ENERGÍA ELÉCTRICA

perfil CIM es un modelo de subconjunto del modelo UIM CIM . Estos perfiles están designados como documentos parciales en el estándar IEC 61970 por el grupo de trabajo 14. Cada perfil es en sí mismo un modelo independiente que se puede usar para generar artefactos específicos, como CIM RDF o Esquema XML .

Grupos de perfil [ editar ]

Un grupo de perfiles CIM (por ejemplo, 61970 -456 Grupo de perfiles de soluciones en estado estacionario) es una agrupación lógica de perfiles CIM. En general, cada documento de Partes abarca un grupo de perfiles completo que tiene uno o más perfiles.

Normas [ editar ]

• IEC 61970-452

  Perfil del equipo

• IEC 61970-453

  Perfil de diseño de esquemas

• IEC 61970-456

  Perfil de mediciones analógicas

  Perfil de mediciones discretas

  Perfil de variable de estado

  Perfil de topología

  
  

  
  

  
  

  
  

  
  

  
  

  
  

  
  

  
  

  
  

  
  

  
  

  Modelo de información común ( CIM ), un estándardesarrollado por la industria de la energía eléctrica que ha sido adoptado oficialmente por la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), que tiene como objetivo permitir que el software de aplicación intercambie información sobre una red eléctrica. . ^[1]

  La CIM se mantiene actualmente como un modelo UML . ^[2] Define un vocabulario común y una ontología básica para aspectos de la industria de la energía eléctrica. El CIM modela la propia red utilizando el "modelo de cables". Esto describe los componentes básicos utilizados para el transporte de electricidad. Las mediciones del poder son modeladas por otra clase. Estas mediciones apoyan la gestión del flujo de energía en el nivel de transmisión y, por extensión, el modelado de la energía a través de un medidor de ingresos en la red de distribución. La CIM se puede usar para derivar 'artefactos de diseño' (por ejemplo , esquema XML , esquema RDF ) según sea necesario para la integración del software de aplicación relacionado .

  La CIM también se utiliza para derivar mensajes para el mercado mayorista de energía con el marco para las comunicaciones del mercado de la energía, IEC 62325 . El perfil del mercado de estilo europeo es una derivación del perfil de la CIM para armonizar los intercambios de datos del mercado energético en Europa. ENTSO-E es un importante contribuyente al perfil de mercado de estilo europeo. ^[3]

  El estándar que define los paquetes centrales de la CIM es IEC 61970 -301, con un enfoque en las necesidades de transmisión de electricidad , donde las aplicaciones relacionadas incluyen el sistema de gestión de energía , SCADA , planificación y optimización. Los estándares IEC 61970-501 y 61970-452 definen un formato XML para intercambios de modelos de red utilizando RDF . La norma IEC 61968 serie de normas extender la CIM para satisfacer las necesidades de distribución eléctrica , donde las aplicaciones relacionadas incluyen sistema de distribución de gestión , sistema de gestión de incidencias , planificación, medición, gestión del trabajo,Sistema de información geográfica , gestión de activos, sistemas de información de clientes y planificación de recursos empresariales .

  
  

  Diferencia entre CIM y SCL [ editar ]

  CIM y el lenguaje de configuración de subestaciones (SCL) se desarrollan en paralelo en diferentes grupos de trabajo de IEC TC 57 . Aunque ambos tienen la capacidad de intercambiar información de modelos y configuraciones entre diferentes equipos o herramientas y usar XML para el almacenamiento, existen muchas diferencias entre ambos estándares.

  1. CIM está completamente desarrollado basado en UML que se desarrolla sobre la base de la herencia. La representación SCL es de naturaleza secuencial o jerárquica.
  2. Si bien la CIM no se limita al equipo de modelado, el enfoque de la CIM enfatiza la herencia del equipo y su interconexión, mientras que la SCL comienza desde un punto de vista funcional.
  3. CIM se aplica ampliamente a la integración empresarial e intercambios de información relacionada entre sistemas, incluidos, entre otros, EMS, DMS, Planificación, Mercados Energéticos y Medición, donde SCL se limita al intercambio de datos dentro de los equipos y herramientas de la subestación.

