Sistemas de Monitoreo para Sistemas Eléctricos de Potencia. Erick Zbinden A. Departamento de Integridad del Sistema 25 de julio de 2016

Transcripción

1 CENTRO DE DESPACHO ECONÓMICO DE CARGA SISTEMA INTERCONECTADO NORTE GRANDE Sistemas de Monitoreo para Sistemas Eléctricos de Potencia. Erick Zbinden A. Departamento de Integridad del Sistema 25 de julio de 2016

2 Contexto Eólica Solar Geotermia Generación Libre de Emisiones SOx, NOx, CO2. Nuclear Hidroelectricidad

3 Contexto Transformación de matrices energéticas Transformación de redes. Emisiones por tecnología, en su ciclo de vida (tco2eq/gwh) Reducción por tecnología al 2050 Eólica Nuclear Hidro Geotermia Solar PV Biomasa Gas Carbon Fuente: WG III AR5 IPCC 2014 Otros renovables 3% Nuclear 13% Biomasa 4% Gran Hidro. 3% Solar PV 9% CSP 7% Eólico OffS. 3% Eólico OnS. 9% CCS 19% Ahorro Electrico 29% cambio combustible 1% Fuente: NEA - IEA

4 Grandes Interconexiones CONSUMO ANUAL TWh Chile 2015: 0,072 TWh

5 Grandes Interconexiones Consumo 2014: 1040 TWh Chile 2015: 0,072 TWh

6 Grandes Interconexiones Sistema de Monitoreo Equipamiento de medición y evaluación de datos con procesamiento algorítmico conjunto, incluyendo adquisición de datos sincronizada, almacenamiento de datos y redes de comunicación.

7 Mega Apagones EUA: Noviembre, 1965 Falla en ST de NYC, deja sin suministro a 25 millones de personas por 14 hrs. EUA: Julio, 1977 Un rayo golpea el ST de NYC, afectando a 20 millones de personas por 25 hrs. Canadá: Marzo, 1989 Tormenta solar deja sin suministro 8 millones de personas, arrastrando parte de EUA. Brasil: Marzo, 1999 Un rayo sobre una S/E en Sao Paulo deja sin servicio a 97 millones de personas por 5 horas, al perderse una línea del ST con Itaipú.

8 Mega Apagones Estados Unidos: Agosto, 2003 Falla en ST del medio-oeste, produce salida en cascada de varias líneas dejando a 50 millones de personas sin servicio por 24 hrs. Suiza - Italia: Septiembre, 2003 Falla en el ST produce un apagón del 95% de Italia, dejando sin servicio a 50 millones de personas por 18 horas. Grecia: Julio, 2004 Cambios de demanda y uso intensivo de A/C dejan a 7 millones de griegos sin servicio a pocas semanas de comenzar los JJ.OO de Atenas. Indonesia: Agosto, 2005 Desbalances sostenidos en el ST sacan de servicio diversas centrales generadoras, dejando sin suministro a 100 millones de personas por mas de 5 horas.

9 Megas Apagones Alemania: Noviembre, 2006 Transmisor alemán desconecta una LAT para que un crucero pase debajo de ella por un canal de forma segura. Esta desconexión produce la un apagón en Alemania, Francia, Italia y España, afectando a más de 10 millones de personas. China: Enero, 2008 Tormentas en la zona de Chenzhou afectan los ST causando un apagón para 4 millones de personas, el que se mantiene por 2 semanas. 11 técnicos fallecieron en los intentos de restauración. Brasil: Noviembre, 2009 Tormentas en la zona de Itaipú afectan el ST afectando a 60 millones de personas por 3 horas, afectando además a la totalidad de Paraguay. India: Julio, 2012 Fallas en el ST del norte de India produce un efecto en cascada afectando a 370 millones de personas durante 15 hrs.

10 Mega Apagones INDIA: 31 de Julio de Mientras se recuperaba el servicio del apagón iniciado 18 hrs antes, dos fallas simultáneas en el centro de India dejan sin suministro eléctrico a 650 millones de personas. A partir del año 2000, se observa que: Hay una mayor ocurrencia de Mega-Apagones. Es sensible la seguridad del sistema de transmisión. Hay contagio de la perturbación arrastrando grandes extensiones interconectadas. Entre el 2003 y 2012 hubo 12 apagones de alto impacto, incluyendo los de Austria (2003), Londres (2003), Suecia-Dinamarca (2003) y Moscú (2005). Son los sistemas de protecciones los responsables? Son los sistemas de control los adecuados? Pueden los sistemas SCADA enfrentar esta situación?

11 Smart Grid SBC Energy Institute

12 Introducción Qué implica la interconexión de grandes sistemas eléctricos? Podemos observar el comportamiento frente a múltiples condiciones y perturbaciones? MONITOREO DE LA DINÁMICA DE GRANDES REDES ELÉCTRICAS Desarrollo de metodologías y herramientas preventivas y correctivas Fenómeno Dinámico Acción correctiva Acción preventiva Oscilación inter-área de pequeña señal Intervensión de PSS (ignorar bandas muertas) Bloqueo del governador Grandes excursiones rotóricas relativas, forzar islas eléctricas PSS adicionales, control jerárquico central Uso de amortiguadores FACT Modificar despachos económicos Link HVDC

13 Introducción MONITOREO DE LA DINÁMICA DE GRANDES REDES ELÉCTRICAS Fenómeno Dinámico Acción correctiva Acción preventiva Inestabilidad de Tensión Bloqueo de LTC Desconexión de carga Compensación dinámica de Mvar Control secundario de V en nodos críticos Fenómeno Dinámico Acción correctiva Acción preventiva Inestabilidad Transitoria Reducir TMDF Uso de SIPS para desconexión de generación/consumos Uso de AVR high speed Restricción de despachos Limite transferencia en líneas críticas

