Centro de Investigación de Energía para Redes Inteligentes

CAEVTM es un consorcio liderado por la UCLA cuyos miembros son empresas automotrices, proveedores de transporte eléctrico y autónomo, y compañías eléctricas que buscan transformar la industria automotriz en una industria eléctrica, digital, conectada, inteligente y autónoma, que satisfaga las crecientes necesidades de transporte y energía de la sociedad para el siglo XXI y más allá. El propósito del consorcio es crear una alianza entre fabricantes de vehículos eléctricos y autónomos en California, en colaboración con empresas energéticas emergentes. ^{[ 11 ]}

"La plataforma de red UCLA WINSmartGrid™ ^{[ 12 ]} permite monitorear, conectar y controlar de forma inalámbrica aparatos eléctricos como automóviles enchufables, lavadoras, secadoras o aires acondicionados a través de un concentrador inalámbrico inteligente." ^{[ 13 ]}

La tecnología WINSmartGridTM utiliza una arquitectura Serviceware junto con la tecnología ReWINS, dividida en tres partes:

El Edgeware controla y utiliza las redes de tecnología inalámbrica, así como la creación, gestión, configuración y mantenimiento de software y firmware . Se conecta con etiquetas RFID, detectores de movimiento , monitores de temperatura o controladores 10X en refrigeradores. Dentro del hub WINSmartGrid™, se admiten diversos monitores y sensores a los que el Edgeware se conecta, incluyendo humedad, corriente, voltaje, potencia, impacto, movimiento, sustancias químicas, etc. Este hub es compatible con protocolos inalámbricos (por ejemplo, WiFi , Bluetooth , Zigbee , GPRS y RFID ). Los protocolos más eficientes parecen ser los de bajo consumo, como Zigbee.

El middleware actúa como intermediario entre el Edgeware y el Centralware. Es capaz de proporcionar funciones como filtrado de datos, extracción de información, agregación y mensajería de datos desde el Edgeware, y distribución de la información al destino o servicio web adecuado.

El Centralware es el servicio web de toma de decisiones. Recibe toda la información, calcula las decisiones óptimas según unas reglas y las ejecuta. Actualmente, el Centralware de WINSmartGrid™ funciona con un conjunto básico de reglas, pero eventualmente podrá integrarse con servicios externos a medida que estos se vayan incorporando.

“Los programas de Respuesta Automatizada a la Demanda (ADR) ^{[ 14 ]} muestran modelos de control y esquemas de mensajería segura, automatización en la reducción de carga, aprovechamiento de múltiples tecnologías de comunicación y mantenimiento de la interoperabilidad entre las capas de la arquitectura de automatización de la red inteligente.” ^{[ 15 ]}

SMERC está creando un área de pruebas que proporcionará información sobre el consumo energético de los usuarios y la distribución de dicha energía por parte de la compañía eléctrica. Los bancos de pruebas se ubican en el campus de UCLA, que servirá como laboratorio experimental para la demostración de conceptos de ADR (Reducción Alternativa de la Demanda). Dado que UCLA genera el 75 % de su propia energía mediante su central eléctrica de gas natural , el campus es un lugar idóneo para la investigación y demostración de ADR.

ADR requerirá componentes y subsistemas de tecnología de control que funcionen con características y protocolos de seguridad en conjunto con parámetros operativos. La infraestructura de medición avanzada (AMI) también se verificará para asegurar su capacidad adecuada en términos de volumen de datos y aspectos de red. Otros requisitos, como modelos de diseño de tarifas, modelado de datos y metadatos a nivel de sistema , etc., se utilizarán para guiar la arquitectura del sistema. El sistema de respuesta a la demanda proporciona un servicio eficiente a los sistemas de servicios públicos y a los consumidores. Se basa en una arquitectura orientada a servicios (SOA) que utilizará información de las evaluaciones técnicas y los requisitos de los sistemas de servicios públicos para ayudar a las modalidades de integración para los sistemas de servicios públicos de back-end. A través de esta arquitectura, se puede lograr la colaboración entre toda la red que involucra facturación, medición y distribución. Los consumidores pueden hacer solicitudes, y un sistema de control de supervisión monitoreará las demandas del consumidor y tomará las mejores decisiones proyectadas. Este sistema de respuesta a la demanda también estará representado por varios tipos de clientes de energía (por ejemplo, comerciales, residenciales, industriales). Con la tecnología WINSmartGrid, las transacciones se comunicarán a través de tecnologías inalámbricas para transmitir cargas útiles de datos comunes. Actualmente, la arquitectura orientada a servicios (SOA), junto con el escaneo de sistemas embebidos abiertos , ofrece soporte para la funcionalidad plug-and-play y la respuesta segura a la demanda. Además, una interfaz de programación de aplicaciones (API) proporciona personalización y extensibilidad al sistema.

