Microxarxes resilients.

Les microgrids permeten la penetració de recursos energètics distribuïts (DER) mitjançant la seva capacitat de proporcionar un mecanisme adequat d'interconnexió entre els proveïdors, les instal·lacions i els agregadors per integrar-se a la infraestructura elèctrica. 

Les microgrids en una xarxa, es defineixen com un ecosistema de microgrids autònomes que colaboren amb punts d’interconnexió tant al xarxa elèctrica d'un distribuïdor, com la propia  microgrid  i així,  permetre una flexible resposta a incidències elèctriques de forma aïllada  i també, recuperar   el servei elèctric de tots els components que conformen  tot el sistema de distribució i transport  i les microgrids, mitjançant accions coordinades. Una visió ciber-física del sistema de gestió de les microgrids  connectades en una xarxa  és una manera de millorar la resiliència i respondre als potencials atacc cibernètics. 

Font: T&D World

La ràpida adopció de les tecnologies de les  microgrid  ve donada per els  agressius objectius d'integració de fonts renovables. Aquests objectius d’alt perfil donen com a resultat la grandària de la xarxa augmentant, la complexitat operativa, les condicions d'explotació que són aleatòries i volàtils amb una necessitat d’informació a temps real de la demanda. La major implementació de microgrids  en una xarxa vinculades a través de les xarxes de comunicació heterogènies basades en la Internet of Things (IoT) i amb dispositius  intel·ligents distribuïts (per exemple, els smartmeters) i els sensors de tensió i corrent, produeix un  substancial canvi en els paradigmes del control de les xarxes elèctriques i de les seves comunicació. Aquests emergents  sistemes  d’energia basata en el IoT. són complicats en quant a els requeriments d'explotació i de les necessitats de l’eix vertebrador de comunicació i interoperabilitat de dades. Les arquitectures de control de les  microgrid distribuïdes es basen de manera inherent en un acoblament estret entre les capes físiques i la ciberseguretat; per tant, els sistemes d'informació en xarxa són els components bàsics de les microgrids. 

Cada àrea de servei d'una microgrid implementa les seves pròpies funcions d’estabilitat, protecció, control i gestió de l’energia. Aquestes funcions s’implementen en el sistema de control d'una microgrid, que pot ser centralitzat o distribuït i integrat amb relés de protecció i els controladors de les  DER. L’àrea de servei, completament es pot desacoblar  de la xarxa principal, tant elèctricament com des del punt de vista cibernètic. A més, cada àrea de servei de la microgrid es pot dividir en altres  microgrids més petites on es poden preconfigurar  les individuals  DER  per poder funcionar de forma independentment i així, subministrar electricitat a les seves càrregues crítiques asignades.

Font: Engerati

Les  DER d'una microgrid connecta en una xarxa i les respectives entitats de control d’aquest ecosistema han d’intercanviar informació a diversos nivells i graus de granularitat i sota diverses hipòtesis. La informació que passa a través de punts cibersegurs i amb un acoblament físic pot incloure informació per representar l'estat, les mesures en diversos punts i les sol·licituds d'enviament. 

A la figura que segueix, es mostra un sistema  de potència de mitja tensió que consta de 5 microgrids en una xarxa. Les topologies individuals de les microgrids  en una xarxa per a aquest cas d’ús s’han derivat basant-se en les configuracions típiques de distribució i alimentació de mitja tensió dels Estats Units.

Per a cada microgrid, el sistema distribuït de control de la microgrid  implementa les funcions bàsiques de gestió de les microgrids afegint un controlador de supervisió a cada actiu DER amb una interfície addicional en dispositius electrònics intel·ligents (IEDs) que recopilen les dades de camp. El controlador MicroSCADA es desplega a cada microgrid per controlar les funcions locals, així com proporcionar una interfície de passarel·la per  l'SCADA dels distribuïdor.

La interoperabilitat s’aconsegueix implementant estàndards d’autodescripció d’actius que també defineixen les propietats dinàmiques dels actius, per exemple, l’estat  actual de la càrrega d'una bateria, en el cas d’un sistema d’emmagatzematge d’energia. La norma IEC 61850 amb les extensions OpenFMB, proporciona un  normalitzat marc industrial  per millorar la interoperabilitat de les microgrids en una xarxa. Les extensions del model semàntic IEC 61850 / OpenFMB segons IEC 61850-7-420 Edition 2 tracta els casos d'ús pel control de les  DER i com  ajudaran a la integració dels actius de la microgrid en un entorn multi-vendor. En concret,

El marc de Open Field Message Bus (OpenFMB) ofereix una  atractiva manera de permetre la interoperabilitat, especialment quan s’interconecten xarxes de comunicació heterogènies. L'openFMB és un marc arquitectònic per a nodes intel·ligents distribuïts que interaccionen entre ells a través de missatgeria basade en la publicació-subscripció acoblada per dispositius i sistemes de camp a la proper a la xarxa. L’arquitectura operacional lògica  de referència d’un node OpenFMB està composta per tres principals components: les capes d’aplicació  o adaptador, la capa d’interfície i una capa de middleware. Les aplicacions OpenFMB es troben dins d’un node OpenFMB i donen suport a les funcions de la xarxa analitzant les dades i sol·licitant accions segons estan definides en un concret cas d’ús. Els adaptadors OpenFMB es troben dins d’un node OpenFMB i interfereixen el bus de missatges de camp amb els dispositius finals. El seu paper és el de mapejar, enriquir, orquestrar, enrutar i traduir informació entre els dispositius finals i el bus de missatges de camp. Proporcionen un intercanvi unidireccional o bidireccional d’informació entre els perfils de dades i altres protocols i formats convencionals, com són el DNP3, Modbus, IEC 61850 GOOSE, C12, XMPP o altres.

Els sistemes de subministrament d'energia de les microgrids en una xarxa, també poden incorporar altres dispositius intel·ligents de camp amb una comunicació  per cable i sense fil. Per tant, les noves infraestructures ciber-físiques poden estar exposades a atacs en diversos punts de l'arquitectura de la comunicació. Es pensa que aquest plantejament distribuït, pot no només donar suport a una alta penetració de DER, sinó que també permetrà un millor funcionament d'una estratègia de resiliència devant un atac.

Font: IEEE Smart Grid