ES2912317A1 - Sistema y método de comunicación para la optimización del consumo en una red de distribución eléctrica - Google Patents
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Abstract
Sistema y método de comunicación para la optimización del consumo en una red de distribución eléctrica, estando conectado a: - una red de distribución eléctrica, - una fuente de electricidad almacenada, - un dispositivo de apertura entre la red de distribución eléctrica y la fuente de electricidad almacenada, - una primera base de datos con el precio de la electricidad en periodos de tiempo t, - una segunda base de datos de predicciones del precio de la electricidad. El sistema comprende unos medios programables configurados para: - la obtención de la primera base de datos de: - el precio en un periodo de tiempo t0 anterior a tactual, - el precio en tactual, - la obtención de la segunda base de datos de predicciones, - si tactual>t0, permitir la salida de electricidad de la fuente de electricidad almacenada, - si tactual<t0, permitir la entrada de electricidad a la fuente de almacenamiento.
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema y método de comunicación para la optimización del consumo en una red de distribución eléctrica
Sector técnico
La invención consiste en un sistema y un método que están orientados al intercambio y la compraventa de electricidad, bien entre pares, bien entre grupos de prosumidores, es decir, consumidores de electricidad capaces de producir energía y otras entidades de tamaño comparable.
Antecedentes de la invención
La invención se basa en los trabajos realizados durante la última década en varias características relacionadas con la red eléctrica inteligente. Durante estos últimos años han surgido varios conceptos en dicha red, como los prosumidores: usuarios de escala pequeña capaces de producir electricidad mediante recursos locales, como paneles solares, geotermia u otras formas parecidas), los cuales crean el potencial de que el mercado eléctrico se convierta en bidireccional de manera contraria a lo que sucede hoy en día, donde unos pocos distribuidores producen y comercializan la electricidad que producen.
Descripción de la invención
Se ha llevado a cabo la invención de un sistema y un método basado en hardware de bajas capacidades orientado a la optimización del consumo de energía y las transacciones de la misma entre pares. Además el sistema y método se puede adherir a un modelo de contrato inteligente que permitirá el intercambio de electricidad por dinero de una forma transparente y fácilmente auditable.
El sistema de comunicación para la optimización del consumo en una red de distribución eléctrica objeto de la invención está configurado para su conexión a:
- una red de distribución eléctrica,
- una fuente de electricidad almacenada en conexión con la red de distribución eléctrica,
- un dispositivo de apertura y cierre de la conexión entre la red de distribución eléctrica y la fuente de electricidad almacenada para la transmisión de energía eléctrica almacenada a la red de distribución eléctrica o para la recepción de energía eléctrica desde la red de distribución eléctrica a la fuente de electricidad almacenada,
- una primera base de datos de la red de distribución eléctrica que comprende el precio de la electricidad en periodos de tiempo t,
- una segunda base de datos de predicciones del precio de la electricidad,
El sistema comprende unos medios programables que están configurados para:
• la obtención de la primera base de datos de la red de distribución eléctrica de:
- el precio en un periodo de tiempo t0 anterior a tactual,
- el precio en tactual,
• la obtención de la segunda base de datos de predicciones del precio de la electricidad de:
- la predicción del precio mínimo para el día actual,
- la predicción del precio máximo para el día actual,
• el cálculo de un rango inferior del precio mínimo que es la predicción del precio mínimo obtenida menos la predicción del precio mínimo obtenida multiplicada por un error,
• el cálculo de un rango superior del precio mínimo que es la predicción del precio mínimo obtenida más la predicción del precio mínimo obtenida multiplicada por un error,
• el cálculo de un rango inferior del precio máximo que es la predicción del precio máximo obtenida menos la predicción del precio máximo obtenida multiplicada por un error,
• el cálculo de un rango superior del precio máximo que es la predicción del precio máximo obtenida más la predicción del precio máximo obtenida multiplicada por un error,
• si tactuai>to, la activación del dispositivo de apertura y cierre permitiendo la salida de electricidad de la fuente de electricidad almacenada a la red de distribución eléctrica si tactual está entre el rango inferior del precio máximo y el rango superior del precio máximo,
• si tactual<t0 , la activación del dispositivo de apertura y cierre permitiendo la entrada de electricidad de la red de distribución eléctrica a la fuente de almacenamiento si tactual está entre el rango inferior del precio mínimo y el rango superior del precio mínimo,
• la repetición de los anteriores pasos en el siguiente intervalo de tiempo t.
