Líneas de investigación del TIC-150: Proyecto SIIAM

En este documento se describen las diferentes líneas de investigación en las que actualmente trabaja el grupo TIC 150: Tecnología Electrónica e Informática Industrial del Departamento de Tecnología Electrónica (DTE) de la Universidad de Sevilla. Este grupo cuenta con una dilatada experiencia en proyectos de investigación, tanto de convocatorias competitivas públicas, como en proyectos de investigación en colaboración con empresas. El TIC150 destaca por su elevada trasferencia tecnológica, así como por su producción científica. En este sentido, y a modo de ejemplo, en este trabajo se describen brevemente dentro de cada línea algunos de los proyectos más representativos que reflejan el trabajo realizado. Así pues, se hará especial hincapié en el proyecto SIIAM, proyecto del plan estatal actualmente activo, ya que aúna las distintas líneas de investigación del grupo de investigación y, por tanto, supone un buen ejemplo de aplicación.This document describes the different lines in which currently works the TIC150 research group: Electronic Technology and Industrial Computer Science, joined to the Department of Electronics Technology (DTE) of the University of Seville. This group has extensive experience in research projects, both competitive public calls and collaborative research projects with companies. The TIC150 stands out for its high technology transfer, as well as its scientific production. In this sense, as an example, this paper briefly describes some of the most representative projects (of different lines) which reflect the performed work. Thus, it will place special emphasis on the SIIAM project (funding through a governmental call). It is currently active and combines several lines research of the group, being a great example of application

Enseñanza práctica de los sistemas de telemetría para distribución eléctrica

El sistema eléctrico está actualmente sufriendo profundos cambios en su funcionamiento. Uno de los ejemplos más evidentes de este hecho es el incesante crecimiento de la presencia de fuentes de generación eléctrica basadas en energías renovables, como son la energía eólica y la solar (Panwar et al., 2011). Uno de los motivos de este cambio tiene que ver con el auge de la conciencia ecológica y los objetivos de descarbonización que diversos países se han propuesto cumplir durante los próximos años. Sin embargo, estos cambios no afectan únicamente a las fuentes de generación de energía que se utilizan, sino también al resto de niveles y estructuras del sistema eléctrico. Con esto se pretende dotarlos de nuevas mejoras en lo que se refiere a su seguridad, capacidad de monitorización y gestión, u otros aspectos de diversa índole. Esta serie de cambios tecnológicos frecuentemente se engloba en el llamado paradigma de la red eléctrica inteligente (en inglés, smart grid, abreviado como SG), cuyo objetivo es precisamente incorporar nuevas funcionalidades a la red eléctrica de cara a mejorar su fiabilidad, estabilidad y calidad de suministro. La SG lleva desarrollándose desde hace ya varios años (Kezunovic et al., 2012), y su popularidad y expansión es cada vez mayor, permitiendo un mejor control de los recursos de generación y consumo conectados a la red eléctrica (Parejo et al., 2021). Una de las vertientes de la SG es la mejora de los sistemas de medición del consumo eléctrico de los clientes. En esta sección se verá brevemente en qué consisten estos sistemas, su evolución reciente, y por qué se ha considerado conveniente incluirlos dentro de los contenidos docentes que se imparten en el Máster en Sistemas Inteligentes en Energía y Transporte (MSIET) de la Universidad de Sevilla

Equipo de bajo coste para la docencia práctica de bucles de control en entornos industriales

