El sistema de administración de la distribución: el caso LyFC Lourdes Gallegos G. y Miguel Vega O. El Sistema de Administración de la Distribución permite hacer más eficiente el uso de las instalaciones existentes, pues reduce o difiere las inversiones en nuevas instalaciones. Resumen Los siguientes veinte años plantearán retos indudables a la capacidad de respuesta de la industria eléctrica. Dicha industria se verá obligada a responder a: 1) una mayor dependencia de la electricidad para satisfacer las demandas de energía, 2) a una presión continua para reducir el consumo de combustibles fósiles, y 3) a una reglamentación y presión social para lograr mayor confiabilidad y un impacto ambiental reducido de las instalaciones eléctricas a mínimo costo. Los costos crecientes de la energía combinados con las dificultades en la disponibilidad de recursos financieros para soportar el desarrollo del sistema, así como la escasez de sitios y derechos de vía para la construcción de nuevas instalaciones podrán ejercer presiones exageradas sobre las empresas eléctricas. Sin embargo, si se utiliza adecuadamente la innovación tecnológica podrá proporcionar las bases y los elementos para ayudar a superar estos retos. En el presente trabajo se describe un esquema que, a partir de las principales funciones de ingeniería de distribución, tiene como caso de estudio la implantación del Sistema de Administración de la Distribución en Luz y Fuerza del Centro (LyFC). Introducción Históricamente, dentro del ámbito de la industria eléctrica, se ha dedicado un gran esfuerzo a mejorar la eficiencia de los sistemas de generación y transmisión, dando muy poca atención hacia las redes de distribución. Tradicionalmente, el costo para mejorar la eficiencia de los sistemas de distribución ha superado a los beneficios. Sin embargo, debido a la evolución de la tecnología, se han reducido los costos asociados y por ello en la actualidad la generalidad de las empresas se encuentran en proceso de definición e implantación de diversas aplicaciones orientadas a mejorar la eficiencia de las redes de distribución [Gallegos, 2000]. Las áreas que han tenido la mayor atención son: Análisis de operación de la red de distribución. Operación de la red apoyada en sistemas de mapas electrónicos para la atención a usuarios y la localización y corrección de fallas. Control supervisorio y adquisición de datos. 195
Actividades de investigación Administración de la demanda. Sin embargo, es común que las aplicaciones utilicen datos y modelos diferentes de la red, motivando con lo anterior la existencia de réplicas de la información de un mismo elemento en diferentes bases de datos, sin ningún mecanismo apropiado para la actualización y el control de la veracidad de los datos. Actualmente, la aplicación de la informática y las telecomunicaciones en la Ingeniería de Distribución Eléctrica en áreas como la operación y control de la red eléctrica, la atención a reportes de interrupciones de servicio, la programación del mantenimiento, el análisis de contingencias y estrategias de operación, la planeación de la expansión y el control de obras en construcción, ha propiciado un conjunto de aplicaciones que en la generalidad de los casos utiliza datos que, mediante la definición de un modelo, representan a la red de distribución [Gallegos, 1999]. La adopción de este enfoque para las redes de distribución está originando la definición de los sistemas de administración de la distribución [Gallegos, 1999]. Aunque existe poca uniformidad en las direcciones de esta tendencia, los objetivos básicos que se plantean son los siguientes: a) Implantar una metodología que permita mejorar la planeación y el diseño de las redes de distribución, con énfasis en la reducción y el diferimiento de los costos de construcción. b) Proporcionar un ambiente para la operación eficiente de las redes de distribución soportando fundamentalmente la reducción de las pérdidas de energía, limitando las interrupciones de servicio y mejorando la calidad de la energía suministrada al usuario. c) Lograr la integración de la información de las redes de distribución para apoyar las actividades de mantenimiento, comercialización y administración gerencial. Conceptualización del Sistema de Administración de la Distribución El Sistema de Administración de la Distribución permite hacer más eficiente el uso de las instalaciones existentes, pues reduce o difiere las inversiones en nuevas instalaciones. Con herramientas adecuadas es posible mejorar la confiabilidad de la red de distribución bajo diversos escenarios de crecimiento de la demanda. Las operaciones de tiempo real incorporadas en el sistema, permiten reducir pérdidas y mejorar la calidad del servicio (continuidad, regulación de voltaje), con esto se logra el uso óptimo de las inversiones en las instalaciones de distribución. Los beneficios económicos que se esperan con la implantación de este sistema, en forma genérica, se pueden resumir en ahorro en las inversiones para nuevas instalaciones entre un 5 y 8 % del costo global para el periodo considerado en el horizonte de planeación de la expansión del sistema; en una disminución del 30 % en el nivel inicial de las pérdidas asociadas al sistema de distribución, pérdidas que para