Medición Fasorial en el Sistema Interconectado Nacional. Encuentro Nacional de Operadores Mayo 19, 2011

Transcripción

1 1 Medición Fasorial en el Sistema Interconectado Nacional Encuentro Nacional de Operadores Mayo 19, 2011

2 Temario 2 Introducción Proyecto SIRENA Análisis del SIN basados en Modelos angulares usando PMU s. Herramientas de Análisis basadas en datos fasoriales. Propuesta de arquitectura para el sistema de información fasorial.

3 3 Proyecto SIRENA - Antecedentes El proyecto Sistema de Respaldo Nacional ante eventos de gran magnitud (SIRENA) nace en el año 2007 luego del apagón total que sufrió el Sistema Interconectado Nacional Colombiano en abril de ese año. El proyecto se propone como una acción de XM en la procura de implementar sistemas que pudiesen responder ante eventos de rara ocurrencia pero de gran impacto. Evento de Red Torca Contingencia Extrema en el SIN Actuación esperada del Esquema de Respaldo Frecuencia (Hz) 59.8 Frec_Medellin Frec_Torca Frec_SnMateo Frec_EPSA Frec_Flores Frec_Guatig Evento de Red Guavio-Circo Evento de Red Sochagota-Guatiguará Tiempo (s)

4 Visión Proyecto SIRENA Sistema de Respaldo Nacional ante Eventos 4 Caribe El proyecto SIRENA busca en el largo plazo implementar un Esquema de Protección de la Integridad del Sistema (ESPIS) de nueva generación, que permita ejercer control y protección del sistema para prevenir y mitigar la ocurrencia de eventos de gran magnitud Nordeste Se espera cumplir esta meta en un lapso de 3 a 5 años e involucra inversión en CT+I Suroccidental Antioquia Oriental Aspectos Fundamentales Uso de última tecnología en monitoreo de Sistemas de Potencia (PMU) Uso intensivo de Telecomunicaciones Explotar capacidades de computación distribuida Uso de nuevos métodos de análisis y simulación de sistemas de potencia Implementará un sistema WAMS / WACS Iniciar la aproximación a tecnologías de smart grids en el SIN

5 Medición Fasorial PDC Las señales de diferentes puntos del sistema son comparadas a una señal de referencia (una onda coseno con una frecuencia precisamente igual a la nominal del sistema). Ángulos de voltajes y frecuencias son entonces comparados a está onda para producir la medida del sincrofasor. Los datos son enviados por canales de comunicación con gran ancho de banda y concentrados en un sitio central a través de un software especializado (PDC).

6 Plan de Actividades del Proyecto 6 Estado Actual ESPIS con tecnologías convencionales Apropiación tecnológica PMU y WAMS Desarrollo prototipo WAMS Integración WAMS a Centro de Control Desarrollo WACS Investigación y Desarrollo Tecnológico Desarrollo Regulatorio ESPIS y WAMS/WACS

7 7 Análisis del SIN basados en Modelos angulares usando PMU s.

8 8 Caracterización Angular. Caracterización de la interconexión. Validación del Modelo (DigSilent).

9 Aplicaciones WAMS 9 El ángulo del voltaje en sistemas de potencia es un síntoma muy precoz del comportamiento de la red. El estudio del ángulo en diversas barras de un sistema permite identificar situaciones que podrían llegar a ser peligrosas. Pero, que hacer con todos los ángulos del sistema?

10 Potencialidades de Observación y Control con PMU 10 Máxima Importación Caribe Máxima Importación Suroccidental

11 Áreas de Corte Área de corte 1 Área de corte 2 11 Área de corte 3 Área de corte 4

12 Potencialidades de Observación y Control con PMU 12 Al simular contingencias extremas como disparos de subestaciones o contingencias superiores a N-1, se ha encontrado que solo con observar el comportamiento angular es factible identificar sub-áreas problema. El mecanismo propuesto es identificar grupos angulares coherentes, medir su velocidad angular de separación del grupo principal, y según su dirección (adelanto o atraso), discernir si el problema involucra la necesidad de disparar generación o carga. Contingencia N 2 a la costa El proyecto I+D XM UPB está identificando las diferentes maneras de agrupación de ángulos, la obtención de promedios por áreas operativas, la identificación de grupos de corte angular y la determinación de ángulos de referencia.

13 CONTINGENCIAS EXTREMAS Resultados Proyecto de Investigación UPB 13 CONTINGENCIAS EXTREMAS SALIDA DE SUBESTACIÓN CON ALTA DEMANDA CONTINGENCIA N-2 (CARIBE) Eventos sucesivos originan colapso Área en condición límite

14 CONTINGENCIA EXTREMA SALIDA Disparo de una Subestación SUBESTACIÓN SISTEMA ANTES DE LA CONTINGENCIA 14

15 CONTINGENCIA EXTREMA SALIDA Disparo de una Subestación SUBESTACIÓN DISPARO DE SUBESTACIÓN 15

16 CONTINGENCIA EXTREMA SALIDA Disparo de una Subestación SUBESTACIÓN SALIDA DE LÍNEAS GUAVIO CIRCO 220 kv 16

17 CONTINGENCIA EXTREMA SALIDA Disparo de una Subestación SUBESTACIÓN SALIDA DE LÍNEAS GUAVIO TUNAL Y GUAVIO REFORMA 17 Blackout WAMPAC