En la Escuela Politécnica Superior de la Universidad de Sevilla se imparten distintos títulos de Grado en Ingeniería en los que las asignaturas “Automatización Industrial” y “Regulación Automática” son comunes a todas ellas. Estas asignaturas comparten un marco común que, a veces, no es percibido por los estudiantes. Sin embargo, los dispositivos lógicos programables o PLCs por sus siglas en inglés (programmable logic controllers), los cuales son la base actual de la automatización industrial, son ampliamente usados en tareas de regulación de bucles de control en la industria (Valencia-Palomo & Rossiter, 2011). Tradicionalmente, los bucles de control han sido implementados usando dispositivos discretos. No obstante, con la proliferación de los PLCs, estos se han convertido en el estándar de facto gracias al menor coste de estos y el amplio soporte de los fabricantes a través de librerías y documentación (Alphonsus & Abdullah, 2016). Dada esta situación, es importante remarcar a los estudiantes la relación entre las dos citadas asignaturas: Automatización Industrial y Regulación Automática. Además, la implementación de bucles de control en dispositivos digitales como los PLCs tiene ciertas implicaciones y consideraciones que deben ser tenidas en cuenta para garantizar la correcta operación y estabilidad de los bucles de control. Además, a veces a los alumnos les cuesta asimilar los conceptos teóricos de estas asignaturas. En estas situaciones, las sesiones de laboratorio en las que los alumnos aplican esos conceptos que se enseñan en las lecciones teóricas han probado ser una forma muy útil para que los alumnos terminen de adquirir y afianzar esos conceptos más fácilmente (Feisel & Rosa, 2005). Además, las sesiones prácticas les ayudan a adquirir capacidades como el trabajo en equipo o la habilidad para seguir instrucciones complejas (Edward, 2012). En este sentido, en el ámbito de las citadas asignaturas, existe una importante carencia de equipamiento docente para el ajuste de bucles de control usando PLCs. Los entrenadores disponibles en el mercado son caros y voluminosos, por lo que se hace muy complicado el disponer de un equipo por puesto y alumno en los laboratorios docentes. Además, la gran mayoría de dispositivos suelen estar pensados para su uso con PCs (computadores personales, del inglés personal computers), no siendo posible su uso con PLCs. Si bien es cierto que se dispone de varios equipos actualmente en el laboratorio, estos son únicamente usados a modo de demostradores, siendo imposible la realización de prácticas individuales (dada su voluminosidad y alto coste). Debido a esto, actualmente no se dispone de plataformas que permitan la realización de prácticas de bucles de control usando PLCs. Para suplir la falta de estos equipos, actualmente se están usando simuladores software. Aunque los simuladores son de gran utilidad, estos son demasiado simples y no emulan correctamente las situaciones reales a las que se pueden encontrar los alumnos en la industria como el ruido, límites de operación, alinealidades, etc. Normalmente estos simuladores no suelen incorporar estos parámetros porque son difícilmente explicables si no se dispone de un equipo real con los que observarlos. Dada esta situación, muchos docentes optan por el desarrollo de sus propios equipos para las sesiones de laboratorio (Riveros et al., 2016), los cuales suelen resultar más baratos y prácticos que los disponibles en el mercado (Pearce, 2013). Por ello, este trabajo presenta el desarrollo de un dispositivo en forma de entrenador docente que solvente las carencias expuestas anteriormente

Energy homeostasis management strategy for building rooftop nanogrids, considering the thermal model and a HVAC unit installed

This paper presents a case study on power control and energy management for a 60 apartments’ residential building with solar generation and energy storage tied to the grid in Santiago, Chile. A new energy management algorithm based on energy homeostasis is designed for a small electro thermal generation system (nanogrid), with smart metering. The test bed employs supervisory control with energy management that regulates the temperature inside a large room by the action of an HVAC (Heating/Ventilating/Air Conditioning) unit. The main objective of supervisory control is to allow temperature comfort for residents while evaluating the decrease in energy cost. The study considers a room with rooftop grid-tie nanogrid with a photovoltaic and wind turbine generation plant, working in parallel. It also has an external weather station that allows predictive analysis and control of the temperature inside the abode. The electrical system can be disconnected from the local network, working independently (islanding) and with voltage regulation executed by the photovoltaic generation system. Additionally, the system has a battery bank that allows the energy management by means of the supervisory control system. Under this scenario, a set of coordination and supervisory control strategies, adapted for the needs defined in the energy management program and considering the infrastructure conditions of the network and the abode, are applied with the aim of efficiently managing the supply and consumption of energy, considering Electricity Distribution Net Billing Laws 20.571 and 21.118 in Chile (https://www.bcn.cl/historiadelaley/historia-de-la-ley/vista-expandida/7596/), the electricity tariffs established by the distribution company and the option of incorporating an energy storage system and temperature control inside the room. The results show the advantage of the proposed tariffs and the overall energy homeostasis management strategy for the integration of distributed power generation and distribution within the smart grid transformation agenda in Chile

