Existe una creciente demanda de sistemas online, especial-mente de aquellos que requieren procesamiento de informa-ción. Esta demanda sumada a las nuevas tecnologías de monitoreo (como por ejemplo las redes de sensores) impulsaron un nuevo tipo de aplicación que requiere bajas latencias y procesamiento continuo de grandes volúmenes de datos (los cuales arriban en forma de streams). El proce-samiento de streams constituye un paradigma de cómputo relacionado con SIMD que permite que algunos tipos de apli-caciones puedan explotar una forma de procesamiento para-lelo y puede emplearse en diferentes dominios, como por e-jemplo para la implementación de sistemas financieros, moni-toreo basado en sensores, sistemas militares, monitoreo de red, etc. Si bien los sistemas de gestión de bases de datos (DBMS) pueden utilizarse para implementar este tipo de apli-caciones, las restricciones de bajas latencias de procesa-miento y grandes volúmenes de datos a procesar los vuelve inadecuados. Una mejor alternativa son los sistemas de ges-tión de streams de datos, usualmente sistemas distribuidos de gestión de streams de datos (DSMS por su sigla en inglés) de-bido a que estas aplicaciones son inherentemente distribuidas y por lo tanto las soluciones distribuidas son naturales y proveen mejoras en cuanto a escalabilidad y performance. Esta tesis se enfoca en dos aspectos desafiantes pertenecien-tes al campo de los sistemas distribuidos en general y al de los DSMS en particular: (1) tolerancia a fallas capaz de re-sistir fallas a nivel de nodos y de red y (2) gestión de carga en sistemas federados. Nuestro enfoque al problema de la to-lerancia a fallas se basa en replicación capaz de enmascarar tanto las fallas a nivel de los nodos como a nivel de las redes. Nuestroprotocolo, denominado Disponibilidad y Consistencia Ajustable a las Aplicaciones (DCAA) puede manejar adecua-damente la relación entre disponibilidad y consistencia, man-teniendo (si es posible) la disponibilidad especificada por el usuario o la aplicación, pero produciendo (eventualmente) los resultados correctos. Al mismo tiempo, DCAA también trata de producir el menor número de resultados incorrectos (impre-cisos) que luego deberían requerir corrección. La principal diferencia entre DCAA y enfoques previos sobre tolerancia a fallas en el campo de los DSMS es que DCAA soporta al mismo tiempo diferentes restricciones en las aplicaciones, esto quiere decir que cada aplicación puede potencialmente tener distintas preferencias de disponibilidad y consistencia. Por otro lado presentaremos un nuevo protocolo de gestion de carga denominado Mecanismo de Precio Acotado (MPA), el cual permite que nodos autonomos (participantes colabora-tivos) compartan su carga sin la necesidad de contar con recursos suficientes para la operación durante picos de carga. MPA es un protocolo basado en contratos donde cada nodo practica una negociación offline y los participantes migran carga en tiempo de ejecución únicamente a nodos (pares) con los cuales mantienen un contrato (y pagan mutuamente de acuerdo al precio contratado). Este protocolo de gestión de carga ofrece incentivos que promueven la participación de los nodos y produce una buena distribución de carga (a nivel global del sistema). Los aportes mas importantes de nuestro enfoque por sobre trabajos previos basados en economías de cómputo son su estabilidad, predecibilidad, baja carga de procesamiento, privacidad y promoción de relaciones entre participantes, posibilitando que los mismos pueden crear y explotar estas relaciones privilegiadas. El protocolo MPA es general y por lo tanto puede utilizarse para la gestión de carga de cualquier entorno federado y no sólo bajo DSMS. Más aún, este nuevo protocolo de gestión de carga debe no sólo traba-jar en los típicos entornos colaborativos sino que también debe ser capaz de solucionar escenarios más reales, donde cada nodo (probablemente parte de diferentes organizaciones autónomas) juega bajo distintas reglas, tratando de maximi-zar su propia ganancia sin cooperar necesariamente con sus pares. Además de los modelos económicos existen varios tra-bjos basados en SLA (Service Level Agreements) para solucio-nar el problema de la gestión de carga cuando el entorno no es colaborativo. Mostraremos que los modelos SLA no proveen una solucion completa y que los acuerdos entre pares usual-mente proveen mejores resultados. Si bien esta tesis parece tener dos focos en lugar de uno, es importante notar que ata-caremos especialmente el problema de la gestión de carga en sistemas distribuidos federados. La relación entre este enfo-que y la tolerancia a fallas radica en los contratos negocia-dos: además de precio y tareas (carga), los