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Jos Ignacio Escudero FombuenaJoaqun Luque Rodrguez
TELECONTROL DEREDES ELCTRICAS
UNIVERSIDAD DE SEVILLADEPARTAMENTO DE TECNOLOGA ELECTRNICA
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Jos Ignacio Escudero FombuenaJoaqun Luque Rodrguez
TELECONTROL DEREDES ELCTRICAS
Universidad de SevillaDepartamento de Tecnologa Electrnica
Servicio de PublicacionesSevilla, 1994
! Facultad de Informtica y EstadsticaAvenida Reina Mercedes s/n
41012-Sevilla. SPAIN." 455 27 86
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TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 1
1.- INTRODUCCIN
Una red o un sistema elctrico se compone bsicamente de
dos elementos: por un lado tendremos plantas generadoras de
energa elctrica1 y por otro a los consumidores de esa energa.
La conexin entre esas dos partes se efecta mediante una red
de transmisin que, por razones tcnico-econmicas, se
configura en una estructura jerrquica con varios niveles de
tensin de transporte, reparto y distribucin (como puede verse
en Fig. 1). El paso de un nivel de tensin a otro se efecta en
centros denominados subestaciones transformadoras, dotados,
tanto de los propios transformadores, como de los sistemas
necesarios de proteccin y maniobra.
El transporte y distribucin de esa energa elctrica
desde los puntos de generacin hasta los de consumo, se basa en
un conjunto de tcnicas en constante evolucin desde los
comienzos de esta actividad hasta nuestros das. Las lneas o
caminos nicos han ido dejando paso a una situacin en la que
se garantiza al consumidor el suministro de energa a travs de
diversas rutas alternativas, multienlazadas entre s, hasta
constituir una urdimbre que es la red elctrica.
1 Nucleares, trmicas de carbn o fuel-oil, hidrulicas, elicas etc.
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TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 2
Adems, la penetracin en las costumbre sociales del uso
de la electricidad2 hace recaer mayor responsabilidad sobre las
compaas suministradoras, que debern garantizar la
continuidad del servicio para el normal desenvolvimiento de
una sociedad moderna. Todo ello provoca una creciente
2 Si se observa la tendencia de consumo elctrico a lo largo de los aosse pueden observar incrementos importantes coincidiendo con lapopularizacin de algunos electrodomesticos. As ocurri con lageneralizacin del uso del frigorfico, posteriormente con la lavadora y hoyen da con la instalacin de aire acondicionado.
Fig. 1 : Estructura de la red elctrica.
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TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 3 complejidad en la planificacin, gestin y explotacin de una
red elctrica, para lo cual se trata de encontrar tcnicas que
ayuden a la resolucin de dichas tareas, una de las cuales es
sin duda la automatizacin en el control de la red.
Pero la mejora en la calidad y seguridad del servicio no
es el nico argumento que nos lleva a dicha automatizacin. Por
ejemplo, el carcter geogrficamente disperso de la red, con
gran nmero de subestaciones y centrales, obliga a mantener en
cada uno de estos enclaves un equipo de tcnicos a turnos
ocupados en tareas de vigilancia y preparados para actuar en
caso de necesidad. Es fcil comprender que la automatizacin de
dichas funciones podra justificarse, en muchos casos, desde
una perspectiva exclusivamente econmica.
Por tanto la extensin y complejidad de operacin de las
redes de servicios, y en particular de las redes elctricas, ha
llevado a la generalizacin de los sistemas de control que
automatizan en cierta medida su explotacin, siendo stos
concebidos como elementos que mejoran la calidad del servicio
disminuyendo los costes.
Aparte de las consideraciones previas hay que tener en
cuenta tambin que la automatizacin de las redes ha sido algo
buscado desde sus comienzos. Ya en 1890 existen patentes para
control remoto y entre los aos 1920 y 1940 se desarrollan
varios sistemas comerciales en este rea. Sin embargo, es en la
dcada de los sesenta, con el advenimiento del minicomputador,
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TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 4 cuando los sistemas de control de redes sufren una evolucin
vertiginosa, apuntando ya las caractersticas de los actuales
centros de control.
En lneas
generales diremos que
un sistema de control
est formado por un
centro de control, o un
conjunto de centros de
control jerarquizados
[CHIH-90], y un
conjunto de unidades de
transmisin remotas
RTU3 conectadas al
centro de control. En
la Fig. 2 se puede ver una posible estructura de un sistema de
control. De esta manera es posible un trasvase de informacin
entre cada remota y el centro de control y viceversa. En este
documento veremos la estructura de las redes elctricas as
como sus componentes y el modo de funcionamiento de los mismos.
3 Del ingls: RTU = Remote Terminal Unit
Fig. 2 :Posible estructura de un sistema decontrol.
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TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 5
2.-SISTEMAS DE CONTROL
La palabra control es un trmino genrico que en algunas
ocasiones puede llevar a confusin. Por ello es interesante
dejar claro, que para nosotros, este trmino implica no slo el
concepto de actuacin sino que, tambin, le aade la idea de
monitorizacin o presentacin de datos en el centro de control
del sistema, lo que implica la adquisicin de datos del campo
por las estaciones remotas.
En sus primeros aos las misiones encomendadas a los
sistemas de control eran bastantes simples as como los
componentes y las tcnicas empleadas. Haba muy poca eleccin
en los tipos de componentes disponibles: todos eran de tipo
electro- mecnico. Los sistemas de control empleaban
componentes de estado slido, sensores electrnicos y
convertidores analgico- digitales. Incluso las estaciones
remotas, dentro de una primera evolucin de los sistemas de
control, continuaban estructuradas como en sus comienzos ya que
las empresas implicadas en las mismas no buscaban una
alternativa a la prestacin de funciones de las mismas. Sin
embargo, en los aos ochenta se empiezan a aplicar nuevas
tcnicas de diseo de estaciones remotas de manera que nos
encontramos remotas que usan microprocesadores, lo que ha
aumentado considerablemente las prestaciones que ofrece una
remota, y ha abierto un vasto campo de posibilidades para el
futuro.