14 Introducción

15 Proyecto Piloto WAM: Red Sincrofasores Noviembre 2011 Visibilizar la necesidad Enero Agosto 2012 Evaluación de Tecnologías Septiembre 2012 Presentación del Proyecto Piloto Diciembre 2012 Presentación del Proyecto a los Coordinados Enero 2013 Documento Términos de Referencia Marzo Diciembre 2013 Adjudicación, suministro y montaje Marzo Noviembre 2014 Evaluación CDEC-SING

16 Proyecto Piloto WAM PMU Crucero PDC DNP3 SCADA IEEE C MPLS PMU Angamos IEEE C PMU Lagunas IEEE C PMU Domeyko IEEE C Dificultades técnicas para la sincronización

17 Proyecto Piloto WAM Despliegue gráfico 2013: WAProtector - ELPROS

18 Registros de eventos Tensiones [kv] SCADA 1 muestra/2s WAM 50 muestras/s

19 Registros de eventos 1. Salida de servicio de la línea 220kV O Higgins - Coloso: origina una oscilación de S/E Domeyko respecto al resto del SING.

20 Registros de eventos 1. Se observa deslizamiento en frecuencia de 5Hz/s sólo para el punto de medida de S/E Domeyko. 1. Sistemas de protección con ajustes df/dt habilitados? 2. Esquemas EDAG/EDAC activados por gradiente de frecuencia?

21 Red WAM PMU Crucero PDC DNP3 SCADA IEEE C MPLS PMU Salta* PMU Angamos PMU Lagunas PMU Andes* PMU Collahuasi PMU Domeyko * Línea 345kV interconexión SING-SADI

22 Red WAM 2016 Evolución del despliegue gráfico: Frequency (t) df/dt Geochart Vf-f (t) Polar chart Angular Diff (t)

23 Red WAM CDEC-SING: Aplicaciones reales Black Out 2014: PMU: Angamos/Lagunas/Crucero Angamos Lagunas Crucero Falla en S/E Crucero. Origen de Sobretensiones: Lagunas: 20% app. Angamos: 10% app. PMU Crucero Va Vb Vc Falla 1F-T (a) por 200[ms] app. Falla 2F-T (a-b)por 720[ms] app. Tiempo total: 920[ms] app.

24 Red WAM CDEC-SING: Aplicaciones reales Lagunas: Conectado por 9,6 s en tensión > emergencia (20%). Angamos: Conectado por 18,7 s en tensión emergencia (10%). Conectado por 3,2 s > tensión emergencia (14%). Va: Angamos Va: Lagunas Va: Crucero f: Angamos Angamos: Peak 53 Hz. f estable en 50,2 Hz por 5,4 s.

25 Red WAM CDEC-SING: Aplicaciones reales Monitoreo de oscilaciones SING SADI (2014): Predominant oscillation frequency: 0.3Hz

26 Red WAM CDEC-SING: Aplicaciones reales Monitoreo de oscilaciones SING SADI (2014):

27 Red WAM CDEC-SING: Aplicaciones reales Preinterconexión SING SADI (12 de febrero): S/E Andes 345 kv Sincronizador S/E Salta 345 kv SING 52 abierto PMU PMU SADI

28 Red WAM CDEC-SING: Aplicaciones reales Instante de interconexión SING SADI (12 de febrero):

29 Red WAM CDEC-SING: Aplicaciones reales Instante de interconexión SING SADI (12 de febrero): Instante de interconexión SING SADI (17 de marzo): Amplitud inicial de 28 MW

30 Red WAM CDEC-SING: Aplicaciones reales Monitoreo de la sincronización SING SADI (2016): 12 de febrero de 2016 Pre-interconexión SING - SADI Instante de interconexión 17 de marzo de 2016 Instante de interconexión Se recomendó una propuesta de mejora para el ajustes del sincronizador de S/E Andes que permite reducir: La amplitud de la perturbación de potencia en el instante de la interconexión. Reducir el uso de la inercia rotórica de las unidades. Se identificó un potencial nuevo punto de medida para la Red WAM (A. Técnico SM).

31 Hoja de Ruta Red WAM CDEC-SING: Habilitar un PDC WAM para I & D. Análisis y desarrollos internos.

32 Hoja de Ruta Red WAM Normativa: Estudio de implementación del módulo de medición fasorial (anual). Habilitación de nuevos puntos de medida y mejoras para la red existente. Anexo Técnico Sistema de Monitoreo : Actualmente, está en fase de aprobación final para publicación el Estudio de implementación del módulo de medición fasorial.

33 Comentarios finales Los sistemas WAMS son la herramienta más efectiva para el monitoreo de la operación segura de los sistemas eléctricos interconectados, para conocer y estudiar su comportamiento dinámico y para la validación de modelos y análisis post-mortem. Para el CDEC-SING es una importante herramienta en los escenarios de interconexión internacional y alta penetración ERNC. Oscilaciones inter-área entre un sistema eléctrico pequeño como el SING, contra uno de mayo tamaño como el SIC o el SADI, debe ser monitoreado por razones de seguridad. Una red WAC/WAMPAC aún no es viable debido a las limitaciones de la infraestructura de comunicaciones existente.

34 Muchas gracias CENTRO DE DESPACHO ECONÓMICO DE CARGA SISTEMA INTERCONECTADO NORTE GRANDE consultas? Erick Zbinden A. Departamento de Integridad del Sistema. 08 de julio de 2016