contratos pueden incluir disponibilidad, característica que vuelve especialmente importante la tolerancia a fallas. / There is an increased demand for online systems,especially those requiring information processing. This demand added to new monitoring technologies (like sensors networks) have motivated a new type of application that requires low latency and continuous processing of large volumes of data (arriving as streams). Stream processing is a computer programming paradigm, related to SIMD, that allows some applications to more easily exploit a form of parallel pro-cessing and it can be employed in many different domains, such as financial systems, sensor based monitoring, milita-ry systems, network monitoring, etc. Even when traditional database management systems (DBMS) can be used to handle these applications, the low latency and high volume pro-cessing constrains make them not suitable. A much better alternative are the data stream management systems, usually distributed data stream management systems (DSMS) because these are inherently distributed applications so distributed solutions are natural and providers of scalabi-lity and performance improvements. This thesis focuses on two challenges faced by distributed systems in general and DSMS in particular: (1) fault tolerance able to resist node and network failures and (2) load management in fede-rated systems. The fault tolerance approach is based on re-plication and our protocol can resist most node and net-work failures. It is called Disponibilidad y Consistencia Ajustable a las Aplicaciones (DCAA) and addresses the availability/consistency relation by maintaining (if possi-ble), the availability specified by the user or the appli-cation but (eventually) producing correct results. At the same time, DCAA also attempts to produce the minimum number of incorrect (inaccurate) results that will need correction. The main difference of DCAA over previous approaches for fault tolerance in DSMS is that DCAA supports at the same time different application constrains, this means that each application can potentially choose a different preference of availability and consistency. Our load management protocol, called Mecanismo de Precio Acota-do (MPA) enable autonomous nodes (collaborative participa-nts) to share their load without having the required re-sources for peak load work. MPA is a contract based proto-col where nodes practice an offline negotiation and parti-cipants migrate load at execution time only to peers with whom they hold a contract (and pay each other according to the contracted price). This load management protocol offers incentives that promote participation and produces a good (system wide level) load distribution. The key differences of our approach over previous works based on computational economies are its stability, predictability, lightweight, privacy, and promotion of the relationships among participants, enabling them to create and exploit these privileged relationships. The MPA protocol is gene-ral, so it can be used to manage load in any federated en-vironment, and not only DSMS. Moreover, this new load ma-nagement protocol should not only work under the typical collaborative environment, but also should be able to address the more realistic scenery where each node (proba-bly part of different and autonomous organizations) plays under different rules trying to maximize their own gain, without necessarily cooperating with their partners. Besi-des economic models there are various works based on SLA (service level agreements) to solve the load management problem when the environment is not a collaborative one. We will show that SLA models do not provide a complete solution and that peer agreements usually provide better results. Although this thesis seems to have two focuses instead of one, it is important to notice that we espe-cially address the load management problem under federated distributed systems. The relation among this focus and fault tolerance is in the negotiated contracts: besides price and tasks (load), contracts can include availability, which raises the importance of fault tolerance.

