Sistema de optimización energética.

Sistema de optimización energética.

La presente invención se refiere a un sistema de optimización energética a partir de datos de consumo y generación aportados por un conjunto de nodos,

los cuáles además permiten actuar, tanto con inteligencia distribuida o centralizada, sobre elementos de la red eléctrica o dispositivos eléctricos que monitorizan o controlan, donde cada uno de los nodos está basado en el estándar radio IEEE 802.15.4 que permite la creación de redes de área personal (WPAN, Wireless Personal Area Networks) pensadas para dispositivos con limitaciones de recursos (memoria y CPU) y de bajo consumo, como lo son las WSN (Wireless Sensor Networks) y donde el sistema de optimización energética permite incorporar datos de tecnologías distintas, entre las que se incluyen Zigbee, MODBUS y estaciones meteorológicas, además de comprender una base de datos que incluye datos de sistemas externos.

SISTEMA DE OPTIMIZACIÓN ENERGÉTICA

D E S C R I P C I Ó N

OBJETO DE LA INVENCIÓN 5

La presente invención se refiere a un sistema de optimización energética a partir de datos de consumo y generación aportados por un conjunto de nodos de una red, los cuáles además permiten actuar, tanto con inteligencia distribuida o centralizada, sobre elementos de la red eléctrica o dispositivos eléctricos que monitorizan o controlan. 10

Cada uno de los nodos está basado en el estándar radio IEEE 802.15.4 que permite la creación de redes de área personal (WPAN, Wireless Personal Area Networks) pensadas para dispositivos con limitaciones de recursos (memoria y CPU) y de bajo consumo, como lo son las WSN (Wireless Sensor Networks) . A través de esta 15 interfaz, los nodos utilizan comunicaciones IPv6 siguiendo el estándar 6LoWPAN definido por el IETF, el cual permite la utilización de IPv6 en las redes de sensores.

El sistema de optimización energética de la presente invención permite incorporar datos de tecnologías distintas, entre las que se incluyen Zigbee, MODBUS y 20 estaciones meteorológicas, además de comprender una base de datos que incluye datos de sistemas externos para realizar toma de decisiones que pueden estar asociadas al precio de la energía, previsiones meteorológicas, localización del usuario, etc.

Toda la información del sistema es agregada en un servidor central que permite el acceso a la información y configuración de los nodos a aplicaciones externas a través de una Interfaz de aplicación.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 30

Se conocen en el estado de la técnica los sistemas de optimización energética para tecnologías concretas, de manera que hay ocasiones en que no es posible implementar dichos sistemas en otras tecnologías, ya que no todas siguen los mismos estándares. 35

El solicitante desconoce la existencia de sistemas de optimización energética con la capacidad de toma de decisiones que pueden estar asociadas al precio de la energía, previsiones meteorológicas, localización del usuario, etc.

El sistema de optimización energética de la presente invención solventa todos los 5 inconvenientes anteriores actuando tanto con inteligencia distribuida como centralizada sobre elementos de la red eléctrica o dispositivos eléctricos que monitorizan o controlan.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN 10

La presente invención se refiere a un sistema de optimización energética que comprende un servidor central que es el encargado de agregar los datos de un conjunto de bases de datos de una serie de dominios del sistema, autenticar unas aplicaciones del sistema y procesar unos mensajes de la interfaz de aplicación para 15 redirigirlos hacia un conjunto de dominios correspondientes.

El sistema comprende además un HUB o concentrador principal encargado de mantener la conexión con el servidor central, aceptar y autenticar conexiones de un conjunto de HUBs secundarios de cada dominio, procesar los mensajes del servidor 20 central y enviarlos, en caso necesario, al HUB secundario correspondiente, y agregar los datos de los distintos HUBs secundarios de cada dominio.

El sistema comprende además al menos un HUB secundario encargado de agregar un conjunto de nodos de distintas tecnologías, además de procesar los mensajes 25 recibidos del HUB principal a través de la Interfaz de aplicación, procesar un conjunto de reglas lógicas centralizadas y ejecutar un conjunto de comandos sobre los nodos.

Además, el HUB secundario permite agregar los datos de los sistemas externos y realizar promediados de valores y estadísticas de los valores de consumo/generación 30 y de unos sensores.

Además, el sistema comprende además un conjunto de nodos cada uno de los cuales reporta periódicamente datos de los sistemas y cargas eléctricos y de los sensores disponibles. 35

Cada uno de los nodos también procesa los mensajes del HUB secundario donde se encuentra agregado para realizar las siguientes acciones:

Actuación sobre las cargas.

Utilización de reglas lógicas locales. 5

Modificación de parámetros de configuración.

