SINCROFASORES Y SU APLICACIÓN EN CONTROL DE ÁREA AMPLIA EN SISTEMAS DE POTENCIA ANDRÉS EDUARDO PÉREZ FERNÁNDEZ

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1 SINCROFASORES Y SU APLICACIÓN EN CONTROL DE ÁREA AMPLIA EN SISTEMAS DE POTENCIA ANDRÉS EDUARDO PÉREZ FERNÁNDEZ UNIERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE ENERGÉTICA Y MECÁNICA PROGRAMA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA SANTIAGO DE CALI 0

2 SINCROFASORES Y SU APLICACIÓN EN CONTROL DE ÁREA AMPLIA EN SISTEMAS DE POTENCIA ANDRÉS EDUARDO PÉREZ FERNÁNDEZ Poyecto de Gado paa opta al título de Ingenieo Electicista Diecto JAIME QUINTERO RESTREPO Docto en Ingenieía Eléctica y Ciencias de la Computación UNIERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE ENERGÉTICA Y MECÁNICA PROGRAMA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA SANTIAGO DE CALI 0

3 Nota de Aceptación: Apobado po el Comité de Gado en cumplimiento de los equisitos exigidos po la Univesidad Autónoma de Occidente paa opta al título de Ingenieo Electicista OSCAR ANDRÉS ALMONACID Juado YURI ULIANO LOPEZ Juado Santiago de Cali, 3 de Mayo de 0 3

4 CONTENIDO RESUMEN 9 INTRODUCCIÓN 0 ANTECEDENTES JUSTIFICACIÓN 7 3 OBJETIOS 9 3. OBJETIO GENERAL 9 3. OBJETIOS ESPECÍFICOS 9 4 MARCO TEÓRICO 0 5 SINCROFASORES 3 5. REDES FASORIALES 6 5. CONCENTRADORES DE DATOS FASORIALES PDC UBICACIÓN DE PMU 3 6 SISTEMAS DE MONITOREO, PROTECCIÓN Y CONTROL DE ÁREA AMPLIA APLICACIONES DE MONITOREO DE ÁREA AMPLIA Cálculo de Paámetos de Línea Estimación de estado Esquemas APLICACIONES DE PROTECCIÓN Y CONTROL DE ÁREA AMPLIA Monitoeo témico de líneas de tansmisión Inestabilidad de oltaje Estabilidad de tansfeencia de potencia Oscilaciones de Potencia Contol de Modo de Gobenado Contol de Geneación Distibuida ARQUITECTURA WAMPCS 58 4

5 7 APLICACIÓN DE UNA ESTRATEGIA DE MONITOREO Y CONTROL SIMULACIÓN SISTEMA ACTUAL MONITOREO DE ESTABILIDAD DE OLTAJE Pimea petubación (Desconexión del tansfomado TR) Segunda petubación (Incemento súbito de demanda) ESTRATEGIA DE CONTROL PROPUESTA 70 8 CONCLUSIONES 87 BIBLIOGRAFÍA 89 5

6 LISTA DE TABLAS Tabla 7. Datos de Geneadoes 65 Tabla 7. Datos Tansfomadoes de Potencia 66 Tabla 7.3 Datos Líneas de Tansmisión 66 Tabla 7.4 Datos de demanda 66 Tabla 7.5 Estimación de estado de la ed en estado estacionaio 67 Tabla 7.6 Estimación de estado de la ed ante desconexión de TR 68 6

7 LISTA DE FIGURAS Figua. Plan de Actividades Poyecto SIRENA [0] 5 Figua 4. Equivalencia ente una onda coseno y un vecto otativo [] 0 Figua 4. Sistema de Medición Fasoial [4] 0 Figua 4.3 Sistema de Contol de Enegía de Áea Amplia [] Figua 5. Repesentación del faso de una onda sinusoidal [] 3 Figua 5. Señal sinusoidal de fecuencia constante [3] 4 Figua 5.3 Comunicación típica de una ed con PMU y PDC [] 7 Figua 5.4 Red Fasoial Típica. [] 7 Figua 5.5 Estimación de fasoes desde una muesta usando Tansfomada Disceta de Fouie [5] 9 Figua 5.6 Estimación de fasoes con una ventana móvil de la Tansfomada Disceta de Fouie [5] 30 Figua 5.7 Isla obsevable gacias a una PMU 3 Figua 6. Monitoeo, Potección y Contol de Áea Amplia [] 34 Figua 6. Monitoeo, Potección y Contol de Áea Amplia 36 Figua 6.3 Matiz Jacobiana H en foma de bloques [0] 40 Figua 6.4 Cobetua de PMUs sobe la ed del sistema de potencia [] 4 Figua 6.5 Medidas equeidas en estimación de estado. 44 Figua 6.6 Esquema Básico de implementación SP [6] 45 Figua 6.7 Esquema edundante con SP [6] 45 Figua 6.8 Cuva Potencia - oltaje [] 5 Figua 6.9 Sistema de Detección y Mitigación de estabilidad de oltaje [] 53 7

8 Figua 6.0 Límite de estabilidad, cuva de tansfeencia de potencia [] 54 Figua 6. Mediciones de Angulo y Fecuencia (Abbot - Pueto Rico) [6] 56 Figua 6. Difeencias de Angulo y desplazamiento de fecuencia [] 57 Figua 6.3 Esquema Anti-isla paa un inveso. [] 58 Figua 6.4 Estuctua de inteconexión de la ed fasoial, egión Occ [6] 59 Figua 6.5 Estuctua de inteconexión de la ed fasoial, egión O. [6] 60 Figua 6.6 Aquitectua NASPInet [7] 6 Figua 6.7 Jeaquía de tiempos de actuación, poyecto SIRENA. [8] 6 Figua 6.8 Aquitectua de Infomación, poyecto SIRENA. [8] 63 Figua 7. Red Simulada 65 Figua 7. Resultados gáficos de oltaje en NG, N y N3 69 Figua 7.3 Resultados gáficos de oltaje en NG, N, N3 y N4 70 Figua 7.4 Red de dos nodos. 7 Figua 7.5 Cicuito Equivalente Thevenin 77 Figua 7.6 Caacteística P-, Caso base 78 Figua 7.7 Diagama del Bloque de funciones aplicado al Nodo N 80 Figua 7.8 Recupeación de estabilidad de la ed. 8 Figua 7.9 Índice de Caga L, nodo N 83 Figua 7.0 Recupeación de estabilidad de la ed. 84 Figua 7. Índice de Caga L, nodo N 85 Figua 7. Aquitectua del sistema de contol 86 8

