda
El propietario o SaaS
Interface de Operador
Objetivo y Equilibrado
Demanda y el consumo
tiempo real
44
SEGURIDAD DE LA INFORMACION
La seguridad cibernética es más amplia
Seguridad
Electrónica
Perimetral
Red de Control de
Acceso
Herramientas de
Prevención a
Malware
Políticas
Processos
Configuración y
Gerencia de
alteraciones
Seguridad
Cibernética
Gerencia de Patch
Documentación
Check de PortScan /
Vulnerabilidad
Aprobación,
rastreabilidad y
auditoria
Seguridad Física
de Perímetro
Privacidad
45
SEGURIDAD DE LA INFORMACION
Como Implementarla?
3
Componentes:
Consultoría
en
Seguridad
Tecnología
en
Seguridad
Operación
Asistida
Cada componente lleva una mayor intimidad con
la Red y con los Consumidores
46
GERENCIA DE LA INFORMACION
Inteligencia a favor de Smart Grid
Sistemas de Soporte Operativo (OSS)
Network Resource
Management
Service Assurance
Service Fulfillment
Sistemas de Soporte al Negocio (BSS)
Product Mgmt
Revenue Mgmt
Customer Mgmt
Order Mgmt
Mejores Practicas Operacionales del mundo de Telecom y de TI
• Information Technology Infrastructure Library (ITIL)
• Information and communication technologies (ICT)
• TMF NGOSS, eTOM
Tecnologías existentes y buenas prácticas
que las Utilities pueden integrar para vencer los nuevos desafíos operacionales
47
Inteligencia a favor de Smart Grid
Mobile Broadband
Fixed Broadband
Contact Center
Field service
Network Operation
Sales & Marketing
Customer Experience
Provider Experience
48
OSS Integrado
49
Resultados Tangibles
• Resultados de OSS Implantados en Utilities
30% reducción de tiempo de planificación
Implementación de cambios de red mas
rápidos
40% de mejoras de productividad
Minimiza OPEX
3x de crecimiento de servicios y
infraestructura sin personal adicional
Gerencia de un crecimiento complejo sin
recursos adicionales
50% de ahorro de tiempo en el
aprovisionamiento
Reducción de los atrasos resultantes de
los requerimiento de cambio en la red
25% de ahorro de tiempo de downtime
de la red
Aumento de la confiabilidad y
disponibilidad de los servicios y de la red
Reducción de numero de eventos en
100x
Reducción del ruido por la falta de correlación
de la causa raíz y el # de alarmas
Identificación de interrupción de
servicios disminuida de ~50min para ~10s
Minimizar el impacto de los problemas
de desempeño de la red eléctrica
50
GRACIAS !
Paulo Henrique Soares
[email protected]
51

Red Inteligente Aspectos relevantes de un nuevo paradigma

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