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TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 6
Los sistemas de control, que comprenden instalaciones de
telemedidas, poseen cada vez ms una mayor cantidad de
aplicaciones distintas de las iniciales, sobre todo en el
sector elctrico. Aquello que en sus comienzos empez siendo un
sistema de supervisin, control y adquisicin de datos, sistema
SCADA4, se ha ido convirtiendo con el tiempo en sistema de
administracin de energa EMS5 [KIM -90], [WAHA-92]. Por ello
el sistema de control se convierte, hoy en da, en un sistema
de supervisin con un amplio abanico de aplicaciones de
control: generacin, transmisin y distribucin de energa
sobre reas geogrficas muy grandes, adquiriendo datos del
campo y suministrando informacin a los centros de control y
operacin. Todo esto le va a permitir llevar a cabo muchas
tareas de manera automatizada, algunas de las cuales son: el
despacho de energa, la resolucin de problemas producidos por
restricciones de carga o "cadas" de tensin, el clculo de las
previsiones de demanda de la red, etc.
Por todo lo que hemos visto ms arriba es por lo que las
normas ANSI C37.1 [ANSI-87] definen el sistema de
administracin de energa, denominado genricamente sistema de
supervisin, como el conjunto de elementos de control,
indicadores y equipos de telemedidas asociados a la estacin
principal6, as como todos los dispositivos complementarios que
4 Del ingls: SCADA = Supervisory Control And Data Acquisition.
5 Tambin del ingls: EMS = Energy Management System.
6 Centro de control.
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TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 7 se encuentren tanto en las subestaciones como en las propias
remotas.
La estructura de un sistema de control puede estar
gobernada por un conjunto de centros de control jerarquizados o
en paralelo que comparten informacin o se trasvasa entre
ellos. Por ello en los siguientes apartados consideraremos los
componentes bsicos de un sistema de control (Fig. 3) que son :
centro de control, unidad de transmisin remota RTU y medio de
comunicacin entre ellos, desarrollando su estructura, sus
componentes y sus caractersticas de funcionamiento.
Fig. 3 : Configuracin tpica de un sistema de control.
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TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 8
2.1.- CENTRO DE CONTROL
Los sistemas de control de redes elctricas tienen la
misin de ejercer el control sobre determinados dispositivos y
confirmar que este control se produce de forma adecuada. Al
conjunto de dispositivos, mdulos funcionales e interfaces con
los canales de comunicacin que permitan llevar a cabo
correctamente las funciones de supervisin se le da el nombre
de centro de control [ANSI-87].
En esta definicin el concepto "control" implica todo tipo
de control, asociando los equipos de telemedida al centro de
control as como cualquier dispositivo complementario que en la
remota exista. En sus comienzos los centros de control slo
llevaban a cabo las funciones SCADA, que veremos ms adelante.
Con el tiempo se le fueron aadiendo otras funciones diferentes
hasta conseguir lo que hemos llamado un sistema de gestin de
energa EMS. Para llevar a cabo todas estas tareas, el centro
de control en particular, y el sistema de control en general,
debe estar diseado bajo las premisas de fiabilidad,
estabilidad y seguridad, economa.
La consecucin de estas tres premisas fue un gran paso
hacia adelante en la ampliacin de las posibilidades de uso de
los centros de control. De las tres la ms significativa es la
de seguridad y por ello vamos a ver ms en profundidad lo que
esto implica. Las condiciones de operacin de un sistema se
puede dividir en tres categoras o estados diferentes: estado
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TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 9 normal, estado de emergencia y estado de restauracin [DYLI-
77].
El primero de ellos, el estado normal, ocurre cuando los
lmites de operacin y carga son satisfechos por el sistema. Es
razonable y deseable suponer que ste sea el estado en el que
generalmente se encuentre el sistema cuando se encuentra en un
estado de cuasi-equilibrio.
Un sistema est en estado de emergencia cuando los lmites
de operacin no se satisfacen completamente. Existen dos tipos
de emergencias: a) Cuando se violan nicamente los lmites de
operacin en el estado de cuasi-equilibrio, por ejemplo, cuando
los lmites de carga de un equipo se sobrepasan o la tensin en
una lnea es inferior a lo previsto. b) Cuando se violan los
lmites de operacin en estabilidad y como resultado de ello
peligra la estabilidad del sistema. El primero de ellos recibe
el nombre de "emergencia de estado de equilibrio" mientras que
el segundo se conoce como "emergencia dinmica".
El estado de restauracin ocurre cuando en el sistema no
se satisfacen los lmites de carga y como consecuencia de ello
el sistema completo o una parte de l se "cae". En caso de que
sea una parte del sistema la que se "caiga" el resto puede
encontrarse en estado de emergencia. Naturalmente en estos
casos la actuacin del centro de control debe ser inmediata ya
que se pueden suceder en cascada las "cadas" de otras partes
del sistema deteriorndolo an ms.
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TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 10
Al dividir el estado de operacin de un sistema de
potencia en tres estados posibles, estamos subdividiendo a su
vez el problema general de funcionamiento en tres subproblemas,
de los cuales el ms significativo, desde el punto de vista del
diseo y utilizacin del centro de control, ser el relativo al
funcionamiento y operacin del sistema cuando ste se encuentre
en el estado normal, estado en el que debe de encontrarse la
mayor parte del tiempo. Por tanto la misin del centro de
control consistir en mantener al sistema en el estado normal
de operacin, previniendo o minimizando el paso a otro estado
diferente no deseado. Para realizar una estrategia efectiva que
nos permita llevar a cabo este objetivo vamos a desarrollar ms
detenidamente el concepto de seguridad del sistema.
