Tecnologia da informação e comunicação para recarga inteligente Citation for published version (APA): Montes Portela, C., Geldtmeijer, D. A. M., Slootweg, J. G., & van Eekelen, M. (2014). Tecnologia da informação e comunicação para recarga inteligente. Eletricidade Moderna, 42(482), 36-43. Document status and date: Published: 01/01/2014 Document Version: Publisher’s PDF, also known as Version of Record (includes final page, issue and volume numbers) Please check the document version of this publication: • A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website. • The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review. • The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers. Link to publication General rights Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain • You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal. If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement: www.tue.nl/taverne Take down policy If you believe that this document breaches copyright please contact us at: [email protected]providing details and we will investigate your claim. Download date: 12. Nov. 2020
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Tecnologia da informação e comunicação para recargainteligenteCitation for published version (APA):Montes Portela, C., Geldtmeijer, D. A. M., Slootweg, J. G., & van Eekelen, M. (2014). Tecnologia da informaçãoe comunicação para recarga inteligente. Eletricidade Moderna, 42(482), 36-43.
Document status and date:Published: 01/01/2014
Document Version:Publisher’s PDF, also known as Version of Record (includes final page, issue and volume numbers)
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• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can beimportant differences between the submitted version and the official published version of record. Peopleinterested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit theDOI to the publisher's website.• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and pagenumbers.Link to publication
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Take down policyIf you believe that this document breaches copyright please contact us at:[email protected] details and we will investigate your claim.
Aimplementação das infraestru-turas de carregamento de veícu-los elétricos (VEs) é uma tarefa
complexa, haja vista a necessidade deotimização de objetivos conflitantes. Aprincipal meta é maximizar a con-veniência do condutor do VE para uti-lizar a infraestrutura de carregamentodisponível e a capacidade da rede localda forma mais eficiente possível.
A figura 1 exibe problemas técnicosque o carregamento de VEs em largaescala pode causar quando realizado demaneira descontrolada. Em primeirolugar, o transformador MT/BT pode sersobrecarregado se a demanda total deeletricidade exceder sua capacidade.Além disso, um único alimentador podeser sobrecarregado — por exemplo, semuitos VEs forem carregados na
mesma rua. Finalmente, as últimascasas conectadas ao cabo podemenfrentar problemas no nível de tensãodevido às cargas pesadas corresponden-tes aos VEs durante o período de recar-ga. O Operador do Sistema de Dis -tribuição (OSD) pode evitar tais proble-mas técnicos por meio do controle doprocesso de carga, otimizando o uso darede e facilitando a integração das fon-tes de energia renováveis (RES - Re -newable Energy Sources). Dessa forma,investimentos adicionais, necessáriospara o carregamento de VEs em largaescala, podem ser evitados ou, pelomenos, minimizados. Isso é definidocomo “carregamento inteligente” pelaEurelectric [2].
Em uma abordagem eficiente dessasquestões técnicas, o carregamento inte-ligente representa uma estratégia pro-missora (ou seja, pela limitação dosinvestimentos relacionados à capacida-de extra da rede). No entanto, a imple-mentação do carregamento inteligenteem um contexto liberalizado requeruma interação e troca de informaçõescorrespondentes entre OSDs, pontos decarga, VEs, condutores de VEs, forne-cedores de energia e, possivelmente,novos participantes/funções do merca-do (entres estes, um provedor de servi-ços de carregamento (CSP - Charge
Tecnologia dainformação ecomunicaçãopara recarga
inteligente
Este artigo apresentauma arquitetura detecnologia da informação e comunicação flexível, com privacidade de dados, para o carregamentointeligente de veículos elétricos, implementada para demonstração pelo operador do sistema de distribuiçãoholandês. Seu objetivoé incorporar infraestruturaspúblicas de recarga aomercado de eletricidadeliberalizado.
Carlos Montes Portela (Enexis/Universidade Aberta da Holanda),Danny Geldtmeijer (Enexis/Universidade Avans de Ciências Aplicadas),
Han Slootweg (Enexis/Universidade de Tecnologia de Eindhoven) eMarko Van Eekelen (Universidade Aberta da Holanda/
Service Provider), que lida com o aten-dimento à solicitação de carga do con-dutor do VE, e um operador dos pontosde carga (CSO - Charge Spot Opera -tor), que lida com a operação dos pon-tos de carga).
