Sistemas de Protección para el SING

Transcripción

1 Sistemas de Protección para el SING Requerimientos Estáticos y Dinámicos Seminario Sistemas de Protecciones PUCV 2012 Erick Zbinden A. Departamento de Sistemas Eléctricos CDEC-SING Viña del Mar, Julio de 2012 Seminario de protecciones PUCV Temario Escenario normativo actual y sus exigencias. Requerimientos para los ajustes de protecciones del SING. oestudio de Verificación de la Coordinación de Protecciones. Nuevos actores en la evolución del SING Desafíos para tener un SING más confiable y seguro. 1

2 Depto. Sistemas Eléctricos Misión Dirección de Operación Depto. de Operaciones Depto. de Sistemas Eléctricos Centro de Despacho y Control Unidad Tecnología de Información y Comunicaciones Misión del Depto. De Sistemas Eléctricos (DSE): Contribuir proactivamente con la operación confiable y eficiente del SING y su óptimo desarrollo, definiendo y proponiendo las mejores estrategias de operación de corto y mediano plazo, evaluando y realizando los estudios eléctricos establecidos en la NTSyCS y los Procedimientos vigentes. Norma Técnica Escenario Actual Capítulo 3: Exigencias mínimas para diseño de instalaciones. Art.3-3, Art.3-4, Art.3-5: -Diseños conforme a IEEE, IEC, CCITT, VDE, etc. -TMDF declarado por el propietario, el cual no puede superar el tiempo indicado en el Capítulo Nº5 de la NTSyCS. -Disponer de protecciones de respaldo hacia sistemas adyacentes. Sistema Gx Sistema de Tx Sistema Dx - Los ajustes deben estar coordinados de acuerdo a lo que establece la DO, y las protecciones de frecuencia, de acuerdo a los límites establecidos en el Capítulo Nº5 de la NTSyCS. 2

3 Norma Técnica Escenario Actual Capítulo 6: Estudio de Verificación de la Coordinación de Protecciones (EVCP). Art.6-35: Solicita confirmar el desempeño de los sistemas de protección del SING. - Adecuado criterio de protección. - Selectividad y rapidez de los ajustes. - Respaldo adecuado en instalaciones adyacentes. - Estabilidad frente a fenómenos transitorios. Norma Técnica Escenario Actual Capítulo 6: Estudio de Verificación de la Coordinación de Protecciones (EVCP). Art Requisitos mínimos para el Estudio: - Especial cuidado con el análisis de acoplamientos mutuos en líneas paralelas. - Dos escenarios, de máxima y mínima demanda, con programación a 12 meses. - Considerar todos los cortocircuitos con localizaciones distantes hasta dos niveles de adyacencia al punto de medida. 3

4 Redefinición de Objetivos Enero 2012: El DSE inicia el : - Cumplir los requerimientos establecidos en la NT SyCS. -Revisar los criterios de coordinación y ajustes de protecciones para instalaciones sobre 200 kv. - Implementadas mejoras en la coordinación de protecciones del SING según las recomendaciones de la DO. Mejorar el desempeño de los sistemas de protección con motivo de los análisis realizados sobre su comportamiento durante el apagón parcial ocurrido el 19 de Junio de Redefinición de Objetivos ESTADÍSTICAS DE EVENTOS DE FALLA EN EL SING Año 2011 Año N Eventos Unidad Generadoras N Eventos Transmisión N Eventos Rechazo de Carga 4

5 Redefinición de Objetivos ESTADÍSTICAS DE EVENTOS POR PROTECCIONES EN EL SING Año 2011 Año N Anormalidades Protecciones Unidades Generadoras N Anormalidades Protecciones N Anormalidades Protecciones en transmisión rechazo de carga Fenómenos en el SING Dentro de las variables que caracterizan las perturbaciones del SING se tienen: -Líneas largas de alta montaña. -Líneas sometidas a contaminación salina, o bien a gradientes de temperatura amplios. -Alta resistividad de terreno y problemas de puesta a tierra. -Flujo de potencia mayoritariamente de Oeste a Este. -Déficit de generación en la Zona Norte. -Restricciones i de Transmisión ió hacia la Zona Norte. -Exigencia sobre la reserva primaria y secundaria producto de la entrada/salida de grandes bloques de energía. -Unidades térmicas a carbón con respuesta dinámica limitada. 5