18 Contingencia N 2 CONTINGENCIA EXTREMA N- 2 CARIBE OPERACIÓN NORMAL 18 6,5 Copey: Ocaña:-11.81

19 Contingencia N 2 CONTINGENCIA EXTREMA N- 2 CARIBE 19 Salida líneas Porce III - Cerro y Primavera -Cerro 2,4 Evolución Fasores Contingencia N-2: Líneas de interconexión de Antioquia-Caribe. Caribe interconectado únicamente con Nordeste

20 Caracterización de la interconexión Colombia- Ecuador 20

21 Caracterización de la interconexión Colombia- Ecuador 21

22 Validación del Modelo, Evento disparo de línea Cerro-Primavera 22 Diferencia Angular San Carlos- Sabana Angulo en grad dos DIG PMU's 0 42:1 42:1 42:2 42:2 42:2 42:2 42:2 42:3

23 23 23 Herramientas de Análisis basadas en datos fasoriales

24 24 Estabilidad Oscilatoria. Históricos. Análisis en tiempo real (gusano) Alarmas de distanciamiento angular. Medición de estado distribuido. Desarrollo: Impedancia vista por el relé.

25 WAMS/Conciencia Situacional Phasor Point 25

26 Estabilidad Oscilatoria, Phasor Point (Psymetrix) 26 Visualización general de análisis de oscilaciones en el SIN. Análisis del comportamiento de oscilación de baja frecuencia.

27 Se detectan claramente dos oscilaciones predominantes correspondientes a 0.49 Hz (Ecuador) y 0.05 Hz 27 Oscilación detectada con Ecuador (0.49 Hz). En esta oscilación se aprecia como la PMU s de Betania detecta oscilación contra el sistema central En esta oscilación se aprecia como todo el Sistema oscila en fase

28 Islanding, Phasor Point (Psymetrix) 28

29 PI GUSANO FRECUENCIAS 29 GUSANO CON DELTAS DE FRECUENCIA (REF. SAN CARLOS)

30 Registro de Eventos 30

31 Relés de Distancia, Desarrollo con librerías de OpenPDC 31

32 32 Propuesta de arquitectura para el sistema de información fasorial

33 33 Alto volumen de información. Requerimientos de ancho de banda. Prototipo. Propuesta de NASPI y Psymetrix. PMU en IEC61850.

34 Diseño Conceptual Arquitectura de Datos 34 Centro de control CND SCADA EMS Osisoft PI Super PDC Psymetrix Phasor Point Phasor Data Bus IEEE C VPN + Firewall VPN + Firewall Aplicaciones XM Super PDC Anchos de Banda Kbps # de Muestras por Seg # de PMU , RED WAN Smart Grid IDD/PDC Local IDD/PDC Local IDD/PDC Local SuperPDC Transmisor Nacional Operador de Red C / IEC C / IEC C / IEC Subestación Subestación Subestación Cálculos de ancho de banda para una PMU monitoreando 3 fasores de voltaje y 3 de corriente

35 Optimización de Ancho de banda en el envió de datos fasoriales desde una S/E 35 Ancho de banda requerido para el envió de datos fasoriales desde la S/E (60 fps y 6 Ctos): Sin PDC Local 3V y 3I por Cto: Kbps. Con PDC Local 3V y 3I por Cto: Kbps. Con PDC Local 3V por S/E y 3I por Cto: 65.36Kbps.

36 Propuesta de Psymetrix

37 Propuesta de NASPI: Phasor Gateways

38 PMU s en IEC La adquisición de datos análogos la realiza la PIU, realizando la conversión análogo-digital. En el bus de proceso se tienen muestras digitales a ratas superiores a 256 muestras por ciclo de cada señal. El IED realiza el análisis fasorial propio de las PMU teniendo como resultado fasores de tensión y corriente. El IED puede obtener datos diferentes a las señales de tensión y corriente, como estado de interruptores, relés,etc. Para ser enviados en protocolo IEEE C37.118

39 PMU s en IEC La evolución del monitoreo de datos fasoriales en IEC presenta nuevas oportunidades y retos para fabricantes y empresas del sector. La visión actual de PMU como equipo cableado a CT s y PT s desaparece. Adopción del CIM (Common Information Model) como herramienta de intercambio de información entre la S/E y el Centro de Control.

40 Conclusiones 40 El proyecto SIRENA ha superado las etapas de asimilación de la tecnología de PMU y de identificación de su potencialidad. El proyecto de I+D XM UPB y el diseño conceptual del SIRENA han establecido las bases para las futuras implementaciones de WAMPAC. Finalmente, con la instalación del prototipo WAMS en 12 subestaciones del STN, con las herramientas de monitoreo de estabilidad y el diseño e implementación de la arquitectura de información, se ha desarrollado una plataforma sólida de investigación para las siguientes fases del proyecto. Lo logrado hasta hoy, ha puesto al sector eléctrico colombiano en el grupo de vanguardia que lidera la I+D de esta nueva tecnología, y ha permitido a XM pertenecer al grupo élite de operadores de sistemas de potencia que procuran implementar sistemas WAMPAC para la detección, prevención y mitigación de apagones.

41 41 Muchas gracias! Preguntas y comentarios: Ramón Alberto León raleon@xm.com.co Jorge Enrique Gómez jegomez@xm.com.co Samuel Sánchez ssanchez@xm.com.co

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