Tendencias modernas en el diseño de sistemas de control alineadas con necesidades de Smart Grids

Transcripción

1 Tendencias modernas en el diseño de sistemas de control alineadas con necesidades de Smart Grids Congreso Internacional de Operación y Sistemas De Energía, COSMER CIER 1 Renato Céspedes Septiembre 25, 2013

2 2 IT - Integración de plataformas y sistemas (SOA) - Ciberseguridad OT Proyecto SCADA/EMS - Gestion de Activos Politicas/ Regulación - Energias renovables - Modificaciones al codigo de redes OTROS SECTORES - Ambiental - Comunicaciones (mayor dependencia) TECNOLOGIA - Smart Grids - Informática - Multimedia 2

3 Definición de las Smart Grids según la Agencia Internacional de Energía - IEA Una Smart Grid es una red eléctrica que: utiliza tecnologías digitales y formas avanzadas de monitoreo y gestión del transporte de electricidad desde todas las fuentes de generación para satisfacer la diferentes demandas de los usuarios. coordina las necesidades y potencial de todos los generadores, operadores de red, consumidores y participantes del mercado para operar todo el sistema Lo mas eficientemente posible, Minimizando costos e impactos ambientales Maximizando la confiabilidad, la resiliencia y la estabilidad del sistema. Un encuesta que son Smart Grids daría seguramente tantas definiciones como encuestados 3 3

4 Desarrollo de Redes Inteligentes (Smart Grids) Incorporación de nuevos elementos en el sistema de potencia, FACTs, HVDC, almacenamiento de energía, etc. Integración de energía de fuentes no-pronosticables o con alta volatilidad y generación distribuida Integración de sensores con información diversa: PMUs, información asociada a límites dinámicos, datos de funcionamiento, etc. Mayor relevancia de aspectos relacionados con Medio Ambiente (emisiones CO2 por ejemplo) Aumento del volumen de información (BIG DATA) en tiempo real diferente a la normalmente gestionada por sistemas SCADA u otros: Gestión de la demanda ( demand Response, ej. PJM), Gestión de activos, Calidad de energía, Condiciones ambientales, Datos geo-referenciados 4 4

5 Escenario Sector Eléctrico Convencional Elementos de la cadena de valor Comercialización Generación Transmisión Distribución M Consumidor 5 5

6 Nuevo Escenario Elementos tradicionales + Eslabón perdido del Sector Generación Transmisión Distribución AMI CONSUMIDOR Generacion Respuesta demanda Uso eficiente Movil 6 6

7 Red existente Flujo de potencia unidireccional Comunicación unidireccional Sensores limitados Monitoreo limitado Restauración manual Supervisión manual Control limitado Redes Inteligentes Síntesis Convergencia de EMS y DMS Red futura BIG Flujo de potencia bidireccional DATA Comunicación bidireccional Sensores en todo el sistema Amplio monitoreo Auto-reparación Supervisión automatizada Control avanzado Diversidad de datos Desentralización Inteligencia Desentralización Desentralización Inteligencia Inteligencia Desentralización Inteligencia Consumidor pasivo Opciones del consumidor, nuevos servicios 7

8 De Sistemas de Potencia a Sistemas de Energía CENTRO DE GESTION DE ENERGIA EOLICA ELECTRICA SOLAR OTROS EXPANSION VERTICAL G Distribuida Almacenamiento Generación Transmisión Subtransm. Consumidor FINAL 8 EXPANSION HORIZONTAL

9 Hacia Gestion de Energía 9 Conclusión 1: los Sistemas de Control de Potencia deben evolucionar a Sistemas de Gestión de Energía. Conclusión 2: Se configura una expansión horizontal ampliando su objeto en energía, mientras que se presenta una expansión vertical hacia el consumidor final y respuesta de la demanda. Conclusión 3: se amplia el volumen de datos a ser manejados por la nueva plataforma así como su heterogeneidad. Conclusión 4: Las responsabilidades de estos sistemas, soportadas por la plataforma de tiempo real se ampliarán y nuevas funciones, algoritmos y necesidades de los usuarios requerirán de una gran flexibilidad y capacidad de adaptación de acuerdo con las oportunidades de negocio y nuevos retos.

