Centro Nacional de Metrología. Comité Electrotécnico Mexicano IEC

Transcripción

1 CALIDAD DE LA POTENCIA ELÉCTRICA Centro Nacional de Metrología Miembro del Comité Electrotécnico Mexicano IEC René Carranza López Padilla Noviembre 2013

2 CONTENIDO 1.INTRODUCCIÓN 2.METROLOGIA, NORMALIZACIÓN Y ACREDITACIÓN EN CALIDAD DE LA POTENCIA 3.RETOS EN LA MEDICIÓN DE CALIDAD DE LA POTENCIA 4.CONCLUSIONES

3 1. INTRODUCCIÓN

4 Disturbios en el sistema eléctrico: Calidad de la Potencia Eléctrica o Compatibilidad Electromagnética? Equipos Sistemas electrotécnicos Tecnologías electrotécnicas, de la información Normas, calibración y acreditación Personas

5 Disturbios en el sistema eléctrico 1.Abatimiento (sag) 2.Incremento (swell) 3.Corrimiento de frecuencia 4.Desbalance 5.Interrupciones 6.Armónicos 7.Flicker 8.Estabilidad de sistemas (sincrofasores) Condiciones normales de operación? Transitorios?

6 Falla 3 fases y liberada después de 200 ms 600 MVA 400 kv P 128 km R inicio de la falla columpio de potencia entre P y R Forma de onda de tensión en fase A en punto P fin de la falla

7 Decremento exponencial de amplitud y frecuencia inicio de la falla fin de la falla

8 Reto mundial: Calidad de la Potencia Eléctrica Calentamiento de neutro: desbalance Pérdidas V 2 /R Resonancia por armónicas Flicker Pérdidas en procesos industriales Calidad de la Potencia en Área Amplia (digitalizadores sincronizados por GPS) Estudio reciente: En Europa, los costos relacionados con la Calidad de la Potencia son responsables de una seria reducción del desempeño industrial, con un impacto económico que excede millones/año Impedancia de la Rd Red (mediciones de campo VS modelos de red) Pruebas de campo a Energías Renovables (CP y Eficiencia Energética)

9 Redes Eléctricas Inteligentes y Calidad dela Energía Red Eléctrica Inteligente Flujo bidireccional de potencia Generación remota y local Control de Redes de Área Amplia (WANs) Fuentes fluctuantes deenergía energía (eólica, fotovoltaico) Carga no lineal y difícil de predecir RETOS Control DINÁMICO de redes Calidad de la potencia en tiempo real

10 2. METROLOGÍA, NORMALIZACIÓN Y EVALUACIÓN DE LA CONFORMIDAD EN CALIDAD DE LA POTENCIA

11 Documentos de referencia IEC Métodos de medición e interpretación de resultados de medición de parámetros de calidad de la potencia IEC Requerimientos de instrumentos para medir componentes espectrales en frecuencias hasta 9 khz. IEC Especificación funcional para medidores de percepción de parpadeo (flicker) para fluctuaciones de la forma de onda de la tensión

12 Parámetros de calidad de la potencia Serie IEC Parámetros de calidad de la potencia Métodos de medición Frecuencia del sistema IEC Amplitud de la tensión dl del suministro i eléctrico IEC Abatimiento (dip) o incremento (swell) IEC Interrupciones de tensión IEC Transitorios de tensión IEC Desbalance de suministrode tensión IEC Señalización en el suministro de tensión IEC Cambios abruptos de tensión IEC Desviación por arriba/abajo IEC Armónicas de tensión IEC Inter armónicas de tensión (señal < 3 khz) IEC Parpadeo de la tensión (flicker) IEC

13 IEC : métodos de medición de calidad de la potencia definición de condiciones de medición de los parámetros de calidad asegurar la comparabilidad d de las mediciones i sin importar el instrumento utilizado ni las condiciones ambientales asegurar que el método de medición que utiliza un medidor, mida el mensurando de interés advierte sobre el efecto de los transductores de los medidores de calidad d de la potencia.

14 Abatimientos de tensión. (DIP) : reducción temporal de la tensión por arriba de un nivel determinado Modelo matemático Forma de onda v t V t V sen t A RMS Profundidad = porcentaje de U DIN o U SR A Udin profundidad residual histéresis Residual U res 0.0 Nivel de disparo =U DIN o U SR Histéresis = 2 % U din Medición básica = U RMS (1/2) Evaluación: U res y duración t 0 duración t 1 Incertidumbre U res < 0.2 U din

15 Incremento de tensión (swell) : incremento temporal de la tensión arriba de un nivel determinado Modelo matemático Forma de onda v t V t V sen t A RMS A Altura = porcentaje de U DIN o U SR máximo histéresis Residual U res U din 50.0 Nivel de disparo= U DIN o U SR Histéresis = 2 % U din Medición básica = U RMS (1/2) Evaluación: U MAX y duración t0 t1 Incertidumbre U SWELL < 0.2 U din t 0 duración t 1

16 Desbalance en el suministro de tensión Método de Componentes Simétricas convierte fasores desbalanceados (tensión o corriente), en tres conjuntos de secuencia de fase positiva (f sp ), negativa (f sn ) y cero (f sc ) una secuencia desbalanceada es igual a la suma de f sp + f sn + f sc V c V a V V a1 V a2 V a0 + + = V b0 V c0 V c1 V b1 V b2 V c2 V b V b2 V c2 Tensiones en desbalance iguales a la SUMA de: Secuencia Secuencia Secuencia positiva negativa cero f sp f sn f sc

17 Forma de Onda NRC05 Canadá Armónicas: 1 a 49 Con diferentes amplitudes y fases Referencia: resource.npl.co.uk/waveform/datafiles/nrc05.xml

