Análisis de la seguridad del Sistema Colombiano II Jornadas Técnicas ISA November 5, 2008
SUPERVISIÓN Precios Calidad Confiabilidad USUARIO EMPRESAS Maximización de beneficios Seguridad REGULACIÓN (CREG-CNO)
La seguridad del Sistema Interconectado Nacional depende de cinco aspectos básicos Criterios Regulados Competencias Técnicas y Humanas Protocolos de Comunicación Herramientas Disponibles Infraestructura del Sistema
Criterios Regulados November 5, 2008
Criterios de análisis eléctrico en estado estacionario establecidos por la CREG En estado estacionario Barras 110-230 kv: Mayor 0.9 p.u y menor 1.1 p.u Barras 500 kv: Mayor 0.9 p.u y menor 1.05 p.u En el LP y MP no se permiten sobrecargas permanentes. En CP y MP se pueden fijar, de acuerdo con la duración y sin sobrepasar temperaturas máximas permisibles de los equipos y sin disminuir la vida útil de los mismos VERPC; este criterio probabilístico tiene en cuenta la probabilidad de falla de los subsistemas
Criterios de análisis eléctrico en estado transitorio establecidos por la CREG Que una contingencia en las líneas de transmisión no lleve a un evento en cascada que origine un colapso del sistema. El sistema debe conservar la estabilidad con falla trifásica en cercanías a la subestación con mayor nivel de cortocircuito, aclarada con tiempo de protección principal y asumiendo salida permanente del elemento en falla. Oscilación coherente y amortiguada en las máquinas y en los flujos de potencia.
Además de los criterios generales, se establecieron niveles jerárquicos NIVEL1 NIVEL 2 A - Generadores Operador Transportador Nal. Seguridad, confiabilidad y economía Planear y Supervisar: Coordinar, controlar B- Operadores de Red NIVEL 3
Competencias Técnicas y Humanas November 5, 2008
Para minimizar riesgos XM implementó un Centro de Entrenamiento Es posible simular las condiciones operativas a las que se enfrenta el operador, tanto técnicas como humanas Se pueden establecer consignas operativas para la entrada de nuevos equipos Centro de Control de Generación Instrucciones de carga y generación. Restablecimiento Centro de Control de Transmisión La simulación de las situaciones de trabajo bajo presión y la aplicación de los protocolos de comunicación entre los operadores nos llevarán a minimizar las fallas humanas Centro de Control de Distribución Control de voltaje y frecuencia Ejecución de maniobras Manejo de carga
Implementación de Sinergias a nivel del Grupo ISA Con el fin de minimzar riesgos, las empresas del Grupo ISA hemos venido trabajando en la implementación de las sinergías. En diciembre de 2007 XM y CTEEP inaguraron los centros de entrenamiento para los operadores del sistema de potencia. Con el trabajo realizado buscamos la Certificación de los operadores de Centros de Control
Para enfrentar este reto, hemos realizado un plan estratégico CERTIFICACIÓN Certificación Internacional SECTOR OBJETIVO Otros Sectores INFRAESTRUCTURA Energético Adecuación Centro de Entrenamiento XM Eléctrico Implementación Centro de entrenamiento XM- CTEEP Formación de formadores Certificación Operadores SEP Colombiano Acreditar Operadores SEP Colombia Acreditar Operadores Grupo ISA Grupo ISA Colombia Internacional Alianzas Estratégicas Definición Metodología de Entrenamiento AMBITO Aplicación Metodología para Maniobras y Restablecimiento Habilitación de los operadores del Grupo ISA SINERGIAS GRUPO ISA
En desarrollo de nuestra estrategia, ya hemos comenzado a impartir entrenamientos a los operadores del CND y CSM Horas de entrenamientos ejecutados 100 90 80 96 96 #Operadores 20 18 16 14 12 10 8 Operadores Entrenados 17 14 12 10 20 Horas Entrenamiento por módulo 70 60 50 40 30 20 10 0 CND CSM EPSA 64 3 48 4 5.5 32 32 Voltaje Frecuencia Maniobras Restablecimiento SCADA, E.E, N.A Módulo Los Módulos disponibles para entrenamiento son Frecuencia 7 48 CND CSM EPSA 6 4 4 4 6 4 6 Voltaje 4 2 Maniobras 0 Voltaje Frecuencia Maniobras Restablecimiento SCADA, E.E, N.A Módulo Restablecimiento
Protocolos de Comunicación November 5, 2008