[EN] Nowadays one of the main challenges of the electricity distribution activity is to achieve a more efficient use of existing network access in an environment of increasing difficulty for the implementation of new infrastructures by means of a better manage its capacity as a system. Also making use of a greater display of distributed energy resources (DER) with potential capacity to provide ancillary to guarantee a safe operation of the electrical power system. This challenge has a high impact in the planning, development and operation of the current electric distribution network, as well as the conditions for access and connection to it. The research area of this thesis is framed in the context of the planning and operation of the electric distribution network evolving into a smart grid and where the DER can bring their capacity or ancillary services to the security and stability of the system, within the context of European directives on the matter. This approach entails a more intensive use of the network capacity with an ICT technological support and the development of legal regulation. This regulation will facilitate the required DER technical and economic signals to integrate them into the electric power system and the electrical market by means of the provision of regulation services in the electric distribution network. The scientific challenge addressed in this thesis is framed in the field of planning the electricity distribution grid, with the support of active distribution sytem management (ADSM). The proposed contribution offers a viable technical and operational solution for ADSM approach within the current context of smart grid deployment and regulatory development. The result of this work is a planning methodology for advanced power distribution networks integrating distributed energy resources in the context of the smart grids deployment. This new methodology for network analysis and planning makes use of new elements for decision making regarding the technical solution and the best time to invest in distribution electric assets. In addition new research and development topics have been identified to order to support decision making for all the involved grid agents regarding capital intensive facilities with long repayment periods in the frame a regulated activity or in competition. As a consequence the main objectives of this thesis are: - To incorporate proactively the real capabilities of distributed energy resources (DER) to the planning and operation of a electric distribution network. - To reach a greater visibility of the distribution networks access points making use of the data available to select and processs those who help building a renewed model for analyzing the behavior of the current distribution network, incorporating DER resources as a contribution to the planning process. - To promote the efficient use of network capacity in medium voltage (grid assets in service, access conditions, etc.) trough operational orders, variable in time, and an appropriate risk management. / [ES] En la actualidad, uno de los principales retos de la actividad de distribución eléctrica es lograr un uso más eficiente del acceso a la red existente, en un entorno de dificultad creciente para la implantación de nuevas infraestructuras, gestionando mejor su capacidad como sistema, a partir de una mayor visualización de los recursos energéticos distribuidos (DER), con capacidad potencial para aportar servicios en el ámbito de la seguridad en la explotación de dicho sistema. Esta realidad tiene claro alcance sobre la planificación, desarrollo y operación de la actual red de distribución, así como sobre las condiciones de acceso y conexión a la misma. El ámbito de investigación de la presente tesis se enmarca en la perspectiva de la planificación y operación de la red de distribución, en evolución hacia una red inteligente, y en donde los DER pueden aportar su capacidad o servicios complementarios a la seguridad y estabilidad de la misma, dentro del contexto de la Directivas Europeas en la materia. Este enfoque conlleva un uso más intensivo de la capacidad de la red, con el necesario soporte tecnológico de las TIC y el desarrollo de la regulación en la materia, para establecer las oportunas señales técnicas y económicas en términos de requisitos operacionales de los DER hacia el sistema y el mercado, que viabilicen la adecuada provisión de sus servicios de regulación en el nivel de distribución eléctrica. El reto científico que se aborda en la presente tesis se enmarca en el ámbito de la planificación de la red de distribución eléctrica, contando con el apoyo de la operación de redes avanzadas. La contribución propuesta ofrece una solución técnica y operativa viable para su enfoque y tratamiento, dentro del actual contexto de despliegue de redes inteligentes y de desarrollo regulatorio de la materia. Con ello se estructura una metodología de planificación de sistemas avanzados de distribución de energía eléctrica que incorpora los recursos energéticos distribuidos en el contexto de despliegue de redes inteligentes. Esta metodología de análisis y planificación de red incorpora nuevos aspectos o elementos de decisión sobre la solución técnica y sobre el momento de invertir en activos de