La seguridad de un sistema se puede considerar como la
capacidad que tiene ese sistema de enfrentarse a una
perturbacin del mismo sin pasar a un estado de emergencia. Si
eso ocurre diremos que el sistema es seguro. Para ello el
propio sistema posee un conjunto de posibles contingencias
clasificadas en seguras e inseguras, de manera que el sistema
de control, para conseguir su propsito de prevenir o minimizar
el paso del estado normal a cualquier otro estado de
emergencia, debera ser capaz de saber si se encuentra o no en
el estado normal. Si ste es el caso determinar si la
contingencia que se presenta es segura o insegura y si es
insegura ser capaz de determinar qu acciones son necesarias
realizar para volver a un estado normal seguro.
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TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 11
Todo esto ha llevado a integrar el control de la
generacin y el control de la transmisin, antes dispersas, en
un nico sistema. Para sistemas de control geogrficamente poco
dispersos esta integracin se lleva a cabo con un nico centro
de control. Para sistemas ms grandes es necesario llevar a
cabo esta integracin mediante el uso de varios niveles de
centros de control en una jerarqua de ordenadores.
2.1.1.- FUNCIONES DE UN CENTRO DE CONTROL
Teniendo en cuenta las ideas anteriores, tendremos que
llegar al uso de dispositivos y tcnicas avanzadas ya que la
integracin en un mismo centro de las posibilidades de un SCADA
con muchas de las nuevas tareas, implica la recoleccin, manejo
y procesado, en pocos segundos, de un gran volumen de datos del
sistema en tiempo real [FERR-90]. Estas nuevas posibilidades
traen consigo el uso de tcnicas de filtrado y de estimacin de
estados, as como la integracin en un nico proceso de las
funciones automticas y manuales, tendremos que llegar al uso
de dispositivos y tcnicas avanzadas.
En la Tab. 1 mostramos un resumen de las funciones, en
tiempo real, que pueden aparecer implementadas en los centros
de control. Es difcil encontrar un centro de control que posea
todas estas funciones ya que los problemas de operacin son
muy diferentes de unas redes elctricas a otras, puesto que
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TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 12 dependen de los recursos, la estructura y la filosofa de
operacin de cada compaa elctrica.
En la Tab. 2 vemos otras caractersticas que pueden
presentar estos centros de control y que se refieren a
dispositivos y aparatos con que pueden contar estos centros
para desarrollar las tareas encomendadas. La mayora de los
centros de control implementan algunas de estas posibilidades y
con el tiempo se le van aadiendo otras distintas que mejoran
los servicios que ofrece un centro de control. Por ltimo
tambin apuntaremos que siempre hay diferencia entre el
proyecto, sobre el papel, y su implementacin en tiempo-real
del centro de control. En los prximos apartados veremos con
mucho ms detalle algunas de las funciones que realiza o puede
realizar un centro de control.
Tab. 1 : Funciones de un centro de control.
1.- SCADA 2.- Control automtico de la generacin (AGC) 3.- Despacho econmico 4.- Control automtico de la tensin 5.- Control de energa reactiva 6.- Estimacin de estado 7.- Flujo de carga 8.- Anlisis de seguridad 9.- Anlisis automtico de incidencias10.- Control de emergencias11.- Reposicin automtica de servicio
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TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 13
2.1.1.1.- SCADA
Segn Luque y otros [LUQU-88] las funciones bsicas de un
sistema SCADA son cuatro: adquisicin y proceso de datos de la
red, dilogo hombre-mquina, archivo histrico de informes, y
gestin de la base de datos asociada a la red.
a) La adquisicin de datos de la red se suele realizar
mediante un mecanismo de pregunta-respuesta, es decir, que es
el centro de control quien solicita de cada RTU los datos que
necesita. Mediante priorizaciones adecuadas se logra que la
informacin sea recogida con el retraso y la periodicidad
elegida.
El proceso de una entrada analgica incluye la conversin
a valores de ingeniera, el escalado, la contrastacin de
rebase de lmites de alarma, el archivo histrico, la
actualizacin de la base de datos y, eventualmente, el disparo
de los mecanismos de alarma, con registro de la incidencia y
aviso visual y acstico al operador. Por el contrario, en una
Tab. 2 : Caractersticas avanzadas de un centro de control.
1.- Estructura jerrquica, consistente en varios niveles delsubsistema de ordenador2.- Procesador o multiprocesador doble con perifricos redundantes3.- Equipos de telemedidas y adquisicin de datos de alta velocidaddigitales4.- Amplios sistemas de instrumentacin de magnitudes elctricas5.- Monitores en color con grficos interactivos6.- Cuadro sinptico de pared, dinmico
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TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 14 entrada digital, se comprueba si supone un cambio con respecto
al valor anterior y, en caso afirmativo, se procesa como una
alarma siguiendo un esquema similar al expuesto anteriormente.
Algunos datos se pueden definir "manualmente" si el operador
conoce su valor correcto por otro camino y el valor presente es
errneo debido a una avera conocida.
b) El dilogo hombre-mquina (MMI7) persigue una relacin
cmoda y fiable entre el operador y el sistema que ste
controla. Para ello el sistema SCADA posee la funcin de
monitorizacin del sistema la cual identifica y presenta las
condiciones de operacin que en este instante posee el sistema
de potencia, por ello se trata de una funcin en tiempo real.
El diseo de interfaces amigables es siempre interesante, sobre
todo si se trata de operar sistemas con funcionamiento continuo
que implican la toma de decisiones comprometidas, muy a menudo,
en situaciones de estrs psicolgico.
El dilogo hombre-mquina ha evolucionado desde los
primeros SCADA basados en relaciones alfanumricas de eventos,
hasta los actuales centros con sistemas grficos de manejo de
la informacin. Para mostrar el estado actual en que se
encuentra el sistema esta funcin utiliza los CRT8 con un gran
nmero de formatos de pantallas. En algunas ocasiones y si el
centro de control es importante, se utiliza un "mmico", el
7 Del ingls : MMI = Man-Machine Interface
8 Del ingls: CRT = Cathode Ray Tube
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TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 15 cual muestra sobre un esquema general de la red, que ocupa toda
una pared del centro de control, la topologa actual del
sistema.
