El proyecto Virtgrid arrancó su actividad en 2022 con el objetivo de investigar en tecnologías digitales como Edge Computing, Cloud Computing, Big Data, Internet of Things (IoT) y la ciberseguridad asociada a las mismas para incrementar la inteligencia en las subestaciones (ST) y centros de transformación (CT). Específicamente persigue la aplicación de las prestaciones de estas tecnologías a la virtualización de los dispositivos electrónicos presentes en dichos nodos de la red, así como a su despliegue y administración.
Digitalización de las redes eléctricas: clave para la transición energética 
La incorporación de tecnologías digitales en las redes eléctricas - tanto de transporte como de distribución - tuvo su origen en los equipos de medida, protección y control, que pasaron hace ya décadas a ser equipos electrónicos inteligentes (IEDs) basados, por un lado, en un hardware propietario a medida, con capacidad de proceso, entradas y salidas analógicas/digitales y comunicaciones digitales y, por otro, en un software embebido en el mismo que se encarga de dar al IED la funcionalidad requerida gestionando adecuadamente entradas, salidas y comunicaciones. 
La evolución de los estándares y el progresivo desarrollo de las tecnologías de información y comunicaciones (TIC) han impulsado la transformación de las redes eléctricas tradicionales en las denominadas Redes Inteligentes o Smart Grids. Sin embargo, el avance de tecnologías digitales innovadoras como Virtualización, Edge Computing, IoT, Big Data y la ciberseguridad ligada a las mismas, ha tenido hasta ahora un impacto menor de lo esperado en los sistemas de monitorización, supervisión y control desplegados en las subestaciones eléctricas y los centros de transformación en general, y en los dispositivos electrónicos embebidos en dichos sistemas en particular.
Diversas iniciativas de operadores de red (TSOs y DSOs) tanto de forma individual como, en algunos casos, compartida en diversos foros – aún en fase incipiente - ponen de manifiesto la necesidad de incorporar estas tendencias tecnológicas en la cadena de valor del sector de Redes Eléctricas. Mientras que en el ámbito de las subestaciones la transición hacia las tecnologías digitales se produce en torno a estándares como IEC 61850, en los centros de transformación surge como necesidad de dotarlos de inteligencia para gestionar de forma autónoma y coordinada los elementos conectados eléctricamente a ellos. 
La aplicación de tecnologías digitales a la virtualización de IEDs en subestaciones y centros de transformación contribuirá de forma sustancial a:
    • Independizar la funcionalidad del hardware de las aplicaciones software,     favoreciendo el uso compartido de recursos y la escalabilidad de las soluciones.
    • Reducir el número y el tipo de IEDs (combinaciones hardware/software     propietarias) desplegados, con el consiguiente ahorro en costes, espacio y     materiales.
    • Facilitar la incorporación de nuevas funcionalidades y la adaptación de las     existentes a medida que cambian los requisitos, con la consiguiente mejora en     eficiencia, así como la creación de servicios y aplicaciones sin estar supeditados a     un     hardware específico.  
    • Simplificar la operativa y los costes de mantenimiento, y agilizar el despliegue de     actualizaciones y/o nuevos casos de uso.  
Virtgrid: apuesta por la innovación tecnológica
Para afrontar este reto, el proyecto Virtgrid se focaliza en el análisis y caracterización de las prestaciones de tecnologías digitales como Edge Computing, Cloud Computing, Big Data, IoT y la ciberseguridad asociada a las mismas para aplicarlas a la virtualización de los IEDs en subestaciones y centros de transformación, así como a su despliegue y administración. Habida cuenta de las exigencias de tiempo real y de ciberseguridad que demandan las instalaciones eléctricas, son objeto específico del proyecto el análisis de la asignación/priorización de recursos hardware compartidos en función de la criticidad de las aplicaciones y el análisis de las potenciales nuevas vulnerabilidades que surgen como consecuencia de la virtualización.