Este sistema tiene además las siguientes tres características:
a) el software que lleva instalado, así como el sistema operativo sobre el que debe correr, han sido concebido para ser utilizados en dispositivos de bajas capacidades, cuya memoria RAM no debería exceder los 8 Gigabytes, ni debería requerir una capacidad de almacenamiento superior a los 64 Gigabytes,
b) utiliza algoritmos de Machine Learning para la previsión de futuros precios de electricidad, a fin de optimizar el momento de comprar o vender electricidad, y
c) adicionalmente hace uso de tecnología Blockchain para el despliegue de contratos inteligentes en una red de sistemas distribuidos que permite comprobar a sus participantes qué equipos han comprado o vendido energía de manera transparente.
El sistema objeto de la invención permite su utilización para la optimización y la transparencia en el consumo de energía.
El sistema objeto de la invención permite que, una vez ha sido acoplado a una fuente de electricidad almacenada, comúnmente, una batería, utilice algoritmos de Machine Learning para estimar a qué precios se va a vender la electricidad durante un determinado período de tiempo futuro que están incluidos en la segunda base de datos de predicciones del precio de la electricidad del sistema objeto de la invención. Adicionalmente y enbase a ello se despliega un contrato inteligente con las condiciones marcadas de forma exacta y sin ambigüedad y se crean operaciones fácilmente auditables de compra y venta de energía. Otras tecnologías previamente
existentes, pero no de gran actualidad, como Machine Learning y Blockchain, han sido utilizadas como parte del software que utiliza el sistema, que ha sido concebido e implementado para no requerir grandes capacidades computacionales.
Los precios de la electricidad pasados se toman de Red Eléctrica Española REE y la predicción del precio mínimo es realizada por el sistema, el cual ejecuta un motor de Inteligencia Artificial.
Por lo tanto, las previsiones de los precios mínimo y máximo son obtenidas como resultado de ejecutar en el sistema el algoritmo de inteligencia artificial necesario para ello, basándose en un período de tiempo que puede extenderse hasta recoger 700 muestras distribuidas en mes para una mayor exactitud del precio previsto.
Es también objeto de la presente invención un método de comunicación para la optimización del consumo en una red de distribución eléctrica, caracterizado por que comprende unos medios programables que están configurados para:
• obtener de una primera base de datos de una red de distribución eléctrica que comprende el precio de la electricidad en periodos de tiempo t:
- el precio en un periodo de tiempo t0 anterior a tactual,
- el precio en tactual,
• obtener de una segunda base de datos de predicciones del precio de la electricidad de:
- la predicción del precio mínimo para el día actual,
- la predicción del precio máximo para el día actual,
• calcular un rango inferior del precio mínimo que es la predicción del precio mínimo obtenida menos la predicción del precio mínimo obtenida multiplicada por un error,
• calcular un rango superior del precio mínimo que es la predicción del precio mínimo obtenida más la predicción del precio mínimo obtenida multiplicada por un error,
• calcular un rango inferior del precio máximo que es la predicción del precio máximo obtenida menos la predicción del precio máximo obtenida multiplicada por un error,
• calcular un rango superior del precio máximo que es la predicción del precio máximo obtenida más la predicción del precio máximo obtenida multiplicada por un error,
• si tactual>t0, activar un dispositivo de apertura y cierre de una fuente de electricidad almacenada permitiendo la salida de electricidad de la fuente a la red de distribución eléctrica si tactual está entre el rango inferior del precio máximo y el rango superior del precio máximo,
• si tactual<t0, activar el dispositivo de apertura y cierre de la fuente de electricidad almacenada permitiendo la entrada de electricidad de la red de distribución eléctrica a la fuente de almacenamiento si tactual está entre el rango inferior del precio mínimo y el rango superior del precio mínimo,
• repetir los anteriores pasos en el siguiente intervalo de tiempo t.
La invención puede aplicarse en cualquier entorno relacionado con la compraventa de electricidad, pero está especialmente orientada a particulares que tengan baterías en el hogar o que sean prosumidores (productores y consumidores de electricidad a pequeña o mediana escala, como hogares individuales, apartamentos o fábricas) a fin de que puedan integrarse en las operaciones de compraventa de energía. Al acoplar el sistema con cualquier sistema de almacenamiento de energía permitirá realizar operaciones que permitan saber qué momento puede ser óptimo, y los términos en los que se producirán estas quedarán claros y serán auditables con suma facilidad.
Breve 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, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1 representa un diagrama de flujo de la invención.
La figura 2 representa una estructura de los contratos inteligentes que la invención es capaz de desplegar.
Descripción de un ejemplo de realización
En la figura 1 se explican de manera gráfica las variables utilizadas para obtener la predicción de precio durante un rango determinado de tiempo:
• precioAntiguo: obtención del precio anterior.
