Módulo de planificación para el sistema supervisión energética

Autor: Ángel Rodríguez Torres / angel.rodriguez@cmg.jovenclub.cu

Resumen

Con la implantación del Programa de Ahorro de la Electricidad en Cuba (PAEC), la Unión Nacional Eléctrica (UNE), ha trazado entre sus objetivos optimizar el proceso de planificación del consumo de energía eléctrica, para lo cual se hace necesaria la utilización de herramientas informáticas. Para el cumplimiento de dicho propósito se requiere de la implementación de un sistema capaz de: planificar de forma automática el consumo mensual del país y permitir gestionar toda la información necesaria para realizar una planificación con éxito. Este trabajo brinda una propuesta de desarrollo de una aplicación web para integrarla al sistema de Supervisión Energética el cual se desarrolló en la Facultad 5 de la Universidad de las Ciencias Informáticas (UCI) con vistas a informatizar todo el proceso que de una forma u otra tiene que ver con la energía eléctrica, lo que influye directamente de forma positiva a elevar la eficiencia energética y lograr un ahorro considerable de dinero al país en la producción de electricidad. Para el desarrollo de la aplicación se utilizaron herramientas de software libre, como metodología OpenUP, lenguaje representativo el Lenguaje Unificado de Modelado (UML), Visual Paradigm como herramienta Case y como servidor de base de datos PostgreSQL; además de los frameworks: Symfony para la programación del lado del servidor mediante el lenguaje PHP5 y ExtJS realizado con JavaScript para la creación de las interfaces de usuario.

Introducción:

En este mundo globalizado, caracterizado por las sociedades de consumo, en el cual se explotan inadecuadamente los recursos naturales, especialmente los no renovables como el petróleo, se hace necesario poner en práctica nuevas estrategias encaminadas al uso racional de los mismos.

Por esta razón desde hace varios años el gobierno cubano aboga por el ahorro energético involucrando a todos los consumidores a lo largo del territorio nacional y a la vez poniendo en práctica una serie de acciones, entre las que se encuentra, la automatización de varios de los procesos que de una forma u otra tienen que ver con el consumo de energía eléctrica. Como parte de la automatización de estos procesos la Universidad de las Ciencias Informáticas (UCI) desarrolló un sistema de Supervisión Energética con el objetivo de planificar el consumo de energía eléctrica de todo el sector estatal cubano, así como supervisar y controlar estos planes.

El mecanismo de planificación de energía que se realiza en Cuba y que es llevado a nivel central por el Ministerio de Economía y Planificación (MEP), con asesoría de la Unión Eléctrica (UNE) cuenta con las siguientes deficiencias:

• Las solicitudes de los planes operativos de consumo de energía eléctrica[1] no parten desde la base.
• La determinación del método de planificación requiere cálculos complejos, los cuales se realizan de forma manual, por lo que fácilmente se pueden cometer errores en el mecanismo determinado.
• Durante la captación de la demanda del consumo de energía eléctrica se maneja abundante información y la misma no se encuentra centralizada.
• Los planes de consumo de energía no siempre llegan en el tiempo establecido a los centros que se planifican.

[1]           Plan de energía a ser consumido por una entidad.

Después de analizar la situación antes expuesta, se define como Problema a Resolver: ¿Cómo mejorar la planificación del consumo de energía eléctrica del sector estatal cubano a través del sistema Supervisión Energética?

En el desarrollo del estudio se combinaron diferentes métodos científicos de la investigación:

• A nivel Teórico:

Analítico – Sintético: El análisis permite la división mental del todo en sus múltiples relaciones y compo­nentes. La síntesis es la operación inversa, que establece mentalmente la unión entre las partes, previa­mente analizadas y posibilita descubrir relaciones y características generales entre los elementos de la realidad.

Se aplica durante el descubrimiento de las funcionalidades básicas del sistema, capturadas en forma de: casos de uso del negocio, casos de uso del sistema y al crear los diagramas de clases de análisis y diseño.

Método de la Modelación: Se usa durante el desarrollo del software en los distintos flujos de trabajo: En la construcción de diagramas de actividades, diagrama de casos de uso pertenecientes a los flujos de trabajo modelo de negocio y requerimientos respectivamente. En la realización del diagrama de despliegue, clases del diseño y componentes.

