Concepto de red inteligente

Transcripción

1 REDES INTELIGENTES: REVISIÓN DEL CONCEPTO Y PERSPECTIVAS DE APLICACIÓN José Horacio Tovar Hernández Guillermo Gutiérrez Alcaraz Fernando Martínez Cárdenas Morelia, Mich., Agosto de 2011

2 Contenido Introducción Concepto de red inteligente Estado del arte en la aplicación del concepto Conclusiones Agradecimientos

3 INTRODUCCIÓN El concepto no es nuevo, pero con el advenimiento de los sistemas de información masivos ha cobrado fuerza y se pretende llevarlo a la práctica integrando factores técnicos, económicos y estructurales con el objetivo de que el proceso de generación/consumo de energía eléctrica se desarrolle de manera más eficiente y confiable. los retos que involucra el desarrollo de redes inteligentes son diversos; no solamente son técnicos, y conviene analizar la problemática subyacente para llevar adecuadamente a la práctica el concepto.

4 INTRODUCCIÓN Actualmente, hay varias condiciones propicias para el desarrollo de redes inteligentes: 1. Redes de transmisión y distribución elementos envejecidos, lo cual implica: con Vulnerabilidad a desastres naturales y terrorismo. Fallas eléctricas. Etbl Establecimiento i t de límites de seguridad d más estrechos. Costos operativos más altos. 2. Crecimiento i continuo de la demanda. d 3. Derechos de vía escasos; redes más estresadas. 4. Marcos reguladores poco flexibles y adecuados. 5. Desaprovechamiento de recursos tecnológicos yde telecomunicaciones.

5 INTRODUCCIÓN En muchos países, sobre todo en los desarrollados, el concepto de las redes inteligentes ha sido discutido ampliamente y, actualmente, hay una serie de preguntas que todavía no tienen respuesta, ypara las que hay respuestas estas son variadas dependiendo del contexto en el que hayan sido formuladas

6 DEFINICIÓN DEL CONCEPTO Más que una definición, el concepto red inteligente es un sistema que representa la visión de una actualización digital de las redes de transmisión ió y distribución ib ió que permita optimizar la operación de ambas redes, así como la apertura de nuevos mercados de producción de energía.

7 DEFINICIÓN DEL CONCEPTO Esto implica que una red inteligente debe tener la capacidad de: Suministro y control descentralizado, que haya flujos de potencia en dos direcciones. Flujo de información en dos direcciones. Entonces, se debe crear la inteligencia y capacidad para optimizar la confiabilidad, seguridad, d economía y eficiencia i i del sistema eléctrico, teniendo en mente, en todo momento, el cuidado del medio ambiente.

8 DEFINICIÓN DEL CONCEPTO Comportamiento Características Principales Factores de Éxito Estratégicos Mediciones Áreas Clave de Tecnología

9 Comportamiento Diseño de un Plan Estratégico de Transición 1. No todas las tecnologías funcionarán como se planeó. 2. Nuevos retos en cuestiones de software. 3. Habrá paradigmas anteriores que impedirán el avance. 4. Ocurrirán eventos inesperados. 5. Algunos subprocesos se retrasarán. 6. Es posible no lograr el progreso global como se espera. 7. Algunos beneficios no serán alcanzados como se esperaba. 8. Se identificará buenas ideas yprácticas.

10 Características Principales Iniciativa de una Red Moderna 1. Respuesta automática ante perturbaciones. es Características de una Red Moderna 2. Permitir la participación activa de los consumidores. 3. Permitir el desarrollo de nuevos productos, servicios y mercados en el sector eléctrico. 4. Suministrar calidad de la energía para requerimientos de consumo de este siglo. 5. Uso de todos los recursos de generación y almacenamiento de energía disponibles. 6. Optimizar el uso y operación eficiente de recursos de transmisión y distribución. 7 Operar adaptablemente contra 7. Operar adaptablemente contra desastres naturales y terrorismo.