Un MMI tpico posee estas dos funciones: aquellas basadas
en grficos9, sobre los que se representa la informacin y se
espera la interaccin del operador; y por otra parte aquellos
de tipo alfanumrico, que contienen listas de estados y
medidas, alarmas, histricos, etc. Todo ello realzado por un
cdigo de colores que facilite la comprensin al operador. En
cuanto a las peticiones del operador tambin han evolucionado
desde el dilogo mediante cdigos introducidos desde el
teclado, hasta el uso de teclados funcionales, marcacin
directa en pantalla, dilogos asistidos por el sistema y
algunos otros tipos de interfaces avanzados.
c) En muchas ocasiones se plantea la necesidad de contar
con un archivo histrico de la evolucin del sistema del que
sea posible obtener los informes pertinentes. Debido al volumen
de informacin que supondra, no se archiva toda la informacin
obtenida de la red, sino aquella que resulte ms significativa,
como: cambios de estado, rebase de lmites, alarmas, valores
medios, mnimos y mximos, as como una "fotografa" de la red
con periodicidad media10, etc. De toda esta informacin se
podran solicitar los partes deseados de acuerdo con las
9 Principalmente diagramas unifilares de la red.
10 Generalmente del orden de los 10 minutos.
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 16 opciones y formatos previstos.
d) Por ltimo la base de datos que se obtiene a partir de
una red elctrica contiene un elevado nmero de elementos. Por
tanto la introduccin y el mantenimiento de los datos
necesarios en un sistema de esas caractersticas hace el manejo
de esa base de datos algo complejo y nada trivial, sobre todo
si se requiere respuestas en tiempo real.
La relacin entre la base de datos y los ficheros de
representacin de datos es crucial. La forma en que esos datos,
que se van a mostrar en los CRT, han sido obtenidos,
calculados, dispuestos y mostrados son la base del
funcionamiento correcto de un sistema SCADA en tiempo real
[AMEL-91].
2.1.1.2.- CONTROL AUTOMTICO DE LA GENERACIN
La funcin que debe llevar a cabo el control automtico de
la generacin AGC11 es determinar qu cantidad de energa hay
que generar para cubrir satisfactoriamente la demanda actual de
carga, repartiendo esta generacin entre las distintas unidades
de produccin, coordinando los requisitos de regulacin con los
puntos bsicos de operacin de cada unidad [JALE-92]. Este
ltimo requisito implica importantes conexiones del AGC con
otras funciones propias del centro de control en las cuales se
11 Del ingls : AGC = Automatic Generation Control.
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 17 calculan esos puntos bsicos de operacin de las unidades.
Tradicionalmente esos puntos bsicos los calcula la funcin de
despacho econmico, aunque en algunas ocasiones otras
funciones, como el anlisis de seguridad o el control de
emergencias, pueden establecer esos puntos bsicos de
operacin.
Al control automtico de generacin se le asigna [IEEE-70]
la responsabilidad de ajustar la produccin de los generadores
con los objetivos generales del sistema de: a) mantener la
frecuencia en un valor prefijado y b) mantener, en cada
instante, un intercambio neto de potencia, con las compaas
elctricas vecinas, que se encuentre dentro de los contratos
establecidos. Por tanto el AGC es un compendio de equipos y
programas de ordenador que implementan ciclos cerrados con
realimentacin que controlan tanto la frecuencia como los
intercambios.
El objetivo del AGC se
puede ver en la Fig. 4, en
ella representamos al
subsistema S, que es un
miembro ms de un sistema
formado por varios
subsistemas interconectados
entre s, que est obligado
a mantener intercambios deFig. 4 : AGC del rea de control S.
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 18 potencia con los subsistemas vecinos. Estos intercambios han
sido representados por PA, PB y PC respectivamente. Como las
lneas de intercambio entre distintos subsistemas pueden ser
muy diversas la misin del AGC del subsistema S consiste en
ajustar su propia produccin de energa de manera que mantenga
constante el flujo de intercambio de potencia con sus vecinos a
la vez que mantiene tambin constante el valor prefijado de la
frecuencia. Naturalmente cada subsistema interconectado posee
requisitos similares de control de la generacin de potencia. A
los subsistemas encerrados por una lnea o frontera de
intercambio se les da el nombre de rea de control.
Si estas reas de control no dispusieran del AGC cualquier
cambio en la carga o cualquier otra perturbacin implicara, en
los casos de aumento de la demanda de potencia, una mayor
solicitud de sta a las reas de control vecinas produciendo un
desajuste en las lneas de intercambio. Por tanto el AGC
mantiene el rea de control dentro de unos mrgenes de
funcionamiento adecuados y por aadidura contribuye a que el
sistema total se mantenga a su vez dentro de los lmites de
funcionamiento requeridos.
Para conseguir esto el sistema AGC calcula una variable
denominada error de control de rea ACE12, para cada rea de
control, mediante la expresin [DEME-77]:
12 Del ingls : ACE = Area Control Error.
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TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 19 ACE = Error neto de intercambio + Bf * Error en la frecuencia
donde Bf es un parmetro caracterstico de la frecuencia. Cuando
el sistema est trabajando correctamente, con las inevitables y
continuas variaciones en el intercambio neto y en la
frecuencia, el valor de la variable ACE debe estar siempre lo
ms cercano posible a cero. Para el ejemplo de la Fig. 4 la
expresin a calcular sera:
ACE = (PAd + PBd + PCd) - (PA + PB + PC) + Bf * f
donde los Pid son los valores de intercambio establecidos y los
Pi son los valores reales como ya vimos antes.
La estructura bsica de un sistema AGC estara formada,
como se puede ver en la Fig. 5, por dos bucles, uno interno con
controladores L(s), los cuales gobernaran los generadores de
potencia manteniendo dentro de los valores prefijados el valor
de la frecuencia y otro externo, con controladores K(s), los
cuales gobernaran los canales de intercambio de potencia de
Fig. 5 : Estructura en dos bucles del AGC.