los sistemas de distribución de los países en vías de desarrollo oscilan entre el 14 y 30 % y, finalmente, una disminución del orden del 5 al 15 % en los costos asociados en la comercialización y la operación de las redes de distribución. El núcleo del sistema lo constituye una base de datos que comparten todos los involucrados en el proceso de la distribución de la electricidad y una red de comunicación que permite los intercambios de información entre los diferentes usuarios. A continuación se describen brevemente los productos o funciones de ingeniería que se pueden integrar en el Sistema de Administración de la Distribución, operando bajo el mismo ambiente, en forma centralizada o distribuida, según las necesidades de cada empresa y sus alcances. Mapeo A través del Sistema Geográfico de Información (GIS, por sus siglas en inglés), se tendrá el núcleo para el ambiente gráfico del sistema que permita representar el entorno geográfico y la red de distribución eléctrica. 196
El GIS, al acoplarse con la base de datos relacional (RDBMS, por sus siglas en inglés), permite la relación entre la distribución espacial y los datos de los diferentes elementos que integran físicamente la red de distribución. Planeación El modelo de planeación permite realizar actividades de: pronóstico espacial del crecimiento de la carga considerando información histórica y planes de desarrollo, simulación de alternativas de expansión y simulación de las condiciones de operación esperadas para la red en diferentes horizontes de tiempo y escenarios de desarrollo de la demanda de energía eléctrica. Análisis de operación El sistema incluirá una serie de herramientas de ayuda para apoyar a los operadores del sistema en la toma de decisiones en tiempo real para mantener la continuidad y la seguridad en la operación de la red. Automatización de la distribución El Sistema de Adquisición de Datos y Control (SADC) forma parte integral del ambiente de operación de los centros de control de carga, permitiendo a los operadores los mecanismos de información para operar y controlar la red de distribución en tiempo real. El Sistema de Estaciones Maestras para Control Supervisorio (SCADA) proporciona funciones básicas de control como son adquisición de datos y alarmas. Administración de la demanda La administración de la demanda mediante el control de la carga de los usuarios busca apoyar a los operadores en la definición y programación de estrategias para el suministro de energía. Permite disminuir el pico de demanda máxima y mantener el voltaje dentro de límites predefinidos. Estrategia de integración Un sistema bajo este contexto debe ser dinámico y modular, iniciando con aplicaciones que se consideren más urgentes para cada empresa en particular o bien aquellas que, aún existiendo actualmente, requieren de actualización y evolución dentro de un marco de referencia integrado. Las innovaciones en las tecnologías de las telecomunicaciones, la informática y la microelectrónica prometen opciones que permitirán aumentar las posibilidades de los sistemas de distribución para satisfacer las demandas futuras. Para lograr los beneficios de estas tecnologías, sin embargo, deberá adoptarse una estrategia de largo plazo. Esto requiere la definición de un número de estrategias posibles y la evaluación de su viabilidad económica, operativa y tecnológica de cada una de ellas. Las necesidades tecnológicas de cada estrategia deberán definirse con el fin de buscar establecer etapas de desarrollo e implantación en las áreas de hardware, software, microelectrónica e integración de sistemas. Las empresas eléctricas han utilizado los sistemas de información durante décadas, y actualmente cuentan con una infraestructura importante en esta dirección. Por esta razón es conveniente establecer un plan de desarrollo que deberá contemplar la integración de las funciones existentes, así como la integración de nuevas funciones. Los planes de migración son particulares de cada empresa, debido a que deberán considerar la infraestructura actual como punto de partida y las necesidades de crecimiento y actualización. Implantación en Luz y Fuerza del Centro El Sistema para la Administración 197
Actividades de investigación de la Distribución (SAD) de LyFC es un sistema integrado y diseñado para soportar todos los procesos relacionados con el Sistema de Distribución de LyFC. La conceptualización del sistema abarca las áreas de planeación, diseño, construcción, operación, puesta en servicio y mantenimiento de la red de la Subdirección de Distribución y Comercialización de LyFC. Asimismo, induce y soporta la gestión con otras áreas externas a esta subdirección de LyFC, como son la parte comercial, financiera y administrativa. Por lo tanto, el SAD debe proporcionar información actualizada de la red de distribución y controlar las actividades relacionadas con ella, al mismo tiempo que permita unificar criterios y procedimientos de diseño, construcción, mantenimiento y operación de la red de distribución. El concepto integral del SAD proporciona las herramientas adecuadas para dar soporte a todas las Figura 1. Esquema integral del Sistema para la Administración de la Distribución. tareas relativas a la distribución de la energía eléctrica, por lo que el impacto