Los bancos de pruebas utilizan tecnologías de automatización y permitirán demostrar la funcionalidad de los sistemas, la fidelidad y fiabilidad de la comunicación, así como realizar pruebas de datos, protocolos, etc. Estas tecnologías incluyen modelos AMI-DR, interfaces de hardware y software, arquitectura de software, políticas de control de acceso, esquemas y algoritmos de seguridad recomendados y el conjunto de optimizaciones deseado.

La fase de pruebas podría proporcionar información detallada sobre el rendimiento de los procesos de respuesta a la demanda y los componentes o subsistemas tecnológicos, donde se pueden realizar cambios y predicciones eficientes para cumplir con la reducción de carga y las demandas de los consumidores.

Los bancos de pruebas para la investigación actual contarán con una plataforma de red que permitirá monitorear, conectar y controlar de forma inalámbrica electrodomésticos como vehículos eléctricos enchufables, lavadoras, secadoras y aires acondicionados mediante un marco de comunicaciones inalámbricas. Estas configuraciones de bancos de pruebas proporcionarán información fundamental para la investigación de los sistemas de respuesta a la demanda. ^{[ 16 ]}

Actualmente, la tecnología dentro de SMERC se está utilizando y desarrollando para el programa WINSmartEV. Se centra en la integración de tecnologías de monitoreo y control inalámbricas y de radiofrecuencia. ^{[ 17 ]} La tecnología de vehículos eléctricos proporciona una tecnología inteligente más eficiente energéticamente, económica y fácil de usar para cargar un vehículo eléctrico. ^{[ 18 ]} Varias estructuras de estacionamiento en el campus de UCLA ahora brindan carga de vehículos eléctricos a sus miembros. Estas estaciones son monitoreadas por los sistemas de software de SMERC en el Departamento de Ingeniería. Todos los datos relacionados con estas estaciones de carga son recopilados por miembros del equipo de SMERC para evaluar las tendencias y solicitudes de sus usuarios. Estos datos serán evaluados para brindar a los usuarios de las estaciones la mejor gestión posible de la carga de su vehículo eléctrico. ^{[ 19 ]}

El objetivo principal de WINSmartEV es aumentar la estabilidad del sistema eléctrico local y reducir el costo de la energía mediante la gestión integral de la carga de vehículos eléctricos. La implementación más reciente permite que varios vehículos eléctricos se carguen en una misma estación, recibiendo corrientes diferentes pero controlables. Este sistema ofrece al usuario una gran flexibilidad para cargar su vehículo eléctrico, con ventajas en cuanto a estacionamiento, precio, límites de tiempo y consumo de energía .

Otro objetivo del programa WINSmartEV es recopilar información de forma inalámbrica de la red eléctrica y de los vehículos eléctricos para determinar capacidades de carga más eficientes. Con una gestión adecuada de los vehículos eléctricos, las operaciones de carga y de suministro de respaldo pueden utilizarse para reducir las tarifas eléctricas y aplanar la curva de carga.