  Armonización de CIM y SCL [ editar ]

  Hay aplicaciones que utilizan estos dos estándares y habrá mejoras significativas en la interoperabilidad y el intercambio de datos entre las aplicaciones si el modelo SCL se puede transformar en modelos basados ​​en CIM. Sin la armonización de estos estándares, el desarrollo e implementación de sistemas y aplicaciones resultará en una cantidad significativa de ingeniería y diseño que se aplica a una sola implementación. La armonización puede realizarse mezclando el enfoque topológico del equipo de CIM y el enfoque de funcionalidad de SCL. IEC TC57 WG19 participa en la armonización CIM y SCL. Esto implicará los siguientes pasos.

  1. Mapeo de nodos lógicos de IEC 61850 (SCL) a equipos definidos en CIM.
  2. Utilice el lenguaje de ontología web para definir los patrones de mapeo para las áreas en las que no se puede realizar el mapeo automático.
  3. El enfoque completo no debe modificar los modelos existentes en gran medida.

  
  

  
  

  
  

  
  

  
  

  
  

  
  

  
  

  
  

  
  

  
  

  
  

  Modo de alerta constante ( CAM ) es un modo destinado a dispositivos cuando la alimentación no es un problema, como cuando la alimentación de CA está disponible para un dispositivo. ^[1] Este modo proporciona la mejor conectividad desde la perspectiva del usuario. La CAM también es apropiada cuando un dispositivo portátil se utilizará por un corto tiempo que la batería pueda acomodar fácilmente. Este es el modo más utilizado, y se puede contrastar con los modos de ahorro de energía, que pueden ser ofrecidos o no por un dispositivo en particular.

  
  

  
  

  
  

  
  

  
  

  
  

  
  

  
  

  sistema de energía continuo es un sistema a gran escala para suministrar de manera confiable grandes cantidades de energía ininterrumpida. Los ejemplos de un sistema de energía continuo incluyen una fuente de alimentación ininterrumpida y un sistema de energía de emergencia . La necesidad de un sistema de energía continua ha aumentado en las últimas décadas porque los recursos energéticos en el mercado están disminuyendo y a un precio más alto a medida que avanza la revolución industrial. Esto se debe a varias razones, como el crecimiento de la economía global, el agotamiento de los recursos energéticos y los impactos ambientales de la producción de energía. ^[1]

  El sistema de energía continua es uno de los muchos sistemas de energía que se están financiando y utilizando en este momento porque todavía no existe una norma que defina claramente los roles y responsabilidades del proveedor de energía. A medida que el mundo moderno continúa avanzando, se espera que los usuarios de alta tecnología exijan un suministro de energía que sea alto en seguridad, calidad, confiabilidad y disponibilidad. Para las empresas, la confiabilidad y la calidad son importantes porque dependen de los servicios eléctricos para proporcionar iluminación, energía general, hardware de computadora y hardware de comunicaciones. La clave en los sistemas de potencia confiables es evitar las perturbaciones de la energía, que están relacionadas con las desviaciones del voltaje o la corriente de la onda sinusoidal ideal de frecuencia única de amplitud y frecuencia constantes ^[2]

  El deseo de un suministro de energía continuo y confiable no está solo dentro de la comunidad empresarial. En un estudio realizado en 2011 en hogares flamencos, los investigadores encontraron que solo una parte relativamente pequeña de ellos estaría dispuesta a cambiar a un nivel de confiabilidad más bajo si se los compensara con un descuento en las facturas no demasiado grande. ^[3] Las fuentes de alimentación de la computadora tienen el convertidor de CA / CC en el que la energía se pierde cuando se convierte. Al depender de un convertidor de CC altamente eficiente, en lugar de CA / CC, para almacenar energía directamente de una celda de combustible, la eficiencia se puede aumentar hasta en un 50%.