Además, se abordará el desarrollo de una prueba de concepto (PoC) demostrativa sobre la virtualización de IEDs, entendida como transición de los IEDs con funcionalidad específica asociada al hardware a una filosofía basada en una plataforma hardware ‘estándar’ sobre la que se despliega una plataforma software de virtualización y, sobre ella, módulos software con funcionalidades embebidas (microservicios y aplicaciones contenerizadas).
Actuaciones abordadas en el proyecto
En el primer año de andadura de Virtgrid, se ha realizado un análisis de las tecnologías digitales disponibles sobre las que cimentar la investigación necesaria para transformar los centros de transformación y las subestaciones actuales - entornos en los que priman los equipos dedicados - en entornos virtualizados. Entre ellas cabe destacar las tecnologías de procesamiento (Cloud computing, Fog computing y Edge Computing), las técnicas de virtualización y sus elementos (entorno virtual, contenedores, máquina virtual, hipervisores), los Sistemas Operativos en Tiempo Real (RTOS) y las tecnologías de Cibrseguridad que garanticen el aislamiento de las aplicaciones virtualizadas en un mismo entorno hardware.
A partir de este análisis, se han identificado los requisitos necesarios para virtualizar los centros de transformación y las subestaciones, tanto de carácter general (diseño, estandarización, etc.) como específicos (ancho de banda, tipo de datos a transmitir, capacidad de procesamiento, etc.), y las funcionalidades susceptibles de ser virtualizadas. Y en base a ello, se han evaluado diferentes arquitecturas hardware y software para dar respuesta a estas necesidades de virtualización, teniendo en cuenta la posibilidad de despliegues masivos, la consiguiente necesidad de gestión y supervisión de los sistemas, así como su impacto en la criticidad y tiempo real.
En este sentido, se han evaluado dos tipos de hipervisores (nativos/hosted) en función de su aplicación; se han analizado las distintas tecnologías de encapsulamiento existentes dentro del entorno de contenedores (Docker/Podman/LXD), cada una de ellas con sus propios planteamientos y casos de uso, seleccionándose Docker como la más idónea para el contexto del proyecto; se han evaluado nuevos canales de comunicaciones para Redes inteligentes asociados a SCADA centralizado, arquitectura EDGE distribuida y tecnologías móviles inalámbricas LTE/5G, y se han analizado los protocolos de comunicación de los elementos de la red con el Cloud, en particular MQTT, OPC-UA, API REST y Websocket. Como complemento a estas actividades, se han investigado las arquitecturas hardware para aplicaciones de tiempo real tanto en hardware agnóstico como propietario, así como las mejores arquitecturas software que se adapten a los requisitos de tiempo real, con foco en arquitecturas de Edge y de Cloud.
El proyecto ha abordado también las tecnologías de comunicaciones en entornos virtualizados de centro de transformación y subestación, identificando requisitos de tiempo real, resiliencia de red y ciberseguridad conforme al estándar IEC61850, que deberán verificarse también con la incorporación de elementos virtualizados en forma de aplicaciones software. Asimismo, se han identificado alternativas de comunicaciones inalámbricas (por redundancia o sustitución) asociadas a ámbitos de despliegue concretos, como es el caso de la sensórica y metrología, entornos LAN, intra CT e intra ST (Edge) y entornos WAN, telegestión y telecontrol (Cloud). Esta labor se completará con el desarrollo de una plataforma de evaluación para optimizar las técnicas de asignación dinámica de recursos de comunicaciones para garantizar las operaciones críticas.
