MEJORAMIENTO TECNOLÓGICO DE LA COORDINACIÓN DE LA OPERACIÓN DEL SISTEMA INTERCONECTADO NACIONAL (SIN) DE COLOMBIA

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1 XM S.A E.S.P COLOMBIA OM1.1. Planeación Confiable Medellín,, agosto de MEJORAMIENTO TECNOLÓGICO DE LA COORDINACIÓN DE LA OPERACIÓN DEL SISTEMA INTERCONECTADO NACIONAL (SIN) DE COLOMBIA Carlos Arturo Vanegas Especialista DAO. Jorge Esteban Tobón Ing. Operación TR. Norberto Duque Montoya Experto PMO. Oscar José Arango Director DAO. Jaime Alejandro Zapata o Gerente CND. jazapata@xm.com.co Carlos Andrés Cano Director DAO cavanegas@xm.com.co PALABRAS CLAVES: Innovación y Desarrollo, Sistemas de gestión de energía, Sistema SCADA/EMS, AGC, Videowall, Multisitio, Gestión del cambio. RESUMEN Este trabajo resume el trabajo de XM para el Mejoramiento Tecnológico de la Coordinación de la Operación del Sistema Interconectado Nacional SIN. El proyecto se realizó con la visión de implementar cambios sustanciales en los procesos y las herramientas de supervisión para garantizar la incorporación de nuevas tecnologías y paradigmas de mercado en el corto, mediano y largo plazo. El proyecto estructuró el mejoramiento tecnológico con un componente significativo de innovación y desarrollo, que contó con el acompañamiento CATEGORÍA: Procesos transversales de centros de investigación de varias universidades del país y la calificación por parte de COLCIENCIAS para optar por beneficios tributarios El desarrollo de este proyecto incluyó actividades de prospectiva tecnológica, referenciamiento tecnológico y de procesos, adquisición de una plataforma de gestión de energía de última generación. Con el liderazgo de este proyecto, XM adquirió un nuevo sistema de gestión de energía (SCADA, AGC, TNA y OTS, entre otros) que permite supervisar y controlar el SIN. También se desarrollaron prototipos tecnológicos importantes para la gestión eficiente de los recursos del sistema. Se destacan los 1

2 prototipos de despliegues aplicando conceptos de consciencia situacional avanzada con la Universidad Pontificia Bolivariana UPB. Con la Universidad Tecnológica de Pereira UTP, se desarrolló un prototipo del despacho intrahorario llamado Despacho Económico del Operador de Tiempo real (DEO-TR). Se realizó un importante mejoramiento para la coordinación de maniobras en la coordinación de la operación del SIN y se desarrolló un mapa de ruta para la operación Multisitio de los centros de control de XM utilizando una metodología llamada TOGAF. Lo anteriores mejoramientos se incorporaron bajo un estructurado plan de gestión del cambio para minimizar impactos en personas y procesos con el apoyo de un equipo multidisciplinario que incluía sicólogos, expertos de la operación, que con la ayuda de sesiones teóricas y talleres prácticos ayudaron a asimilar los procesos y cambios tecnológicos como factor clave del éxito de este proyecto. INTRODUCCIÓN La gestión de la energía eléctrica, particularmente en, implica enfrentar desafíos y dificultades como la expansión de la generación, transmisión y distribución. Por otro lado, el SIN colombiano es altamente vulnerable a situaciones de emergencia y fenómenos climatológicos, en el sistema se están incorporando nuevos sistemas de telecomunicaciones y dispositivos de medida, además en los últimos años se presentaron nuevos lineamientos relacionados con seguridad cibernética y protección de infraestructura crítica. Para cualquier operador en el mundo resulta desafiante la incorporación a gran escala de tecnologías de generación distribuida (fuentes de energía renovables) y más importante aún, la participación activa de los consumidores de energía en las decisiones de la operación real de los sistemas (Respuesta de la demanda). Los operadores en los centros de control también se enfrentan a enormes cantidades de información que dificultan la toma de decisiones. Desde el punto de vista de fuentes de energía eléctrica, es cada vez mayor la dependencia de sistemas de suministro de combustible para la atención de la demanda de energía y se presentan restricciones en la utilización de recursos energéticos tradicionales (agua, gas, carbón). Finamente en la cadena está el consumidor, cuyo comportamiento uso de la energía, históricamente ha tenido importantes grados de incertidumbre que han dificultado la labor de planear la operación. 2. PROSPECTIVA TECNOLÓGICA Para cualquier operador, los desafíos crean la necesidad de modificar, mejorar los procesos y las funcionalidades que soportan la supervisión y el control del SIN. XM como encargado de las funciones de operar y administrar el mercado colombiano, está involucrado activamente en tareas de investigación, divulgación, normalización e implementación para preparar las condiciones para afrontar un sistema cada vez más complejo, a fin de garantizar la continuidad del servicio de energía en. Las actividades para el Mejoramiento Tecnológico de la Coordinación de la Operación del SIN, constituyen un aporte fundamental al requerimiento normativo de promover la seguridad y la confiabilidad operativa del SIN colombiano. Con base en el camino recorrido en materia sistemas de tiempo real y gracias a los convenios con universidades, centros de investigación y asociaciones técnicas nacionales e internacionales líderes en este aspecto, XM como operador del sistema busca con el proyecto Mejoramiento Tecnológico de la Coordinación de la Operación del SIN, el desarrollo y la aplicación de muchos de los avances en la materia disponibles actualmente 2