9 RESUMEN Ante la necesidad de competi en el mecado eléctico y de apovecha mejo los activos de las empesas electificadoas, se petenden utiliza heamientas claves como las tecnologías de comunicación, pocesamiento de señales, difusión de sinconismo global, ente otas en aplicaciones de monitoeo, potección y contol del sistema eléctico de potencia logando con esto una opeación eficiente dento de los mágenes elécticos, egulatoios y económicos existentes. Es en este ámbito que nace la idea de monitoea en tiempo eal el sistema de potencia, paa detecta situaciones de iesgo de inestabilidad y toma decisiones ápidas y acetadas limitando el tamaño de las egiones afectadas y evitando el colapso genealizado de las tensiones del sistema, lo cual binda la confianza paa opea la ed más ceca de sus límites opeativos, témicos y de estabilidad aumentando la eficiencia en el uso de activos de tansmisión y disminuyendo la invesión en constucción de nuevos cicuitos. Divesas tecnologías han sido desaolladas paa alcanza dicho popósito, siendo las Unidades de Medición Fasoial (PMU) las más epesentativas de la última década, ya que pemiten la adquisición de datos en tiempo eal, el mapeo del sistema de potencia de una gan extensión de teeno en un instante de tiempo peciso, y la educción de cálculos matemáticos paa establece el estado del sistema al adquii de cada ubicación medidas de tensión y coiente en magnitud y ángulo de fase especto a un punto de efeencia común y en un instante deteminado. Es po ello que sugió el inteés de elaboa el pesente tabajo de gado con el objetivo pincipal de aclaa cómo funcionan las PMU o sincofasoes y sus caacteísticas fundamentales. En consecuencia a lo lago de este documento se explica la aquitectua básica de inteconexión de Sincofasoes oientada a las aplicaciones de monitoeo y contol de áeas amplias, y se diseña una estategia básica de monitoeo y contol emedial que demuesta las ventajas de la aplicación de sincofasoes en este tipo de metodologías de contol. Al final del documento se ealizan puebas al esquema de contol planteado a tavés de simulaciones con el softwae de análisis de sistemas de potencia NEPLAN. Palabas Clave: Ingenieía Eléctica, Sistemas de Potencia, Monitoeo de SP, Potección y Contol de SP, Sincofasoes, PMU, Áea amplia, WAMS, WAMPC, NEPLAN. 9

10 INTRODUCCIÓN Con el cecimiento de la demanda eléctica se han incementado los poblemas y iesgos en la opeatividad del sistema debido a que se encuenta tabajando en los límites de su capacidad y la toleancia ante distubios se hace muy pequeña. Es de vital impotancia el uso y aplicación de sistemas de monitoeo y contol en tiempo eal paa el sistema eléctico donde la implementación de la eciente tecnología de sincofasoes se vuelve opotuna ya que pemite la educción de los cálculos necesaios paa detemina el estado del sistema. [] En el pasado no ea posible monitoea, en tiempo eal, los ángulos elativos de fase de todas las tensiones e intensidades de la ed, debido a la falta de capacidad de pocesamiento y a las gandes dificultades popias de la ecolección, coodinación y sinconización de los datos de la ed, esto ha cambiado totalmente gacias a las nuevas tecnologías en comunicación, medición, pocesamiento electónico de datos y sinconización a tavés de satélites que en unión con los sincofasoes, bindan un nuevo escenaio donde se facilita la implementación de un impotante númeo de aplicaciones que pemiten aumenta la eficacia de la ed, heamientas que facilitan el conocimiento del estado del sistema de potencia y su opeación confiable ceca a los límites elécticos y físicos. [] Este poyecto petende descibi el concepto de sincofaso abodando las caacteísticas de funcionamiento pincipales de las unidades de medición de fasoes PMU, demostando las ventajas de su aplicación a tavés de un esquema básico de monitoeo y contol basado en sincofasoes. Paa ello el poyecto se fundamenta en investigaciones bibliogáficas y la simulación de un esquema de contol de inestabilidad de voltaje a tavés de una heamienta computacional como el softwae de análisis de sistemas de potencia NEPLAN. 0

11 ANTECEDENTES El sistema de tansmisión de enegía eléctica se puede considea como una máquina que utiliza una gan cantidad de potencia en su funcionamiento, su estabilidad depende del equilibio dinámico ente la enegía que es inyectada al sistema y la enegía extaída del mismo, así como de la distibución del flujo de potencia que esulta de la opeación del sistema. Con el objetivo de mantene el sistema eléctico en un estable funcionamiento ante difeentes condiciones de opeación, los opeadoes de ed deben gestiona de manea eficiente dicho flujo de enegía consideando los siguientes aspectos [3]: La enegía eléctica que es tanspotada po la ed de tansmisión se debe consumi a la misma velocidad que se genea, manteniendo una ecuación ente consumo y geneación. Las leyes físicas que contolan el compotamiento de la enegía eléctica, deteminan el de la popia ed de tansmisión. La ecuación ente la enegía inyectada y la extaída debe cumplise bajo todas las condiciones de opeación del sistema. Sin embago, en condiciones nomales o anómalas cualquiea o ambos téminos vaían, po lo que el sistema eléctico debe eacciona y adaptase de acuedo a leyes físicas paa mantene la igualdad ante dichas vaiaciones, el esultado final depende tanto del estado de equilibio pevio como de la magnitud de la vaiación o petubación de la igualdad. Paa mantene el sistema bajo contol y tanspota la enegía eléctica, dento de paámetos de calidad adecuados que gaanticen el mínimo deteioo de los componentes del sistema eléctico y eviten el colapso de una pate o de la totalidad de la ed, se aplican sistemas de potección y contol a la ed eléctica. Dichos sistemas de potección y contol están constituidos po pocesos automáticos y manuales, los pimeos se establecen con equipos físicos y aplicaciones de softwae que eaccionan de manea automática ante las vaiaciones que puedan poducise; los pocesos de intevención manual se fundamentan en pocedimientos que indican a los opeadoes la foma coecta de actua ante deteminadas situaciones así como de la popia capacidad de los opeadoes de actua de manea eficaz ante eventos inespeados y no documentados [3].