11 Áreas Clave de Tecnología y Mediciones Desde este punto de vista, el concepto de red inteligente contendrá los siguientes aspectos, enmarcados en los que se conoce como comunicaciones integradas: (a) Métodos de control avanzados, (b) Sistemas para el soporte de decisiones e interfaces mejoradas, (c) Componentes avanzados y (d) Sensores y medidores.

12 Áreas Clave de Tecnología y Mediciones Monitoreo y Control de Área Amplia en SEP mediante información de UMF Objetivos: Estimación paramétrica instantánea Acciones de control con informaciónde las UMFs Análisis Concentración de datos 2 UMF UMF UMF 4 6 Desarrollo de Algoritmos Modelos matemáticos para aplicaciones en línea: En registros obtenidos por UMF Ejemplo: Comparación de Algoritmos Registro de la UMF Frecuencia record de frecuencia Frecuencia Short Time Fourier Frequency record de frecuencia Short-Time Fourier Transform Frequency Spectrum Time Wavelets 2.5 record de frecuencia Continuous Wavelet Time-Frequency Spectrum Tiempo Frequency Period Time 0

13 El Consumidor del Futuro (EPRI)

14 ESTADO DEL ARTE En relación a lo descrito en la sección anterior, se puede observar que hay una serie de obstáculos y retos que deben ser enfrentados: Definición de marcos regulatorios para la integración de los consumidores. Aceptación p del concepto por parte de consumidores. Capacitación de personal para enfrentar nuevos retos asociados al desarrollo del concepto. Definición de estándares de seguridad. Desarrollo de nuevas metodologías para la planificación de sistemas de potencia. Operación de redes de transmisión con límites de transferencia dinámicos y menores recursos asociados a la seguridad (servicios auxiliares). Administración del cambio.

15 ESTADO DEL ARTE En Estados Unidos Se ha venido trabajando en la visión de las redes inteligentes, estableciendo un grupo de trabajo y lineamientos generales y particulares para el posterior desarrollo del concepto. Proyectos piloto, entre los cuales se encuentra la red inteligente de West Virginia. Adicionalmente, el EPRI ha estado desarrollando diversos proyectos orientados hacia a el mismo concepto, cepto, con un financiamiento de 2 millones de dólares

16 ESTADO DEL ARTE Canadá: En el 2010, se concluyó la instalación de 1.3 millones de medidores inteligentes para consumidores, a fin de que ellos se sensibilicen con la forma en que utilizan la energía eléctrica y puedan tomar decisiones al respecto Italia: Se ha instalado más de 27 millones de medidores de estado sólido con comunicaciones. Además, de registradores de eventos y fallas en redes. Suecia: Se estaba instalando, en el 2010, casi un millón de medidores avanzados. Holanda: El gobierno anunció la intención de reemplazar 7.5 millones de medidores eléctricos hacia el 2012.

17 ESTADO DEL ARTE Austria: Se anunció en 2010 la instalación de 75,000 medidores avanzados para sus consumidores. Noruega: Anunció la instalación en 2013 de 2.6 millones de medidores inteligentes para sus consumidores. Irlanda del Norte: Instalación de OMS/DMS avanzados. Taiwán: Red de distribución automatizada.

18 ESTADO DEL ARTE Japón: 100% de visibilidad ibilid d y automatización ti ió virtual de la transmisión con significante automatización de la distribución en todo el país. Singapur: Red de distribución automatizada. Estambul: 100% SCADA en distribución. Tailandia: Sistema de supervisión amplia de área. Omán: Sistema avanzado an ado de control de subestaciones.