que tiene sobre la imagen de la empresa es estratégico debido a que mejorará fundamentalmente la calidad de suministro y la calidad de atención al cliente. Sobre esta base, la conceptualización del SAD de LyFC supera la filosofía de los sistemas exclusivamente técnicos utilizados tradicionalmente, ya que será el centro y soporte de todas las actividades relacionadas con la distribución, desde la planificación de la red hasta la puesta en servicio y explotación; por lo mismo, el sistema es capaz de soportar la gestión de cada actividad en sus aspectos técnicos, operativos, económicos y administrativos. El núcleo del SAD está constituido por una base de datos que será utilizada por todas las actividades involucradas en el proceso de la distribución, a través de una red de telecomunicaciones que permitirá realizar los intercambios de información entre los diferentes usuarios, tal como se representa en la Figura 1. La base de datos del SAD de LyFC permitirá consultar y mantener toda la información gráfica y alfanumérica de las instalaciones y componentes eléctricas del sistema de distribución. Esta base de datos está desarrollada sobre una plataforma AM/FM, utilizando en la parte gráfica el Sistema de Información Geográfica (GIS) de Intergraph llamado MicroStation, en la parte alfanumérica la base de datos relacional ORACLE y para asegurar la congruencia entre la información gráfica y alfanumérica (atributos) se seleccionó el software Framme de Intergraph. Áreas que integran el SAD En el esquema integral de la distribución, Figura 1, se pueden observar las diferentes áreas de LyFC que integran la conceptualización del sistema, las cuales, para llevar a cabo sus tareas, actividades y procesos necesitarán hacer uso del núcleo del sistema, la base de datos del SAD de LyFC. A continuación se presenta una lista de las principales actividades que utilizarán la información de la base de datos del SAD en LyFC: Operación de distribución: Quejas y órdenes de trabajo. Análisis de la red de distribución. Disturbios. Licencias. Automatización. Despacho de reactivos. Control de voltaje. Manejo de cuadrillas. 198
Planeación: Estudios de planeación a largo plazo de las subestaciones de distribución. Pronóstico espacial de la demanda a corto y largo plazo. Evaluación de factores de crecimiento de carga. Ingeniería: Estudios de operación a corto plazo, con énfasis en: Cálculos de flujos de carga. Desbalance de fases. Cálculos de corto circuito. Localización de capacitores. Reconfiguración de alimentadores. Coordinación de protecciones. Proyectos: Nuevos servicios. Ampliaciones de la red de distribución. Programa Maestro de Obras (PMO). Diseño de circuitos. Construcción: Construcción de órdenes de trabajo. Control de materiales y equipo. Nuevos servicios. Mantenimiento. Comercial: Mediciones remotas. Ilícitos. Ligas con aplicaciones externas: Sistema de Gestión Adquisiciones (SGA). Sistema de Gestión Comercial (SGC). Sistema de Información Económica (SIE). El núcleo del SAD La base de datos satisface los requerimientos de información de las diferentes entidades en el área de distribución, con la característica principal de ser única, lo que asegurará un control efectivo en cuanto a su actualización, administración y mantenimiento. La información contenida en la base de datos alfanumérica y gráfica está integrada y organizada en diferentes niveles que pueden relacionarse entre sí. La base cartográfica o información cartográfica, comprende toda la información georeferenciada del entorno de LyFC. La red eléctrica, contiene la información relativa a las instalaciones y componentes que conforman la red de distribución, como las características técnicas, y puede ser representada en diferentes estados. La red en desarrollo contiene las instalaciones que aún no han sido puestas en servicio. La red planificada incluye las instalaciones en fase de planificación. La red en construcción incluye las instalaciones en etapa de construcción. Para la gestión de la base de datos del SAD se ha previsto la siguiente funcionalidad: Mantenimiento de la configuración de los alimentadores de la red de media tensión. Mantenimiento de la información alfanumérica de esta misma red. Consultas alfanuméricas de las componentes eléctricas de la red. Edición de planos. Además, dentro de las funciones que deben generarse para el manejo de la información contenida en la base de datos del SAD se distinguen tres áreas: 1. Funciones centralizadas: planeación, estudios y normalización. 2. Funciones de desarrollo de la red: ingeniería, proyectos y construcción. 3. Funciones de explotación de la red: operación, manteni- 199