El cumplimiento del protocolo de comunicaciones entre los operadores es esencial para garantizar la seguridad del SIN 1 CND (Emisor) 3 MENSAJE (instrucción) n) Información rápida, concreta y oportuna 5 ACEPTACIÓN 4 CONFIRMACION (instrucción) n) Información rápida, concreta y oportuna 2 AGENTE (Receptor)
Comunicaciones con el Centro de Control CENTRO DE CONTROL CHEC EEB Centros de Control CODENSA ISA CENACE EPSA Plantas generadoras Subestaciones EPM TRAN COSTA-CARIBE
Herramientas Disponibles November 5, 2008
Para cumplir con las responsabilidades asignadas, XM realiza varios tipos de análisis Seguridad del SIN Ángulo Frecuencia Voltaje Estabilidad transitoria Estabilidad ángulo, pequeña señal Corto tiempo Largo tiempo Corto tiempo Largo tiempo DigSilent, F@Osnet, Estyra Curvas Pg,PL, Qg,QL,V, PV, PQ, Pδ. Modales EDAC, inercia, regulación primaria AGC, VQ, reserva rodante SVC, generadores, aumento de carga. Taps, VQ
Para todos estos análisis es necesario tener en cuenta todos los sistemas de control del SIN, lo cual hace el problema complejo 18 DESPACHO FRECUENCIA FLUJOS (TRANSFERENCIAS) GENERACIÓN REDESPACHO Control Suplementario Controles Unidades de Generación Sistema de Excitación y Control Corriente de Campo Supervisión y Control del Sistema (Centro de Control) Control económico de frecuencia Voltaje Velocidad / Potencia Control de Turbina Generador Potencia Mecánica Velocidad Otras Unidades de Generación y sus Controles Asociados Controles de la Transmisión Controles de Potencia Reactiva y Voltaje FACTS FRECUENCIA FLUJOS (TRANSFERENCIAS) GENERACIÓN
En todos los procesos de XM asociados a la operación se utilizan diferentes herramientas para realizar los análisis Verificar el cumplimiento de los criterios de establecidos en todos los procesos en primordial para la seguridad del SIN
XM a desarrollado herramientas que permiten optimizar el tiempo de análisis en todos los procesos Area 1 Area 2 Area4+ Area6 Area 1+Area3 Area 3 Sistema de transmisión Area 5 Area 6 Area 4 Criterio de Área Iguales Extendido Módulo ACUCSO Estimación n de Sobrecargas
21 Para monitorear la seguridad en tiempo real también se han desarrollado aplicaciones como los análisis de frecuencia en tiempo real Alarma actuación EDAC Medición de frecuencia Rango 1 de variación Rango 2 de variación Rango 3 de variación Espectro de Fourier Medidor mayor modo Medidor otros modos
LUNES MARTES MIERCOLES JUEVES VIERNES SABADO DOMINGO Sin embargo existen esquemas de control que han entrado al Sistema y hacen aun más complejo los análisis 22 Toda esta complejidad trae situaciones impredecibles como las oscilaciones observadas en agosto Generación AGC (CND) Control Remoto Control Conjunto Regulación Primaria ~ ~ ~ Sistema de Transmisión 8500 8000 7500 7000 6500 6000 5500 5000 4500 Demanda Local 4000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Qué es un oscilación 23 Oscilación de potencia: Variación en la potencia eléctrica, debida al cambio de velocidad relativa entre generadores, como respuesta a cambios en la magnitud de la carga, fallas y otras perturbaciones en el sistema Frecuencia [Hz] 8500 8000 7500 7000 6500 6000 5500 5000 4500 4000 61.0 60.8 60.6 60.4 60.2 60.0 59.8 59.6 59.4 59.2 59.0 LUNES MARTES MIERCOLES JUEVES VIERNES SABADO DOMINGO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 0,06 Hz 0,03 Hz 0,08 Hz 12:10:00 12:10:28 12:10:56 12:11:24 12:11:52 12:12:20 12:12:48 12:13:16 12:13:44 12:14:12 12:14:40 12:15:08 12:15:36 12:16:04 12:16:32 12:17:00 12:17:28 12:17:56 12:18:24 12:18:52 12:19:20 12:19:48 12:20:16 12:20:44 12:21:12 12:21:40 12:22:08 12:22:36 12:23:04 Los sistemas eléctricos presentan perturbaciones y oscilaciones continuas durante su operación normal, de las cuales la mayoría son de pequeña magnitud (generación - demanda) Como consecuencia de estas oscilaciones, la frecuencia también presenta fluctuaciones con múltiples períodos de oscilación
Inductores generales 24 Disparo de circuitos Cambios de generación Disparo de la interconexión Cambios de carga Ruidos de medida Ruidos inducidos por cargas no lineales