6 Fenómenos en el SING Ejemplo 1: Falla de alta resistencia ocurrido en el SING, Abril N 2 X/Ohm(Secundario) Rf/Rl ~ 46 veces ,5-10,0-7,5-5,0-2,5 0,0 2,5 5,0 7,5 10,0 12,5 K1:Z L1T* K1:Z L2T* K1:Z L3T* R/Ohm(Secundario) Fenómenos en el SING Ejemplo 1: Falla de alta resistencia ocurrido en el SING, Abril Rf=123,6 Ω 6

7 Fenómenos en el SING Ejemplo 2: Problemas de restricción en transmisión (situación actual). Zona Norte Déficit de generación en Zona Norte. Lagunas 220 kv Crucero 220 kv Líne a 220 kv Crucero Lagunas Cto. 1 a 220 kv Crucero Lagunas Cto. 2 Líne Collahuasi 220 kv a 220 kv Encuentro Collahuasi Línea Limitación por capacidad de régimen permanente. Limitación por capacidades transitorias. Transferencias máximas dinámicas, en función de Tº ambiente. Encuentro 220 kv Zona Centro Ajustes dinámicos de protecciones? Fenómenos en el SING Ejemplo 2: Problemas de restricción en transmisión, Marzo

8 Estudios de Protecciones. Estudios de Protecciones presentados para observaciones de la DO durante el año Proy. 90 Modif. Estudios EAF Estudios de Protecciones. Requerimiento: Flexibilidad en la determinación de los ajustes óptimos según las particularidades de la instalación y zona protegida. Cuándo está bien coordinado? Acotar la diversidad de criterios existentes. Definición de objetivos de protección de acuerdo a necesidad de la instalación, y conforme a NT SyCS. Considerar el desempeño sinérgico de: Ajustes propuestos. Esquemas propuestos. 8

9 Definición de Criterios. Cronograma de Trabajo Definición de criterios. (Etapa 0) Funciones de protección consideradas: -87B, 87T, 87TN, 87L. -21/21N, 21T, 67/67N. -50/51/50N/51N/50BF. -SOTF. Procedimiento DO Criterios de Ajuste y Coordinación de Protecciones para instalaciones sobre 200 kv del SING. Estado de Avance Etapa 1 Cronograma de Trabajo Función 87B. (Etapa 1) Conclusiones del Estudio: -Instalaciones conforme/no conforme. -Instalaciones que modifican ajustes. -Instalaciones que actualizan hardware. Implementación de soluciones de acuerdo a las conclusiones del Estudio Etapa 1. 9

10 Estado de Avance Etapa 2 Cronograma de Trabajo Función 50BF/TDD (Etapa 2) Recepción de antecedentes al 90% Estudio en desarrollo. Conclusiones del Estudio. Implementación de soluciones Estado de Avance de etapas restantes Cronograma de Trabajo Función 21/21N/85A/LE (Etapa 3) Función 51/51N/67/67N/85C (Etapa 4) 10

11 Estado de Avance de etapas restantes Cronograma de Trabajo Función 87L (Etapa 5) Función 87T, 87TN,50/51T,21T. (Etapa 6) Sistemas de Protección para el SING Interacción estática y dinámica Sistema de Protección. Históricamente se han tratado bajo un análisis estático, dentro de intervalos discretos de tiempo. (Subtransitorio, Transitorio y Permanente). Operacionalmente se presentan superposiciones en las escalas de tiempo, lo que unido a las actuales restricciones de los S.I. exigen una estrategia de protección que coordine desde los milisegundos, hasta los minutos. Protección Sistémica S.I.P.S. Protección Local Relés de protección instantáneos. COORDINACIÓN Protección Remota Relés de protección temporizados. 11