10 PLATAFORMA DE TIEMPO REAL USUARIOS SISTEMA DE CONTROL SCADA/EMS Integración REPOSITORIO (Datawarehouse) TIPO PI WAN SCADA PMU CALIDAD AGC GESTION DEMANDA 10 DATOS CONVENCIONALES TIPO SCADA ORDEN X 100,000 DATOS HETEREOGENEOS ORDEN X MILLON

11 Coordinación con Conciencia Ambiental SMART GRIDS Llevar la confiabilidad a niveles nunca antes alcanzados Manteniendo un balance económico Incorporando plenamente fuentes renovables y tradicionales de energía. Potencialmente reduciendo las emisiones de carbono Conclusión 5: Los Sistemas de Gestión de Energía deben ayudar a implantar una Coordinación con Conciencia Ambiental. Medir por ejemplo impacto de la operación en el medio ambiente!! 11

12 Valor agregado de las Smart Grids: Ley de Metcalfe El valor (agregado) de una red es proporcional al cuadrado del número de nodos de la red. Las redes de celulares, tendencia a computación móvil, por ejemplo confirman la ley Otros ejemplos: libros digitales (Amazon ), música digital Red Eléctrica Nodos en Latinoamérica observabilidad en tiempo real: Transmisión: Distribución Convencional: Smart Grid sin consumidor final: x 100,000 Smart Grid con consumidor final: x 1,000,000 12

13 Modelo de Referencia para el Sistema Eléctrico 2.0 INTELLIGENCE (I) ANÁLISIS (A) MODEL (M) SYSTEM (S) COMMUNICATION (C) INTERFACE (IF) PHYSICAL (P) Dimensión Digital Dimensión Análogica 13

14 INTERFACE Digital Dimension Information Mediciones del sistema Fasor: -ángulo -tensión Energía Entregada y recibida Estado Servicio Condición de los equipos IEDs PMUs AMI Sensores Analogue Dimension Control 14

15 I SCADA PMU data concentrator Automated Operation (e.g. self healing) s A State Estimation (Conventional) PMU s based apps M S C If Topology CIM HIS SCADA Protocols RTU DC A/D IED Others PDC PMU O P E R A T O R Transducers P Electric grid 15

16 2D MODEL 16

17 Metering 17

18 Valor agregado: nuevas aplicaciones que utilicen la información adicional Advanced Alarm Processing, USE CASE 1 (1): Reduces the number of alarms presented to the operator Conveys a clearer idea of the power system condition causing the alarms Recommends corrective action to the operator if such action is needed 18 (1) PSERC: Communication requirements and Integration Options for Smart Grid Deployment

19 Valor agregado: nuevas aplicaciones que utilicen la información adicional (2) Automated Fault Location, USE CASE 2 (1) 19 (1) PSERC: Communication requirements and Integration Options for Smart Grid Deployment

20 Valor agregado: nuevas aplicaciones que utilicen la información adicional (3) Cascading Events Detection and Mitigation, USE CASE 3 (1) 20 (1) PSERC: Communication requirements and Integration Options for Smart Grid Deployment

21 21 (1)

22 Distancia en la integración No hay estándares; la integración es propia Parte A Hay interfaces para transformar Existe un modelo común Parte B Existe un modelo definido plug & play 22

23 Diagrama de casos de uso actor Obtener préstamo caso de uso Dev olv er préstamo Alumno Bibliotecario Incorporar material a la biblioteca 23

24 Arquitectura de los modelos Vista de diseño Vista de implementación Vista de casos de uso Vista de procesos Vista de despliegue 24

25 Diagrama de Clases Persona - atributo: clase + operacion() : void generalización nota Vendedor Cliente Origen solicita proviene de 1..1 asociación atiende 0..* 0..* Pedido 0..* incluye 1..* Producto 0..* navegabilidad clase asociación ItemPedido multiplicidad 25