• A nivel empírico:

Entrevista: Se hace uso de este método en las distintas entrevistas sostenidas con el cliente del sis­tema Supervisión Energética. Él describió todo el proceso de planificación que se rea­liza en Cuba.

 Desarrollo:

Planificación del consumo de energía eléctrica en Cuba

La planificación del consumo de energía eléctrica de cada organismo del territorio nacional cubano es realizada a nivel central por el MEP con asesoría de la UNE. Cada mes los planificadores centrales otorgan a cada organismo la cantidad de energía a ser consumida en el próximo mes, para lo cual asignan directamente el consumo energético de aquellos centros que se estimen que sean importantes para el MEP y para el resto de la estructura del organismo conceden otra suma energética que debe ser distribuida por este.

Sistemas de gestión energética existentes

Con el desarrollo de las nuevas tecnologías han surgido nuevas formas de abordar la problemática de la gestión energética. Cada día se desarrollan equipos modernos capaces de controlar un número mayor de variables eléctricas, optimizando el control de la calidad y el consumo de energía eléctrica. Para lograr un óptimo aprovechamiento de las funcionalidades que presentan estos equipos se hace necesaria la puesta en marcha de productos de software que exploten estas funcionalidades.

Experiencia mundial

• Sistema de Gestión de Demanda y Consumo de Energía Eléctrica Southern Peru

El sistema de gestión de demanda y consumo de energía eléctrica Southern Peru, está compuesto por un módulo predictor de demanda eléctrica y un módulo de simulación del sistema eléctrico de la planta. El primero se construyó utilizando redes neuronales recurrentes, con algoritmos de aprendizaje backpropagation, capaz de pronosticar la evolución horaria de la demanda eléctrica con un porcentaje de error cercano al 1%. Esta información permite gestionar los picos de demanda antes que estos se presenten, para su distribución tentativa en otros horarios o mejorar la tecnología de aquellos equipos que levantan la carga eléctrica. Estos módulos facilitan una adecuada planificación, pues permiten conocer el comportamiento de la demanda horaria y los patrones de consumo de la planta, incluyendo los componentes de la facturación

ETAP EMS

El Sistema de Gestión de Energía ETAP EMS está diseñado para reducir y optimizar el consumo energé­tico reduciendo los costos, mejorar la utilización del sistema, incrementar la confiabilidad y predecir el comportamiento del sistema. EMS ofrece un rango de controles de última generación, incluyendo optimización en tiempo real para operación en régimen permanente del sistema. El algoritmo de optimización de ETAP permite a los consumidores automatizar la operación del sistema, reducir las pérdidas y consumos en demandas pico. Para los productores de energía, ETAP Real Time puede minimizar los costes de combustible en generación, optimizar la operación del sistema, mejorar el intercambio de potencia, y maximizar la seguridad del sistema.

Experiencia Nacional.

En Cuba no existe ningún sistema de gestión de energía eléctrica que permita al MEP realizar una planificación de forma automatizada para los grandes consumidores del país, solo existen algunas aplicaciones de supervisión que están instaladas en algunos centros específicos, que permiten controlar el consumo de energía y a partir de los resultados realizar una planificación previa, para después solicitarla a su organismo por otras vías fuera del sistema. Ejemplo de estas aplicaciones, es la que se encuentra en la Facultad de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Central de Las Villas Marta Abreu. Como parte del proyecto se implementaron dos aplicaciones, un software que lee y almacena en una base de datos los valores de las variables eléctricas y una aplicación para la visualización y supervisión de las mismas.

Tendencias y tecnologías

• Framework Symfony

Symfony es un completo framework diseñado para optimizar, gracias a sus características, el desarrollo de las aplicaciones web. Para empezar, separa la lógica de negocio, la lógica de servidor y la presentación de la aplicación web. Proporciona varias herramientas y clases encaminadas a reducir el tiempo de desarrollo de una aplicación web compleja. Además, automatiza las tareas más comunes, permitiendo al desarrollador dedicarse por completo a los aspectos específicos de cada aplicación.

Está desarrollado completamente con PHP5. Ha sido probado en numerosos proyectos reales y se utiliza en sitios web de comercio electrónico de primer nivel. Symfony es compatible con la mayoría de los gestores de bases de datos, como MySQL, PostgreSQL, Oracle y SQL Server de Microsoft. Se puede ejecutar tanto en plataformas Unix, Linux, como en plataformas Windows.