12 De este modo, divesos dispositivos de contol se encuentan distibuidos en la ed eléctica de tansmisión, instalados po las compañías elécticas, como son los estabilizadoes, compensadoes estáticos de potencia eactiva (SC), Contoladoes de flujo de potencia, ente otos, diseñados paa mejoa las funciones de contol objetivo. Sin embago, en todos los casos los contoladoes utilizan señales locales como ealimentación, po lo cual las acciones de contol pueden ocasiona vaiaciones más gandes que la petubación inicial en la ecuación de enegía debido a que los fenómenos a contola están definidos en téminos de las vaiables geneales en todas las egiones del sistema. En consecuencia, los contoladoes actuales dependen de un modelo matemático del poceso de contol, la dinámica del sistema y la elación ente vaiables locales y el estado del sistema. No obstante el contol no es exacto, ya que ente más peciso sea, también seá más complejo y las elaciones matemáticas en algunos casos se vuelven inmanejables; po lo cual se equiee enconta tecnologías o esquemas de contol que eliminen el bucle de contol de la incetidumbe popia del modelo matemático paa obtene una espuesta opotuna ante las petubaciones en el sistema []. Así, la ed de tanspote de enegía eléctica se encuenta susceptible de pede el equilibio dinámico, ocasionando un colapso que oigine apagones, afectando egiones dento de un país o el país enteo. A este poblema se suma el cecimiento de la demanda de los sistemas elécticos de potencia sin un cecimiento popocional en la infaestuctua del sevicio, convitiéndose en un eto de gan complejidad paa los ingenieos encagados de la opeación del sistema eléctico, quienes son los esponsables de gestiona la distibución adecuada del flujo de enegía manteniendo el equilibio, de manea que la ed funcione de foma estable dento de un amplio magen de condiciones de opeación, incluidas las de ecupeación tas una falla. [3] Este eto plantea un esfuezo mayo paa las tecnologías de monitoeo y contol de sistemas elécticos donde la velocidad de espuesta y la sinconización de eventos toman un papel fundamental en el momento de diagnostica fallas del sistema o gaantiza la confiabilidad del mismo ante divesos distubios. Las nuevas tecnologías en medición fasoial sinconizada (sincofasoes) se pesentan como una impotante heamienta de evaluación paa los opeadoes del sistema al medi el estado del sistema eléctico en tiempo eal, de manea que el contolado tenga infomación suficiente paa decidi las acciones popicias a efectua sobe el Sistema Inteconectado cuando se pesenten violaciones de los

13 límites de opeación y oscilaciones que puedan se pejudiciales paa la estabilidad del sistema. [] Sus oígenes se pueden extende hasta los 70 s, época en la cual apaecen los Relés de Distancia de Componentes Siméticas (SDCR) los cuales utilizaban componentes siméticas de voltajes y coientes paa conveti 6 ecuaciones de falla, de una línea de tansmisión tifásica, en una única ecuación. [5] En la pimea etapa de la década de los 80 s los satélites GPS se desplegaban en un númeo significativo, haciéndose clao que el uso de señales de tiempo GPS, como entadas de los sistemas de medida de los elés digitales, seía una gan heamienta que haía posible la estimación instantánea del estado del sistema de potencia. Es así como en 988 nace la pimea Unidad de Medición Fasoial o PMU (po sus siglas en inglés) sinconizada mediante un pulso de eloj poveniente de un GPS (Sistema de Posicionamiento Global), ésta fue desaollada po el tecnológico de iginia. Peo es hasta 995 que se desaolla el estánda IEEE344, en el cual se denomina a la PMU sinconizada mediante GPS como sincofaso [4]. El estánda IEEE 344, denominado "la noma del sincofaso" fue eemplazado po la noma IEEE C37-8 en el 005. Esta última ha sido ampliamente aceptada como el método pefeido paa adapta las mediciones de sincofasoes. Esta noma define las mediciones de fasoes sinconizados usados en aplicaciones del sistema de Potencia, además binda métodos paa cuantifica las medidas, puebas paa gaantiza las mediciones, límites de eo paa las puebas y potocolos de comunicación de los datos en tiempo eal. [6] Con los nuevos avances en pocesamiento de señales y equipo, los sincofasoes pueden se usados paa esolve una gan vaiedad de poblemas de potección, automatización y contol del sistema de potencia. Estos poveen una nueva foma de analiza distubios gandes y pequeños en un sistema de potencia siendo apovechados en aplicaciones de estimación de estado, contol y potección; esquemas que han sido estudiados duante años, aunque su implementación en sistemas eales es educida actualmente. [5] Las PMUs se integan, a tavés de Concentadoes de Datos Fasoiales (PDC) en sistemas de Monitoeo de Áea Amplia (WAMS po sus siglas en inglés) paa infoma al gesto del sistema de tansmisión del estado actual de la ed facilitando 3

14 las taeas de planificación y gestión de las opeaciones sobe la ed eléctica. La industia y los opeadoes de las edes elécticas en geneal se han dado cuenta de la impotancia de esta tecnología y sus ventajas fomentando sus aplicaciones en todo el mundo. [6] Ente los poyectos conocidos de aplicación de PMUs que se cuentan en Asia, Euopa y Améica se destaca la Iniciativa de Sincofaso de Note Améica (NASPI), un poyecto común, paa el cual el Depatamento de Enegía de Estados Unidos (DOE), la Copoación de Confiabilidad Eléctica de Note Améica (NERC), las opeadoas elécticas de Note Améica, vendedoes, consultoes, gupos de investigación fedeales, pivados y académicos están colaboando con el objetivo de mejoa la confiabilidad del sistema eléctico a tavés de la medición, monitoeo y contol de áea amplia basados en sincofasoes. [7] En China, la instalación de PMUs se inició en 995 y paa el año 009 ya se habían instalado 700 unidades de medición fasoial cuya aplicación pincipal ea la de monitoea y visualiza la dinámica y capacidad de tansmisión del sistema de potencia en tiempo eal, así como las oscilaciones inte-áea de baja fecuencia implementado en 7 edes egionales y 6 povinciales ente las que se encuentan Shandong, Guizhou, Guangdong y la povincia de Yunnan [8]. En Euopa, los opeadoes del sistema de tansmisión de los países Nódicos (Dinamaca, Finlandia, Islandia, Nouega y Suecia) han establecido ente sí un vínculo de coopeación llamado Nodel, con el objetivo de cea condiciones de opeación eficiente. Cada país tiene necesidades y expectativas enegéticas difeentes, po ejemplo Dinamaca busca aumenta su geneación a tavés de fuentes eólicas mientas Nouega lo hace a tavés de hidoelécticas, debido a esto la pevisión del compotamiento de los flujos de potencia se vuelve una taea compleja. Desde el año 006 estos países han desaollado sus popios Sistemas de Monitoeo en tiempo eal basados en PMUs paa el análisis de petubaciones y su evolución en puntos estatégicos de la ed; paa el año 008 habían sido instaladas más de 30 PMUs. [9] En México, la Comisión Fedeal de Enegía (CFE) ha implementado un poyecto paa aumenta la seguidad e integidad del Sistema de Potencia utilizando más de 40 unidades de medición fasoial epatidos en las egiones e Baja Califonia Su, Baja Califonia Note y el Sistema de Inteconexión Eléctica. En Basil se está implementando actualmente un enome sistema de Monitoeo, Potección y Contol de Áea Amplia (WAMPC) basado en mediciones fasoiales 4