• predicciónMín.: predicción del precio mínimo para el día actual.
• predicciónMáx.: predicción de precio máximo para el día actual.
• Err: porcentaje de error del rendimiento de la red neuronal utilizada para realizar las predicciones de precio en un determinado conjunto.
• mP1: precio mínimo en el rango de predicción del precio mínimo con porcentaje de error.
• mP2: precio máximo en el rango de predicción de precio mínimo con porcentaje de error.
• MP1: precio mínimo en el rango de predicción de precio máximo con porcentaje de error.
• MP2: precio máximo en el rango de predicción de precio máximo con porcentaje de error.
El diagrama de la figura 1 puede explicarse de la siguiente manera: hay un bucle infinito que se actualiza cada hora. Esto se debe a que el servicio API del Transmission System Operator (TSO, la entidad responsable de la transferencia de electricidad de una parte a otra de la red; en nuestro caso nos referiremos a él como REE por Red Eléctrica Española) proporciona el precio de la electricidad cada hora.
El primer paso es obtener el precio en el tiempo tactual actual de la base de datos de la Interfaz de Programación de la Aplicación (API) de REE. Posteriormente, el precio actual y el precio en el tiempo t0 anterior deben compararse entre sí. Si el nuevo precio es más alto, el sistema está configurado para conocer si este aumento se encuentra entre el mínimo y el máximo del rango de predicción del precio máximo de hoy. Si es así, se está ante un máximo y puede ser el momento de cambiar a estado de venta,
mediante la activación del dispositivo de apertura y cierre para dejar salir la energía de la fuente de electricidad almacenada.
Si no es así, el sistema está configurado para esperar a la próxima predicción. Es decir, si tactual>t0 , el sistema está configurado para esperar al siguiente intervalo de tiempo si tactual no está entre el rango inferior del precio máximo y el rango superior del precio máximo.
Lo mismo ocurre con el mínimo. Si el precio en el tiempo tactual actual es menor que el anterior y se encuentra entre el mínimo y el máximo del rango de predicción del precio mínimo de hoy, puede ser el momento de cambiar al estado de compra, mediante la activación del dispositivo de apertura y cierre para habilitar la entrada de energía.
Cuando el sistema está en un estado (compra o venta), solo cambiará cuando el precio en el tiempo tactual actual se encuentre en el rango del estado opuesto.
En un ejemplo de realización si tactua>t0 , el sistema está configurado para esperar al siguiente intervalo de tiempo t si tactual no está entre el rango inferior del precio máximo y el rango superior del precio máximo.
En otro ejemplo de realización si tactual<t0 , el sistema está configurado para esperar el siguiente intervalo de tiempo t si tactual no está entre el rango inferior del precio mínimo y el rango superior del precio mínimo.
En el esquema lógico del sistema, se ha creado un tercer estado llamado inactivo. Esto se debe a que puede suceder que el precio actual y el anterior, que en un principio se instancian manualmente, no cumplan con ninguna de las condiciones anteriores, no obteniendo un cambio de estado. Esto suele ocurrir en el inicio del sistema.
En la implementación realizada, se han utilizado piezas genéricas de hardware que sirven para soportar el software previamente descrito. Se debe tener en cuenta que, desde el punto de vista de la invención, el hardware se utiliza únicamente como soporte del software y no realiza otra funcionalidad más que proporcionar los recursos necesarios para tener conectividad a nivel de red y de datos, de tal forma que
cualquier hardware lo suficientemente capaz de hacer funcionar el software (8 Gigabytes de memoria RAM, 64 Gigabytes de almacenamiento) será suficiente para su funcionamiento.
El montaje preliminar por lo que respecta a la parte de Machine Learning comprende entre otros elementos un relé de cuatro canales para regular el paso de la electricidad o no dependiendo de si se cumplen los requisitos formulados para un contrato inteligente que haya sido desplegado.
Para conectar el módulo de relés al soporte hardware se han utilizado los pines de la interfaz genérica de entrada y salida (GPIO) 2, 3 y 4, los cuales se conectan a tres tomas de relés. Las acciones que se han tomado son:
• Conectar el pin de 5 Voltios del soporte hardware al pin Vcc de la placa de relés. • Conectar el pin Ground del soporte hardware al pin Ground de la placa de relés. • Conectar el pin 2 de GPIO a la entrada IN1 de la placa de relés.
• Conectar el pin 3 de 
GPIO a la entrada IN2 de la placa de relés.
• Conectar el pin 4 de 
GPIO a la entrada IN3 de la placa de relés.