18 Forma de Onda de Corriente IEC Clase A usada en NPL Inglaterra para servicio de calibración Armónicas: 1 a 39 Con diferentes amplitudes y fases Referencia: resource.npl.co.uk/waveform/datafiles/nrc05.xml

19 Forma de Onda de Corriente en horno de arco eléctrico. Armónicas: 1 a 9 Con diferentes amplitudes y fases igual a cero Referencia: resource.npl.co.uk/waveform/datafiles/nrc05.xml McGranaghan M.F, Dugan R.C, King J.A and Jewel W. T Distribution feeder harmonic study methodology. IEEE PAS_103, 1984

20 IEC : Flicker Conexión-desconexión de carga en procesos industriales Uso de dispositivos eléctricos de potencia en el suministro

21 IEC /2003 : técnicas de prueba y medición Medidor de Flicker especificaciones de diseño y funcionalidad Flicker es causado por variaciones en las cargas. Interés en variaciones de la amplitud de la carga. El medidor de Flicker simula la percepción humana de una lámpara incandescente

22 Metrología, Normalización y Evaluación de la Conformidad Patrones Nacionales CENAM ANCE, NYCE CFE Patrón de Referencia Parámetros de Calidad de la Potencia Eléctrica IEC IEC IEC Laboratorios acreditados Calibración y Pruebas Instrumentos de medición INDUSTRIA Usuarios en general

23 3. RETOS EN LA MEDICIÓN DE LA CALIDAD DE LA POTENCIA

24 MAPA RUTA TECNOLÓGICA: Metrología de Redes Inteligentes de Energía Compatibilidad Electromagnética Baja Frecuencia Realización experimental Patrón Nacional Calidad Energía Medición Calidad de la Potencia en sitio en Transmisión Patrón Nacional Watt Cuántico TP + TC banda ancha Margen reducido de carga (medición en sitio) Sensores remotos; optimización de redes Aplicación metrológica Medidores inteligentes avanzados Calibración medidores Calidad Potencia en campo Potencia y Energía en banda ancha Convertidores inteligentes de energía Metrología Sincrofasores Calidad de la Potencia de Área Amplia; impedancia de la Red Energy harvesting Metrología para modelos inteligentes: Predicción de Contingencias en RIE Metrología para semiconductores de baja potencia; iluminación de estado sólido; pérdidas en materiales Electrónica avanzada: inversores Metrología de Alta Tensión Continua (1.4 MV CC ) Ciencia y Tecnología Metrología Eléctrica en Tiempo Real Análisis Tiempo Frecuencia Amplitud Metrología Eléctrica Cuántica Efecto Josephson, Efecto HllI Hall, Impedancia, Potencia Transductores Tensión y Corriente de Banda Ancha Nanometrología Eléctrica Super Capacitores y Bt Baterías Super conductores

25 Energía Eléctrica (Inglaterra) Power Quality (PQ) EMC compatibility of equipment (appliances, meters, network devices) Reactive power management Wide area PQ measurements (field measurements) PQ propagation in grids Grid impedance PQ mitigation tools PQ intercomparisons Metering EMC compliance Metering of complex signals (bad PQ, field measurements) Improved metrology grade non invasive sensors for on site measurements Measurement/regulation/testing for consumers' meters/networks Legal metrology Linearity (low load performance, e.g. CTs) Overall system accuracy (system validation, effects of interference) Smart Meter calibration status monitoring / validation Metering supporting e mobility (cars, busses, trains)

26 Energía Eléctrica (Inglaterra) Reducing losses Loss measurement in HV/MV grids (e.g. HCDC converters IBGTs, power transformers) Power measurement of complex signals Metrology for support of efficiency claims System stability Losses in power electronics / converters Reactive power management Grid modelling/state estimation at MV/LV level (optimal sensor location) Distributed sensors, wide area monitoring (WAMPAC) in HV grids Distributed sensors, wide area monitoring (WAMPAC) in MV/LV grids Increase grid data availability for testing grid state estimation models Protection schemes / controlled islanding Real time control and balancing (power measurement rather than energy) Grid time stamped measurements and control Synchrophasor (PMU) traceability infrastructure Grid time and frequency traceability/infrastructure Study / modeling of effects of links with other grids (e.g. interdependency with gas grids, heating, water)

27 Abril 2013: Sismo en Michoacán: caída de frecuencia Medición de frecuencia CENAM

28 20:16:41 HRS DISPARO DE PETACALCO U 1, 3, 5 y 6 (1375 MW) FRECUENCIA EN GUATEMALA 20:16:44 HRS DISPARO DEL ENLACE MEX GUA CON 176 MW 20:23:06 HRS FREC. NOMINAL 20:17:17 HRS HZ DISPARO MDP U2 CON 130 MW FRECUENCIA EN CFE 20:17:08 HRS 59.3 HZ OPERACIÓN DEL PRIMER PASO DE ESQUEMAS DE BAJA FRECUENCIA

29 4. CONCLUSIONES

30 Calidad de la Potencia Eléctrica Cómo reaccionar ante un evento si: No veo lo que pasa (transductor no adecuado) No entiendo lo que está pasando (mediciones no coherentes con el modelo de la red eléctrica) Ante el mismo fenómeno: Actúo a tiempos distintos Recibo información diferente

31 Calidad y CONFIABILIDAD de la Potencia Un mismo parámetro de Calidad de la Potencia pero diferentes tecnologías de medición?? Trazabilidad a diferentes tecnologías de medición?? Insuficiencia i i de normas técnicas?? Insuficiencia de laboratorios de calibración y Insuficiencia de laboratorios de calibración y pruebas??

32 CALIDAD DE LA POTENCIA Así?

33 o así?

34 Gracias