15 buscando aumenta la confiabilidad y la eficiencia del sistema de potencia. Los poyectos se comenzaon a desaolla desde el 005 a modo de un pototipo que constaba de un concentado de datos fasoiales (PDC) y tes PMUs instaladas en la egión su de Basil [8]. En Julio del 007, XM (Expetos en Mecados) pesentó en Colombia el poyecto Sistema de Respaldo Nacional (SIRENA) que busca implementa estategias e infaestuctuas que pemitan ejece contol y potección del Sistema de Tansmisión Nacional paa peveni y mitiga la ocuencia de eventos de gan magnitud [0]. Este poyecto nace en espuesta al apagón total que sufió el Sistema Inteconectado Nacional en Abil del 007 y espea cumpli su objetivo en un lapso de cinco años a tavés de las siguientes pácticas, en las cuales se fundamenta la uta mostada en la Figua.: Uso de última tecnología en monitoeo de sistemas de potencia con PMU. Uso intensivo de Telecomunicaciones. Apovechamiento de capacidades de computación distibuida. Uso de nuevos métodos de análisis y simulación de sistemas de potencia. Implementación de sistemas WAMS / WACS. Apoximación a tecnologías de Smat Gids en el SIN. Figua. Plan de Actividades Poyecto SIRENA [0] 5

16 Las aplicaciones WAMS (Wide Aea Monitoing) en las que se ha centado XM, paa desaolla su mapa de uta, son: Monitoeo del estado global de la ed eléctica. Estimación de estado en tiempo eal sin cálculos iteativos. Monitoeo de Estabilidad en tiempo eal. Cálculo de paámetos de líneas y tansfomadoes. Localización de fallas. Paa implementa el poyecto SIRENA se han ubicado PMUs en subestaciones clave, ubicación deteminada con base en satisface la necesidad de identifica oscilaciones inte-áea, incementa el áea de obsevabilidad geogáfica y minimiza el númeo de equipos equeidos. Este poyecto contempla la supevisión de subestaciones como Sabanalaga, Ocaña, Guavio, San Calos, Ancón Su, Esmealda, Sochagota, Toca, Chivo, Yumbo, Betania, y Jamondino. Las PMUs instaladas en dichas subestaciones, son una combinación de PMU desaolladas po XM y otas de otos fabicantes (ABB y Abite). [0]. Actualmente XM con el poyecto SIRENA se encuenta en la fase final del poceso de Investigación y Desaollo Tecnológico, afonta la fase de integación del sistema de contol dejando sentadas las bases paa futuas implementaciones en monitoeo y contol de áea amplia (WAMS WACS). 6

17 JUSTIFICACIÓN Factoes como el cecimiento en la demanda y la tendencia de instala unidades de geneación independientes incementan la necesidad de supevisa en tiempo eal las vaiables elécticas que deteminan el estado del sistema, ya que las líneas de tansmisión tabajan más ceca de sus capacidades máximas aumentando la difeencia angula en sus extemos y educiendo los mágenes de estabilidad del sistema, mientas el cecimiento en estaciones de geneación independiente hace más compleja la opeación diaia []. Además las condiciones actuales del mecado eléctico agavan el panoama incementando el iesgo de inestabilidades y colapsos bajo la pesión de la demanda y la búsqueda po pate de las compañías elécticas de tanspota mayo potencia sin incementa su infaestuctua. Bajo estas consideaciones, las compañías elécticas equieen heamientas que les pemitan aumenta la eficiencia de sus edes, incementando su capacidad de tanspote de foma segua sin ecui al incemento de sus activos [3]. Heamientas impotantes son los avances en las tecnologías de comunicación, pocesamiento digital de señales, difusión de sinconismo global que hacen posible la implementación de aplicaciones de monitoeo, potección y contol del sistema paa loga una opeación eficiente dento de los mágenes elécticos y económicos existentes. El monitoeo del sistema en tiempo eal pemite detecta situaciones de iesgo de inestabilidad y toma decisiones ápidas que limiten las egiones afectadas y eviten el colapso genealizado de las tensiones del sistema. Paa ello, una de las vaiables a considea es la sepaación angula ente nodos sepaados, lo cual es una medida de estés o esfuezo exageado del sistema de tansmisión en condiciones nomales de opeación [3]. En consecuencia, ángulos y magnitudes de tensiones e intensidades medidas en un tiempo peciso, son infomaciones básicas paa caacteiza las condiciones opeativas y de estabilidad del sistema de tansmisión. Con la tecnología actual estas mediciones sinconizadas pueden se obtenidas a tavés de Unidades de Medición Fasoial y son denominadas como sincofasoes. Los sincofasoes han sido usados pincipalmente paa validaciones del modelo del sistema de potencia, análisis posteio a eventos, visualización en tiempo eal y 7

18 otas actividades similaes. No obstante, los sincofasoes tienen un potencial más allá del monitoeo y la visualización, los sincofasoes contibuián a la opeación de sistemas de potencia de manea confiable y económica apovechando las estuctuas de contol en tiempo eal y los esquemas de potección aplicados en sistemas de supevisión y contol de áea amplia (WAMS / WACS), [] incluyendo ente sus funciones: Detección y coección de estabilidad de voltaje Detección de inestabilidad de pequeña señal Contol de Islas Contol de fuentes de geneación intemitentes e inteconexión de ed Con los ecientes esfuezos alededo del mundo paa hace que las edes del sistema eléctico sean más eficientes e "inteligentes", el contol basado en sincofasoes se ha convetido en núcleo de esta nueva tecnología de ed inteligente (Smat-Gid) [] a nivel del esquema de Tansmisión de enegía eléctica, debido a que estos esquemas de monitoeo, potección, automatización y contol, gacias a la matemática fasoial, equieen menos datos del sistema paa povee esultados nítidos en compaación a los métodos tadicionales que involucan infomación de muchas vaiables elécticas como tensiones, coientes, potencias activa y eactiva, estado de elementos de desconexión y capacidad de pocesamiento paa calcula los ángulos de las baas de tansmisión. Además de detemina el estado del sistema con menos datos que en los métodos tadicionales, los sincofasoes mejoan ampliamente la confiabilidad de dichos datos y los esultados obtenidos, al establece una efeencia de tiempo única paa todas las medidas del sistema, logando compila los datos específicos de un solo estado del sistema eléctico paa la estimación de vaiables, educiendo la incetidumbe ocasionada po los etados en las vías de comunicación y tansfeencia de los datos medidos ente las subestaciones y los centos de contol paa la estimación de estado con métodos convencionales. 8

19 3 OBJETIOS 3. OBJETIO GENERAL Defini y aclaa las caacteísticas y el funcionamiento de los sincofasoes a tavés de un esquema de monitoeo y contol de áea amplia. 3. OBJETIOS ESPECÍFICOS Defini y aclaa que es un sincofaso y su funcionamiento básico. Explica la aquitectua básica de inteconexión de dispositivos Sincofasoes paa la aplicación de un sistema de monitoeo y contol de áea amplia. Diseña una estategia de monitoeo y contol de áea amplia que mueste las ventajas de las PMUs en este tipo de contol, desde el punto de vista de la estabilidad y la confiabilidad. Modela el esquema de contol utilizando PMUs en una heamienta computacional. 9

