Käytöntukijärjestelmän ja työnohjausjärjestelmän integrointi standardi rajapintoja käyttäen

Distribution Network Operators (DNO) are encouraged to improve their operation to prevent outages and to decrease overall outage times in order to improve the reliability of electricity distribution. The integration of a Distribution Management System (DMS) and a Work Management System (WMS) enables DNOs to decrease the amount of outages and to shorter the outage times. In addition, this system integration can also be used to improve customer service during outages. A concrete outcome of this thesis is an integration of the ABB MicroSCADA Pro DMS600 distribution management system and a work management system. Use of standard interfaces is evaluated in this information system integration. Standard interfaces are expected to ease the implementation and the maintenance of information system integration. The suitability of the Common Information Model (CIM) for the DMS-WMS integration is evaluated here. This thesis covers the system integration process starting from capturing requirements, designing the interface according to the requirements and evaluating the implementation, maintenance and testing of the integration. Different methods and techniques are discussed. As a result, it is noted that the CIM standard cannot directly be applied to integrate the DMS and the WMS and some alterations are required. However, it was concluded that using the CIM as a basis data model for the interface eased the design and the implementation of the system integration

Arquitecturas system-on-chip para cyber physical system gateway en smart grid

178 p.La forma en que funciona la red eléctrica no ha cambiado mucho desde su creación en la década de 1930, los métodos y medios de transmisión de los datos siguen siendo similares. Aunque la infraestructura general permanece inalterada, algunas tecnologías han cambiado desde entonces, y el ritmo de cambio ha aumentado significativamente en la última década. Por ejemplo, la introducción de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TICs) en la operación de las redes eléctricas ha dado como resultado una red compleja denominada Smart Grid. En términos generales, el sistema eléctrico actual consiste en una compleja red en la que están interconectadas las centrales eléctricas, la infraestructura de transporte de electricidad, la infraestructura de distribución, y la carga.Desde un punto de vista tecnológico, la Smart Grid puede ser vista como una superposición de una red de comunicación sobre la red eléctrica. La red de comunicaciones de la Smart Grid es un tipo de red capaz de proporcionar servicios avanzados, como el envío de datos de sensores en tiempo real, la redundancia y la ciber-seguridad. Se implementa utilizando una variedad de tecnologías de redes y medios de comunicación, incluyendo el mismo cableado eléctrico, redes inalámbricas y otras infraestructuras de comunicaciones existente, como las redes Ethernet basadas en cables de cobre o fibra óptica. Existen ventajas y desventajas asociadas a cada opción y es probable que los tres enfoques puedan utilizarse para las comunicaciones en la Smart Grid. Como resultado, las redes mencionadas se integran finalmente en el sistema, lo que obliga a que los equipos utilizados para gestionar las comunicaciones sean completamente heterogéneos. Por ello, desde una perspectiva global que favorezca la interoperabilidad, es imprescindible disponer de dispositivos de comunicaciones que combinen requisitos de procesamiento en tiempo real, sincronización avanzada, alta disponibilidad en las comunicaciones, reconfigurabilidad y ciber-seguridad. Estos dispositivos se conocen comúnmente como Cyber Physical System (CPS).A modo de resumen, un CPS típico se compone de varios dispositivos conectados a través de redes cableadas e inalámbricas. Estos dispositivos abarcan desde plataformas embebidas, sistemas en tiempo real, sensores y actuadores, hasta dispositivos en red. Por lo tanto, los CPS se benefician de los continuos desarrollos de nuevas plataformas de computación y sensórica de bajo coste, las comunicaciones inalámbricas, las redes de comunicación de gran ancho de banda y sistemas que permiten realizar una gestión más eficiente de la energía de los dispositivos.La propuesta de investigación presentada en esta tesis busca realizar contribuciones en el campo de los sistemas embebidos, planteando una arquitectura común de nodos que sirva como referencia de arquitectura CPS para la Smart Grid. Esta arquitectura deberá dar solución a la integración directa de los nodos en la red, permitiendo a su vez procesamiento en tiempo real, necesario en ciertas secciones y operaciones de la Smart Grid.En primer lugar, se presentará una visión general de la red eléctrica actual (Smart Grid). En particular, se describirá los elementos fundamentales de una subestación, y se presentará los estándares de comunicación utilizados para garantizar y satisfacer los requisitos de interoperatividad que deben cumplir las redes de transmisión y distribución modernas. A continuación, se describirán los requisitos y las características de funcionamiento que debe cumplir un dispositivo CPS Gateway para poder ser utilizado en la red eléctrica inteligente. Por otra parte, se definirá un CPS y se describirán sus partes, características y campos de aplicación. A continuación, se realizará un estudio detallado de varias arquitecturas existentes que representan ventajas significativas para su utilización en la Smart Grid. En segundo lugar, se propondrán arquitecturas CPS Gateway sobre plataformas reconfigurables System-on-Chip que garantice procesamiento en tiempo real, necesario en ciertas secciones y operaciones de la Smart Grid. También, deberá incorporar mecanismos avanzados de sincronización, comunicaciones de alta disponibilidad mediante comunicaciones redundantes, compatibilidad con la infraestructura de automatización de subestaciones actualmente en fase de despliegue (IEC 61850) y ciber-seguridad para las tramas SV y GOOSE.Para finalizar, el dispositivo Zynq de Xilinx será utilizado como plataforma de validación de las arquitecturas propuestas. La última parte de la tesis, describirá el hardware utilizado para realizar los experimentos. A continuación, se describirán los experimentos realizados para validar las arquitecturas. En este sentido, se implementarán tres arquitecturas para verificar el funcionamiento del CPS Gateway. La primera arquitectura, tendrá como finalidad validar los requisitos de sincronización, interoperabilidad y alta disponibilidad. En la segunda arquitectura se implementará un protocolo y un módulo de comunicaciones que permita la configuración remota del CPS Gateway. Finalmente en la tercera arquitectura se propondrá el uso de cifrado simétrico como mecanismo de ciber-seguridad para las tramas SV y GOOSE