La presente invención se refiere también a la materia de las reivindicaciones dependientes que se considera aquí incluida por referencia.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de 15 dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1. Muestra un diagrama de bloques de la red formada por el sistema de la presente invención. 20

Figura 2. Muestra un diagrama de bloques de la arquitectura del software de un HUB del sistema de la presente invención.

Figura 3. Muestra un diagrama de bloques de las comunicaciones del dominio del sistema de la presente invención.

Figura 4. Muestra un diagrama de bloques de la manera de llevar a cabo la agregación 25 de datos al servidor central.

Figura 5. Muestra un diagrama de bloques del flujo de mensajes entre las Interfaces de aplicaciones.

Figura 6. Muestra un diagrama de bloques del mapeado de los elementos en la base de datos de un HUB del sistema. 30

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

A la vista de las figuras se describe de forma detallada el sistema de optimización energética de la presente invención. 35

Un HUB (1) , principal o secundario, es el elemento encargado de agregar varios controladores (40, 41, 42, 43) de tecnologías de comunicaciones que forman parte del sistema (50) de optimización energética y de un demostrador del mismo. El diseño de la arquitectura software del HUB (1) se ha realizado de manera que la lógica que integra pueda utilizarse independientemente de los protocolos de red y 5 comunicaciones, permitiendo que la gestión y acceso a la información de la red del sistema sea accesible por aplicaciones autorizadas a partir de unas Interfaces de aplicación (2, 3, 4, 5) .

Los módulos software que forman parte del HUB son los siguientes: 10

1. Controladores (40, 41, 42, 43) . Los controladores son los distintos módulos software que realizan la traducción de las distintas tecnologías utilizadas a mensajes (6) estándar del sistema. En total, son 4 los controladores para las siguientes tecnologías soportadas:

o 6LoWPAN - Tecnología por defecto de los nodos (60) , que permite la 15 utilización de IPv6 en redes basadas en el estándar IEEE 802.15.4.

o Zigbee - Tecnología promovida por la Zigbee Alliance para estandarizar los mensajes (6) de las aplicaciones en distintos entornos (p.e. Home Automation o Smart Energy)

o Mobus-TCP - Estándar de comunicaciones utilizado en entornos 20 industriales y sistemas SCADA. Para la red del sistema se utilizan equipos MODBUS con soporte TCP o sobre pasarelas TCP.

o Oregon-ws - Equipos del fabricante de estaciones meteorológicas OREGON que permiten la obtención de parámetros ambientales en tiempo real. 25

2. Base de datos (30) . Cada HUB (1) posee una base de datos (30) local con la información de cada tipo de nodo (60) , unos sensores y unos dispositivos de almacenamiento o generación de energía eléctrica asociados a los nodos (60) .

3. Modulo de agregación de la información. Dentro de la red del sistema (50) , los distintos datos de los HUBs (1) dentro de un mismo dominio o entorno, se 30 agregarán en un HUB (1) que realizará las funciones de coordinador de distintos HUBs (1) , permitiendo el control de todos los nodos (60) dentro de un dominio aunque existan distintos HUBs (60) .

4. Interfaces de Aplicación (APIs) (2, 3, 4) .

Cada nodo (60) es el encargado de agregar la información proveniente de los nodos asociados al HUB (1) que forman parte de la red empleando las distintas tecnologías de comunicaciones soportadas asociadas a los controladores (40, 41, 42, 43) , que han sido descritas anteriormente.

Los datos aportados por los distintos nodos (60) que forman la red incluyen datos de sensores instalados en los nodos (60) y/o estaciones meteorológicas asociadas (temperatura, luz, radiación UV, presencia del usuario, etc.) , así como datos de consumo y generación de energía. Esta información, junto con datos de previsión meteorológica, localización de usuarios, precios de la energía y configuración de 10 reglas lógicas del sistema para optimizar el consumo energético, es añadida en una base de datos (30) de cada HUB (1) .

La...

1. Sistema (1) de optimización energética caracterizado porque comprende:

un servidor central (70) para agregar los datos de un conjunto de bases de datos (30, 31) de una serie de dominios del sistema y/o autenticar las 5 aplicaciones del sistema, y/o procesar los mensajes (6) de una interfaz de aplicación (5) para redirigirlos hacia el dominio correspondiente,

un HUB principal (10) para mantener la conexión con el servidor central (70) , aceptar y autenticar conexiones de un conjunto de HUBs secundarios (1) de cada dominio, y/o procesar los mensajes (6) del servidor central (70) y enviarlos, 10 en caso necesario, al HUB secundario (1) correspondiente, y/o agregar los datos de los distintos HUBs secundarios (1) de cada dominio,