Sem adoção de medidas, pontos decarga de VEs podem ser derivados aolongo do tempo. Se estes locais pude-rem ser associados aos condutores dosVEs, isso representaria uma fonte dedados sensíveis em termos de privacida-de, uma vez que revelaria a posição des-tes. A partir de experiências negativasacerca de privacidade obtidas durante aimplementação em larga escala demedidores inteligentes na Holanda, issopode se tornar um problema para o con-ceito do carregamento inteligente.Além disso, o interesse dos hackers egrupos comerciais nos dados sigilosos
aumenta a probabi-lidade de divulgação.Pa ra lidar com essasquestões, a privaci-dade e a segurançadevem ser conside-radas desde o início(privacidade e segu-rança by design).Este trabalho focaprincipalmente as -pectos de privacida-de. O fato de o mo -delo de mercadopro posto para o car-
regamento público de VEs ainda estarem fase de evolução requer uma ar-quitetura de Tecnologia da Informa-ção e Comunicação (TIC) flexível osuficiente para suportar alteraçõesfuturas.
Para facilitar a compreensão desteartigo, a figura 2 apresenta o modelo demercado proposto para o carregamentopúblico de VEs [1], mostrando umainteração entre as diferentes funçõesexistentes (em azul claro) e as novaspossíveis (em verde). Observe que o“provedor de serviços de mobilidade”foi renomeado para “provedor de servi-ços de carregamento” visando o alinha-mento com os esforços de padronizaçãoda Europa sobre carregamento de VEse, mais especificamente, com o caso deuso genérico sobre carregamento inteli-gente de VEs [4], para o qual o projeto
de demonstração de carregamento inte-ligente da Enexis tem sido usado comoinput.
Roteiro para uma arquitetura TICflexível e amigável comprivacidade de dados para ocarregamento inteligente de VEs
Esta seção explica as principaiscaracterísticas do caso de uso do carre-gamento inteligente de VEs. Alémdisso, são apresentados os métodos uti-lizados no projeto de demonstração daEnexis para implementação de umaarquitetura TIC que considera requisi-tos relacionados à flexibilidade e priva-cidade do caso de uso do carregamentointeligente.
Como é o caso de uso docarregamento inteligente?
Consiste de interações entre váriosagentes, as quais são mostradas na figu-ra 3 em um diagrama de caso de usoUML (Unified Modeling Language).
No projeto de demonstração, cadaVE/condutor do VE tem um CSP.Quando o VE chega em um ponto decarga, ele expressa seu desejo de carre-gamento para o respectivo CSP, incluin-do informações como o estado da carga(SoC - State of Charge) da bateria, mon-tante de quilômetros/energia solicitadoe tempo de partida (ToD - Time of De -parture). Com base nessas informações,o CSP cria um plano de carga para oVE, submetendo-o ao CSO. Este, porsua vez, encaminha a solicitação aoOSD para aprovação, e o OSD entãocompartilha a capacidade disponível deforma justa, razoável e não discrimina-tória (Frand - Fair, Reasonable AndNon-Discriminatory). Se estiver deacordo com as restrições da rede local, oplano de carga é executado. Do contrá-rio, o plano de carga pode ser recalcula-do de acordo com as informações rece-bidas sobre a previsão da capacidade darede local. O CSP pode então criar novoplano de carga baseado nas negociaçõesefetuadas com o condutor do VE quefez a solicitação e/ou outros condutoresde VEs da mesma área da rede. Emseguida, o CSP pode alterar o plano decarga, ou um conjunto de planos decarga ativos no local, em concordânciacom os respectivos condutores de VEs.
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Fig. 1 – Problemas técnicos relacionados aocarregamento de VEs em larga escala descontrolado
A flexibilidade no domínio do carre-gamento inteligente é necessária devidoà evolução do modelo de mercado darecarga de VEs. No modelo proposto, umcondutor de VE poderá escolher seuCSP.
Para promover um mercado livre eflexível, onde haja facilidade para intro-dução de novos participantes, os fluxosde informações que facilitam o carrega-mento inteligente de VEs precisam serprojetados de forma independente doparticipante. Essas interfaces de informa-ções não podem impor quaisquer barrei-ras para os (novos) participantes do mer-cado, assim como não podem exigiropções de projeto (tecnológico) para ossistemas TIC internos dos participantesdo mercado. Além disso, os fabricantesdos componentes do carregamento inteli-gente e software correspondente preci-sam saber interagir com os diferentesparticipantes. Exemplos des ses compo-nentes são: pontos de carga, VEs, dispo-sitivos de interação com o usuário do VEe dispositivos das TICs internas às subes-tações MT/BT do OSD. Dessa forma, osfabricantes têm flexibilidade para fazersuas próprias es colhas da TIC (por exem-plo, Java vs. .Net, tipo de ban co de dadosrelacional, arquiteturas centralizadas oumenos cen tralizadas, data centers pró-prios ou soluções baseadas na nuvem,etc.) sem receio de não ter capacidadepara se conectar a outros participantes domercado.