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 20 manera que vare la produccin de potencia necesaria para
conseguir el equilibrio requerido.
2.1.1.3.- DESPACHO ECONMICO
El sistema AGC garantiza que la demanda de potencia
elctrica sea satisfecha pero no tiene en cuenta posibles
implicaciones econmicas. Por tanto cuando es posible afrontar
un incremento de la demanda por diferentes mecanismos, se
plantea la cuestin de hacerlo con el menor coste marginal
posible: esto es lo que realiza el despacho econmico.
El objetivo general del despacho econmico se puede
establecer bsicamente en cmo repartir la produccin de
potencia, entre los distintos suministradores disponibles, de
tal manera que minimice el coste de produccin, mantenindose
siempre dentro de los lmites de seguridad del sistema. Este
proceso de planificacin debe asegurar la suficiente energa y
capacidad para satisfacer las necesidades del sistema, operando
bajo los lmites requeridos de fiabilidad, seguridad y
estabilidad. Las fuentes de potencia disponibles para esta
programacin pueden ser diferentes como las hidroelctricas,
trmicas y nucleares, as como las lneas de intercambio con
otras reas de control, que tambin actan como fuentes de
potencia.
Dado que la energa elctrica es difcilmente almacenable,
por lo que es necesario en cada momento producir la energa que
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 21 se necesita consumir, existe otra tarea importante del
despacho econmico que consiste en prever, con cierto tiempo de
antelacin, los posibles aumentos de la demanda elctrica
[MASI-85], de manera que ya tenga dispuesto qu plantas
generadoras lo van a proporcionar, cundo, y cul es la
posibilidad ms econmica. Estas previsiones se realizan a
partir del consumo normal, propiciado por la economa y el
clima del lugar, al que se le da el nombre de carga base y
teniendo en cuenta predicciones a largo y corto plazo.
La predicciones a largo plazo abarcan periodos de tiempo
de uno a varios aos y nos van a dar la carga base prevista
para los prximos aos. Se basa en estudios de crecimiento
econmico13 y de poblacin, tasa de construccin de casas y
venta de electrodomsticos, extrapolacin de curvas de consumo
de aos anteriores, etc.
Las predicciones a corto plazo cubren intervalos de tiempo
menores, del orden de un da o menos, a semanas, y nos van a
dar las variaciones que se van a producir en el consumo de
potencia sobre la carga base. Su clculo se basa en factores
como la existencia de eventos especiales, como pueden ser
ferias, actividades deportivas, etc.; parte meteorolgico, en
donde temperaturas muy bajas implican mayor uso de calefaccin
y temperaturas muy altas implican uso de la refrigeracin14 y la
13 Variaciones en el PIB.
14 Se suele hacer una correccin del 2% por cada 5C de variacin conrespecto a la temperatura normal del mes.
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 22 experiencia del propio operador del sistema que puede apreciar
otros factores difcilmente medibles como falta de iluminacin
natural por nubes, niebla, etc.
Atendiendo a todo esto el problema general del despacho
econmico se ha descompuesto en distintos subproblemas, cada
uno de ellos relacionado con un tipo de intervalo temporal. De
esta manera tenemos las
siguientes subdivisiones
[PODM-77]:
a) Programacin de
recursos semanal, pudiendo
llegar en algunos casos
a una programacin a uno o
varios aos.
b) Programacin de
recursos cada hora,
pudiendo alcanzar esta
programacin hasta el da
siguiente o los prximos
das.
c) Programacin de
recursos minuto a minuto.
Los subproblemas que
implican intervalos de tiempo ms grandes son resueltos
primero, ya que la informacin y las decisiones que se obtienen
de ellos se utilizan como datos en los subproblemas de
PROGRAMACIONCADA SEMANA
PROGRAMACIONCADA HORA
PROGRAMACIONCADA MINUTO
CADA SEGUNDO
Unidades fuera de servicio
Consumo semanal de energa hidroelctrica
Lista de unidades en servicio
Programa de intercambio de energa
Base econmicaFactores de participacin
Niveles de produccin deseados
AGC
Fig. 6 : Esquema general del despachoeconmico al que le hemos aadido el AGC.
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 23 intervalos de tiempos ms cortos. En la Fig. 6 hemos
representado la interaccin existente entre los distintos
subproblemas, al que le hemos aadido, en el ltimo paso, el
AGC que representara una actuacin sobre el sistema del orden
del segundo.
Fig. 6 : Esquema general del despacho econmico al que le hemos aadido elAGC.
La planificacin semanal no resulta ser tan interesante
para un centro de control de energa como lo puedan ser la
programacin cada hora o minuto a minuto donde surgen
variaciones continuamente. Por tanto la funcin de despacho
econmico se refiere principalmente a estas dos ltimas. Los
programas del despacho econmico que generalmente se utilizan
hoy en da usan algoritmos basados en la resolucin de las
ecuaciones de coordinacin, donde las operaciones del mismo
nombre requieren que la produccin de energa sea distribuida
de tal manera que el coste de cada una de las unidades
implicadas sea el mnimo. Generalmente se sigue un proceso
iterativo en el que se va ajustando el valor de una constante,
resolviendo en cada caso las ecuaciones de coordinacin hasta
que la suma de la energa producida es igual a la carga del
sistema ms las prdidas de transporte.
El clculo de los factores de penalizacin, que aparecen
en estas ecuaciones, en las prdidas por transmisin se suelen
realizar a intervalos de diez minutos, lo cual resulta adecuado
ya que en ese intervalo de tiempo ocurren pocos cambios si nos
encontramos bajo las condiciones normales de funcionamiento.
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 24 Naturalmente los factores de penalizacin se pueden calcular
tambin por un cambio importante en la carga del sistema o en
la salida de algn transformador.