Dado que la adopción de la virtualización en las Redes Inteligentes no está exenta de riesgos y amenazas de ciberseguridad, en Virtgrid se está trabajando en evaluar la efectividad de tecnologías software y hardware que garanticen el aislamiento de las aplicaciones virtualizadas en un mismo entorno hardware, evitando así que la explotación de una vulnerabilidad en una aplicación virtual pueda tener un impacto directo sobre el resto de las aplicaciones virtuales en ejecución, los datos confidenciales almacenados o incluso la propia disponibilidad de la plataforma de virtualización. Para ello, se han analizado las guías para garantizar la seguridad y la independencia en la ejecución de las aplicaciones virtuales (NIST SP 800-82, OWASP), se ha adecuado la norma IEC62443 a entornos dockerizados, se ha definido una configuración segura de la plataforma hardware y de los dockers desplegados en ella bajo el principio del mínimo privilegio y se ha analizado la ciberseguridad de las tecnologías de comunicaciones wireless de interés para la digitalización de la red eléctrica en las distintas capas OSI y su aplicación al protocolo Goose, definido en el estándar IEC61850.
A su finalización, y como fruto de la investigación llevada a cabo, el proyecto Virtgrid habrá desarrollado (i) una arquitectura básica de virtualización hardware y software para funcionalidades específicas en entornos de subestaciones eléctricas y centros de transformación, (ii) algoritmos y un prototipo funcional de asignación dinámica de recursos computacionales en entornos virtualizados, (iii) guías y una prueba de concepto de futuras soluciones de arquitecturas ciberseguras para el despliegue y actualización remota de componentes virtuales, y (iv) un escenario de pruebas de concepto al servicio de la cadena de valor de Redes Inteligentes, integrando a fabricantes de equipos y sistemas digitales para redes eléctricas, operadores y otros actores, que podrá incorporarse a la red de activos del Basque Digital Innovation Hub (BDIH). El BDIH es una iniciativa promovida por SPRI (Agencia Vasca de Desarrollo Empresarial) y enmarcada en la Estrategia vasca de especialización inteligente RIS3, que busca apoyar al tejido empresarial en la exploración e introducción de innovaciones digitales y sostenibles ofreciéndole acceso a una red de infraestructuras, laboratorios, equipamientos y capacidades científico-tecnológicas excelentes.
Una iniciativa en colaboración
El proyecto Virtgrid está coordinado por Tecnalia y cuenta con la participación de otros cuatro agentes de la Red Vasca de Ciencia Tecnología e Innovación: Ingeteam R&D Europe, ZIV I+D, la Universidad del País Vasco (UPV/EHU) a través de sus departamentos de ingeniería eléctrica (Grupo de investigación GISEL) y de ingeniería de comunicaciones (Grupo de investigación TSR) y la Asociación Cluster de Energía. 
Tecnalia, además de la coordinación, aborda la investigación en ciberseguridad para entornos virtualizados y la definición de la prueba de concepto para validar los desarrollos del proyecto. Ingeteam R&D Europe lidera la definición de arquitecturas de virtualización en entornos eléctricos teniendo en cuenta requisitos de escalabilidad y de despliegue masivo. ZIV I+D aporta su experiencia en tecnologías de medida, captación, actuación, regulación, control, protección y teleprotección, así como en sistemas de inteligencia distribuida y gestión. UPV/EHU, por su parte, se centra en el ámbito de las necesidades de los sistemas eléctricos y en las comunicaciones en entornos virtualizados de carácter crítico. Por último, la Asociación Cluster de Energía coordina las actividades de comunicación y difusión del proyecto para propiciar la transferencia de los resultados obtenidos a empresas de la cadena de valor de Redes Inteligentes.
Los socios de Virtgrid cuentan además con el apoyo de un Comité Asesor compuesto por expertos representantes de operadores de transporte y distribución eléctrica en calidad de potenciales usuarios de las soluciones planteadas en el proyecto: Elewit (Grupo Redeia), Unión Fenosa Distribución - UFD (Grupo Naturgy) y e-Distribución (Grupo Enel). A través de reuniones periódicas de contraste, se facilita un intercambio productivo de información que permite incorporar las necesidades identificadas por los operadores en las actividades del proyecto y alinear los desarrollos abordados con las demandas del mercado.
El proyecto Virtgrid tiene una duración de 2 años y está subvencionado por el Departamento de Desarrollo Económico, Sostenibilidad y Medio Ambiente del Gobierno vasco a través del programa Elkartek.