  
  

  Volante [ editar ]

  Un ejemplo de un sistema de energía continuo es el tipo basado en el volante , que son comunes en los sitios de colocación . Estos consisten en un motor eléctrico , un volante, un generador y un motor diesel.. En funcionamiento normal, el motor eléctrico, suministrado desde la red, hace girar el volante, que a su vez gira el generador. En el caso de un corte de energía, el volante mantiene el generador en marcha mientras el motor diesel arranca. El volante es una forma efectiva de gobernar el FESS para el alisado de la energía eólica. Es el rango de 89-93% del estado medio de carga, lo que significa que a medida que las cuchillas giran en el volante, la energía se almacena entre el 89-93% de la salida dada. La idea es utilizar la energía de la manera más óptima posible mediante el almacenamiento convertido mediante el movimiento del volante. La máquina eléctrica acciona el volante y a medida que gira se almacena la energía. ^[4]

  Turbinas [ editar ]

  Una turbina es un conjunto de álabes que se ven obligados a girar debido a una fuerza externa. Cuando las cuchillas comienzan a girar, el eje al que está conectado comienza a girar, y el generador de conexión genera electricidad. Los ejemplos de fuerzas externas que pueden usarse para hacer funcionar las turbinas incluyen viento, agua, vapor y gas. Las turbinas se pueden usar para crear un sistema de energía continuo porque mientras las palas de la turbina giren, se crea electricidad. ^[5]

  Células de combustible microbianas [ editar ]

  Las células de combustible microbianas pueden generar energía cuando las bacterias descomponen el material orgánico, esto procesa una carga que se transfiere al ánodo. Tomar algo como la saliva humana, que tiene una gran cantidad de material orgánico, se puede utilizar para alimentar una celda de combustible microbiano de tamaño micro. Esto puede producir una pequeña cantidad de energía para ejecutar aplicaciones en chip. Esta aplicación se puede utilizar en cosas como dispositivos biomédicos y teléfonos celulares. ^[6]

  Se desarrolló un estudio sobre el flujo ascendente de celdas de combustible microbiano para generar electricidad y tratar las aguas residuales al mismo tiempo. Durante un período de cinco meses, se encontró que al proporcionar al sistema una solución de sacarosa generaba continuamente electricidad de 170 mW / m2. La densidad de potencia aumentó al aumentar la demanda de oxígeno químico hasta 2.0 g DQO / día, pero no hubo un aumento en la densidad de potencia después de eso. Esto demuestra que si bien este sistema puede proporcionar electricidad continuamente, tiene sus limitaciones. 

  
  

  
  

  
  

  
  

  
  

  
  

  
  

  
  

  La disipación de potencia de la unidad de procesamiento central o la disipación de potencia de la CPU es el proceso en el cual las unidades de procesamiento central (CPU) consumen energía eléctrica y disipan esta energía en forma de calor debido a la resistencia de los circuitos electrónicos .

  
  

  Gestión de energía [ editar ]

  Ver también: variable TDP

  El diseño de las CPU que realizan tareas de manera eficiente sin sobrecalentamiento es una consideración importante de casi todos los fabricantes de CPU hasta la fecha. Algunas implementaciones de CPU utilizan muy poca potencia; por ejemplo, las CPU de los teléfonos móviles a menudo consumen solo unos pocos vatios de electricidad, ^[1] mientras que algunos microcontroladores utilizados en sistemas integrados pueden consumir solo unos pocos milivatios o incluso unos pocos microwatts. En comparación, las CPU en computadoras personales de propósito general , como computadoras de escritorio y portátiles, disipar significativamente más poder debido a su mayor complejidad y velocidad. Estas CPU microelectrónicas pueden consumir energía en el orden de unos pocos vatios a cientos de vatios. Históricamente, las primeras CPU implementadas con tubos de vacíoconsumían energía del orden de muchos kilovatios .

