Calidad de Servicio y Eficiencia Energética en Sistemas de Distribución. Implementación de Smart Grid en Sistemas de Distribución

Transcripción

1 Jornada de Capacitación Técnica Calidad de Servicio y Eficiencia Energética en Sistemas de Distribución Implementación de Smart Grid en Sistemas de Distribución Disertante: Carlos O. Maidana Dpto. : Ingeniería de Obras Página Nº 1

2 Que engloba el concepto de Smart Grid? El concepto Smart Grid consiste en la incorporación de inteligencia a la operación de las Redes Eléctricas a través del uso de nuevas tecnologías. Es un conjunto de agentes, que integran funcionalidades para obtener una red siempre disponible, viva, interactiva, interconectada y fuertemente acoplada con las comunicaciones en tiempo real El objetivo principal: suministrar un servicio de electricidad de calidad al usuario final. EQUIPOS O AGENTES: Unidad computacional inteligente con capacidad de razonamiento y decisión autónoma, con sus propios objetivos, estrategias, planes y capacidades de acción Percibe su entorno y es capaz de actuar sobre él Puede comunicarse y cooperar con otros agentes Página Nº 2

3 Agentes Participantes de un Smart Grid Conjunto de agentes inteligentes con intereses y objetivos propios que interaccionan entre si con la intención de cumplir con sus obligaciones Plataforma distribuida de unidades de toma de decisión autónomas e interconectadas capaces de comunicarse y colaborar Página Nº 3

4 Capacidades de los equipos para una Red Inteligente Elementos y Funciones necesarios Equipos con Inteligencia propia y capacidad de Detección de eventos. (Reguladores de Voltajes, Reconectadores, Seccionalizadores, Indicadores de Pasos de fallas, etc.). Redes de comunicación correctamente implementadas entre equipos. Información y/o Avisos instantáneos ( , sms, panel de alarmas, softwares propietarios). Elementos y Funciones Colaboradores Sistema de Supervisión y Control (SCADA, Paginas web embebidas, SCADA Web, etc). Redes de comunicación hacia los centros de supervisión. Palabra Clave: Modernización Replanteamiento de la Red Eléctrica según una nueva visión hacia un futuro Página Nº 4

5 Partes Componentes de una Red Inteligente SCADA Operadores Reconectador Personal De Guardia Seccionalizador Smart Grid Comunicaciones Seccionador Indicadores de paso de falla Página Nº 5

6 Ejemplo de Agentes Inteligentes Activos Reguladores Automáticos de Voltaje Reconectadores Automáticos Reposición Automática del Servicio Página Nº 6

7 Agente de Información Otros participantes de un sistema Smart Grid son los Indicadores de Pasos de Falla, que, si bien no realizan una operación o maniobra en la Red, son necesarios para minimizar la búsqueda de fallas y reposición de la red al servicio. Indicadores de Cortocircuito y Fallas a tierra Indicación remota por medio de enlaces Celular Página Nº 7

8 Dos conceptos importantes 1) SMART GRID en Redes de Distribución (Redes Inteligentes) 2) AUTOMATIZACION en Estaciones Transformadoras Página Nº 8

9 Sistema Smart Grid vs Automatización de Subestaciones Alimentadores de Salidas Limite de Estación Transformadora ESTACION TRANSFORMADORA (Automatización de SETs) SCADA Sistema de Supervisión RTU (Unidad Remota de Telecontrol) Equipos Protocolos de comunicación Redes de Comunicación Automatismos mediante IEC61850 (Enclavamientos, Interdisparos) SISTEMA DE DISTRIBUCION (Smart Grid) Equipos con Inteligencia y Autonomía Protocolos de comunicación Redes de Comunicación SCADA Redes de Comunicación Smart Grid Automatismos IEC61499 Automatismos mediante P2P Automatismos mediante Variables de Estados Automatismos IEC61499 Página Nº 9

10 Red de Distribución Tradicional y Futura El flujo de potencia predominante es uno solo, y los controles son controlados por operadores. Una red inteligente se caracteriza por experimentar flujos de potencia bidireccionales y la información para lograr una red automatizada. Utiliza las ventajas de la informática y las comunicaciones para ofrecer información en tiempo real y para permitir el equilibrio casi instantáneo de la oferta y la demanda. Página Nº 10

11 Ambientes de los Automatismos Página Nº 11

12 Ambientes de los Automatismos Página Nº 12

13 Funciones necesarias para lograr una Red Inteligente Recierres Tripolares Unipolares y Uni-tripolares Seccionamiento Teleoperado Seccionalización Automática de ramas Transferencias Automáticas en Cargas Críticas Readecuación Automática de redes anilladas Medición de Voltajes y Corrientes para las funciones Protecciones Direccionales Autoadecuables Comunicaciones Entre equipos IEC61499 (61850) Deslastre de Cargas distribuidas Sincronización de Eventos y análisis posterior Detección de pérdida de fuente y restauración automática Coordinación de Protecciones por zonas Redes de Comunicación Estables y seguras Información hacia SCADA y Operadores Regulación Automática de Tensiones Página Nº 13