Para realizar el análisis de las oscilaciones es necesario modelar el detalle de los sistemas de control de los generadores 25 1 R Control de velocidad Σ K p K i s sk d 1 1+T s s 1 2Tws 1+ Ts w P m Σ Σ Pa + + 1 2Hs D P s ω ω s s δ La herramienta para realizar estudio de oscilaciones es el análisis modal. Sin embargo si los parámetros de estos controles no son los modelados, desde la planeación no se pueden detectar este tipo de problemas
Buscando encontrar los fenómenos no vistos desde la planeación, se hacen sensibilidades a los parámetros de los controles 26
También es necesario realizar pruebas de campo Respuesta control velocidad / potencia de Chivor a un evento 1.001 1 0.999 0.998 0.997 Evento de Frecuencia 0.996-10 10 30 50 70 90 110 130 150 0.88 0.86 0.84 0.82 0.8 0.78 0.76 0.74 0.72 P Real P simulada Kp=1 P simulada Kp=2.2 Periodo = 8.4s : 0.12Hz 0.7-10 10 30 50 70 90 110 130 150
Dadas las incertidumbres, se deben tomar algunas acciones en el sistema 28 1. Operativas. Disminuir los intercambios Aumentar la inercia y el amortiguamiento 2. Parámetros de control Desactivar controles conjuntos Ajuste de estatismos Ajuste de red aislada Reducción de ganancias reguladores de velocidad 3. Diagnóstico de campo con Medición y Registro 4. Estimación de parámetros 5. Sintonización de Modelos con la dinámica de largo plazo del sistema 6. Técnicas de análisis de eventos 7. Pruebas
También los análisis llevan a recomendaciones de sintonización del sistema Se requiere regulación respecto a la de exigencia de sistemas de control y sus pruebas Se deben desarrollar acuerdos técnicos que permitan hacer seguimiento a los modelos y parámetros de controles en el sistema. Actualización de Modelos y Parámetros Pruebas de Determinación y Sintonización de Modelos Protocolo de cambio de Parámetros Auditoria a Parámetros Incluir en análisis el efecto de la compensación de potencia reactiva Sistemas de Medición y Registro mejores al SCADA ( PMUs ) Acuerdos de Sintonización de AGC Capacitación Técnica en las compañías del sector Unificación del Lenguaje Caracterización del comportamiento de las cargas de grandes usuarios y grandes bloques de demanda 29 Se debe resaltar la importancia de la prioridad en la operación de la seguridad sobre lo comercial
Infraestructura del Sistema November 5, 2008
Vulnerabilidad de un sistema de potencia Sistema Eléctrico Aperturas indeseadas Descargas atmosféricas Operación indeseada de una operación Falla de un interruptor Cortocircuitos (árboles, quemas, sabotaje.) Error en la operación. Eventos posibles Desconexión de carga Situación normal, no deseable
Las protecciones en un Sistema de Potencia Objetivos Criterios Evitar poner en peligro seres humanos o animales Desconectar el elemento fallado para reducir la influencia de una falla, ayudando a mantener la estabilidad del sistema Proteger los equipos Cantidad Actuante Corriente Tensión Potencia Presión Frecuencia Temperatura Flujo Vibración Velocidad Selectividad Seguridad Sensibilidad Velocidad Aislar solo la parte fallada No operar sin falla en el elemento protegido Mínimo valor de entrada para la operación del relé Operación en tiempo mínimo
Las protecciones en un Sistema de Protecciones Operar en los tiempos garantizados siempre que hay falla Líneas Trafos Equipos Generadores S/E Reactores Capacitores Interruptores etc.. Fiabilidad Confiabilidad Seguridad Df/dt, Sistema Esquemas suplementarios Sep. Áreas V<<, V>> EDAC Falla Interruptor (50 BF) Bloqueo por oscilación de potencia.. No operar sin falla en el elemento protegido
Esquemas de Protección Suplementarios que evitan desconexiones de carga Son estrategias de control y protección asociadas más a áreas eléctricas operativas (Seguridad), que a la protección de equipos (fiabilidad) RAG Rechazos Automáticos de Generación : permite aliviar sobrecargas en los circuitos eléctricos (líneas y transformadores) rechazando generación. DAC Deslastres Automáticos de Carga : Actúan cuando se presentan sobre o bajas frecuencias, bajas tensiones y sobrecargas en circuitos. Permiten mantener la generación del área deslastrando carga y restablecer así perfiles de tensión y mantener la frecuencia dentro de rangos operativos.
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