Análisis y evaluación de desempeño de los protocolos MODBUS y DNP3 en la red de comunicaciones de una microrred eléctrica

Abstract

Las microrredes o microgrids se perfilan como la solución al crecimiento en la demanda de energía eléctrica, mejorando el control, eficiencia y fiabilidad en el suministro de electricidad. Estas funcionalidades y ventajas son posibles gracias a la infraestructura de medición avanzada (AMI, Advanced Metering Infrastructure) que permite la interacción de sistemas de medida y de comunicación con la red eléctrica convencional permitiendo ejecutar funciones como monitoreo en tiempo real y control en la red de distribución. Para el intercambio de información entre los componentes de la microgrid se utilizan diferentes tecnologías y protocolos de comunicación, que generalmente se validan en la instalación física, o de manera alternativa por simulación. En este trabajo se presenta una comparativa de desempeño de los protocolos Modbus y DNP3 encapsulados en TCP bajo tecnologías Ethernet y Wi-Fi para aplicaciones en microgrids, por medio de medidas reales y simulación. Para ello se diseñó e implementó la infraestructura AMI para la microgrid de la Universidad de Nariño, se utilizó el software de simulación NS-2 para el modelado de los protocolos y se analizaron parámetros de calidad de servicio como delay y throughput en diversos escenarios de aplicación.

The microgrids are emerging as the solution to the growth in the demand for electricity, improving control, efficiency, and reliability in the supply of electricity. These functionalities and advantages are possible thanks to the advanced metering infrastructure (AMI) that allows the interaction of measurements and communication systems with the conventional electrical network allowing to execute functions such as real-time monitoring and control in the distribution network. For the exchange of information between the components of the microgrid, different technologies and communication protocols are used, which are generally validated in the physical installation or alternatively by simulation. This document presents, the outcomes of a performance comparison of the Modbus and DNP3 protocols encapsulated in TCP under Ethernet and Wi-Fi technologies for microgrids applications, by means of measurements and simulation. For this purpose, first the AMI infrastructure for the microgrid of the University of Nariño was designed and implemented, then the NS-2 simulation software was used for modeling the protocols and quality of service parameters, such as delay and throughput were analyzed in various application scenarios.