• Mantener el puente entre el JD-Vcc y el pin Vcc del tablero de relés.
Después del montaje de instalación, la salida de cada módulo de relé se conecta al pin de 5V del soporte hardware (PWD) y la entrada de la resistencia. La salida de la resistencia está conectada al LED y la salida del LED está conectada al pin Ground del soporte hardware (GND).
En un ejemplo de realización, los medios programables están configurados para generar un acuerdo de transacción entre la red de distribución eléctrica y la fuente de electricidad almacenada que comprende al menos:
- la fecha en la que se realizará la transacción,
- la cantidad de energía eléctrica transferida, y
- el precio de la transacción,
de modo que el sistema está configurado para la activación del dispositivo de apertura y cierre permitiendo la transacción de electricidad entre la fuente de electricidad
almacenada y la red de distribución eléctrica según las condiciones del acuerdo de transacción.
Más particularmente, los datos que alimentan el acuerdo son los siguientes: origen de la transferencia de electricidad, destinatario de la misma, precio del kilovatio*hora (en Euros), cantidad de energía (medida en kilovatios*hora) y sello de tiempo de la transferencia hecha.
Por lo que respecta a la parte del acuerdo de transacción, la invención utiliza tecnología Blockchain y se ha utilizado una aplicación descentralizada que se comunica perfectamente con los acuerdos de transacción, acepta carteras públicas (necesarias para la transferencia de fondos) y tiene un diseño amigable que permite al usuario ver claramente los datos y transacciones que se han realizado en su nodo. Con ella, se pretende que el uso y la información que se proporcionen sean tan fáciles e intuitivos como sea posible.
Según lo anteriormente comentado, la información se actualiza en tiempo real con la ayuda de una herramienta, información como el balance o las transacciones también se actualizan en tiempo real. Además, hay un campo para la dirección de la cuenta para que el usuario sepa qué cuenta está utilizando para evitar cometer errores.
Para todo ello el acuerdo tiene que ser desplegado previamente utilizando la dirección IP donde está alojada la Blockchain, o lo que es lo mismo la IP y puerto de nuestra Blockchain. Una vez el acuerdo quede disponible para los demás usuarios, este será visible y podrá ser ejecutado cada vez que haya otra parte interesada en realizar intercambios de energía en los términos planteados.
Las características inherentes a Blockchain hacen que sea posible guardar de manera distribuida entre todos los participantes de la misma y registro con todas las transacciones de datos que se han realizado desde el primer despliegue de la misma, por lo que permite saber, una vez se ha desacoplado la identidad física de los propietarios del equipo en el que se ha instalado un nodo de Blockchain de sus identificadores en dicha red, quién ha hecho qué transacciones y cuándo sucedieron. Además, una peculiaridad del sistema objeto de la invención es la capacidad para
utilizar contratos inteligentes, a fin de desplegar condiciones según las cuales este comercio se realizará.
Se divulgan a continuación dos ejemplos de realización de acuerdos de transacciones de la invención:
• Comprar: Este es un método pagadero, es decir, mueve una cantidad de Ether para ser ejecutado. Este método necesita como argumentos la cantidad de KW y la marca de tiempo (estos se tomarían de la otra parte de la invención). Lo que hará es generar una transacción comprando una determinada cantidad de energía, durante un período de tiempo, por una cantidad de Ether.
• Vender: Al igual que el anterior, este método necesita como argumentos la cantidad de KW y la marca de tiempo y precio. En todos estos casos, siempre se requiere que la compra de esta energía tenga más saldo que el precio de la transacción, y que no sea 0. Lo que hará es generar una transacción vendiendo una determinada cantidad de energía, en un cierto período de tiempo, por una cierta cantidad de éter.