Forecasting Recharging Demand to Integrate Electric Vehicle Fleets in Smart Grids

Electric vehicle fleets and smart grids are two growing technologies. These technologies provided new possibilities to reduce pollution and increase energy efficiency. In this sense, electric vehicles are used as mobile loads in the power grid. A distributed charging prioritization methodology is proposed in this paper. The solution is based on the concept of virtual power plants and the usage of evolutionary computation algorithms. Additionally, the comparison of several evolutionary algorithms, genetic algorithm, genetic algorithm with evolution control, particle swarm optimization, and hybrid solution are shown in order to evaluate the proposed architecture. The proposed solution is presented to prevent the overload of the power grid

Monitoring and Fault Location Sensor Network for Underground Distribution Lines

One of the fundamental tasks of electric distribution utilities is guaranteeing a continuous supply of electricity to their customers. The primary distribution network is a critical part of these facilities because a fault in it could affect thousands of customers. However, the complexity of this network has been increased with the irruption of distributed generation, typical in a Smart Grid and which has significantly complicated some of the analyses, making it impossible to apply traditional techniques. This problem is intensified in underground lines where access is limited. As a possible solution, this paper proposes to make a deployment of a distributed sensor network along the power lines. This network proposes taking advantage of its distributed character to support new approaches of these analyses. In this sense, this paper describes the aquiculture of the proposed network (adapted to the power grid) based on nodes that use power line communication and energy harvesting techniques. In this sense, it also describes the implementation of a real prototype that has been used in some experiments to validate this technological adaptation. Additionally, beyond a simple use for monitoring, this paper also proposes the use of this approach to solve two typical distribution system operator problems, such as: fault location and failure forecasting in power cables.Ministerio de Economía y Competitividad, Government of Spain project Sistema Inteligente Inalámbrico para Análisis y Monitorización de Líneas de Tensión Subterráneas en Smart Grids (SIIAM) TEC2013-40767-RMinisterio de Educación, Cultura y Deporte, Government of Spain, for the funding of the scholarship Formación de Profesorado Universitario 2016 (FPU 2016

Increasing the Efficiency of Rule-Based Expert Systems Applied on Heterogeneous Data Sources

Nowadays, the proliferation of heterogeneous data sources provided by different research and innovation projects and initiatives is proliferating more and more and presents huge opportunities. These developments create an increase in the number of different data sources, which could be involved in the process of decisionmaking for a specific purpose, but this huge heterogeneity makes this task difficult. Traditionally, the expert systems try to integrate all information into a main database, but, sometimes, this information is not easily available, or its integration with other databases is very problematic. In this case, it is essential to establish procedures that make a metadata distributed integration for them. This process provides a “mapping” of available information, but it is only at logic level. Thus, on a physical level, the data is still distributed into several resources. In this sense, this chapter proposes a distributed rule engine extension (DREE) based on edge computing that makes an integration of metadata provided by different heterogeneous data sources, applying then a mathematical decomposition over the antecedent of rules. The use of the proposed rule engine increases the efficiency and the capability of rule-based expert systems, providing the possibility of applying these rules over distributed and heterogeneous data sources, increasing the size of data sets that could be involved in the decision-making process

Design and simulation of an energy homeostaticity system for electric and thermal power management in a building with smart microgrid

