“Interoperabilidad Semántica” ¿Realidad o Ficción? · 35 años de investigación, innovando con energía Contenido • Interoperabilidad en el contexto de la Red Eléctrica

35 años de investigación, innovando con energía

“Interoperabilidad Semántica”¿Realidad o Ficción?


Contenido

• Interoperabilidad en el contexto de la Red Eléctrica Inteligenteo ¿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


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

* James Northcote-Green, Robert Wilson



• 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


AA


6

B C

ED

F

• Cada vez se requiere mayor capacidad de intercambiar e integrar información entre sistemas

• La REI requiere nuevas aplicaciones y sistemas

• Las aplicaciones y sistemas nuevos deben coexistir con los sistemas legados

• Cada vez se generan más datos en formatos distintos y a mayor velocidad

• Las interfaces de datos han proliferado

• Cada una es personalizada

• Se requiere conocer las fuentes de datos y documentar las transformaciones

• Un cambio rompe el flujo y elimina la utilidad de varias interfaces



• 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.

7

A

B C


Interoperabilidad Semántica

8

115

¿115?115



9

115

Modelo

Valor = 115Multiplicador= 1000

Unidades = VSubestación = XUbicación = Y

115



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Voltaje:ASJ‐PHU‐0023‐TRU

?

Zona

División

Zona

Subestación Subestación

Cto1 Cto2

Subestación

V I P V I P

Cto1 Cto2

V I V I

Mapa de variables (TAGs) del sistema

legado

Esquema de acceso tradicional mediante TAGs

Esquema de “navegación” con

información semántica

Es posible reemplazar el modelo de TAGspara 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).

En el esquema tradicional se requiere que personal experto identifique e interprete el significado de cada TAG del sistema legado (o nuevo).



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Adaptador CIM basado en los estándares IEC 61968 e IEC 61970

A B C

ED F

BUS SOA‐CIM

Arquitectura basada en SOA y CIM• Modelo Semántico Común

• Se describe el significado y las relaciones de los datos intercambiados

• Interfaces genérica

• Una sola transformación

• Independiente de cualquier sistema o representación interna

• Un cambio afecta una sola interfaz de datos

INTEROPERABILIDAD SEMÁNTICA


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.

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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:

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o IEC 61970‐301 define CIM‐Base para sistemas eléctricos de Transmisión.

o IEC 61968‐11 define extensiones CIM para sistemas eléctricos de Distribución.

o IEC 62325‐301 establece las extensiones para el Mercado Eléctrico o CME (CIM for Market Extensions).


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).

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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.

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Descripción de CIM

• Establece mecanismos para crear mensajes de Instancias CIM en archivos “planos” tipo XML.

• Cada mensaje puede ser validado acorde al Esquemadefinido.

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Fundamentos de la Interoperabilidad Semántica

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• El GridWise Architecture Council (GWAC) desarrolló un modelo dereferencia conceptual para la identificación de estándares y protocolosnecesarios para asegurar la interoperabilidad, la seguridad informáticay definir arquitecturas para sistemas y subsistemas en la RedInteligente.

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 lainformación.

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 deprogramación). 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 demercado) 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.

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Modelo de Referencia conceptual del GWAC

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NIST ‐ Interacciones entre los dominios de la Red Eléctrica Inteligente

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NIST ‐ Interacción con el marco de referencia de interoperabilidad del GWAC

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Capa

s IOP



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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.



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Capa de Componentes

Capa de Comunicaciones

Capa de Información

Capa Funcional

Capa de Negocios



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Significado

com

partido de

con

tenido

Identificación de

recursos

Descub

rimiento y configuración

Evolución del sistem

a y escalabilidad

Configuración y Evolución

Sincronización

de tie

mpo

y se

cuen

ciam

iento

Transaccione

s y gestió

n de

l estado

Calidad

del se

rvicio

Operación y desempeño

Segurid

ad y priv

acidad

Registro y aud

itoría

Conservación

del sistem

a

Seguridad física y

cibernética

Temas transversales

Modelo de Madurez de Interoperabilidad



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Framework de interoperabilidad del GWAC simplificado para el Modelo de Madurez de Interoperabilidad

Organizacional

Informativo

Técnica

MetaÁrea

Metas generales por tema

Metas gen

erales por Categoría

Categorías

Temas

Configuración y

Evolución

Ope

ración

y

desempe

ño

Segurid

ad física y

cibe

rnética

Framework de interoperabilidad

Área de interoperabilidad


Algunos beneficios reales de la Interoperabilidad Semántica

División Valle de México Centro

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Beneficios del SEDI en DVMC

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Modelo de Procesos (BPM) del Sistema Web para Calcular y Visualizar Desbalance de Fases del SED



28

Modelo de Procesos (BPM) para Disminución de Pérdidas por Desbalance de Fases del SED



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Arquitectura del Sistema Web para Calcular y Visualizar Desbalance de Fases del SED

SIAD Clientes VIP

SCADASIMOCE AMI/MDM

BUS SOA‐CIM

Gestor del Modelo Semántico

SICOM

Desbalance Fases

Sistema totalmentebasado en CIM


• Modelo Semántico Común• Múltiples Perfiles CIM parciales

• Mapeo de Conceptos a sistemas legados


Beneficios del SEDI en DVMC ‐ TIBCO

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Arquitectura del Sistema Web para Calcular y Visualizar Desbalance de Fases del SED con plataforma de CFE

SIAD Clientes VIP

SCADASIMOCE AMI/MDM

BUS SOA‐CIM (TIBCO)

Gestor del Modelo Semántico

SICOM


Desbalance Fases

Desbalance (c/ 24h)

BDD Demo CIMSistema

totalmentebasado en

CIM

• Modelo Semántico Común

• Múltiples Perfiles CIM parciales

• Mapeo de Conceptos a sistemas legados



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Sistema Web para Calcular y Visualizar Desbalance de Fases del SED

• Portada de acceso y bienvenida.



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Sistema Web para Calcular y Visualizar Desbalance de Fases del SED ‐ Dashboard

Desempeño

• Manual: 3‐10 [días]• Sistema: 10 [s]



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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]



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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]



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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]



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Sistema Web para Calcular y Visualizar Desbalance de Fases del SED – Análisis de Comportamiento

Desempeño




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Sistema Web para Calcular y Visualizar Desbalance de Fases del SED – Clientes Importantes

Desempeño



Créditos



• 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.

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Contacto

• Alfredo Espinosa [email protected]

• Gerencia de Gestión Integral de Procesoswww.iie.org.mx/automatiza

• Instituto de Investigaciones Eléctricaswww.iie.org.mx

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