  Las CPU para computadoras de escritorio generalmente usan una porción significativa de la energía consumida por la computadora . Otros usos importantes incluyen tarjetas de video rápido , que contienen unidades de procesamiento de gráficos , ^[2] y fuentes de alimentación . En las computadoras portátiles, la luz de fondo de la pantalla LCD también utiliza una parte significativa de la potencia general. Si bien las funciones de ahorro de energía se han establecido en computadoras personales para cuando están inactivas, el consumo general de las CPU de alto rendimiento de hoy en día es considerable. Esto contrasta fuertemente con el consumo de energía mucho menor de las CPU diseñadas para dispositivos de bajo consumo. Una de estas CPU, la Intel XScale , puede funcionar a 600  MHzconsume menos de 1 W de potencia, mientras que los procesadores Intel x86 PC en el mismo soporte de rendimiento consumen unas cuantas veces más energía.

  Hay algunas razones de ingeniería para este patrón.

  • Para un dispositivo dado, operar a una velocidad de reloj más alta puede requerir más potencia. La reducción de la frecuencia de reloj o la reducción de la tensión generalmente reduce el consumo de energía; También es posible reducir la potencia del microprocesador mientras se mantiene la velocidad de reloj igual. ^[3]
  • Las nuevas características generalmente requieren más transistores , cada uno de los cuales usa energía. Desactivar las áreas no utilizadas ahorra energía, por ejemplo, a través del reloj .
  • A medida que el modelo de un procesador madura, los transistores más pequeños, las estructuras de bajo voltaje y la experiencia en diseño pueden reducir el consumo de energía.

  Los fabricantes de procesadores suelen liberar dos números de consumo de energía para una CPU:

  • Potencia térmica típica , que se mide bajo carga normal. (por ejemplo, la potencia promedio de CPU de AMD )
  • Máxima potencia térmica , que se mide bajo la peor carga posible.

  Por ejemplo, el Pentium 4 2.8 GHz tiene una potencia térmica típica de 68.4 W y una potencia térmica máxima de 85 W. Cuando la CPU está inactiva, consumirá mucho menos que la potencia térmica típica. Las hojas de datosnormalmente contienen la potencia de diseño térmico (TDP), que es la cantidad máxima de calor generado por la CPU, que el sistema de refrigeración en una computadora debe disipar . Tanto Intel como Advanced Micro Devices(AMD) ha definido el TDP como la generación de calor máxima para períodos térmicamente significativos, mientras ejecuta las cargas de trabajo no sintéticas en el peor de los casos; por lo tanto, TDP no refleja la potencia máxima real del procesador. Esto garantiza que la computadora podrá manejar esencialmente todas las aplicaciones sin exceder su envoltura térmica, o que requiera un sistema de enfriamiento para obtener la máxima potencia teórica (lo que costaría más pero a favor de un margen adicional para la potencia de procesamiento). ^[4] [5]

  En muchas aplicaciones, la CPU y otros componentes están inactivos la mayor parte del tiempo, por lo que la energía inactiva contribuye significativamente al uso general de energía del sistema. Cuando la CPU utiliza funciones de administración de energía para reducir el uso de energía, otros componentes, como la placa base y el conjunto de chips, ocupan una mayor proporción de la energía de la computadora. En aplicaciones donde la computadora suele estar muy cargada, como la informática científica, el rendimiento por vatio (la cantidad de computación que hace la CPU por unidad de energía) se vuelve más significativo.

  Fuentes [ editar ]

  Hay varios factores que contribuyen al consumo de energía de la CPU; incluyen el consumo dinámico de energía, el consumo de energía en cortocircuito y la pérdida de energía debido a las corrientes de fuga del transistor :

  $${\ displaystyle P_ {cpu} = P_ {dyn} + P_ {sc} + P_ {escape}}

  El consumo dinámico de energía se origina a partir de la actividad de las puertas lógicas dentro de una CPU. Cuando las puertas lógicas cambian, la energía fluye a medida que los condensadores dentro de ellas se cargan y se descargan. La potencia dinámica consumida por una CPU es aproximadamente proporcional a la frecuencia de la CPU y al cuadrado del voltaje de la CPU: ^[6]

  $${\ displaystyle P_ {dyn} = CV ^ {2} f}

  donde C es capacitancia, f es frecuencia y V es voltaje.