Nowadays, microgrids are gaining importance in electric power generation and distribution environments due to their flexibility, versatility, scalability and the possibility of supplying ancillary services when connected to the grid. They allow for the customization of electric supply for very different types of consumers. Therefore, a new control model for power and energy management based on homeostaticity of electric power systems (EPS) is presented, which has been already analyzed and approved by ENEL Chile in its developmental stage. ENEL, the largest electric utility in the country, is interested in incorporating smart microgrids in the electricity distribution market, as part of a worldwide policy. Such microgrids are to be installed in buildings serviced by ENEL. To demonstrate the model’s utility, a Simulink model of a real microgrid is used, which is comprised of PV generation, energy storage, an air conditioning (AC) equipment and thermal storage of the building upon which the microgrid is installed. The behavior of every element is simulated, including the dynamic thermal model of the building in order to optimize energy management and power supply versus consumption. The behavior of the whole system is analyzed under different environmental profiles and energy consumption patterns using the proposed homeostaticity system.Ministry of Education RTI2018-094917-B-I00Fondo Nacional de Desarrollo Científico, Tecnológico y de Innovación Tecnológica FPU16-03522,3170399,FP

A Comparison of Impedance-Based Fault Location Methods for Power Underground Distribution Systems

In the last few decades, the Smart Grid paradigm presence has increased within power systems. These new kinds of networks demand new Operations and Planning approaches, following improvements in the quality of service. In this sense, the role of the Distribution Management System, through its Outage Management System, is essential to guarantee the network reliability. This system is responsible for minimizing the consequences arising from a fault event (or network failure). Obviously, knowing where the fault appears is critical for a good reaction of this system. Therefore, several fault location techniques have been proposed. However, most of them provide individual results, associated with specific testbeds, which make the comparison between them difficult. Due to this, a review of fault location methods has been done in this paper, analyzing them for their use on underground distribution lines. Specifically, this study is focused on an impedance-based method because their requirements are in line with the typical instrumentation deployed in distribution networks. This work is completed with an exhaustive analysis of these methods over a PSCADTM X4 implementation of the standard IEEE Node Test Feeder, which truly allows us to consistently compare the results of these location methods and to determine the advantages and drawbacks of each of them

Ventajas de la gestión activa de la demanda (Demand management) en el control de Smart-grids

La gestión del sistema eléctrico por las utilities se ve afectado por varios factores, como un aumento del consumo, una mayor penetración de las energías renovables y la tendencia a la generación distribuida (para minimizar pérdidas asociadas al transporte y distribución). Obviamente, el consumo no es constante, produciéndose valles y picos. Habitualmente, dicha curva no se ajusta a la de generación, obligando a sobredimensionar la generación o desplegar sistemas de almacenamiento que amortigüen este desfase. Desafortunadamente, estas soluciones son costosas y finalmente repercuten en el cliente. Una solución en auge es aplicar los sistemas de “Demand Response” (DR), que convierten el consumo del cliente en un activo controlable por el operador del sistema de distribución, permitiendo ajustar de forma dinámica su consumo energético, adaptándolo a las necesidades de la red y mejorando la eficiencia. Para lograr esto debe establecerse una comunicación utility-usuario, mediante la cual pueda solicitarse una reducción del consumo en ciertas franjas horarias, aplicándole al cliente bonificaciones por ello. Por todo esto, se estima que la tecnología DR será clave en el futuro del sistema eléctrico, y en la cual el TIC-150, a través de la colaboración con diversas utilities de ámbito internacional, está trabajando activamenteThe management of the electric system is affected by many factors, such as the rising of the consumption, the growing of renewable energies and the apparition of distributed generation (in order to reduce losses in transmission and distribution). Obviously, the consumption is not constant. The consumption curve contains “valleys” (low demand periods) and “peaks” (high demand periods). Traditionally, the generation curve does not fit with the consumption curve, so the electric generation system must be oversizing, or electric storage must be installed. Unfortunately, these solutions are expensive and they increase customer bill. A new solution is applying Demand Response systems. They transform the consumption into an asset that the distribution system can manage, adjusting this consumption dynamically, adjusting it to the needs of the system and improving efficiency. Obviously, to achieve this objective there must exist a utility-customer communication. This allows to request a reduction of customer consumption when it is needed. Customers would reduce their bill thanks to this. This is why DR technology is expected to be key in the electric system future. The TIC-150 is collaborating actively with diverse international utilities in this field.Plan Propio de la Universidad de Sevilla Proyecto: 2017/0000096