Los factores principales que intervienen en el programa
del despacho econmico son los siguientes :
- Coste marginal de uno de los generadores
- Precio del combustible
- Gestin del combustible
- Costes de mantenimiento
- Prdidas por transmisin en la red
Sin embargo en la prctica, como siempre ocurre, son
varias las razones que restringen el funcionamiento al cien por
cien de este programa de despacho econmico. En primer lugar la
capacidad de regulacin de una compaa elctrica depende del
tipo de centrales con las que opere: capacidad de regulacin
casi nula en las nucleares; media-baja en las trmicas,
dependiendo del tipo de combustible; y alta en la hidrulicas.
Por otro lado, razones polticas y econmicas de otro tipo15
pueden superponerse a las simplemente tcnicas a la hora de
seleccionar los generadores a usar. Y por ltimo, la cada vez
mayor coordinacin entre las empresas, hace de la regulacin un
problema global que necesita de un gestor de la red total,
papel desempeado en Espaa por Red Elctrica S.A.,
15 Por ejemplo, consumo de carbn nacional para impedir el hundimientodel sector, etc.
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 25 disminuyendo la capacidad particular de repartir la generacin
de electricidad.
2.1.1.4.- ESTIMADOR DE ESTADO
El error contenido en una medida individual es
desconocido, por ello nunca podremos obtener el verdadero valor
de una cantidad que nos interese. Para poder discriminar entre
medidas correctas e incorrectas, as como mejorar la exactitud
en los valores de las magnitudes medidas, se hace necesario la
existencia de una cierta redundancia en las medidas, es decir,
tomar ms de una medida de la cantidad que nos interesa.
Para entender mejor este razonamiento vamos a considerar
un ejemplo lejos de lo que es una red elctrica: supongamos que
tenemos inters en medir la temperatura de un determinado
proceso. Naturalmente que un buen termmetro sera lo adecuado,
sin embargo, si esa temperatura se convierte en un parmetro
crtico, ese nico termmetro quizs no sera suficiente para
estar seguro de su comportamiento. Por tanto un segundo
termmetro aadido mejorara los resultados que se obtengan,
aunque en el caso de que sus valores difieran en ms de una
cierta cantidad, nos indicara que el sistema no funciona
correctamente pero seguiramos sin saber cul de las dos
medidas es la correcta. Un tercer termmetro sera la solucin
aunque en algunas ocasiones se recurre a otro parmetro
distinto, por ejemplo medir la presin, y a partir de un modelo
matemtico que relacione presin y temperatura obtener el valor
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 26 deseado. En este ejemplo hemos necesitado una redundancia de
tres a uno, como mnimo, para obtener un valor fiable.
En los sistemas de potencia no es la temperatura la
magnitud que ms nos interesa medir, en general se tratar de
tensiones y ngulos de fase. Por ello se puede formular un
modelo matemtico que reproduzca el comportamiento de la red
elctrica, que junto con
tcnicas de estimacin de
estados nos va a permitir
obtener los datos deseados
sin necesidad de duplicar
mediciones excesivamente.
En la Fig. 7 hemos
representado la lgica de
funcionamiento del estimador
de estado. Como se ve
comienza determinando qu
parte de la red va a estudiar
o es observable actualmente,
para ello utiliza el modelo
de la red as como la estructura actual de la red, que la
obtiene a partir de los estados de cada interruptor del sistema
mediante el llamado anlisis topolgico. En el siguiente paso
el estimador de estado con las medidas recibidas, despus de un
prefiltrado donde se prescinde de los valores claramente
ESTIMADOR
OBSERVABILIDAD
DETECCION
ERRORES
IDENTIFICACIONMODIFICACION
PREFILTRADO
ANALISISTOPOLOGICO
COMIENZOPARAMETROSESTRUCTURA
MODELO
SI
NO
FIN
E ?
ESTADOS
MEDIDAS
Fig. 7 : Lgica de funcionamiento delestimador de estado.
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 27 errneos, va puliendo los valores obtenidos con los estimados y
viceversa de manera que es capaz de detectar errores y
subsanarlos. Una vez resuelto todo el proceso, si no encuentra
ms errores, da por finalizada su tarea.
Por tanto el estimador de estado se puede entender [DYLI-
77] como un procedimiento matemtico para calcular, a partir de
un conjunto de medidas de la red, la "mejor" estimacin posible
de las magnitudes de tensiones y ngulos de fase de la red. Se
supone que el conjunto de medidas utilizadas para este fin
poseen el grado de diversidad y redundancia necesarios para
permitir la correlacin estadstica y correccin de las
medidas, detectando datos errneos y obteniendo los valores de
cantidades no enviadas como dato. En cada proceso cada medida
tomada contribuye a la estimacin de ms de una magnitud y cada
magnitud se estima a partir de ms de una medida [DOPA-77].
Las principales misiones encomendadas al estimador de
estado sern las siguientes:
- Determinacin del estado de la red conociendo sus
variables elctricas en cualquier punto, ello nos
permitir calcular datos no enviados o perdidos en
la transmisin e identificar errores.
- Mejorar la precisin de las medidas mediante la
contrastacin de un dato por varias vas.
- Proporcionar datos de entrada a la funcin de
monitorizacin.
- Proporcionar los datos del bus de carga para llevar
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 28
a cabo otras funciones como, por ejemplo,son:
anlisis de seguridad, flujo de carga, etc.
Se puede suponer que el estimador de estado nos va a
proporcionar una "fotografa" de la red, indicndonos el estado
actual que sta presenta. Sin embargo esta idea es falsa ya que
en el tiempo durante el cual se han realizado las medidas han
podido ocurrir fenmenos que desvirten esa imagen que nos da
de la situacin actual de la red. Cuando el sistema se
encuentra en el estado normal de funcionamiento, que debe ser
en la mayora de los casos, el estimador de estado nos dar,
con mucha aproximacin, el estado real del sistema. Sin
embargo, cuando nos encontramos en el estado de emergencia ese
desfase temporal entre dos medidas que suponemos simultneas
puede llevarnos a trabajar con errores.