14 Visión del Smart Grid, Características Una Red Fiable/Segura Una Red Estable La red del futuro debe: Una Red Económica Una Red Eficiente Respetuosa por el medio Ambiente Página Nº 14

15 Capacidades de un Smart Grid Autogestión de incidencias Autorestauración, (self-healing): haciendo continuamente evaluaciones para detectar, analizar, responder y, cuando resulta necesario, restaurar componentes o secciones de la red. Minimización de las interrupciones del servicio empleando nuevas tecnologías que puedan adquirir datos, ejecutar algoritmos de soporte a la decisión, advertir o limitar interrupciones, controlar dinámicamente el flujo de energía y restaurar el servicio rápidamente Capacidad instantánea de recuperación, elasticidad Una red tiene capacidad de recuperación cuando ante cambios en su estructura o pérdida de nodos es capaz de mantener una interacción viva, conservando su identidad y evitando el colapso de su funcionamiento Página Nº 15

16 Automatización en redes de Distribución Restauración Automática de Suministro Detección de Perdida de Suministro Protecciones Direccionales de Fases y tierra Coordinación de Secuencias de Zonas Medición de Voltajes en sus 6 polos Función ACO de Transferencia Automática Funciones de Automatismos mediante IEC Funciones de Automatismos mediante IEC Puertos de comunicación simultáneos Protocolos DNP-Serie/TCP, /104, 2179, punto a punto (P2P), 61499, CMS, Armónicas, Oscilografías, Interrupciones, Sag&Swell Funciones lógicas programables por el usuario Interrupción Tripolar, Unipolar y Uni-Tripolar Funcionamiento en modo Seccionalizador Un único Software de gestión para los equipos de campo Una red eléctrica inteligente, adaptable y flexible, para todas sus necesidades Página Nº 16

17 Automatismos mediante IEC CENTRO DE CONTROL Ethernet-Cu DNP3.0-TCP Reco-1 (S.E.T.) Ethernet-WIFI IEC61499(B) DNP3.0-TCP Ethernet-FO IEC61499(A) Ethernet-FO Reco-5 (Rural) IEC61499(A) IEC61499(A) Reco-2 (Urbano) Reco-4 (Urbano) Reco-3 (Urbano) Página Nº 17

18 Entorno de Programación con IEC Página Nº 18

19 A) Aplicaciones de Automatismos SISTEMA ACO: Cambiador Automático de Cargas La solución debe ser una implementación que resulte en una respuesta rápida de realimentación a una carga critica ante la falta de su fuente de alimentación principal. Se requiere entonces lógicas y algoritmos comunicados entre sendos equipos. Escenario 1 Escenario 2 Fuente Principal Fuente Respaldo Fuente Principal Fuente Respaldo Link Com. Link Com. CARGA Critica CARGA Critica Página Nº 19

20 A) Aplicaciones de Automatismos Comportamiento de una Red de Anillo: Perdida de una Fuente La situación se presenta cuando existen dos fuentes alimentando una red, y una de ellas pierde alimentación. Solo 2 ajustes importantes: R1=R7 : Reconectadores de Alimentación: Para aislar la SET en casos de Perdida de Energía (LSD Loss of Supply Detector) R4 : Punto de Reconectador abierto: Para cerrar y Restaurar Energía (ABR Automatic Backfeed Restoration) Fuente Nº1 R1 R2 R3 Fuente Nº2 R7 R6 R5 R4 Página Nº 20

21 Fuente Nº1 Escenario 1 (Inicial) Fuente Nº2 (R1) Detecta perdida de suministro A) Perdida de fuente R1 R2 R3 R7 R6 R5 (R4) Activa Función de Restitución Automática R4 Fuente Nº1 (R1) Abre Aislando la fuente R1 R2 R3 (R4) Cierra alimentando la Red. Escenario 2 (Final) Fuente Nº2 R7 R6 R5 R4 Página Nº 21

22 A) Aplicaciones de Automatismos Comportamiento de una Red de Anillo: Falla en una parte del anillo Fuente Nº1 Escenario 1 (Falla) Fuente Nº2 (R1) Abre por Protecciones R1 (+) I>> R2 R3 R7 R6 R5 (R4) Activa Función de Restitución Automática R4 Fuente Nº1 Escenario 2 (Restitución y Falla) Fuente Nº2 (R1) Queda Abierto R1 (-) I>> R2 R3 R7 (R2) Detecta falla direccional Negativa SELECTIVA R6 R5 (R4) Cierra Alimentando Inversamente R4 Página Nº 22