26 Diagrama de secuencias inicio de un método objeto 1 a {b-a>0} b objeto 2 objeto 3 [obj3 free] objeto 4 oper(param) activación etiquetas guardia retorno destrucción de un objeto auto-delegación 26

27 Diagrama de Clases Persona - atributo: clase + operacion() : void generalización nota Vendedor Cliente Origen solicita proviene de 1..1 asociación atiende 0..* 0..* Pedido 0..* incluye 1..* Producto 0..* navegabilidad clase asociación ItemPedido multiplicidad 27

28 Diagrama de paquetes del CIM (from Generation) (from Generation) 28

29 Integración de Aplicaciones (1) 29 (1) PSERC: Communication requirements and Integration Options for Smart Grid Deployment

30 Evolución de la Plataforma Base en ingeniería de datos independiente de la plataforma (CIM/XML) Evolución incorporando nuevos tipos de información para una mejor toma de decisiones: flexibilidad Evolución de la interfaz de usuario incorporando todas las aplicaciones de una forma integrada Integración de módulos de diferentes fabricantes: Modular Evolución hacia una plataforma Plug and Play para todos los componentes: protecciones, medidores, sensores, control.. Incorporación de datos heterogéneos, gran volumen de datos Nuevas aplicaciones acordes con las fuentes de generación y la naturaleza distribuida de generación y consumo Conclusión 6: se deben incorporar a la nueva plataforma las características apropiadas para hacerla adaptable a las nuevas necesidades 30

31 31

32 Arquitectura de Comunicaciones 32

33 Evolución de Arquitecturas Corporate Network Control Center UDN LAN Engineers System Operators ODN LAN IED Access Server Wide Area Network ECM Data Warehouse ECM Data (Non Operational) Firewall SCADA Data (Operational) SCADA/DMS SCADA Data Retriever SCADA & Centralized DA Functions Run Here R a d i o Cap Bank Controller (S&C) Switched Capacitor Bank Substation Centered functions (FLISR, Rule-Based Volt-Var) run here Computer Voltage Regulator IED Load Tap Changer (LTC) Transformer FirewallRouter Substation Substation Data Concentrator Cap Bank Controller Substation Capacitor Bank Substation IED Data & Control SCADA Data & Commands Protective Relay IED Bus Tie Circuit Breaker Radio Protective Relay IED Feeder Circuit Breaker R a d i o Volt/VAR Data & Commands Radio Switch Controller Line Switch (Cooper, S&C) R a d i o FLISR, Load Shedding, IBT, Load Bal (Peer-Peer) Voltage Regular Control FCI Monitoring Radio Switch Controller Tie Switch (Cooper, S&C) Line Voltage Regulator Radio Faulted Circuit Indicator Feeder Devices

34 34 34 Operación EMS DSM Gestión de recursos de Potencia Planning & Forecasting Scheduling Trading & Contracts Resource Dispatch Integración de Sistemas Acceso oportuno a la información crítica para Planificación, Ingeniería y Operación SCADA Settlements Executive Dashboards Integración Información Empresarial Systems Planning GIS MDMS Planificación e Ingeniería Maintenance Mgmt Asset Mgmt Gestión de la Distribución OMS CIS MWM Servicios al Consumidor Call Center Billing Communications Infrastructure Plant Controls Substation Automation Feeder Automation Advanced Metering Infrastructure Home Network & Devices

35 CONCLUSIONES GENERALES Los Sistemas de Control actuales deben evolucionar en función de las nuevas necesidades de las redes inteligentes La evolución de los sistemas de gestión debe implementar como premisa básica FLEXIBILIDAD Se debe trabajar en estándares a todo nivel que acompañen el desarrollo integrado de los sistemas de control de forma a aprovechar los desarrollos tecnológicos en comunicaciones e informática Los sistemas de gestión de redes inteligentes debe extenderse hacia otros servicios de forma que constituyan una base fundamental de las CIUDADES INTELIGENTES 35

36 Muchas Gracias 36