Características de Symfony:

• Fácil de instalar y configurar en la mayoría de las plataformas (y con la garantía de que funciona correctamente en los sistemas Windows y Unix estándares).
• Independiente del sistema gestor de bases de datos.
• Sencillo de usar en la mayoría de casos, pero lo suficientemente flexible como para adaptarse a los casos más complejos.
• Basado en la premisa de convenir en vez de configurar, en la que el desarrollador solo debe configurar aquello que no es convencional.
• Sigue la mayoría de mejores prácticas y patrones de diseño para la web.
• Preparado para aplicaciones empresariales, adaptable a las políticas y arquitecturas propias de cada empresa, además de ser lo suficientemente estable como para desarrollar aplicaciones a largo plazo.
• Código fácil de leer que incluye comentarios de phpDocumentor y permite un mantenimiento muy sencillo.
• Fácil de extender, lo que permite su integración con librerías desarrolladas por terceros.
• Framework ExtJS

ExtJS basa toda su funcionalidad en JavaScript a través de librerías: YUI, jQuery y Prototype y un core interno poderoso. Así, en tiempo de ejecución carga y crea todos los objetos html a través del uso intenso del modelo de objetos del documento (DOM), Ventanas, mensajes emergentes, grillas, date pickers etc. Los datos son obtenidos mediante AJAX a través de XML y/o JSON.

Ventajas:

• La orientación a objetos intensa te hará modular todos tus scripts.
• El diseño está completamente separado de la funcionalidad.
• Funciones comunes como validación, combox editables, ventanas arrastrables (con minimizar y maximizar), grillas editables, son muy fáciles de implementar.
• Buena y amplia documentación, así como también su comunidad.

Desventajas:

• Crear un sistema serio con esta herramienta requiere un previo uso prolongado, ya que te perderás con muchos nuevos objetos en su extensa y bien documentada API.
• El tiempo de aprendizaje puede llegar a compararse con a aprender a programar en un lenguaje nuevo.
• Al estar todo tu sitio en JavaScript, no podrá ser accesible para los buscadores, limitando su uso a sistemas y no sitios web.
• Si existiese algún objeto que desearas y no existiera, te verás en la compleja tarea de crear un nuevo objeto.

Sistema de Gestión de Bases de Datos

• PostgreSQL

PostgreSQL es un sistema de gestión de bases de datos objeto-relacional (ORDBMS) basado en el proyecto POSTGRES, de la universidad de Berkeley. Es una derivación libre (OpenSource) de este proyecto que incluye características de la orientación a objetos, como puede ser la herencia, tipos de datos, funciones, restricciones, disparadores, reglas e integridad transaccional. A pesar de esto, PostgreSQL no es un sistema de gestión de bases de datos puramente orientado a objetos.

Unas de sus principales características es el soporte de distintos tipos de datos, además del soporte para los tipos base, también soporta datos de tipo fecha, monetarios, elementos gráficos, datos sobre redes (MAC, IP…), cadenas de bits, etc. y permite la creación de tipos propios.

La utilización de PostgreSQL puede traer muchas ventajas por ejemplo que el único costo asociado a él, es el de conocerlo pues su código fuente está disponible bajo la más liberal de las licencias del Open Source: la licencia BSD, que permite usarlo modificarlo y distribuirlo en productos comerciales o no comerciales, sin costo alguno. El hecho de ser un producto Open Source lo convierte en una opción muy atractiva para las empresas que buscan un ahorro significativo de costos.

Entre las características más importantes están: la capacidad de lidiar con grandes volúmenes de datos y la poca necesidad de recursos de hardware que requiere. Se ajusta al número de CPUs y a la cantidad de memoria que posee el sistema de forma óptima, permitiéndole soportar una mayor cantidad de peticiones simultáneas de manera correcta.

Metodología de desarrollo

• OpenUP

Es un proceso modelo y extensible, dirigido a gestión y construcción de proyectos de software basados en desarrollo iterativo, ágil e incremental; aplicable a un conjunto amplio de plataformas y aplicaciones. Está basado en Rational Unified Process (RUP), reconocido mundialmente como una de las metodologías de software de mayor calidad, basándose en los principios de adaptación, importancia a los involucrados e interesados en los resultados del proyecto; colaboración, valor a la iteración; y calidad continúa.