12 Sistemas de Protección para el SING Interacción estática y dinámica Monitoreo y protección dinámica para el SING WAMPAC S.I.P.S. S.P.R. Fuente: Electric Power System Tutorial, IEEE-PES Febrero 6, 2004 S.P.L. Nuevos Actores WAM-WAC-WAMPAC El SING requiere estar preparado para: Recibir masivamente fuentes renovables de energía no convencional. Generación de islas ante eventos de gran magnitud. Interconexión con otros Sistemas. Eficiencia y seguridad para la operación y control en tiempo real. Calidad y continuidad de servicio. SMART GRID? -BESS -HVDC - DR D.R. - D.G. -WAMS -WAMPAC PMU 12

13 Nuevos Actores WAM-WAC-WAMPAC Qué nos podría ofrecer una red WAM-WAMPAC en el SING? -Visibilidad en zonas donde el actual sistema SCADA presenta limitaciones. -Integración al Estimador de Estado EMS. -Análisis en tiempo real de fenómenos oscilatorios. -Evaluación del desempeño de los estabilizadores PSS. -Evaluación de formación de islas y planes de defensa contra contingencias extremas. -Control de despacho y transferencias en zonas críticas a tiempo real. -Monitoreo y aplicación de esquemas de protección en grandes áreas interconectadas. Nuevos Actores WAM-WAC-WAMPAC Por qué una red WAM-WAMPAC y no el Sistema SCADA? - Son sistemas complementarios, y no excluyentes. - Las aplicaciones del sistema WAM son: - Monitoreo en tiempo real. (escala de tiempo en mhz). - Esquemas de Protección Avanzados. ( Ajustes adaptativos). -Esquemas de Control Avanzados (DG y AGC). Atributo Medición Resolución Observabilidad Monitoreo Fasor RTU Analógica 2-4 m/c Estado Estac. Local NO PMU Digital m/c Transitorio. Área SI E.M.S. 13

14 Nuevos Actores WAM-WAC-WAMPAC SING 2012 PMU S/E Crucero 220 kv Nuevos Actores WAM-WAC-WAMPAC SING PMU WAM Piloto 14

15 DESAFÍOS PARA EL SING Sistemas de Protección Local. Que podemos esperar? - Consolidar el estándar que establece la NT SyCS y su próxima actualización. -Integración al Sistema de Monitoreo del SING. - Selectividad de los esquemas de protección con redundancia suficiente. La base del sistemas de protección eficiente está en un despeje local (punto de falla), rápido (inferior a 6 ciclos) y selectivo de acuerdo a la topología del sistema de potencia que la compone. DESAFÍOS PARA EL SING Sistemas de Protección Sistémica Que podemos esperar? - Consolidar el estándar que establece la NT SyCS y su próxima actualización. - Una mayor coordinación entre protecciones de respaldo, poniendo especial énfasis en los respaldos de primera adyacencia. - Estabilidad de los esquemas de protección frente a fenómenos sistémicos que inducen a operación errónea. Los esquemas de respaldo pueden afectar a los esquemas S.I.P.S. (EDAC/EDAG) por lo que su influencia y efecto debe estar contemplado en los estudios de coordinación de protecciones. 15

16 DESAFÍOS PARA EL SING Estabilidad Angular Inter-Áreas Que podemos esperar? - Consolidar el estándar que establece la NT SyCS y su próxima actualización. - La interconexión del SING con otros sistemas, puede entregar beneficios en continuidad de servicio haciendo más competitivos los precios de la energía. - Los rechazos de grandes bloques de energía incrementan la inestabilidad angular ostensiblemente. Los sistemas de protección deben estar preparados para fuertes oscilaciones inter-áreas, a su vez que los esquemas S.I.P.S. toman un nuevo rol. Sistemas de Protección para el SING Requerimientos Estáticos y Dinámicos Seminario Sistemas de Protecciones PUCV 2012 Erick Zbinden A. Departamento de Sistemas Eléctricos CDEC-SING Viña del Mar, 20 de Julio de