Smart Meters: Introducción Semestre Enero – Junio 2018 MEDIDORES ELÉCTRICOS INTELIGENTES M.C. Juan Carlos Olivares Rojas Dr. Enrique Reyes Archundia 1

Smart Meters Es un sistema embebido de red que controla la medición de carga eléctrica. Permite el control de acciones y eventos a ser calendarizado. Posen comunicación con otros de forma cableada o inalámbrica.

Arquitectura Hw SM La unidad de metrología mide el consumo de energía en tiempo real, la cual se transmite a las subestaciones y HAN. Mide, registra, despliega y transmite datos de uso de energía, generación, mensajes de texto y bitácoras eventos a sistemas autorizados. Peticiones de lecturas

Introducción Los medidores inteligentes registran los eventos, perfiles de carga, precios y transmiten datos a usuario y proveedores. Los consumidores pueden comprobar el uso que han hecho de la energía eléctrica y controlar su consumo. Con un sistema de medidores inteligentes, los usuarios consumen la cantidad de energía eléctrica que están dispuestos a pagar.

Medidores Inteligentes Dispositivos que están más cerca de los usuarios. Consumo en tiempo real Consulta en línea Monitoreo remoto y cortes-reconexión Información a los usuarios

Introducción Comandos de Encendido/Apgado Tabla de información de tarifas en (Señales de Precios) Peticiones de Provisionamiento Actualización de firmware Información de prepago Eventos: manipulación, cortes y restauración, apagones

Introducción Confirmaciones de encendidos/apagados aprovisionamiento de medidor Cobertizo de carga encendido/apagado Existen diversos de equipos, de esquemas de comunicación y de manejo de datos. Existen algunos estándares y protocolos como DLSM/COSEM

Smart Metering Deployment Se programan interrupciones por falta de saldo (prepago), superar demanda contratada, retirar medidor de su base, fecha de corte, por bajo y alto voltajes, Inversiones en el sentido del flujo de energía. Mayor precisión en lecturas (digitales) Programación de dispositivos para consumos Miden parámetros como la frecuencia. Tienen que ser costo efectivos.

Concentradores Ubicados generalmente en las subestaciones y compilan los datos de los medidores. Un promedio de 500 metros están conectados los medidores al concentrador. Tienen conexión a los sistemas de la empresa eléctrica a los sistemas de facturación, respuesta a la demanda, pronósticos, etc. Sistemas Head-End reciben los datos reportados por los concentradores

Gateways Actuan como un centro de comunicación de medidores

PREI Programa de REI 2017-2031 Reducir nivel de pérdidas al 13.38% El despliegue de tecnologías inteligentes para la medición y comunicación en las REI; La integración de equipos y aparatos inteligentes a la Red Nacional de Transmisión y a las Redes Generales de Distribución; El desarrollo de estándares de comunicación e interoperabilidad de los aparatos y equipos conectados a la Red Nacional de Transmisión y a las Redes Generales de Distribución, incluyendo la infraestructura que le da servicio a dichas Redes; La información hacia los consumidores y opciones para el control oportuno de sus recursos; La promoción de protocolos de interconexión para facilitar que los Suministradores puedan acceder a la electricidad almacenada en vehículos eléctricos para satisfacer la demanda en horas pico; La investigación sobre la viabilidad de transitar hacia un esquema de precios de la electricidad en tiempo real o por periodos de uso.

SM en México Precisión de los medidores del 2%, 2009 digitales 0.5% (sin comunicaciones). 2016 => 772 mil medidores 2021 => 4.6 millones Proyecto Piloto en Polanco y Acapulco Los proyectos AMI que ya están desarrollados como es el caso de Zona Polanco en la División Valle de México Centro, así como en Acapulco de la División Centro Sur ya concluyeron con su periodo de evaluación con los siguientes resultados: estima que al año 2021 se tengan instalados más de 4.6 millones de medidores, Se estiman que para este año, la disminución de las pérdidas no técnicas de energía sería de 6,435.35 GWh los que equivaldría a $9,678 millones de pesos.

SM en México Costo de medidor: $9,438 – $10,346 MXN Diversas empresas: Tecnologías EOS, Edemetc, Siemens, entre otras. Arquitectura empresarial para la Red Eléctrica Inteligente Estrategia empresarial de teleocmunicaciones: LTE, WiMAx

Aplicaciones Convertir datos de medidores inteligentes en activos de valor. Analizando Volúmenes de Datos es posible generar Patrones de Consumo Con esos Patrones de Consumo se pueden generar Modelos Predictivos para Optimizar Operaciones en la Red Eléctrica,

HAN Los datos generados y transmitidos por los medidores inteligentes mejoran la operación de la red, el seguimiento y control del uso de la energía geolocalización de incidencias y toma de datos en cuanto a pérdidas técnicas, estado y topología de la red, flujos de potencia, alertas, notificaciones y métricas.