OpenUP está caracterizado por cuatro principios básicos interrelacionados, a saber:

• Colaboración para unificar intereses y compartir conocimientos.
• Equilibrio de prioridades competentes a maximizar el valor de los involucrados con el resultado del proyecto.
• Enfoque en la articulación de la arquitectura.
• Desarrollo continuo para obtener realimentación y realizar las mejoras respectivas.

1.1 Aportes prácticos esperados del trabajo

Con el presente trabajo se espera que cada centro que esté registrado en el Sistema de Supervisión Energética tenga el plan de consumo de energía eléctrica en el tiempo establecido, dicho plan estará bastante cercano a las necesidades del centro al cual fue asignado debido a que las solicitudes de planes parten desde la base (la entidad que consume electricidad). Previo a la existencia del sistema los planes de consumo de energía eléctrica eran asignados directamente por los especialistas del MEP sin tener en cuenta las necesidades concretas de los centros a los que se les planificaba.

La tabla 1.1 muestra las mejoras al proceso de planificación del consumo de energía eléctrica:

Conclusiones:

Con el presente trabajo se realizó un profundo estudio de los procesos que tienen lugar actualmente en la planificación del consumo de energía eléctrica de todo el sector estatal cubano, del cual se obtuvo que la principal causa que los hace ineficientes es la carencia de una herramienta automatizada que garantice que los tiempos de actualización, procesamiento y obtención de información vinculada a estos procesos sean mínimos, y que brinde funcionalidades que permitan crear un flujo informativo confiable. Debido a esta situación se propuso el desarrollo de un sistema informático que permita que la gestión de la información en el proceso de planificación sea más eficiente. La modelación, diseño e implementación de este sistema se logró sobre la base de la elección y utilización de las herramientas escogidas por el proyecto supervisión energética, que por sus características particulares se ajustaban a los propósitos deseados. Quedan cumplidos los objetivos planteados, obteniendo la implementación de un producto informático que facilita la gestión de los planes operativos de consumo eléctrico de todo el sector estatal cubano.

Referencias Bibliográficas:

1. Hernández León, Rolando Alfredo y Coello González, Sayda. EL PARADIGMA CUANTITATIVO DE LA INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA. Ciudad de la Habana : Editorial Universitaria, 2002. pág. 82. ISBN: 959-16-0343-6.
2. Riquelme, Maria Eugenia. Administración de empresas.Capítulo 2:¿Qué es la Planificación? mailxmail.com. [En línea] 1995. [Citado el: 3 de diciembre de 2008.] http://www.mailxmail.com/curso-administracion-empresas/que-es-planificacion. ISSN: 1699-4914.
3. Meza Viveros, Jorge, Ojeda Sarmiento, Juan y Pajares, Franco. Departamento de Mejora Continua de Southern Copper Corporation. [En línea] [Citado el: 2 de Enero de 2009.] http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0809/0809.2421.pdf.
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5. Larman, Craig. UML y Patrones. Introducicón al análisis y diseño orienyado a objetos. México : PRENTICE HALL, 1999. págs. 457-458. ISBN: 970-17-0261-1.
6. Potencier, Fabien y Zaninotto, François. Symfony la guía definitiva. 2008. pág. 7.
7. Vladimir. Ext 2.0 Framework JavaScript para interfaces avanzadas. estadobeta desarrollo web con estándares. [En línea] 28 de Noviembre de 2007. [Citado el: 20 de enero de 2009.] http://www.estadobeta.com/2007/10/28/ext-20/.
8. Achour, Mehdi y Betz, Friedhelm. php.net. [En línea] 5 de Junio de 2009. [Citado el: 15 de enero de 2009.] http://es.php.net/manual/es/preface.php.
9. Pérez Valdés, Damián. ¿Qué es Javascript? maestros del web. [En línea] 3 de Julio de 2007. http://www.maestrosdelweb.com/editorial/%C2%BFque-es-javascript/.
10. AJAX. ALBERT Módulo de Software. [En línea] [Citado el: 2 de Febrero de 2009.] http://albertcm.wordpress.com/ajax/.
11. cavsi. ¿Qué es un Sistema Gestor de Bases de Datos o SGBD ? Computer Audio Video Systems Integrator. [En línea] [Citado el: 2 de Febreo de 2009.] http://www.cavsi.com/preguntasrespuestas/que-es-un-sistema-gestor-de-bases-de-datos-o-sgbd/.