La interfaz de usuario permite al propietario del vehículo eléctrico controlar dónde, cuándo, por qué y cómo cargarlo. Un usuario puede usar un dispositivo portátil para ver un mapa de estaciones de carga , programar una hora exacta de carga, iniciar y detener la carga cuando lo desee, todo con un solo toque en un teléfono inteligente u otro dispositivo portátil. Además, si es necesario o se solicita, se puede enviar una alerta al conductor cuando la batería esté baja y necesite recargarse.

SMERC evalúa los patrones de vehículos eléctricos y estaciones de carga para determinar las tecnologías inalámbricas y los módulos de sensores más adecuados para su instalación. En conclusión, la integración de los vehículos eléctricos con WINSmardGrid, el sistema AMI local y la gestión de la demanda proporcionarán sistemas de comunicación y alerta para WINSmartETM.

Los sistemas de distribución eléctrica se están volviendo drásticamente más complejos y dinámicos, mientras que la red eléctrica está en transición hacia la red inteligente. El despliegue de recursos energéticos distribuidos (RED), como paneles solares y dispositivos de almacenamiento de energía, se está multiplicando. Numerosas entradas y controles se envían y reciben desde diversas plataformas avanzadas de la red de distribución. Algunas de estas entradas y controles conectan los recursos de la red a Internet. Las capacidades mejoradas de detección, comunicación y control tienen el potencial de mejorar enormemente el rendimiento de la red eléctrica, pero a costa de una mayor vulnerabilidad a ataques deliberados y fallas accidentales, lo que amenaza la funcionalidad y confiabilidad de la red. El sistema de carga de vehículos eléctricos (VE) conectado a la red inteligente se considera una red de información con una comunicación masiva entre la compañía eléctrica, los centros de control de VE y RED, los equipos de suministro de VE (EVSE) y los medidores de energía. Dado que la carga de VE consume mucha energía y, por lo tanto, puede tener un impacto considerable en un sistema de distribución, la ciberseguridad en el ámbito de la carga de VE es tan crítica como en la red de distribución.

El proyecto de investigación en curso titulado “Centro UC-Lab para la Ciberseguridad de la Distribución de Electricidad, ^{[ 20 ]} ”, que actualmente está patrocinado por UCLRP (UCOP LFR-18-548175 ^{[ 21 ]} ) ha reunido a un equipo multidisciplinario de UC-Lab de expertos en ciberseguridad e infraestructura eléctrica para investigar el impacto de los ciberataques en la infraestructura de distribución de electricidad y desarrollar nuevas estrategias para la mitigación de vulnerabilidades, la detección de intrusiones y la protección contra impactos perjudiciales en todo el sistema.

El equipo de SMERC se centra en la ciberseguridad de la red de carga de vehículos eléctricos, incluyendo el análisis de vulnerabilidades del sistema, la evaluación de riesgos y el impacto de los ciberataques, así como la detección de anomalías .

El equipo ha investigado el análisis de vulnerabilidad y la evaluación de riesgos para la infraestructura de carga inteligente basada en el sistema de carga del campus de UCLA, llamado WINSmartEV. La investigación ha delineado una metodología y taxonomía codificadas para evaluar la vulnerabilidad y el riesgo de ataques ciberfísicos en las redes de carga de vehículos eléctricos para crear una solución generalizable y completa. ^{[ 22 ]} Para la detección de anomalías , el equipo analiza los datos de series temporales multidimensionales, que incluyen la carga del edificio, la generación solar, el precio dinámico de la electricidad y la carga de vehículos eléctricos, dentro de WINSmartEV. El objetivo es caracterizar la operación de carga regular de vehículos eléctricos para establecer una red invariante de correlación, identificando así anomalías o inyección de datos maliciosos que perturban las correlaciones dentro del sistema.

Otros proyectos en fase inicial o en desarrollo actual en el SMERC son la integración del almacenamiento de baterías con energía solar renovable, la integración de vehículos eléctricos con energía solar, V2G, pruebas de ciberseguridad, monitorización y control inalámbricos de la red, modelado y control de microrredes, vehículos eléctricos autónomos, redes domésticas y cuestiones del consumidor en la integración de vehículos eléctricos y la respuesta a la demanda.