Actividades de investigación miento y regiones de distribución. Otra tarea importante para un adecuado mantenimiento de la base de datos del SAD, es establecer las responsabilidades que debe tener cada una de las áreas en una empresa de distribución, en función del sistema eléctrico. El área responsable del SAD deberá mantener la integridad de la base de datos. Una empresa de distribución se divide en varias áreas o regiones de distribución, éstas serán las responsables de obtener la información de la red eléctrica en operación existente, almacenar la información y mantener con calidad la actualización de la información a residir en la base de datos del SAD; ya que es aquí donde se generan nuevas ampliaciones o nuevos servicios a la red de distribución a su cargo. Normalmente varias áreas o regiones de distribución tienen una cabeza cuya responsabilidad consiste en: a) Concentrar los datos de las áreas o regiones a su cargo. b) Asegurar la calidad y la confiabilidad de la base de datos de cada área. c) Apoyar a sus regiones de distribución en la solución de problemas relacionados con el proceso de la actualización de la información. Otra entidad de la empresa o un grupo de personas deberán encargarse de: a) Normalizar y mantener actualizados los catálogos de las componentes eléctricas de la red de distribución. b) Normalizar la simbología de la red eléctrica. Una de las partes estratégicas del SAD es mantener la información actualizada de los usuarios eléctricos que se encuentra normalmente en un sistema de la parte comercial. En LyFC este sistema es el Sistema de Gestión Comercial (SGC). Funcionalidad de la base de datos del SAD En esta sección se describe brevemente la funcionalidad de la primera etapa de implementación del SAD en LyFC, en donde la base de datos juega el papel más importante. En la Figura 2 se muestra gráficamente la funcionalidad que se describe a continuación: Las regiones de distribución obtienen la información del campo por las órdenes de trabajo llevadas a cabo en la red de distribución, es decir, la región tiene la responsabilidad de obtener de campo y mantener actualizada su información en la base de datos, ocasionada por cualquier modificación o ampliación de la red de distribución. La División de Distribución integra la información de sus Regiones de Distribución y la Subgerencia de Automatización y Sistemas finalmente integra la información de las cinco divisiones de la Subdirección de Distribución y Comercialización. Una vez integrada la información en la base de datos del SAD podrán hacer uso de ésta: - Las aplicaciones de ingeniería para análisis de la red de distribución seleccionadas para esta aplicación a través de la interfaz SAD- CYME, que obtiene la información actualizada de la red de distribución de la base de datos del SAD. - Quejas podrá consultar la información de la base de datos. - Operación de redes. Figura 2. Funcionalidad de la base de datos del SAD de LyFC. 200
- Aplicaciones administrativas. - Construcción, Almacenes, Coordinación Administrativa, Jurídico y Finanzas. Conclusión El reto de proporcionar un servicio de mayor calidad a menor costo obliga a las empresas eléctricas a mejorar sus herramientas de ingeniería que permiten atender las necesidades de expansión y operación de la red de distribución. La disponibilidad de tecnologías en las áreas de informática, telecomunicaciones y microelectrónica, permiten visualizar la integración de un Sistema de Administración de la Distribución construido alrededor de una base de datos que soporte las diferentes funciones previstas. Se ha presentado la conceptualización del SAD en proceso de implantación para la Gestión de la Administración de la Distribución en LyFC, que es uno de los proyectos estratégicos de la empresa, por su alcance, por las áreas que lo integran y por su funcionalidad, lo que quedó plasmado en este trabajo. El desarrollo del SAD ha sido un esfuerzo en conjunto entre el (IIE) y de la Subgerencia de Automatización y Sistemas de LyFC. Este desarrollo tiene como primera etapa la presentada en este trabajo, que es la base de su primer prototipo y que sólo contempla como componentes áreas de la red de distribución. Sin embargo, aunque ésta se encuentre limitada, los beneficios inmediatos que se tendrán, serán de gran alcance. Lourdes Gallegos Grajales Ingeniera Electricista por el Instituto Tecnológico de Cd. Madero (1976). Maestra en Ingeniería por la División de Estudios de Posgrado de la UNAM (1982), en donde obtuvo la Medalla Gabino Barreda como el mejor promedio de su generación en esta división. Doctora por la Universidad de Londres (1987). Desde 1980 es investigador de la Gerencia de Transmisión y Distribución en donde creo la línea de desarrollo: Operación, Planeación, Diseño y Análisis en Sistemas de Distribución. mlgg@iie.org.mx Miguel Vega Ortiz Ingeniero Mecánico Electricista, por la Universidad Nacional Autónoma de México (1981). Obtuvo el Primer lugar en el 6o. Certamen Nacional de Sistemas de Potencia, con la tesis de licenciatura Análisis de Confiabilidad de Sistemas Eléctricos de Distribución. Maestro por la División de Posgrado de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM). De 1981 a la fecha trabaja en la Gerencia de Transmisión y Distribución. Es autor de diversos artículos nacionales e internacionales sobre la Confiabilidad de los Sistemas Eléctricos y sobre el Diseño de Líneas de Transmisión. mvega@iie.org.mx Referencias Gallegos Grajales, L. Especificación de la base de datos maestra corporativa de LyFC, IIE, México, 1995. Gallegos Grajales, L. Metodología para la integración de funciones de ingeniería de distribución. CONATEC, 1997. Gallegos Grajales, L. Integración de herramientas para la ingeniería de Distribución en LyFC, IIE, México, 1999. Gallegos Grajales, L. Proyecto integral para la administración de la distribución en LyFC, IIE, México, 2000. 201