2.1.1.5.- ANLISIS DE SEGURIDAD
El concepto de seguridad en un sistema de generacin y
distribucin de energa elctrica ya lo vimos cuando hicimos la
introduccin al concepto de centro de control. Sin embargo,
podemos decir, en lneas muy generales, que todos entendemos
que una red elctrica es segura cuando la probabilidad de que
se presente un apagn generalizado es baja. El fallo de
cualquier elemento simple de la red puede provocar la
interrupcin del suministro en una amplia zona geogrfica. El
coste de esa situacin tiene dos vertientes: por un lado el
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 29 consumidor resulta afectado con la incomodidad o paralizacin
de su actividad y por otro lado, el no consumo de energa, con
la prdida de facturacin correspondiente, lleva a una
disminucin de los ingresos de la compaa suministradora, pero
no as de sus gastos, que slo se ven reducidos en muy pequea
medida.
Por ello es evidente que conseguir la seguridad del
sistema debe ser unas de las funciones ms importantes que debe
realizar un centro de control, ya que implica el conservar al
sistema de potencia dentro de los lmites establecidos sin
perder ninguna de sus caractersticas requeridas. El sistema
debe operar de tal manera que se obtenga el mximo rendimiento
econmico con la mxima seguridad, dentro de los lmites del
sistema. Desgraciadamente la optimizacin de la seguridad y de
la economa de operacin son objetivos contrapuestos que deben
ser cuidadosamente equilibrados.
Para conseguir este objetivo se debe trabajar en tres
frentes [DOPA-77]:
- Monitorizacin del sistema.
- Anlisis de contingencias.
- Estrategias de correccin.
Con la primera de ellas, que ya hemos visto en la funcin
SCADA, pretendemos conocer mejor las condiciones actuales en
que se desenvuelve el sistema. Se trata de un anlisis esttico
ya que nos limitamos a comparar los datos obtenidos con unos
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 30 lmites de referencia y presentarlos al operador. La segunda
determina los posibles efectos producidos por cortes en los
servicios del sistema. Por ltimo, la tercera, proporciona al
operador del sistema en tiempo real la pauta a seguir para
eliminar condiciones indeseables del sistema.
El anlisis de contingencias consiste en la simulacin de
fallos y/o cortes en las unidades de produccin de energa as
como en los medios de transporte de sta, con la finalidad de
estudiar su efecto sobre las tensiones, los flujos de potencia
y la estabilidad del sistema en su conjunto.
Este tipo de anlisis de contingencias tiene una doble
vertiente en cuanto a su utilidad, ya que se puede utilizar
tanto en tiempo real, con los datos que en ese momento se estn
produciendo, como con datos hipotticos y que por tanto slo
sirve para prever futuras situaciones. Existen diferencias
fundamentales cuando se lleva a cabo este estudio en ambas
situaciones:
- Condiciones actuales del sistema: en tiempo real el
estado actual del sistema debe ser conocido para saber a qu
estado resultante se ir el sistema cuando se produzca el corte
de alguna de los servicios del sistema. Tambin hay que tener
en cuenta que la seleccin de posibles contingencias a estudiar
depender mucho de las condiciones actuales de funcionamiento
del sistema mientras que si utilizamos el anlisis de
contingencias con datos hipotticos no estamos limitados por
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 31 nada en cuanto a nuestras suposiciones.
- Seleccin de contingencias: en el estudio hipottico las
posibles contingencias se simulan de acuerdo con un criterio de
orden de contingencias, mientras que en tiempo real estas
contingencias dependen de las condiciones actuales lo cual
indica que puede incluir contingencias de rdenes diferentes.
Tambin ocurre que en los estudios no reales se tiende ms a
suponer cortes en la produccin o transmisin mientras que en
tiempo real el estado actual de los interruptores puede
resultar de ms inters para evitar "cadas" de partes del
sistema en cascada.
En el anlisis de contingencias existen partes del propio
sistema que resultan inaccesibles al SCADA o incluso otros
sistemas distintos, interconectados con el sistema que estamos
estudiando, que son los llamados sistemas externos. Las
condiciones de operacin de estos sistemas influyen y afectan
al anlisis de contingencias que del sistema estamos
realizando. Por ello existen diversas tcnicas16 para
"sustituir" al sistema externo y poder incluirlo en el anlisis
de contingencias o en otros mdulos de clculo.
Conocido el equivalente externo del sistema se puede
llevar a cabo el anlisis de contingencias resolviendo las
ecuaciones de la red con las contingencias simuladas
16 Reduccin convencional del sistema externo, Identificacin de la red,Equivalente estocstico, etc.
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 32 correspondientes. Sin embargo si queremos tener en cuenta las
incertidumbres en los datos facilitados puede ser til llevar a
cabo un procesado posterior de la informacin obtenida para
conseguir resultados estadsticos de los mismos en donde, entre
otras cosas, conozcamos su varianza.
Las estrategias de correccin proporcionan al operador
actuaciones posibles en el caso de que el sistema haya superado
alguno de los lmites establecidos. Esto ha podido ocurrir como
consecuencia de la presencia de contingencias que ha llevado al
sistema fuera del estado normal de funcionamiento. Los
principales medios de que dispone el operador para llevar a
cabo las acciones de correccin son: la programacin de la
generacin de potencia, cambio en generadores de reactiva,
reguladores en carga de transformadores, programacin de
tensin e intercambio de potencia con las redes
interconectadas, etc. Se han propuesto diversos mtodos para
obtener estas estrategias de correccin. La mayora de ellos se
basan en optimizar alguna funcin del sistema como puede ser el
coste de produccin, las prdidas en transporte, etc. sujeto
siempre el sistema a las limitaciones fsicas de los servicios
que ste presta y al cumplimiento de las leyes de la red.