Aplicaciones Diseñar programas de respuesta a la demanda, Cambiar hábitos de consumo Seguridad: control eficaz de acceso y tráfico de la red inteligente con el fin de detectar fraudes, encriptado de las comunicaciones y protección de los dispositivos.

Aplicaciones Pasar de una lectura del medidor por mes a lecturas cada 30 minutos se transforma en 48 millones de lecturas por cada millón de consumidores. Detección de anomalías: malfuncionamiento, fugas de energía, errores de lecturas, fraude intencionales.

Aplicaciones Patrones de consumo: pronóstico y control de la carga, detección de consumo anormal, diseño de ofertas tarifas de electricidad, estrategias de mercadeo con precios dinámicos o planes de energía prepagada. Comparar patrones con otros usuarios o con datos históricos.

Aplicaciones Algunos medidores pueden detectar la manipulación del medidor como el no registro de datos en un periodo de tiempo (posible aplicación revisión de lecturas) Almacenan elementos adicionales como perturbaciones, caídas y elevación de tensión entre otros Pueden controlar electrodomésticos inteligentes

Aplicaciones Pueden medir la carga de dispositivos individuales Tienen interfaces Web en línea para monitoreo. Configuración remota Actualización del firmware remota

Aplicaciones Protección física Tienen relojes de tiempo real (RTC) Balance de Cargas con Dispositivos Inteligentes (EMS). Por ejemplo cargar un Vehículo Eléctrico cuando la carga es baja. Es un componente esencial del SG. DETECCIÓN DE FALLOS

AMI Redes de uso duro Altos voltajes Condiciones climáticas extremas

Monitoreo Cargas NO Intrusivas El monitoreo de cargas no-intrusivas es la interpretación de firmas de cargas eléctricas tratando de identificar el dispositivo.

Referencias Juan F. Valencia (2014), “Aplicaciones de Grandes Datos en los Medidores Inteligentes del Consumidor de Electricidad Residencial Colombiano”. Universidad Nacional de Colombia. Trabajo final para obtener el título de Magister en Ingeniería de Sistemas Energéticos. José Valiente, “Smart Grids before the Security Challenge: An opportunity to learn and implement the new Smart OT architecture”, Smart OT Seres, Number 1, Centro de Ciberseguridad Industrial CCI, 2016, España. F. A. Elizalde Canales, et al. (). “Vulnerabilidad en los Sistemas de Medición Inteligente”. XII Encuentro de Participación de la Mujer en la Ciencia.

Referencias Florian Skopik, Zhendong Ma, Thomas Bleier, Helmut Gruneis, “A survey on Threats and Vullnerabilities in Smart Metering Infraestructures”, International Journal of Smart Grid and Clean Energy, Vol. 1, no. 1, September 2012. Farid Molazem, “Security and Privacy of Smart Meters: A Survey”, Universidad de la Columbia Británica, Canada, (2012), disponible en: http://blog.ubc.ca/computersecurity/files/2012/04/FMolazem_SurveyFaridMolazem.pdf. Imen Aouini, Lamia Ben Azzouz, “Smart Meter: Applications, Secuirty Issues And Challenges”, 5th International Conference on Computing and Informatics ICOCI 2015, 11-13 Agosto 2015, Estambul, Turquía, (2015), pp. 395-402. Programa de Redes Eléctricas Inteligentes 2017-2031, SENER, México 2017

Referencias Shrinath Eswarahally, “Hardware Security for Smart Grid End Point Devices”, Infineon Technology America, 11 mayo (2016). Obald Ur-Rehman, Natasa Zivic, Cristoph Ruland, “Security in Smart Metering Systems under the Smart-Grid Perspective”, IEEE BlackSeaCom, 27-30 Mayo (2014), Moldovia. Jan Tobias Muhlberg, et al. (s.f.) “An Implementation of a High Assurance Smart Meter using Protected Module Architectures”. iMinds-DistriNet, Belgium. David S. Baltazar, et al. (2014). “Desarrollo de Una Red de Medidores Inteligentes para Cuantificar las Pérdidas Eléctricas e Identificar el Robo de Energía Realizado por Usuarios en Redes de Distribución”. IPN-ESIME.

Datos de Contacto jcolivares@itmorelia.edu.mx ereyes@itmorelia.edu.mx http://sagitario.itmorelia.edu.mx/pelectron/ http://sagitario.itmorelia.edu.mx/dci/ http://dsc.itmorelia.edu.mx/~jcolivares/ http://edudistancia.itmorelia.edu.mx/moodle/