3 para la solución de problemas reales de la operación del SIN no. Las líneas de desarrollo tecnológico que hacen parte de este proyecto fueron identificadas mediante labores de prospectiva tecnológica, vigilancia tecnológica y referenciamiento internacional. Estas labores se realizaron desde el año 2008, y permitieron identificar las principales tendencias en el sector de la energía eléctrica alrededor del mundo. A continuación, en la figura 1 se presenta la línea de prospectiva tecnológica de XM Gestión del Cambio Coordinación Maniobras SCADA/EMS PROYECTO Mejoramiento Operación Operación Multisitio Balance Carga/generación Despliegues Videawall FIGURA 2. Proyecto Mejoramiento Operación A continuación, se describen los procesos de mejoramiento para la Coordinación de la Operación. FIGURA 1. Prospectiva tecnológica El proyecto de Mejoramiento Tecnológico de la Coordinación de la Operación del Sistema Interconectado Nacional (SIN), permitió implementar mejoras sustanciales en los procesos que comprenden la coordinación de la operación del SIN, estas mejoras están soportadas en el conocimiento científico actual y en el conocimiento desarrollado como parte del proyecto. 3. PROPUESTAS DE MEJORAMIENTO TECNOLÓGICO PARA LA COORDINACIÓN DE LA OPERACIÓN 3.1 Adquisición de nuevo SCADA/EMS XM adquirió una nueva plataforma de gestión de energía que permite supervisar el SIN. También adquirió herramientas para el control automático de la frecuencia y los intercambios internacionales (programa AGC) y la herramienta para el análisis de estimación de estados, análisis de flujos de carga en el tiempo real (TNA) y el simulador para operadores (OTS), Pronosticador de demanda (STLF), entre otros. Esta actividad se inició en el año 2014, con la contratación del sistema de gestión energía, 2015 con la adecuación del sistema de gestión de energía en fábrica y las pruebas en fábrica, y en el 2016 con la implementación del sistema en sitio y puesta en operación del mismo. A continuación, se presenta el esquema del nuevo SCADA/EMS. El mejoramiento tecnológico para la operación de XM se organizó bajo el proyecto Mejoramiento de procesos de la operación y se estructuró de la siguiente manera. (Figura 2) 3