donde al menos un HUB secundario (1) comprende un conjunto de nodos (60) de distintas tecnologías, para procesar los mensajes (6) recibidos del HUB principal (10) a través de la Interfaz de aplicación (5) , procesar un conjunto de 15 reglas lógicas centralizadas y ejecutar un conjunto de comandos sobre los nodos (60) , agregar los datos de unos sistemas externos y/o realizar promediados de valores y estadísticas de los valores de consumo/generación y de unos sensores (24) ,

donde el conjunto de nodos (60) permite reportar periódicamente datos de los 20 sistemas y de unas cargas (23) eléctricos y de los sensores (24) disponibles y/o para procesar los mensajes (6) del HUB secundario donde se encuentra agregado para actuar sobre las cargas (23) y/o utilizar reglas lógicas locales y/o modificar los parámetros de configuración.

2. Sistema de optimización energética según reivindicación 1 caracterizado porque al menos un HUB, principal (10) o secundario (1) , comprende un conjunto de módulos de software comprendiendo a su vez:

al menos un controlador (40, 41, 42, 43) encargado de traducir las tecnologías utilizadas a mensajes (6) estándar del sistema, 30

una base de datos local (30) para cada HUB con la información de cada tipo de nodo (60) , los sensores (24) y cargas (23) /generadores de energía eléctrica asociados a los nodos (60) ,

un coordinador de HUBs para controlar los nodos (60) dentro de un mismo dominio, 35

unos interfaces de Aplicación (APIs) (2, 3, 4, 5) que comprende al menos la Interfaz de Aplicación Global (5) .

3. Sistema de optimización energética según reivindicación 2 caracterizado porque el conjunto de tecnologías comprende: 5

una tecnología por defecto de los nodos, que permite la utilización de IPv6 en redes basadas en el estándar IEEE 802.15.4,

una tecnología para estandarizar los mensajes (6) de las aplicaciones en distintos entornos,

un estándar de comunicaciones utilizado en entornos industriales y sistemas 10 SCADA. Para la red del sistema se utilizan equipos MODBUS con soporte TCP o sobre pasarelas TCP,

unos equipos que permiten la obtención de parámetros ambientales en tiempo real.

4. Sistema de optimización energética según reivindicación 2 caracterizado porque los Interfaces de Aplicación (2, 3, 4, 5) comprenden además:

un interfaz de aplicación (2) de nodo para el envío de los mensajes (6) a los nodos (60) que se encuentran conectados en el HUB (1) ,

un interfaz de aplicación (3) de controlador para controlar los distintos 20 controladores de red de las tecnologías del sistema,

un interfaz de aplicación (4) de HUB para llevar a cabo la comunicación entre HUBs del sistema y la recepción de mensajes (6) de la Interfaz de aplicación global,

5. Sistema de optimización energética según reivindicación 1 caracterizado porque los nodos (60) asociados al HUB (1) tienen asociados unos parámetros genéricos comunes a todos los nodos (60) más unos parámetros específicos asociados a cada tipo de nodo (60) .

6. Sistema de optimización energética según reivindicación 5 caracterizado porque los parámetros genéricos son:

un identificador de 1 byte que indica el tipo de nodo,

un identificador de nodo de 2 bytes, con un total de 65536 nodos,

un identificador de carga de 2 bytes que identifica la carga asociada a cada nodo,

un identificador de 2 bytes de un recinto donde se encuentra instalado el nodo.

7. Sistema de optimización energética según reivindicación 6 caracterizado 5 porque cada nodo (60) controla una carga (23) de entre una de las siguientes:

un dispositivo de iluminación,

unos dispositivos electrónicos,

un dispositivo de ventilación y aire acondicionado,

un inversor, 10

un cargador vehículo eléctrico,

un almacenador de energía,

un conmutador,

un contador eléctrico,

un electrodoméstico. 15

8. Sistema de optimización energética según reivindicación 2 caracterizado porque cada nodo (60) controla un conjunto de sensores (24) , donde los sensores es al menos de uno de los siguientes tipos:

Temperatura (ºC) 20

Humedad (%)

CO2 (ppm)

Velocidad del viento (m/s)

Dirección del viento (º)

Indice rayos UV 25

Latitud GPS

Longitud GPS

Altitud GPS

Aceleración eje X

Aceleración eje Y 30

Aceleración eje Z

Nivel de presión sonora

Nivel de batería (%)

Presencia

Presión (hPa) 35

Velocidad rachas de viento (m/s)

Lluvia (mm/hr)

9. Sistema de optimización energética según reivindicación 8 caracterizado porque las bases de datos (30, 31) reciben datos de consumo y generación de 5 energía, datos de previsión meteorológica, localización de usuarios, precios de la energía y configuración de reglas lógicas del sistema para optimizar el consumo energético de los sistemas externos.