  Cuando las puertas lógicas cambian, algunos transistores internos pueden cambiar de estado. Como esto toma una cantidad de tiempo finita, puede suceder que durante un breve período de tiempo algunos transistores estén conduciendo simultáneamente. Una ruta directa entre la fuente y la tierra da como resultado una pérdida de energía por cortocircuito. La magnitud de este poder depende de la puerta lógica y es bastante compleja de modelar en un nivel macro.

  El consumo de energía debido a las fugas de energía emana a un nivel micro en los transistores. Pequeñas cantidades de corrientes siempre fluyen entre las partes del transistor dopadas de manera diferente. La magnitud de estas corrientes depende del estado del transistor, sus dimensiones, propiedades físicas y, a veces, la temperatura. La cantidad total de corrientes de fuga tiende a inflarse para aumentar la temperatura y disminuir los tamaños de los transistores.

  Tanto el consumo de energía dinámico como el cortocircuito dependen de la frecuencia del reloj, mientras que la corriente de fuga depende de la tensión de alimentación de la CPU. Se ha demostrado que el consumo de energía de un programa muestra un comportamiento de energía convexo, lo que significa que existe una frecuencia de CPU óptima en la que el consumo de energía es mínimo. ^[7]

  Reducción [ editar ]

  El consumo de energía se puede reducir de varias maneras, ^{[ cita requerida ],} incluyendo lo siguiente:

  • Reducción de voltaje: CPU de doble voltaje , escalado dinámico de voltaje , subvoltaje , etc.
  • Reducción de frecuencia: desajuste , escalado dinámico de frecuencia , etc.
  • Reducción de capacitancia: circuitos cada vez más integrados que reemplazan los trazados de PCB entre dos chips con una interconexión de metal en el chip de capacitancia relativamente más baja entre dos secciones de un solo chip integrado; dieléctrico de bajo k , etc.
  • Técnicas como la sincronización del reloj y la sincronización local asincrónica globalmente , que puede considerarse como una reducción de la capacitancia activada en cada tic del reloj, o una reducción local de la frecuencia del reloj en algunas secciones del chip.
  • Diversas técnicas para reducir la actividad de conmutación: el número de transiciones de las unidades de la CPU a buses de datos fuera del chip, como el bus de direcciones no multiplexado , la codificación de buscomo el direccionamiento de código gris , ^[8] o el protocolo de alimentación ^[9]
  • Sacrificando la densidad del transistor para frecuencias más altas.
  • Capas de zonas de conducción de calor dentro del marco de la CPU ("Christmassing the Gate").
  • Reciclando al menos parte de esa energía almacenada en los condensadores (en lugar de disiparla como calor en los transistores): circuito adiabático , lógica de recuperación de energía, etc.
  • Optimización del código de la máquina: al implementar optimizaciones de compilación que programan grupos de instrucciones utilizando componentes comunes, la potencia de la CPU utilizada para ejecutar una aplicación se puede reducir significativamente. ^[10]

  Frecuencias de reloj [ editar ]

  Históricamente, los fabricantes de procesadores entregaron constantemente aumentos en las velocidades de reloj y el paralelismo a nivel de instrucción , de modo que el código de un solo hilo se ejecutó más rápido en los procesadores más nuevos sin ninguna modificación. ^[11] Más recientemente, para gestionar la disipación de la potencia de la CPU, los fabricantes de procesadores prefieren los diseños de chip de múltiples núcleos , por lo que el software debe escribirse de manera multiproceso o multiproceso para aprovechar al máximo este hardware. Muchos paradigmas de desarrollo de subprocesos múltiples generan sobrecarga y no verán un aumento lineal en la velocidad en comparación con la cantidad de procesadores. Esto es particularmente cierto al acceder a recursos compartidos o dependientes, debido al bloqueocontención. Este efecto se hace más notable a medida que aumenta el número de procesadores.

  Recientemente, IBM ha estado explorando formas de distribuir el poder de cómputo de manera más eficiente imitando las propiedades de distribución del cerebro humano.