Convocatoria:
Convocatoria 2020 de ayudas para la realización de proyectos de interés colaborativo en el ámbito de los Ecosistemas de Innovación de los Centros de Excelencia internacional y en el Marco estratégico por el que se impulsa el desarrollo de proyectos singulares de actuaciones de transferencia en los Campus de Excelencia Internacional en las Áreas de la Estrategia de Investigación e Innovación para la Especialización Inteligente de Andalucía (RIS3 Andalucía) dentro de las actuaciones cofinanciadas por el Programa Operativo FEDER en Andalucía para el periodo 2014-2020 (BOJA, Número 132 – Viernes, 10 de julio de 2020)
Investigador Responsable: Antonio Jesús Torralba Silgado
Investigadores:
- Joaquín Granado Romero. Profesor Titular.
- Clara Isabel Luján Martínez. Profesora Contratada Doctora.
Personal contratado:
- Francisco de Borja Badillo Cruzado
- Mario Francisco Cotorruelo Jiménez
Objetivos del proyecto:
De una manera general, el objetivo de este proyecto es el diseño de una arquitectura de control de referencia, adaptable a diferentes tipos de comunidades (de movilidad eléctrica y rurales, principalmente), diseñando los elementos habilitadores (nodos IoT para la conectividad y nodo agregador para la instalación del agente de control basado en Inteligencia Artificial), proponiendo el desarrollo y demostración en condiciones operacionales de un Caso de Uso seleccionado por los agentes agregadores de la propuesta.
De una manera detallada, el proyecto persigue:
- La definición de una arquitectura de referencia para el despliegue simplificado de comunidades energéticas locales. Esta arquitectura incluye la definición de los elementos constitutivos, su funcionalidad, las interfaces estándar con los HEMS (Home Energy Management Systems) y SmartMeters, por una parte, y con la operadora y comercializadora del sistema eléctrico, así como los sistemas de conectividad basados en IoT (ZigBee y NBIoT).
- El desarrollo de los elementos habilitadores: nodos IoT que conectan al usuario y a la infraestructura distribuida, y nodo agregador que conecta con la operadora comercializadora. Se desarrolla el Hw de los mismos, incluyendo las interfaces y los sistemas de comunicación remota inalámbrica, y el Sw de base para la integración de aplicaciones y la comunicación con los elementos externos.
• El desarrollo de los algoritmos basados en Inteligencia Artificial que, basándose en el estado de la red, necesidades de consumo de los usuarios, energía almacenada y previsión de la generación basada en condiciones geográficas y atmosféricas, determina: a) la situación general de la comunidad energética (mediante técnicas de clasificación), y b) las mejores políticas de gestión de la comunidad – distribución de la carga y participación en generación y almacenamiento – que garanticen la sostenibilidad del consumo con el mejor balance económico (usando sistemas de decisión basados en series temporales y en sistemas neuro-borrosos con aprendizaje)
La finalidad de la propuesta es llegar a un prototipo desarrollado y probado en condiciones reales (como corresponde con un TRL 7) de un sistema destinado a la construcción de comunidades energéticas locales, basadas en la arquitectura de referencia propuesta. El sistema desarrollado será la base de un sistema comercial distribuido, instalado y gestionado por empresas del mercado de servicios energéticos (preferentemente los agentes agregados), que permita tomar una posición privilegiada en un mercado que, a nivel nacional, se encuentra en estado embrionario, pero que está muy asentado en el norte de Europa, y del que se espera un crecimiento exponencial y una elevada cifra de negocio.
Resultados
- Nodos de monitorización / Control
Se ha llevado a cabo el diseño y desarrollo de dispositivos locales para la monitorización del consumo energético y el control de los dispositivos. Estos nodos se pueden agrupar en las siguientes tipologías:
- Enchufes inteligentes: estos dispositivos se encargarán del control y monitorización de las cargas de la vivienda y su conexión con ellas será de contacto directo.
- Nodos IoT: estos equipos son los encargados de la monitorización tanto de los controladores locales como de cualquier dispositivo del que se quiera medir corriente por lo que nos encotraremos dos tipos de versiones del Nodo IoT especificadas:
- Nodo IoT con sensorboard medidora de corriente: esta versión del nodo está preparada para medir corriente alterna con una amplitud de hasta 120A gracias a la incorporación de unos transformadores de corriente HOBUT. La comunicación por tando entre el dispositivo a medir y el nodo se hace a traves de dicho transformador y también se realiza de manera directa.
- Nodo IoT con sensorboard RS485: este nodo IoT está diseñado tanto a nivel hardware como a nivel software para los controladores locales, en concreto para el smart meter y el inversor. El protocolo que usan dichos dispositivos y para el cual se ha realizado el desarrollo firmware es Modbus RTU por lo tanto, en este caso la comunicación con estos se realiza mediante este protocolo.
- Nodos IoT: estos equipos son los encargados de la monitorización tanto de los controladores locales como de cualquier dispositivo del que se quiera medir corriente por lo que nos encotraremos dos tipos de versiones del Nodo IoT especificadas:
- Dispositivo Integrador
Se trata de un dispositivo que hace de intermediario entre las medidas enviadas por los inversores y contadores y las pondrá a disposición del servidor de comunidades a través de una API. Por tanto el integrador cuenta con dos interfaces completamente necesarias para su funcionamiento: la interfaz MQTT y la interfaz HTTP:
- Servidor Central
Actúa a modo de centralizador de medidas, por lo que no va a disponer de módulo MQTT. Sin embargo, sí que dispondra de un módulo que actuará de servidor web, programado en NodeJS (al igual que el integrador local) cuya principal función será la de recibir datos del integrador local y servirlos a través de API al servidor de comunidades.
La primera parte de la comunicación ya la hemos definido en el apartado anterior y es que, el integrador local, de manera periódica y haciendo uso de peticiones POST, envía las medidas al servidor central para su almacenamiento permanente.
En la segunda parte de la comunicación, el servidor actúa como ente pasivo, pues se queda a la escucha de peticiones GET por parte del servidor de comunidades. Cada vez que recibe una, leerá de la base de datos lo pedido, y, si existe, lo enviará en la respuesta al servidor de comunidades.
Desde un punto de vista funcional, los desarrollos y algoritmos implementados permiten la monitorización y gestión del consumo de energía de una comunidad, utilizando técnicas de balance para conseguir la minimización del consumo de la misma en general y de cada uno de sus usuarios en particular. Para ello, se utilizan algoritmos de inteligencia artificial, cuyos resultados son presentados y gestionados en una interfaz de usuario responsive, la cual responde a criterios de ciberseguridad en tanto que implementa comunicaciones seguras (HTTPS), así como un sistema de permisos basados en roles de usuarios.