20 4 MARCO TEÓRICO Un faso es la epesentación de las ondas senoidales de la ed eléctica (voltajes ó coientes) a tavés de la poyección en el eje eal, de un vecto que ota a una velocidad angula ω fomando en un instante t=0, un ángulo φ con especto al eje eal. (Figua 4.). Los instantes de tiempo de la "fotogafía" del vecto otativo definen los valoes máximos de una onda coseno de efeencia de foma que la fase del faso X epesenta el desfase ente dicha onda de efeencia y la onda coseno obsevada. [] Figua 4. Equivalencia ente una onda coseno y un vecto otativo [] Los sincofasoes, en téminos geneales, son mediciones de fasoes que están sinconizadas con la hoa UTC (Univesal Time Coodinated) y que cean una onda coseno de fecuencia nominal (50 ó 60 Hz) como efeencia. Figua 4. Sistema de Medición Fasoial [4] 0

21 La Noma IEEE C37-8 ha sido ampliamente aceptada como el método pefeido paa adapta las mediciones de sincofasoes ya que define las mediciones de fasoes sinconizados usados en aplicaciones del sistema de Potencia, además binda métodos paa cuantifica las medidas, puebas paa gaantiza las mediciones, límites de eo paa las puebas y potocolos de comunicación de los datos en tiempo eal. [6] Con los nuevos avances en pocesamiento de señales y equipo, los sincofasoes son ahoa una heamienta clave paa esolve una gan vaiedad de poblemas de potección, automatización y contol del sistema de potencia. Los sincofasoes poveen una nueva foma de analiza distubios gandes y pequeños en un sistema de potencia siendo apovechados en aplicaciones de estimación de estado, contol y potección, esquemas que han sido estudiados duante años. [5] Las aplicaciones que usan sincofasoes han sido desaolladas paa la detección de pedida de sinconismo, estimación de estado de multi-áea, identificación de modos de oscilación, potección de estabilidad de voltaje y monitoeo de sistemas dinámicos. La última aplicación paa los sincofasoes es el contol de áea amplia en tiempo eal (Real-time Wide-aea Contol) []. Las PMU ofecen opciones atactivas paa mejoa las acciones de contol y potección de los sistemas modenos de potencia al esolve la incoheencia del tiempo de los datos distibuidos colocando un sello de tiempo a los datos y alineando las mediciones especto a un tiempo común paa el pocesamiento. Actualmente la aplicación de mediciones fasoiales se ha limitado a la colección de datos paa un análisis posteio a los eventos y al monitoeo de sistemas. Los esquemas de potección y contol de áea amplia (WAMPC po sus siglas en inglés) no han sido ampliamente aplicados aún y los gupos de investigación alededo del mundo continúan desaollando nuevas aplicaciones que genealmente caben en tes categoías: [] Monitoeo de Sistemas de Potencia Potección de edes avanzadas (Wide Aea) Esquemas de contol avanzados El concepto de un sistema de contol de áea amplia y tiempo sinconizado es mostado en la figua 4.3. Este sistema utiliza un Pocesado de ecto

22 Sincofaso (SP) [6] paa establece el contol sinconizado en un sistema de áea amplia. Aquí los datos son enviados desde cada sistema de potencia local hacia el SP, el cual toma los datos, accede al pefil de voltajes de todo el sistema y envía los puntos de ajuste de voltaje optimizados hasta cada contol de tap. Figua 4.3 Sistema de Contol de Enegía de Áea Amplia [] Las PMU pueden povee administación local de funciones de sistema como deslaste de caga po bajo voltaje, potección de sobecaga, etc. Los datos que son enviados a los PDC (Phaso Data Collecto) pueden sevi a aplicaciones de estimación de estado y estabilidad de voltaje. Además los datos desde los teminales de la misma línea pueden se usados paa el monitoeo témico de líneas y detección de oscilaciones de potencia. Estas aplicaciones pueden tae acciones de contol ealimentado y potección a tavés de las PMU o el sistema de adquisición de datos SCADA (Supevisoy Contol And Data Acquisition). [] Las aplicaciones WAMPC consisten de dos categoías básicas: Aplicaciones en subestaciones locales y aplicaciones en el sistema o en los centos de opeación egional. Esta clasificación pemite toma ventaja de la inteligencia local y el pode de decisión en la PMU de la subestación paa toma acciones coectivas (o adaptativas) localmente ante los eventos del sistema de potencia mientas se mantiene el contol geneal del sistema en los centos de opeación.

23 5 SINCROFASORES Paa el análisis de un cicuito eléctico se emplean ecuaciones difeenciales que lo modelan, las cuales intoducen dificultades debido a expesiones como X (t) = X m cos(ωt+ɸ) típicas de ondas sinusoidales de la coiente altena y vaiables en el tiempo. Con el popósito de conveti las ecuaciones difeenciales en ecuaciones algebaicas odinaias, se intodujeon en el análisis de cicuitos los fasoes, siendo estos últimos númeos complejos asociados con una onda sinusoidal nomalmente a una fecuencia única, la magnitud del faso es la misma magnitud de la onda y su ángulo es la fase de la onda en un tiempo inicial, así la coiente altena epesentada po la cuva de la izquieda de la Figua 5. puede expesase también con el diagama de la deecha de la misma figua siendo su expesión matemática, donde Xm es el valo ms de la señal y Φ es el ángulo de fase instantáneo elativo a una onda coseno en fecuencia nominal [3]: X = X R +jx L = (X m / )(e jɸ ) (5.) Figua 5. Repesentación del faso de una onda sinusoidal [] De esta foma, el ángulo de fase ente dos ondas sinusoidales que tienen la misma fecuencia no depende del tiempo ni de la fecuencia misma, únicamente depende del tiempo de inicio de cada onda. Sin embago, al obseva la señal con foma sinusoidal cada cieto intevalo de tiempo, podemos encontanos con dos posibles valoes paa el faso. 3

24 Si el intevalo de obsevación es múltiplo enteo del peiodo de la onda sinusoidal se obtendá una faso de valo constante paa cada obsevación, en caso contaio el faso obsevado tendá un valo constante definido como el máximo valo de la onda, peo el ángulo de fase vaiaá paa cada obsevación, como se muesta en la siguiente figua. Figua 5. Señal sinusoidal de fecuencia constante obsevada en intevalos no múltiplos de su peiodo [3] Los fasoes son aplicados en los estudios de sistemas de potencia donde los paámetos son constantes y se tiene una fecuencia deteminada (Flujos de caga, Cotocicuito, etc) [4]. Además de obtene una impotante simplificación matemática, este sistema educe las necesidades de sistemas electónicos complejos y capacidades de pocesamiento, haciendo posible la supevisión de la ed con unidades de medición de fasoes []. La noma IEEE C37.8 de 005 define al sincofaso como aquel faso que ha sido calculado a pati de los datos muesteados usando una señal de tiempo estánda como efeencia paa la medición, de tal foma que los fasoes tomados de sitios emotos tengan una elación de fase común definida. [3] Los sincofasoes, en téminos geneales, son mediciones de fasoes que están sinconizadas con la hoa UTC (Univesal Time Coodinated), donde los dispositivos encagados de ealiza estas mediciones (PMU) cean intenamente 4