Considerando que o número de parti-cipantes do mercado, como CSPs, CSOse condutores de VEs, deve aumentar nofuturo, a arquitetura TIC para carrega-mento inteligente tem de facilitar estaevolução. As setas azuis da figura 4 mos -tram os fluxos de informações entre osparticipantes e destaca a necessidade deas interfaces entre eles serem genéricas.Caso contrário, o CSP 1 precisaria, porexemplo, implementar diferentes solu-ções TIC para sua interação com o CSO1 e CSO 2. A entrada do CSO 3 no mer-cado poderia gerar mudanças em todosos CSPs existentes. Como solução, umconjunto de serviços da Web foi projeta-do e implementado. Basica men te, os ser-viços Web permitem uma abordagemagnóstica da tecnologia para intercâmbiode informações via Internet. Isso é feito
através das mensagens SOAP - SimpleObject Access Protocol (Protocolo Sim -ples de Acesso a Objetos), que contêminformações funcionais que precisam serenviadas em ambos os sentidos. Os
seguintes serviços Web foram proje-tados: create EVChar gePlan (“criar umpla no de carga para o VE”) entre CSPe CSO para executar o plano de car-ga apropriado; executeEVChargePlans
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VEÍCULOS ELÉTRICOS
Fig. 3 – Diagrama do caso de uso UML do carregamento inteligente
Fig. 4 – Participantes do carregamento inteligente e fluxos de informações
(“exe cutar os planos de carga dos VEs”)entre CSO e OSD para executar todos osplanos de carga pertencentes a um CSP;e ex pressChargeWish (“expressar o dese-jo de carga”) entre o condutor do VE eCSP para troca da solicitação de carga docondutor do VE. Os serviços da Webpodem ser descritos através das lingua-gens WSDLs - Web Services Descrip tionLanguage, que possibilitam definir um“contrato” entre todos os participantesenvolvidos, estabelecendo quais infor-mações precisam ser enviadas e quaisserão recebidas de volta. No en tanto, issonão implica o uso de uma tec nologiaespecífica para o participante (ou seja, oCSP 1 pode implementar sua TIC comlinguagem de programação Java e o CSO2 com C# na .Net, e ainda assim poderãointeragir um com o outro). Da mesmaforma que a eletricidade provou ser fácilde se transmitir e distribuir, pode-se dizerque isto também vale para os serviços daWeb em relação à troca de informações.Atual mente, os serviços Web estãoganhando impulso no mundo da energia,conforme refletido na norma IEC 61400-25, relacionada aos projetos de energiaeólica, e outras iniciativas [5].Funcionalmente, os serviços Web
foram projetados para habilitar o CSO aexecutar suas tarefas sem conhecer em
qual alimentador e transformador da su -bestação MT/BT seus pontos de cargaestão conectados. Aqui, as funções doCSO e do OSD são claramente separa-das: o CSO pode focar na gestão dospon tos de carga e o OSD, na gestão darede sem necessidade de divulgar suatopologia.
Requisitos de privacidade e métodos aplicadosApesar de os principais objetivos do
projeto de demonstração do carregamen-to inteligente não estarem relacionados àprivacidade, a OSD Enexis aproveitou aoportunidade para obter experiência prá-tica com a privacidade no domínio dosVEs. Para a Enexis, o carregamentointeligente de VEs representa um casode uso promissor na rede inteligente dofuturo; para uma implementação comsucesso, portanto, é necessário obteruma soma positiva da funcionalidade,privacidade e segurança. De acordo com [6], basicamente duas
estratégias podem ser aplicadas no pro-jeto da privacidade de uma solução: pri-vacidade por política e privacidade porarquitetura (atualmente referida comoprivacidade by design). Neste caso, aabordagem da privacidade by design foiescolhida, uma vez que no projeto do
sistema são aplicados processos de pri-vacidade by design, com menos ounenhum dado sensível em termos de pri-vacidade. Além disso, sendo um projetode demonstração, representa uma exce-lente oportunidade para a definição demedidas de preservação da privacidadeno desenvolvimento da solução. No casode uso do carregamento inteligente,podem ser encontrados os seguintesdados sigilosos: informações relativas àssolicitações de carga dos condutores dosVEs, locais de carga dos VEs ao longodo tempo, planos de carga executadosem combinação com os VEs correspon-dentes e medições de energia detalhadasnos pontos de carga em combinaçãocom os VEs correspondentes. A aplica-ção de estratégias do projeto de privaci-dade pode melhorar a característica ami-gável da privacidade do resultado final.Durante a fase de concepção do projetode demonstração, foram aplicadas asseguintes estratégias do projeto de priva-cidade: MINIMIZE (minimizar), SEPA-RATE (separar), AGGREGATE (agre-gar) e HIDE (ocultar) [7]. MINIMIZEé obtida minimizando ou até mesmoevitando o processamento e armazena-mento de dados sigilosos; SEPARATEé obtida por meio da separação do pro-cessamento e armazenamento de infor-mações entre os diferentes participan-tes de forma que cada um, e somenteum, conheça aquilo que precisa conhe-cer; AGGREGATE é conseguida pelaagregação de dados e seu uso em umnível menos detalhado, embora aindasendo útil; e HIDE é obtida pela prote-ção de dados para evitar o acesso nãoautorizado.
