Analysis of an edge-computing-based solution for local data processing at secondary substations

Abstract

La implantación de “Edge computing”, siguiendo un enfoque modular de internet de las cosas, en la red de distribución eléctrica es considerada por muchos como el siguiente paso hacia el Centro de Transformación (CT) Inteligente y hacia la “Smarter grid”. Actualmente, i-DE y Minsait están desarrollando una prueba de concepto de este enfoque siguiendo la Arquitectura abierta de Consolidación de Carga de Trabajo “Edge” definida por Intel y Minsait. Como esta arquitectura es general, este proyecto analiza las tecnologías propuestas en ella y sus alternativas, considerando los requisitos y la perspectiva de la distribuidora eléctrica. El análisis se centra en el nodo “Edge” (requisitos de hardware y software), las comunicaciones (internas entre las aplicaciones, entre el nodo y el sistema de gestión, y entre el nodo y otros dispositivos) y el sistema de gestión (requisitos, tendencias y proceso de despliegue). Además, se examinan las ventajas, los desafíos y las posibles funcionalidades en la red de distribución de BT, así como el impacto económico que tendría en el sistema y en la distribuidora. Para apoyar el análisis y extraer conclusiones prácticas, se utiliza un entorno local de pruebas para la comparación de tecnologías y para el desarrollo de una aplicación de balance en tiempo real en Python, para lo cual se desarrolla un generador de datos en Node-RED. Para probar el despliegue se utiliza un entorno de pruebas remoto, proporcionado por Minsait, desplegando una versión de la aplicación de balance para procesar informes tipo S02, proporcionados por los concentradores de datos en CTs. La arquitectura analizada se considera apropiada y la solución, gracias a su modularidad y a su base “open source”, tiene potencial para ser el nuevo paradigma de cómo supervisar y controlar la red de BT, proporcionando grandes beneficios a la distribuidora, al sistema y a la industria eléctrica.

The implementation of edge computing, following a modular IoT approach, in the power distribution grid is considered by many to be the next step towards the Smart Secondary Substation concept and towards a smarter grid. Currently, i-DE and Minsait are developing a proof of concept of this approach following the open Edge Workload Consolidation Architecture defined by Intel and Minsait. As this architecture is designed to be general, this project analyses the technologies proposed in it and their alternatives, considering the specific requirements and perspective of the power distribution utility. The analysis is focused on the edge node (hardware requirements and software), communications (inner between applications, between the node and the management system, and between the node and other devices) and the management system (requirements, trends, and deployment process). Furthermore, the advantages, challenges and possible functionalities in the LV distribution grid are discussed, as well as the economic impact that it would have on the system and on the electric utility. To support the analysis and extract practical conclusions, a local test environment is used for technologies comparisons and for the development and testing of a real-time balance computing application programmed in Python, for what a data generator is developed in Node-RED. To check the deployment process, a remote test environment, provided by Minsait, is used, deploying a modified version of the previous balance application to process S02-like reports, commonly provided by data concentrators at secondary substations. The analysed architecture is found to be appropriate and the solution, thanks to its modularity and its open source basis, has the potential to be the new paradigm of how the LV grid is monitored and controlled, providing great benefits to the utility, to the system, and to the electric industry in general.