25 una onda coseno de fecuencia nominal (50 ó 60 Hz) como efeencia. Dicha sinconización debe se pecisa ya que un desfase de tan solo µs povocaá un eo en el ángulo de fase de 0,06 paa un sistema a 60 Hz ó de 0,08 paa un sistema a 50 Hz. [3] El eo en la deteminación del ángulo de fase se debe, en gan medida, a la fuente de sinconización. Una fuente confiable paa detemina el tiempo es el Sistema de Posicionamiento Global o GPS el cual fue desaollado instalado y actualmente opeado po el Depatamento de Defensa de los Estados Unidos (DoD) y consiste en 4 satélites en óbita alededo de la Tiea gaantizando una cobetua de mínimo 4 satélites. El GPS ofece una pecisión de 0, µs. Las unidades de medición fasoial muestean el voltaje y coiente del sistema de potencia a tavés de los tansfomadoes de instumentación instalados en la subestación, en la conexión de estos equipos se emplean filtos y atenuadoes. Una vez medido el faso, la unidad de medición (PMU) pepaa un mensaje con la maca del tiempo y los datos del faso en un fomato definido inicialmente po la noma IEEE344 en 995 (Esta noma fue sustituida po la IEEE C37.8 en el año 005), de tal modo que pueda tansmitise a un luga distante a tavés de cualquie enlace de comunicaciones que se encuente disponible. Cabe aclaa que el cumplimiento del fomato definido po la IEEE C37.8 no es equeido en actividades de achivo históico o monitoeo, peo si lo es en sistemas de contol de tiempo eal. Las unidades de medición fasoial se consideaban como dispositivos sepaados de la funcionalidad de otos equipos dento de una subestación y sus pecios ean altos po lo que se debía justifica muy bien su invesión, po lo que su aplicación no se había extendido con mucha fueza. Actualmente los elés de distancia incluyen ente sus funciones la capacidad de toma medidas fasoiales sinconizadas funcionando estos como PMU y a su vez incopoando las funciones típicas de potección de líneas. Los sincofasoes han sido usados pincipalmente paa validaciones del modelo del sistema de potencia, análisis posteio a eventos, visualización en tiempo eal, y otas actividades similaes. No obstante, los sincofasoes tienen un potencial más allá del monitoeo y la visualización, estos contibuián a la opeación de sistemas de potencia de manea confiable y económica apovechando las estuctuas de contol en tiempo eal y los esquemas de potección, incluyendo ente sus aplicaciones [5]: 5

26 Detección y coección de inestabilidad de voltaje Detección de inestabilidad de pequeña señal Contol de Islas Contol de fuentes de geneación intemitentes e inteconexión de ed La dinámica del sistema de potencia se puede obseva a tavés del estado de las máquinas sincónicas las cuales se adaptan a las difeentes condiciones de opeación mientas intecambian potencia activa y eactiva con el sistema [4]. Po ello, paa tene un indicado del desempeño dinámico del sistema, se puede medi el desplazamiento angula ente el toque mecánico y el toque eléctico de la máquina o el faso de voltaje a tavés de su eactancia tansitoia. 5. REDES FASORIALES Una ed fasoial simple consiste de nodos, en uno de ellos se conecta un medido de fasoes (PMU) que establece comunicación con un concentado de datos fasoiales (PDC) en el segundo nodo []. Dicha comunicación, como se muesta en la figua 5.3, puede se ealizada a tavés de alguna de las divesas tecnologías de comunicación actuales, es deci, puede se ealizada a tavés de cableado diecto, edes de adio, micoondas, teléfono, adio digital o combinando estas tecnologías. El potocolo de comunicación está descito en la noma IEEE C37.8. Una ed fasoial, como la mostada en la figua 5.3 y simplificada en la figua 5.4, contempla los siguientes elementos: Geneación de mediciones Sinconización de las mediciones Tansmisión de infomación Concentación y pocesamiento de infomación Inteface Hombe-Máquina. 6

27 Figua 5.3 Comunicación típica de una ed con PMU y PDC [] Figua 5.4 Red Fasoial Típica. [] 7

28 La etapa de geneación de las mediciones consiste en la obtención del faso epesentativo de una onda a pati de las muestas que de ella obtiene un sistema de medida digital. El método más empleado paa ealiza estas mediciones se basa en el muesteo de la onda a fecuencia constante y múltiplo de la fecuencia nominal, la medición del etado, con especto a una onda patón ceada po el instumento de medida y la posteio aplicación de la tansfomada Disceta de Fouie sobe las muestas tomadas paa obtene el faso de una única fecuencia paso necesaio debido a que la señal medida es una onda compuesta po muchas ondas senoidales a fecuencias difeentes. Aplicando algunas opeaciones sobe el esultado se obtienen la amplitud y fase del faso epesentativo de la onda muesteada. [5] Paa mayo infomación el lecto puede diigise a textos de cálculo donde se tiene una mayo pofundidad en la explicación de los métodos de Tansfomada de Fouie o en el documento de efeencia bibliogáfica de los autoes A.G. Phadke y J.S. Thop titulado "Synchonized Phaso Measuements and thei Applications", en el cual se ealiza un análisis del tatamiento de funciones con seies y tansfomadas de Fouie y el muesteo de señales utilizando estos métodos. Una señal sinusoidal x(t) con fecuencia kf o epesentada en seies de Fouie como x( t) ak cos(kf ot) bk sen(kf ot), y tiene epesentación fasoial de la foma [5]: X j k ak bk e, Donde la aíz cuadada de dos se aplica paa obtene el valo ms de la onda y ɸ es el ángulo ente las componentes b k y a k. Usando la elación de los coeficientes de la seie de Fouie con la Tansfomada Disceta de Fouie (DFT), la epesentación del faso del k-amónico está dada po: X k. N N n0 x( nt ) e kn N X k N N n0 kn x( nt ) cos N kn jsen N 8

