Futuros sistemas embebidos en smartgridnuevas aportaciones en unidades terminales remotas

Resumen

El sector eléctrico se enfrenta a importantísimos desafíos como el drástico aumento de la población mundial y la necesidad de reducir las emisiones de CO2. Al mismo tiempo, aparecen un sin fin de nuevas tecnologías tanto de información y comunicaciones, como son Internet de las Cosas, la sincronización, la seguridad y ciberseguridad, así como las nuevas tecnologías de potencia y almacenamiento. En este contexto, las redes eléctricas se encuentran en un proceso de transformación sin precedentes para convertirse en las redes interconectadas, automatizadas e inteligentes del futuro utilizándose para ello el concepto de SmartGrid. En SmartGrid, los sistemas embebidos parecen tener un papel secundario frente a los nuevos importantes protagonistas como el BigData. Sin embargo, en esta tesis, titulada “El futuro de los Sistemas Embebidos en SmartGrid: nuevas aportaciones en Unidades Terminales Remotas” se trata de poner de manifiesto la importancia, en la red eléctrica de hoy y del mañana, de las Unidades Terminales Remotas. Éstas, son el representante fundamental de los sistemas embebidos en dicha red y son el elemento clave de las Subestaciones eléctricas que son, en último término, la columna vertebral del sistema eléctrico en su conjunto. Por consiguiente, en la presente tesis se realizan nuevas aportaciones a distintos sistemas de la red eléctrica, como son los Sistemas de Protección, los Sistemas de Sincronismo, y los Sistemas de Gestión y Mantenimiento, en los que las Unidades Terminales Remotas y, por tanto, los sistemas embebidos, son el elemento alrededor del cual se articula la investigación. A su vez, la labor investigadora transcurre entre importantes estándares de SmartGrid, como son el IEC61850 (el principal para la automatización de Subestaciones), el IEC61508 (para seguridad funcional), el IEEE1686 e IPSec (para ciberseguridad) y el IEEE1588 (para sincronización), así como novedosas tecnologías como White-Rabbit, Internet de las Cosas, Redes Sociales, Internet Social de las Cosas, Procesamiento de Lenguaje Natural, entre otras. Concretamente, se investiga sobre los tres aspectos siguientes, en el contexto de la Subestación eléctrica: • Los sistemas de protección, donde se propone un “Nuevo Sistema de Protección Adaptativa Basado en el Estándar IEC61850”, que permita la reconfiguración dinámica de los dispositivos de protección para implementar soluciones avanzadas de tratamiento de faltas en la red eléctrica de distribución. • Los sistemas de automatización con alta disponibilidad y seguridad, donde se contribuye en “Nuevas Redes de Sincronismo Redundante de Precisión Basadas en Tecnología White-Rabbit para Subestaciones Confiables” que ofrezcan una mejora significativa de la precisión y disponibilidad. • La “Concepción de un Nuevo Sistema de Gestión y Mantenimiento de Subestaciones Eléctricas Basado en Internet Social de las Cosas” donde se redefine la interacción con las RTUs para adaptarse al nuevo mundo digital, posibilitando a su vez un acceso a la información de la Subestación eléctrica más ágil y eficiente. Finalmente, se abren nuevas las líneas futuras de investigación, siempre con las Unidades Terminales Remotas como elemento central y, en este caso, con la Inteligencia Artificial como tecnología principal para el potencial desarrollo. The electric sector faces important challenges such as the drastic increase in the world population and the need to reduce the CO2 emissions. Moreover, there is an endless number of new information and communication technologies, for example Internet of Things, synchronization, safety and cybersecurity, as well as new power and storage technologies. In this context, the electrical networks are in an unprecedented transformation process to become the interconnected, automated and intelligent networks of the future, using the SmartGrid concept. In SmartGrid domain, the embedded systems seem to play a secondary role compared to technologies like BigData. However, in this thesis, entitled "The Future of Embedded Systems in SmartGrid: new contributions in Remote Terminal Units" highlights the importance of Remote Terminal Units in today's and tomorrow's electrical network. The Remote Terminal Units are the main representative of the embedded systems in the electrical network and are the key element of the electric substations which are the backbone of the electrical system as a whole. Therefore, in this thesis new contributions are made to different systems of the electrical network, such as Protection System, Synchronization System, and Management and Maintenance System, in which the Remote Terminal Units are main object of the research activity of the thesis. In addition, the research work takes into account important SmartGrid standards, such as IEC61850 (the main Substation Automation standard), IEC61508 (for functional safety), IEEE1686 and IPSec (for cybersecurity) and IEEE1588 (for synchronization), as well as new technologies such as White-Rabbit, Internet of Things, Social Networks, Social Internet of Things, Natural Language Processing, among others. Accordingly, the thesis studies the three following aspects, in the context of the electric substation: • The protection systems, where a "New Adaptive Protection System Based on the Standard IEC61850" is proposed, which allows the dynamic reconfiguration of the protection devices in order to implement advanced solutions for faults treatment in the electrical distribution network. • High availability and safe Automation Systems contributing with a "New Redundant Precision Synchronization Networks Based on White-Rabbit Technology for Reliable Substations" that offer a significant improvement regarding the accuracy and availability of the system. • The "Design of a New Management and Maintenance System for Electrical Substations Based on the Social Internet of Things" where in order to adapt to the new digital world scenario, the interaction with the RTUs is redefined, enabling most agile and efficient access to the electrical substation information. Finally, new future research lines are presented, taking the Remote Terminal Units as a key element and using Artificial Intelligence as the main technology for the potential developments.