19 ESTADO DEL ARTE México: Se ha incorporado algunos elementos en la Estrategia Nacional de Energía , 2025, los cuales son presentados a continuación [21]: una de las opciones que se contemplan a nivel mundial como parte de la modernización de los sistemas de distribución, y en la que nuestro país ha trabajado por medio de programas piloto, son las redes inteligentes (Smart Grid)

20 ESTADO DEL ARTE México: Ley para el Aprovechamiento de Energías Renovables y el Financiamiento de la Transición Energética (LAERFTE), y en su Capítulo IV, Artículo 24, Fracción II, se enuncia: promover y difundir el uso y la aplicación de tecnologías limpias en todas las actividades productivas y en el uso doméstico Programa piloto de instalación de medidores inteligentes en una de las zonas de la actual División Centro de la CFE. CFE ha instalado alrededor de 200 PMU en el sistema de transmisión nacional, las cuales pueden obtener un promedio de 20 mediciones por segundo.

21 Trabajo de Investigación en Universidades Estudio de oscilaciones de frecuencia baja y propuestas de mitigación de su impacto en el sistema mediante PMU. Supervisión y control de área amplia mediante información de PMU (estimación paramétrica instantánea y acciones de control). Evaluación de esquemas de monitoreo, supervisión y control de redes eléctricas orientados al desarrollo de redes eléctricas inteligentes. Desarrollo de métodos de análisis y control no lineal y no estacionarios para optimizar el uso de la energía eléctrica. Análisis e implementación de algoritmos y técnicas para el procesamiento de mediciones fasoriales sincronizadas.

22 Trabajo de Investigación en Universidades Mejoramiento de la calidad y confiabilidad del suministro mediante transformadores electrónicos de potencia. Integración de herramientas computacionales en centros de control regionales de distribución. Desarrollo de controladores para generación distribuida. Desarrollo de algoritmos de protecciones incluyendo sistemas de medición. Reconfiguración de redes de distribución en tiempo real. Identificación de oportunidades para mejorar la eficiencia de empresas distribuidoras. Revisión de marcos de regulación vigentes para la aplicación eficiente del concepto de red inteligente.

23 Trabajo de Investigación en Universidades Impacto de vehículos eléctricos en el suministro/demanda en sistemas de distribución. Ubicación eléctrica de generadores en áreas de oscilación coherentes incluyendo mediciones angulares y de frecuencia. Equivalentes dinámicos de áreas de control. Determinación de índices de estabilidad angular y de voltaje. Desarrollo de algoritmos de medición fasorial basados en la transformada Taylor-Fourier. Sistemas computacionales complejos basados en algoritmos de optimización y técnicas de inteligencia artificial para tomar decisiones de control en tiempo real.

24 Conclusiones En general, se observa que los principales retos que deben ser enfrentados y superados son los siguientes: Integración de consumidores. Estándares de equipos eléctricos y sistemas de información. Desarrollo de equipos de supervisión, medición y control. Marco de regulación. Inversiones. Desarrollo de herramientas computacionales avanzadas. Planificación y operación de sistemas basados en redes Planificación y operación de sistemas basados en redes inteligentes.

25 Conclusiones Estudiar el marco regulatorio actual para dictaminar su pertinencia o ampliarlo y modificarlo para aplicar eficientemente el concepto de red inteligente. t De acuerdo a recomendaciones hechas en diversos trabajos en Estados Unidos y Europa, es de importancia i vital integrar al consumidor en el desarrollo del concepto de red inteligente. Se observa que, en México, en transmisión ió hay un trabajo importante en dirección al concepto de red inteligente. Sin embargo, este debe ser contemplado como un sistema o visión que está compuesto de las siete características ya descritas y que los PMU son solo una parte de ellas. Finalmente, en México no se está analizando el problema de manera integral y que, de inicio, se requiere de la definición de una política de estado que involucre a todos los sectores de la sociedad para llevar a la realidad, eficiente y expeditamente, el concepto de red inteligente.

26 Agradecimientos Se agradece los comentarios de César Ángeles Camacho, Emilio Baroccio Espejo, Claudio Fuerte Esquivel, Norberto García Barriga, Alejandra Jiménez Vega, Edgar Moreno Goytia, Ricardo Mota Palomino, Johnny Posada Contreras, Juan Manuel Ramírez Arredondo, Arturo Román Messina, Daniel Ruiz Vega y Ernesto Vázquez Martínez.