29 Donde T define los intevalos unifomes en los cuales la señal es muesteada y N es el númeo de muestas tomadas en un espacio de tiempo definido. Reemplazando x(n T) po x n y π/n po θ, donde θ es el ángulo muesteado en téminos del peiodo de la componente a fecuencia fundamental se obtiene la ecuación 6., el esquema de muesteo de la señal es pesentado en la figua 5.5. X k N n0 N x n cos kn jsenkn (5.) Figua 5.5 Estimación de fasoes desde una muesta usando Tansfomada Disceta de Fouie [5] Se han desaollado algoitmos paa el cálculo del faso que actualizan el valo estimado con cada nueva muesta adquiida, haciendo de la estimación del faso un poceso continuo. Estos algoitmos en su foma básica, ealizan los cálculos necesaios en la estimación del faso paa una ventana de N muestas consideando los datos X n=0 hasta el dato X N-, paa la actualización del faso con una nueva muesta adquiida, efectúan las mismas opeaciones peo consideando el coimiento de la ventana de muestas, es deci, se ejecutaán los cálculos tomando las muestas X n= hasta el dato X N, luego paa X n= hasta el dato X N+ y así sucesivamente, como se pesenta en la siguiente figua. 9

30 Figua 5.6 Estimación de fasoes con una ventana móvil de la Tansfomada Disceta de Fouie [5] Paa que el faso caacteístico obtenido sea denominado sincofaso, la onda de efeencia con la cual fue compaada la muesta, debe esta sinconizada con la Onda coseno univesal. La foma más simple de consegui esto es mediante la utilización de una fuente extena de sinconismo (po ejemplo una señal pocedente de un GPS), a pati de la cual cada equipo esinconice la fase de su faso de efeencia. En téminos geneales, una PMU utiliza un faso de efeencia constituido po una onda coseno a fecuencia nominal y que se sinconiza de tal foma que el inicio de cada segundo coincida con uno de sus máximos. Entonces cada medido tansmitiá, po algún medio de comunicación, a un pocesado cental los ángulos calculados junto con el tiempo específico en el que se hizo la medición, dicho pocesado calculaá el desfase como la substacción ente los ángulos tomando como minuendo el ángulo medido po una de las PMU, pedefinida como efeencia. 5. CONCENTRADORES DE DATOS FASORIALES PDC Los Concentadoes de Datos fasoiales, comúnmente conocidos como PDC po sus siglas en inglés, son pocesadoes de comunicación basados en micopocesadoes, diseñados paa sevi de inteface y agupa los datos de medición enviados po las PMU con su espectiva bandea de tiempo, logando cea colecciones extensas y coelacionadas de fasoes. Sin embago esta no es su única función ya que su tecnología pemite Ejecuta evisiones de calidad de 30

31 los datos de fasoes e inseta las bandeas apopiadas dento del flujo de datos coelacionados. [6] Además los PDC pemiten gaba achivos o datos paa ealiza un análisis posteio, así como monitoea mediciones globales las cuales son mostadas a tavés de un display. Un PDC posee cieto númeo de salidas especializadas lo que pemite acoplalo a un sistema SCADA o a un sistema EMS (Enegy Management System), conectando estas salidas a un computado pesonal con el softwae adecuado, se loga calcula y visualiza vaiables como fecuencias, voltajes, coientes, MW y Ma del sistema eléctico de potencia. 5.3 UBICACIÓN DE PMU Paa obtene un sistema de monitoeo total de una ed eléctica, lo ideal es coloca equipos de medición en cada nodo de la ed a supevisa. Sin embago, esto no es viable debido a esticciones de tipo económico y de administación de la infomación obtenida de cada nodo. Po consiguiente se debe planea un sistema de monitoeo con un gupo de equipos de medida ubicados estatégicamente, logando así las mediciones suficientes paa mantene la supevisión de todo el sistema. Se dice que un sistema es obsevable cuando se pueden obtene, mediante una medida puntual o a tavés de cálculos basados en mediciones disponibles, las magnitudes y los ángulos de las tensiones en todos sus nodos. Paa loga una ed obsevable se ealiza un análisis topológico que detemina si es posible constui un ábol de mediciones que abaque toda la ed eléctica. [6] En el poceso de selección de la ubicación más adecuada paa las PMU se aplican algunas eglas basadas en las leyes de Ohm y Kichoff, estas eglas son: Una línea es obsevables cuando se conoce la coiente (en las tes fases) que cicula a tavés de ella. Una baa es obsevable cuando se conoce la tensión (en las tes fases) a la que se encuenta. La obsevabilidad se deiva de la medida eal y/o del cálculo a pati de medidas eales y los datos de impedancia de las líneas de la ed. 3

32 Cualquie baa a la que llegue una línea obsevable, pocedente de una baa obsevable, es a su vez obsevable. Cualquie línea que conecte dos baas obsevables, es obsevable. Si todas las líneas que llegan a una baa obsevable, son obsevables excepto una, dicha línea es obsevable también. La figua 5.7, pesenta el áea obsevable obtenida gacias a la aplicación de una sola PMU. Figua 5.7 Isla obsevable gacias a una PMU Cuando se ha obtenido, a tavés de la aplicación de las eglas anteioes, una ed obsevable, son aplicados cietos algoitmos que pemiten optimiza la obsevabilidad de la ed educiendo el númeo de PMUs a instala y consideando citeios de esticción como el costo de instalación de equipos en cietas zonas de un país. 3

33 6 SISTEMAS DE MONITOREO, PROTECCIÓN Y CONTROL DE ÁREA AMPLIA Las edes de áea amplia son edes infomáticas que se extienden sobe un áea geogáfica extensa que puede se un país o incluso un continente. Su función fundamental está oientada a la inteconexión de edes o equipos teminales que se encuentan ubicados a gandes distancias ente sí; paa ello cuentan con una infaestuctua basada en nodos de conmutación que llevan a cabo la inteconexión de dichos elementos, po los que fluye un volumen apeciable de infomación de manea continua. [7] Los sistemas de monitoeo de áea amplia WAMS no son un concepto nuevo, actualmente se puede obseva este tipo de tecnología distibuida po el mundo con la implementación del sistema SCADA/EMS [8]. Sin embago estos sistemas tienen limitaciones en los tiempos de muesteo (>s) y sólo pemiten obtene una estimación del estado del sistema, con eoes algunas veces iemediables, debidos a los tiempos de adquisición de datos y a los supuestos matemáticos en los modelos de ed. Las PMUs se implementan en estas edes de monitoeo de áea amplia, lo que pemite conta con una mejo estimación de vaiables de opeación y una obsevabilidad casi completa de la ed eléctica, logando con las medidas sinconizadas de fasoes la imagen instantánea del sistema de potencia y su compotamiento en tiempo eal. Es impotante indica que el potencial de aplicación de los sincofasoes va más allá del monitoeo de sistemas de áea amplia (WAMS) al considea los desaollos a lago plazo que se están dando en el mundo, donde los datos de fasoes sinconizados son usados, además del monitoeo, paa potección y contol de edes en tiempo eal. [] En la Figua 6. se muestan, de manea sencilla, los alcances del WAMPC (Wide Aea Monitoing, Potection and Contol), donde la PMU no es sólo un ecolecto de datos sino un dispositivo de potección y contol. Esta pecepción se debe a que la PMU puede administa localmente funciones como el deslaste de caga ante condiciones de baja fecuencia o bajo voltaje, potección de sobecaga y las estuctuas inteconectadas a tavés de los PDC pueden acoplase también a otos sistemas de contol de áea amplia apotando sus mediciones paa loga mayo eficacia en la detección y esolución de fallas. 33