An investigation into visualisation and forecasting of real-time electrical consumption based on smart grid data

The smart grid, and in particular smart meters, is a growing world-wide phenomenon which has allowed for the availability of detailed real time usage data to the user in ways that were not possible in the past. South Africa has been slow-moving in adapting smart meters, but in the past two years this has changed and smart meters are becoming the new standard. This has given rise to the need for software applications to help both the South African consumer and local power utilities get the most out of the smart meter data. The purpose of this research is to investigate the possibilities offered by smart grid data obtained from advanced metering infrastructures, with particular emphasis on real time energy usage visualisation and peak load forecasting. Previously, detailed energy usage data has not been available to consumers hence there has not been much research focusing on utilising this data for direct consumer benefit. The focus of most research has mainly been on the power utilities supply side where attention has been on visualising their consumers’ usage and forecasting consumer demand in order to supply them with electricity continuously and efficiently. In this dissertation a benchmarking model for developing smart grid data visualisation dashboards is proposed and this model is used to present and prototype a consumer side dashboard. The prototype implements real time data visualisation techniques, as well as a Multiple Linear Regression model based forecasting algorithm for half hourly peak load forecasting using data collected from the University of the Witwatersrand’s advanced metering infrastructure. In this study the Multiple Linear Regression model is built through a comprehensive analysis of 2 years’ worth of energy usage data from the University of the Witwatersrand and 3 years’ worth of hourly temperature data from the South African Weather Services. The prototype’s performance is evaluated with reference to the proposed benchmark and a user technology acceptance evaluation done by the University’s Property and Infrastructure Management division. The dashboard is found to be a useful and acceptable tool in energy monitoring at the University. The forecasting model performs well with a mean absolute percentage error of 3.69%. The inclusion of a forecasting functionality within the energy management dashboard is shown to have the ability to help the university reduce its electricity bill by being able to shave their peak loads. The analysis highlights the importance of better data archiving and smart meter monitoring thereby ensuring that the meters are always online and no data goes missing which is vital for accurate forecasting results

Bioinspired metaheuristic algorithms for global optimization

This paper presents concise comparison study of newly developed bioinspired algorithms for global optimization problems. Three different metaheuristic techniques, namely Accelerated Particle Swarm Optimization (APSO), Firefly Algorithm (FA), and Grey Wolf Optimizer (GWO) are investigated and implemented in Matlab environment. These methods are compared on four unimodal and multimodal nonlinear functions in order to find global optimum values. Computational results indicate that GWO outperforms other intelligent techniques, and that all aforementioned algorithms can be successfully used for optimization of continuous functions

Experimental Evaluation of Growing and Pruning Hyper Basis Function Neural Networks Trained with Extended Information Filter

In this paper we test Extended Information Filter (EIF) for sequential training of Hyper Basis Function Neural Networks with growing and pruning ability (HBF-GP). The HBF neuron allows different scaling of input dimensions to provide better generalization property when dealing with complex nonlinear problems in engineering practice. The main intuition behind HBF is in generalization of Gaussian type of neuron that applies Mahalanobis-like distance as a distance metrics between input training sample and prototype vector. We exploit concept of neuron’s significance and allow growing and pruning of HBF neurons during sequential learning process. From engineer’s perspective, EIF is attractive for training of neural networks because it allows a designer to have scarce initial knowledge of the system/problem. Extensive experimental study shows that HBF neural network trained with EIF achieves same prediction error and compactness of network topology when compared to EKF, but without the need to know initial state uncertainty, which is its main advantage over EKF