4 3.3 Mejoramiento Balance carga Generación FIGURA 3. SCADA/EMS XM 3.2 Mejoramiento despliegues Centro de Control XM Se desarrollaron mejoras a los despliegues del videowall del centro de control de XM, utilizando conceptos de conciencia situacional grupal. Identificando las variables de control más importantes para determinar el grado de seguridad y calidad en la operación del SIN. Esta actividad se inició en los años 2015 con el diseño de los despliegues y 2016 con la implementación de estos despliegues en el nuevo Sistema de Gestión de Energía con el apoyo de la Universidad Pontificia Bolivariana. Como ejemplo se presenta una de los despliegues: FIGURA 4. Despliegue Sala Control XM El Control Coordinado de Carga y Generación se refiere la necesidad de mantener un balance continuo, en cada instante de tiempo, entre la generación y la demanda de energía. Este balance es un requerimiento esencial para garantizar que los sistemas eléctricos de potencia se mantengan operativos. Cualquier desbalance entre la generación y la demanda se refleja de forma inmediata en la frecuencia del sistema. Para garantizar un balance continuo entre la generación y la demanda, XM realiza en el despacho diario de generación (conocido internacionalmente como Unit Commitment o Day Ahead Market), mediante el cual se define la programación de la generación necesaria para atender la demanda pronosticada de energía eléctrica en un horizonte de 24 horas. Posteriormente, una hora y media antes de la operación real del sistema, se realizan cambios a esta programación como consecuencia de la aparición de situaciones no previsibles en el despacho diario de generación. Este proceso se conoce como despacho y redespacho Este programa de producción es esencial para la operación segura, confiable y económica del sistema de potencia, sin embargo, su granularidad horaria ocasiona que, para garantizar un balance continuo entre la generación y la demanda en cada instante de tiempo, XM deba coordinar de forma manual los cambios intra-horarios de producción de energía, con base principalmente en la experiencia de los operadores. Dada la complejidad del problema de asignación óptima de programas de producción en tiempo real y con el objeto de lograr una mayor seguridad y eficiencia en el uso de los recursos de generación, hacer frente a la naturaleza continua de la demanda, permitir una mayor penetración de energías con menor firmeza pero más limpias (menores, renovables, etc) y abrir la posibilidad de que la demanda sea un participe activo en las decisiones de operación y control del sistema 4

5 de energía nacional, XM planteó la necesidad de incluir un proceso de optimización adicional, en el ambiente de tiempo real, permitiendo obtener un programa de producción óptimo de energía con una granularidad de 5 a 15 minutos. Esta actividad fue desarrollada en conjunto con conjunto con la Universidad Tecnológica de Pereira. A continuación, se presenta el prototipo llamado Despacho Económico del Operador en tiempo real (DEO TR) Durante los años 2014 y 2015, XM diseñó y desarrolló el sistema de Planeación y Ejecución de Maniobras SPEM para apoyar el proceso de coordinación de maniobras del SIN. Durante el 2016 y 2017 se está desarrollando la herramienta y capacitando a los operadores de XM. La siguiente figura ilustra la herramienta llamada SPEM. FIGURA 6. SPEM 3.5 Mejoramiento Operación Multisitio FIGURA 5. DEO RT 3.4 Mejoramiento Coordinación de Maniobras XM planea y coordina la ejecución de maniobras sobre los equipos del SIN. Los estudios del proceso actual muestran varias oportunidades de mejoramiento enfocadas en garantizar la seguridad y calidad de la información, así como la oportunidad de mejoramiento del proceso. El objetivo de esta línea de investigación y desarrollo tecnológico fue mejorar la gestión de la información en tiempo real, de tal manera que se aumente la seguridad en la coordinación de maniobras y se mejore la calidad y oportunidad del proceso. Para brindar la continuidad del suministro de energía eléctrica, se debe garantizar la máxima disponibilidad la infraestructura física y tecnológica, los procesos y las personas que intervienen en la operación del sistema. Actualmente, XM opera el SIN de con un Centro de Control Principal CCP y cuenta con un Centro de Control de Respaldo CCR. Dada la necesidad de una alta disponibilidad en la plataforma de supervisión y control y la creciente posibilidad de ataques cibernéticos mal intencionados, XM ha planteado la necesidad de contar con dos centros de control activos operando de forma coordinada y sirviéndose de respaldo entre sí. El proyecto de mejoramiento presentó una metodología para la construcción del Mapa de Ruta para lograr una Operación Distribuida en el SIN colombiano. Este esquema de diseño de Arquitectura Empresarial se conoce como TOGAF (The Open Group Architecture Framework) que proporciona un enfoque para el diseño, planificación, implementación y 5