distribución eléctrica. Así mismo, se identifican nuevas líneas de investigación, que permitan mejorar la toma de las decisiones de inversión, por parte de los agentes involucrados con actividad regulada o en libre competencia, sobre instalaciones intensivas en capital y con largo periodo de amortización. En consecuencia, los principales objetivos de la investigación son los siguientes: - Incorporar de forma proactiva a la planificación y operación de una red de distribución real las capacidades de los recursos energéticos distribuidos (DER, disponibles o propiciados). - A partir de los datos disponibles que posibilitan una mayor visualización de los puntos de acceso a la red, seleccionar y tratar aquellos que permiten construir un modelo renovado de análisis del comportamiento de la red de distribución actual incorporando los recursos DER, como contribución al proceso de planificación de la misma. - Propiciar el uso eficiente de la capacidad de red de distribución MT (activos de red en servicio, condiciones de acceso, etc.), a partir de consignas operativas de servicio, variables en el tiempo, y la prudente gestión del riesgo. / [CAT] Actualment, un dels principals reptes de l'activitat de distribució elèctrica és aconseguir l'ús més eficient de l'accés a les seues infraestructures existents, en un entorn de dificultat creixent per la implantació de les noves infraestructures, gestionant millor la seua capacitat com a sistema, a partir d'una major visualització dels recursos energètics distribuïts, amb capacitat potencial per aportar serveis en l'àmbit de la seguretat del sistema. Aquesta realitat té un abast clar sobre la planificació, desenvolupament i operació de l'actual xarxa de distribució, així com sobre les condicions d'accés i connexió a aquesta. L'àmbit d'investigació de la present tesi s'emmarca en la perspectiva de la planificació i operació de les infraestructures de distribució elèctrica (xarxa de distribució), en l'evolució cap a una xarxa intel·ligent, on els DER (recursos energétics distribuïts) poden aportar la seua capacitat o serveis complementaris a la seguretat i estabilitat d'aquesta, dins del context de les Directives Europees en la matèria. La dita perspectiva comporta l'ús més intensiu de la capacitat de la xarxa, des d'un important suport tecnològic de les TIC, i el desenvolupament de la regulació jurídica, amb la finalitat d'afavorir els senyals tècnics i econòmics oportuns per establir els requisits operacionals dels DER cap al sistema i el mercat, que habiliten l'adequada provisió dels seus serveis de regulació al nivell de la distribució elèctrica. El repte científic que s'aborda en la present tesi s'emmarca en l'àmbit de la planificació de la xarxa de distribució elèctrica, comptant amb el suport de l'operació de les xarxes avançades. La contribució de la proposta ofereix una solució tècnica operativa viable pel seu plantejament i tractament, dins l'actual context de desplegament de les xarxes intel·ligents i desenvolupament regulador en la matèria. Amb açò s'estructura una metodologia de planificació de sistemes avançats de distribució d'energia elèctrica que incorpora els recursos energètics distribuïts en el context del desplegament de les xarxes intel·ligents. Aquesta metodologia d'anàlisi i planificació de la xarxa incorpora nous aspectes o elements de decisió sobre la solució tècnica i sobre el moment d'invertir en actius de distribució elèctrica. Així mateix, s'identifiquen noves línies de recerca, que permeten millorar la presa de decisions d'inversió, per part dels agents involucrats en l'activitat regulada o en lliure competència, sobre instal·lacions intensives en capital i amb llarg períod d'amortització. En conseqüència, els principals objectius de la investigació són els següents: - Incorporació de manera proactiva a la planificació i operació d'una xarxa de distribució real les capacitats dels recursos energètics distribuïts (disponibles o propiciats). - Partint de les dades disponibles que possibiliten una major visualització dels punts d'accés a la xarxa, seleccionar i tractar aquells que permeten construir un model renovat d'anàlisi del seu comportament actual incorporant els recursos DER, com a contribució al procés de planificació d'aquesta. - Afavorir l'ús eficient de la capacitat de la xarxa de distribució MT (actius de xarxa en servei, condicions d'accés, etc.), partint de les consignes operatives de serveis, variables en el temps, i prudent gestió del risc. / Picard López, JL. (2015). Contribución a la planificación de sistemas avanzados de distribución de energía eléctrica incorporando los recursos energéticos distribuidos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/59237 / TESIS