34 Figua 6. Monitoeo, Potección y Contol de Áea Amplia [] Las aplicaciones de los sistemas WAMPC (Wide Aea Monitoing Potection and Contol) se pueden clasifica en dos gandes categoías, que simplifican la visión de estos sistemas, las cuales han sido denominadas de acuedo al gado de implementación de dichos sistemas en la estuctua geneal del sistema eléctico. Las categoías son: - Aplicaciones en subestación local: Apovechamiento de la "inteligencia" y el pode de decisión local en la PMU de cada subestación paa obtene acciones coectivas o adaptativas coodinadas ante eventos en el sistema de potencia. - Aplicaciones en sistemas o centos de opeación egional: Administación de contol sobe todo el sistema en los centos de opeación. 34

35 Aplicaciones en subestación local: Divesas aplicaciones de contol y monitoeo han sido implementadas en las subestaciones paa apoya la opeación del sistema, ente las que se incluye: egulación de voltaje, compensación de caga eactiva, deslaste de caga po bajo voltaje o baja fecuencia, etc. Estas funciones miden vaiables en la subestación y toman acciones automáticamente según angos especificados peviamente. Con este tipo de funciones implementadas en las PMU y a tavés de una coodinación eficiente se mejoa en gan medida el tatamiento de petubaciones en áea amplia. [] Aplicaciones de Opeación del sistema: Este tipo de aplicaciones no están inmesas en las PMU, sino que son implementadas en los computadoes de los centos de opeación y contol egional o en otos puntos de la ed. Estas aplicaciones pueden se implementadas paa mantene o conduci al sistema a un punto de opeación específico utilizando los datos de los sincofasoes []. Algunas de estas aplicaciones son: o Cálculo de paámetos de líneas de tansmisión o Monitoeo témico de líneas de tansmisión o Evaluación de estado del sistema o Inestabilidad de oltaje o Estabilidad de Tansfeencia de potencia o Oscilación de potencia o Otas A su vez las aplicaciones de los sistemas WAMPC basados en sincofasoes se pueden clasifica según su funcionalidad dento del sistema, sepaándose en dos gupos que son la estuctua fundamental de este tipo de sistemas, Aplicaciones de Monitoeo y Aplicaciones de Potección y Contol. Los cuales se desciben a continuación. 6. APLICACIONES DE MONITOREO DE ÁREA AMPLIA La finalidad pincipal de los sistemas de monitoeo de áea amplia, es dota a los opeadoes de la ed eléctica de un sistema de infomación amplia con heamientas de análisis que incementen la velocidad de detección y espuesta ante situaciones de iesgo pemitiendo a los opeadoes de la ed toma decisiones más acetadas y con mayo apidez peviniendo eventos incontolables o salidas de opeación en cascada. Este objetivo conviete a este tipo de 35

36 aplicaciones en fundamento de las aplicaciones de contol y potección siendo su implementación el pime paso a da en poyectos WAMPC. [6] 6.. Cálculo de Paámetos de Línea. La impedancia de las líneas de tansmisión suele se calculada a pati de las caacteísticas geométicas y elécticas de los conductoes que las confoman. En dicho cálculo se ealizan apoximaciones o supuestos que conllevan a eoes en el esultado, a continuación se desciben bevemente las vaiables más significativas que apotan al eo y son aplicadas en el cálculo habitual: - Resistencia de los conductoes: Su valo vaía con la tempeatua ambiente y el flujo de potencia a tavés de ellos. Algunas líneas de tansmisión pesentan en la ealidad, secciones con difeentes tipos de conducto. - Geometía: Existen vaiaciones en la configuación de las toes a lo lago del ecoido de una línea de tansmisión, po lo que se considea usualmente un valo medio. Los paámetos de impedancia de una línea de tansmisión pueden se calculados usando una PMU en cada teminal de la línea, lo que pemite elimina las fuentes de eo. La PMU mide los sincofasoes de voltaje y coiente en los teminales: S, R, I S e I R, de esta foma se pueden computa los paámetos de línea R, X L y X C. Con estos esultados se pueden obtene "pefiles" ante difeentes condiciones de caga ó ambientales calculando secciones π distibuidas, como se muesta en la figua 6. lo que binda la posibilidad de detemina los pefiles de voltaje a tavés de la línea en cualquie condición de tansmisión. [] Figua 6. Monitoeo, Potección y Contol de Áea Amplia Paa el modelo π de la línea de tansmisión pesentado en la figua, las ecuaciones que elacionan las tensiones e intensidades de secuencia diecta en ambos extemos de la línea se muestan a continuación (Ecuación 6. y 6.). Cabe aclaa que estas ecuaciones pueden se utilizadas tanto paa líneas aéeas como paa cables que se consideen como líneas medias o cotas (longitud < 00 36

37 km paa líneas o < 30 km paa cables). Paa líneas lagas se puede utiliza un modelo de paámetos distibuidos aplicando ecuaciones difeenciales paciales en función del tiempo. [9] I S I R Y (6.) S R S R R S R Z (6.) I I Donde, Y : Admitancia en deivación total (S) Z : Impedancia seie total (Ω) S : oltaje en la baa de suministo de potencia () R : oltaje en la baa de ecepción de potencia () I S : Coiente suministada (A) I R : Coiente ecibida (A) S 6.. Estimación de estado. Esta aplicación pemite al opeado del sistema conoce el valo de los ángulos elativos ente difeentes zonas de la ed y toma mejoes decisiones con el objetivo de mantene la integidad del sistema de potencia duante los eventos que causan salidas indeseadas de geneación o capacidad de tansmisión ya que la difeencia en aumento de los ángulos implica un incemento en la tensión estática ente los dos puntos desencadenando inestabilidad y cotes de enegía paciales o totales. [0] La estimación de estado es ampliamente utilizada en los centos de contol de las edes elécticas paa enconta el punto de opeación de la ed eléctica en un instante de tiempo y detemina el estado de las vaiables elécticas de la ed y el nivel de "estés" que la ed expeimenta en un momento dado. [6] Hasta el momento la estimación de estado es ealizada con mediciones de la magnitud de tensiones y flujos de potencia activa y eactiva en los nodos de la ed eléctica. Estas medidas son obtenidas a tavés de sistemas de supevisión contol y adquisición de datos SCADA y usadas en conjunto con el modelo de impedancia paa calcula los valoes estimados de los ángulos en difeentes zonas del sistema, lo que conlleva a impecisiones que se acumulan desde los puntos de medida, así como de las ecuaciones y modelos utilizados paa calcula el sistema. 37