6 gobierno de una arquitectura empresarial de información. Esta metodología de construcción del Mapa de Ruta, tuvo en cuenta elementos de vigilancia tecnológica, direccionamiento estratégico, visión, misión, objetivos, participación activa del equipo de trabajo impactados, entre otros. Para abordar los diferentes aspectos relacionados con la construcción del mapa de ruta, se realizaron sesiones de trabajo estratégico con las áreas de la compañía involucradas. Se partió de una construcción básica de procesos, basada en la experiencia de los especialistas para contar con un marco conceptual básico. Como resultado de este trabajo se propuso el siguiente esquema de trabajo Multisitio para XM. expertos de la operación, así como talleres de gestión del cambio, ayudaron a asimilar los procesos y cambios tecnológicos fueron la clave del éxito de este programa. FIGURA 8. Gestión del cambio CONCLUSIONES FIGURA 7. Operación Multisitio 3.6 Gestión de cambio Bajo el marco de la seguridad operacional, el proyecto programó un conjunto de actividades para gestionar el cambio de los mejoramientos tecnológicos en la Operación del CND. Se definió una estrategia para minimizar los impactos en las personas y procesos no sólo en sala de control de XM sino también en las direcciones de apoyo a la operación. Lo anterior, se realizó con sesiones teóricas y talleres prácticos en el centro de entrenamiento de XM durante todo el año La participación de sicólogos, expertos internacionales que capacitaban en los módulos de los programas SCADA/EMS, El proyecto aportó una mejora significativa a la calidad y la eficiencia de los procesos de la coordinación de la sala de control, impactando positivamente en la seguridad, calidad, confiabilidad y economía en la operación del SIN y posibilitando la inclusión de nuevos paradigmas que garantizan la eficiencia en la operación de la red eléctrica colombiana. La actualización del SCADA/EMS permitió a XM estar a la vanguardia con la tecnología de punta evitando obsolescencia tecnológica y garantizando por 10 años un respaldo de un proveedor internacional. El mejoramiento de despliegues en el Videowall minimizó el exceso de información y alarmas sonoras, lo cual dificultaba la toma de decisiones de operadores en tiempo real. Los fondos en los despliegues pasaron a ser de 6

7 color neutral (tonalidad de grises) y los colores sólo aparecen para indicar alguna anormalidad. Las alarmas sonoras pasaron de 10 a tan sólo 2. Para el mejoramiento del balance carga generación, el proyecto presentó una estrategia simplificada de control que incluyó el desarrollo de un prototipo del despacho intra-horario llamado Despacho Económico del Operador de Tiempo real (DEO-TR). Este prototipo ha mostrado resultados importantes en cuanto a la reducción de los costos de producción, el restablecimiento de los márgenes de regulación del sistema y el establecimiento de puntos de operación seguros en condiciones de estrés de la red de transmisión. La gestión del cambio jugó un rol clave en la incorporación de nuevas herramientas y procesos por parte del personal de la sala de control. Se destaca la participación de un equipo multidisciplinario para la formación, capacitación y entrenamiento, no sólo a al personal de tiempo real sino también a las otras direcciones de XM. Para el mejoramiento de la operación Multisitio fue importante la definición de un mapa de ruta utilizando la metodología TOGAF lo que aportó elementos de vigilancia tecnológica, direccionamiento estratégico, visión, misión, objetivos, retroalimentación a los diferentes equipos de trabajo. La propuesta garantizará una mejor disponibilidad desde los dos centros de control de XM. Con el mejoramiento de la coordinación de maniobras con el programa SPEM, se facilitan las labores de seguimiento y gestión a las maniobras en tiempo real desde el centro de control de XM. También se garantiza que durante el proceso de ejecución de las maniobras el sistema continúe operando con los niveles de seguridad, calidad y confiabilidad que garanticen la atención continua de la demanda eléctrica. El esquema propuesto integra la planeación, ejecución y validación de las maniobras, brindando al operador mejor información para la ejecución de maniobras en los equipos del SIN. 7