Claims (5)
1.- Sistema de comunicación para la optimización del consumo en una red de distribución eléctrica, caracterizado por que el sistema está configurado para su conexión a:
- una red de distribución eléctrica,
- una fuente de electricidad almacenada en conexión con la red de distribución eléctrica,
- un dispositivo de apertura y cierre de la conexión entre la red de distribución eléctrica y la fuente de electricidad almacenada para la transmisión de energía eléctrica almacenada a la red de distribución eléctrica o para la recepción de energía eléctrica desde la red de distribución eléctrica a la fuente de electricidad almacenada,
- una primera base de datos de la red de distribución eléctrica que comprende el precio de la electricidad en periodos de tiempo t,
- una segunda base de datos de predicciones del precio de la electricidad,
donde el sistema comprende unos medios programables que están configurados para:
• la obtención de la primera base de datos de la red de distribución eléctrica de:
- el precio en un periodo de tiempo t0 anterior a tactual,
- el precio en tactual,
• la obtención de la segunda base de datos de predicciones del precio de la electricidad de:
- la predicción del precio mínimo para el día actual,
- la predicción del precio máximo para el día actual,
• el cálculo de un rango inferior del precio mínimo que es la predicción del precio mínimo obtenida menos la predicción del precio mínimo obtenida multiplicada por un error,
• el cálculo de un rango superior del precio mínimo que es la predicción del precio mínimo obtenida más la predicción del precio mínimo obtenida multiplicada por un error,
• el cálculo de un rango inferior del precio máximo que es la predicción del precio máximo obtenida menos la predicción del precio máximo obtenida multiplicada por un error,
• el cálculo de un rango superior del precio máximo que es la predicción del precio máximo obtenida más la predicción del precio máximo obtenida multiplicada por un error,
• si tactual>t0, la activación del dispositivo de apertura y cierre permitiendo la salida de electricidad de la fuente de electricidad almacenada a la red de distribución eléctrica si tactual está entre el rango inferior del precio máximo y el rango superior del precio máximo,
• si tactual<t0, la activación del dispositivo de apertura y cierre permitiendo la entrada de electricidad de la red de distribución eléctrica a la fuente de almacenamiento si tactual está entre el rango inferior del precio mínimo y el rango superior del precio mínimo,
• la repetición de los anteriores pasos en el siguiente intervalo de tiempo t.
2. - Sistema de comunicación para la optimización del consumo en una red de distribución eléctrica, según la reivindicación 1, caracterizado por que si tactual>t0, el sistema está configurado para esperar al siguiente intervalo de tiempo t si tactual no está entre el rango inferior del precio máximo y el rango superior del precio máximo.
3. - Sistema de comunicación para la optimización del consumo en una red de distribución eléctrica, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que si tactual<t0, el sistema está configurado para esperar el siguiente intervalo de tiempo t si tactual no está entre el rango inferior del precio mínimo y el rango superior del precio mínimo.
4. - Sistema de comunicación para la optimización del consumo en una red de distribución eléctrica, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los medios programables están configurados para generar un acuerdo de transacción entre la red de distribución eléctrica y la fuente de electricidad almacenada que comprende:
- la fecha en la que se realizará la transacción,
- la cantidad de energía eléctrica transferida, y
- el precio de la transacción,
de modo que el sistema está configurado para la activación del dispositivo de apertura y cierre permitiendo la transacción de electricidad entre la fuente de electricidad almacenada y la red de distribución eléctrica en la fecha, con la cantidad de energía y el precio de la transacción del acuerdo.
5.- Método de comunicación para la optimización del consumo en una red de distribución eléctrica, caracterizado por que comprende unos medios programables que están configurados para:
• obtener de una primera base de datos de una red de distribución eléctrica que comprende el precio de la electricidad en periodos de tiempo t:
- el precio en un periodo de tiempo to anterior a tactual,
- el precio en tactual,
• obtener de una segunda base de datos de predicciones del precio de la electricidad de:
- la predicción del precio mínimo para el día actual,
- la predicción del precio máximo para el día actual,
• calcular un rango inferior del precio mínimo que es la predicción del precio mínimo obtenida menos la predicción del precio mínimo obtenida multiplicada por un error,
• calcular un rango superior del precio mínimo que es la predicción del precio mínimo obtenida más la predicción del precio mínimo obtenida multiplicada por un error,
• calcular un rango inferior del precio máximo que es la predicción del precio máximo obtenida menos la predicción del precio máximo obtenida multiplicada por un error,
calcular un rango superior del precio máximo que es la predicción del precio máximo obtenida más la predicción del precio máximo obtenida multiplicada por un error,
si tactual>t0, activar un dispositivo de apertura y cierre de una fuente de electricidad almacenada permitiendo la salida de electricidad de la fuente a la red de distribución eléctrica si tactual está entre el rango inferior del precio máximo y el rango superior del precio máximo,
si tactual<t0, activar el dispositivo de apertura y cierre de la fuente de electricidad almacenada permitiendo la entrada de electricidad de la red de distribución eléctrica a la fuente de almacenamiento si tactual está entre el rango inferior del precio mínimo y el rango superior del precio mínimo,
repetir los anteriores pasos en el siguiente intervalo de tiempo t.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BA2A | Patent application published |
Ref document number: 2912317 Country of ref document: ES Kind code of ref document: A1 Effective date: 20220525 |
|
| FC2A | Grant refused |
Effective date: 20221009 |