23 A) Falla en una parte del Anillo Análisis de fallas Opciones de solución Revisión de recursos y repuestos Información a la Guardia Activación de contingencias Pruebas de reposición Restitución del servicio. Información, estados y eventos sincronizados Fuente Nº1 Escenario 3 Restitución del Servicio Fuente Nº2 (R1) Queda Abierto R1 R2 R3 R7 Zona aislada (R2) Abre por protecciones R6 R5 (R4) Activa Función de Restitución Automática R4 Página Nº 23

24 B) Uso de Seccionalizadores -Un seccionalizador se utiliza en oportunidad de sectorizar ramas con imposibilidad de lograr selectividad de protecciones. -Imaginemos una situación de falla Aguas abajo del Seccionalizador S3. S1 S2 S3 Estación Transformadora R I>> S7 S4 S5 S6 Página Nº 24

25 B) Uso de Seccionalizadores y un Reconectador - Cuando se experimenta una falla, el Seccionalizador S3 la detecta y el Reconectador R realiza las operaciones de protección. - El servicio se ve afectado en todas las cargas S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7 Estación Transformadora R: Abre por protecciones y realiza operaciones de recierre R I=0Amp S1 S2 S3 S7 S4 S5 S6 Página Nº 25

26 B) Uso de Seccionalizadores y un Reconectador En el cierre según configuraciones de usuario, detecta que la falla persiste. Quien opera primero es el Seccionalizador S3 para que el Reconectador R pueda dar el suministro al resto de las cargas Estación Transformadora R: En algún cierre, S3 opera antes que R R I>> S1 S2 S3 S3: Se configura las cuentas de falla para despejarla antes que R opere. S7 S4 S5 S6 Página Nº 26

27 B) Un Reconectador con Seccionalizadores - Finalmente, el seccionalizador S3 separa la sección en falla dejando el resto de la red en servicio. S1 S2 S3 Estación Transformadora R S3: Aisla la falla para que el resto del sistema continúe en servicio. S7 S4 S5 S6 Página Nº 27

28 C) Indicadores de Pasos de Falla Nuestras Redes HOY en día y en el FUTURO HOY en día HOY en día y en el FUTURO Página Nº 28

29 C) Cuales son los Beneficios? 1º DETECCION DE LA FALLA.- Localización rápida y eficiente: Focalizado a la reenergización y a la transferencia de cargas..- Rápida restauración de la energía..- Minimizar el impacto económico por falta de suministro. 2º MONITOREO DE LA RED Evaluar y calcular predictivamente Página Nº 29

30 C) Ejemplo de Detección en redes aéreas Página Nº 30

31 C) Indicadores Convencionales e inteligentes en distancias importantes SET Privada SET Distribución Página Nº 31

32 C) Indicadores Convencionales e inteligentes en distancias importantes SET Privada SET Distribución Página Nº 32

33 C) Detección de paso de falla completa Página Nº 33

34 IEC Fundamentos de la Norma 1) Asegurar la interoperabilidad entre varios IED IED de diferentes fabricantes pueden intercambiar y usar información sobre medios de comunicación comunes 2) Independencia de proveedores Los IED al contar con la interoperabilidad, no le es necesario el realizar los proyectos con un solo fabricante 3) Descripción abierta de IED Reduce la ingeniería y la configuración. Las capacidades de los IED son descritas en forma estándar. Funciones, soluciones, y datos propietarios son aún permitidos y están disponibles Página Nº 34

35 Fundamentos de la Norma 4) Libre configuración Libre asignación de funciones en sistemas de configuraciones centralizadas o descentralizadas 5) Reducción del cableado eléctrico convencional Redes LAN en lugar de múltiples cables de cobre 6) A prueba de futuros desarrollos tecnológicos -Los servicios y las inversiones serán duraderas a pesar de los rápidos - cambios tecnológicos. -El estándar está diseñado para seguir tanto el progreso en las tecnologías de comunicación, como los requerimientos que envuelven a estos sistemas Página Nº 35

36 Protocolos mas empleados Las comunicaciones son realizadas a través de Ethernet. Cliente Servidor MMS: Se emplean reportes y control MMS. Es similar al concepto de SCADA Maestro-Esclavo. Publicador y Subscriptor GOOSE: (Generic Object-Oriented Substation Event): Transmisión simple y rápida de paquetes Ethernet modificados que contienen conjuntos de datos fijos. Actualizaciones rápidas entre pares en el sistema. Página Nº 36

37 Comunicación Horizontal Página Nº 37

38 Ventajas de la comunicación horizontal GOOSE Página Nº 38

39 Página Nº 39