ResultadosComo resultado dos métodos aplica-
dos, foi desenvolvida uma solução deprivacidade amigável para o projeto dedemonstração de carregamento inteli-gente: os CSPs conhecem apenas a soli-citação de carga de seus consumidores(condutores dos VEs), mas não as res-pectivas localizações; os CSOs sabemque um VE precisa ser carregado por umdeterminado CSP em um determinadoponto de carga, mas não sabem a qualVE/condutor de VE isso está relaciona-do; o OSD lida com a solicitação decarga, protegendo a rede local contracongestionamentos, sem saber a qual
VE/condutor de VE isso está relaciona-do; e, por último, mas não menos impor-tante, os pontos de carga executam assolicitações de carga, “esquecendo-as”posteriormente. A tabela I (pág. 40) exi -be as diferentes estratégias que foramaplicadas por função do mercado.
Além das medidas de privacidadeavançadas, foi implementada uma arqui-tetura orientada a serviços dissociada eparcialmente baseada na nuvem visandoobter a flexibilidade necessária. O resul-tado final é apresentado na figura 5.
ConclusãoA introdução dos VEs gera tanto
desafios quanto oportunidades. Esteartigo mostrou que é possível imple-mentar uma arquitetura TIC flexível osuficiente para lidar com as interaçõesentre os participantes no domínio docarregamento inteligente. Além disso,ela é escalável para suportar um nú-mero crescente de VEs, CSOs e CSPse promove a interoperabilidade entreos participantes, propiciando ao mesmotempo a liberdade de escolha em rela-
ção às implementações de TICs internas. A aplicação da privacidade by design
forneceu uma soma positiva de funcio-nalidade e privacidade para o caso deuso do carregamento inteligente. Ape sarde toda a TIC aplicada, o carregamentointeligente de VEs permanece tão ami-gável em termos de privacidade quantono abastecimento convencional de veí-culos com motor de combustão.
DiscussãoRestrições técnicas provocaram dife-
renças entre a concepção e a implemen-tação real do projeto de demonstração.Por exemplo, os pontos de carga atuaisda Holanda solicitam que os VEsenviem seus IDs para o ponto de cargaem vez de serem baseados na privacida-de avançada sugerida, “ChargeSession-Id”, gerada pelo CSO.
Além disso, as restrições do sistemade produção do CSP levam a mudançasna implementação final. No entanto,achamos que isto não afeta o conceitoesboçado de uma arquitetura TIC flexí-vel e amigável com privacidade de
dados, uma vez que as restrições podemser devidamente abordadas em umaimplementação do carregamento inteli-gente em larga escala.
Referências
[1] Geldtmeijer, Danny; Hommes, Klaas; Postma, André, 2011:Charging EVs in a liberalized electricit y market. ProceedingsCired Conference, paper 0889.
[2] Eurelectric, 2011: European electricit y industry views oncharging Electric Vehicles, A Eurelectric position paper.h t tp : / /w w w.eu re lec t r i c .o rg /med ia /26100/2011-04-18_final_charging_statement-2011-030-0288-01-e.pdf,chapter 2.
[3] Rehtanz, Christian; Wietfeld, Christian, 2011: PresentationInteroperabili tät als Schlüssel zur Integration derElektromobilität in die Netzsysteme der Zukunft. TechnischeUniversität Dor tmund and IKT.
[4] Postma, André; Klapwijk, Paul; Montes Por tela, Carlos;Wollersheim, Maurice, 2012: Repor t Workgroup SustainableProcesses under mandate M/490, Generic use case WGSP-1300 Smar t (re-/de-) Charging of EVs
[5] Fries, Stefan; Hof, Hans-Joachim, 2012: Smar t GridApplications - Wiley, Communications and Securit y, Chapter12 - Smar t Grid Securit y Standardization
[7] Hoepman, Jaap-Henk, 2012: Privacy Design Strategies,Computers and Society/Cryptography and Securit y, CornellUniversit y - ht tp://arxiv.org/pdf/1210.6621.pdf
Trabalho apresentado no Cired 2013 - 22stInternational Conference on ElectricityDistribution, realizado de 10 a 13 de junho, emEstocolmo, Suécia.