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 33
En la Fig. 8 vemos los distintos estados en que se puede
encontrar el sistema junto con las distintas conexiones que hay
entre ellos. Se puede observar cmo, incluso en el estado de
emergencia, la situacin puede ser reversible, no as cuando
aparecen prdidas de carga importantes en cuyo caso se llega a
la "cada" de grandes partes del sistema, lo que nos lleva a un
estado extremo o de colapso, del cual slo se puede salir a
travs de la restauracin del sistema.
2.1.1.6.- OTRAS FUNCIONES
Fig. 8 : Posibles estados del sistema.
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 34
Hasta aqu hemos visto las principales funciones que
pueden presentar los centros de control. En la Fig. 9
representamos en un cuadro esquemtico estas funciones
indicando la relacin que existe entre ellas. En este esquema
se han sealado las relaciones ms evidentes ya que la
informacin que produce cualquier funcin est a disposicin de
las dems funciones si stas la necesitan.
Sin embargo hay otras funciones, de las que no hemos
hablado todava y que veremos, no de forma exhaustiva, ms
brevemente en este ltimo apartado dedicado a las funciones de
un centro de control. Para ello vamos a desarrollar un panorama
general de las tareas que desempean los centros de control.
En lneas generales diremos, como ya sabemos, que un
centro de control dirige todos los aspectos que ataen a un
sistema de potencia. Las variables que maneja son de dos tipos:
variables dependientes, como pueden ser la tensin, fase,
potencia reactiva producida, flujos de potencia, etc. y
variables independientes, como son el consumo de potencia y de
carga, potencias generadas, tomas de transformadores, tensiones
de consigna, etc. Algunas de estas ltimas variables son
definibles por el operador del sistema por lo que se les da el
nombre de variables de control.
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 35
Entre estos dos tipos de variables existen determinadas
relaciones que implican restricciones al funcionamiento del
sistema. Existen restricciones de igualdad, que son ecuaciones
o sistemas de ecuaciones que la red debe cumplir y
restricciones de variables en las cuales se limitan los valores
posibles de algunas variables, lo cual se expresa
Fig. 9 : Esquema general de las funciones de un centro de control.
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 36 matemticamente mediante inecuaciones. Estas restricciones de
variables son de dos tipos: lmites fsicos de las mquinas,
como es la capacidad mxima de generacin, capacidad de las
bateras de condensadores y reactancias, etc. y lmites de
explotacin, como son los flujos mximos por lneas y
transformadores, tensiones mximas y mnimas en los nudos, etc.
Naturalmente ambos tipos de lmites no son considerados de
igual forma ya que, por ejemplo, un generador no puede
suministrar ms MW de los indicados por su capacidad mxima,
sin embargo, una lnea, con una capacidad mxima de transmisin
de 200 MVA, puede trabajar temporalmente con 201 MVA.
Como ya hemos visto este control del sistema se lleva a
cabo, en la mayora de los casos, siguiendo un criterio que
minimice alguna magnitud en concreto y siempre que las acciones
a realizar sobre el sistema nos lleve a un estado posible del
mismo. Por ello el centro de control, con los datos
suministrados por la funcin SCADA, regula la pareja
frecuencia-potencia, igualando la produccin de potencia al
consumo real en cada instante (funcin AGC), indicando en cada
momento el estado actual del sistema (funcin estimador de
estado), aplicando siempre que se pueda criterios de coste
mnimo (funcin despacho econmico), y criterios de
minimizacin de emisiones contaminantes (funcin despacho de
medio ambiente), haciendo mnimo las prdidas por transporte
(funcin minimizacin de prdidas reactivas), minimizando
tambin las desviaciones respecto al perfil ptimo de tensiones
(funcin de control automtico de tensiones), haciendo mnimo
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 37 el nmero de actuaciones necesarias sobre el sistema para
eliminar violaciones de los lmites de explotacin (funcin
control correctivo) y todo ello conservando al sistema dentro
de los mrgenes de seguridad establecidos (funcin anlisis de
seguridad), en donde las soluciones que se obtengan deben ser
flexibles, rpidas y fiables.
2.1.2.- COMPONENTES DE UN CENTRO DE CONTROL
Hasta ahora hemos visto qu entendemos por un centro de
control y cules son las funciones que puede llevar a cabo. En
este nuevo apartado vamos a ver los componentes que forman un
centro de control y que le van a permitir cumplir satisfacto-
riamente todas las funciones a l encomendada.
En los sistemas de control modernos se considera [AMEL-91]
al centro de control como el conjunto de ordenadores,
perifricos y los subsistemas adecuados de entrada/salida que
permiten al operador del sistema monitorizar el estado actual
de la red y controlarla. Por ello el centro de control debe ser
un sistema que funcione en tiempo real y para ello los
ordenadores que lo implementen tambin deben serlo. Esto quiere
decir bsicamente que los ordenadores dedicados a esta tarea
deben poseer un sistema operativo en tiempo real de
caractersticas probadas y eficientes en este campo.
Para la descripcin de las distintas partes que componen
un centro de control hemos dividido esta seccin en tres
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 38 subsistemas: subsistema de ordenadores, subsistema de software
y subsistema hombre-mquina.
2.1.2.1.- SUBSISTEMA DE ORDENADORES
El subsistema de ordenadores es la herramienta principal
con que cuenta el centro de control para llevar a cabo su
tarea. Es el elemento bsico que controla la generacin y la
transmisin de la energa, la recoleccin y el anlisis de los
datos obtenidos, la creacin de operaciones de registro17 y la
actualizacin de los datos presentados en los monitores.
Los elementos bsicos de un subsistema de ordenadores
incluyen la unidad central de proceso CPU18, los terminales de
entrada/salida, la memoria principal y los perifricos, como se
puede ver en la Fig. 10. La CPU es el controlador principal del
ordenador, es el encargado de llevar a cabo las operaciones
aritmticas as como de tomar las decisiones lgicas. La
memoria principal es el lugar donde se almacenan los datos que
maneja el ordenador y tambin los programas que ste ejecuta.
Los terminales de entrada/salida transmiten los datos entre la
memoria principal y los perifricos del sistema, mientras que
stos convierten los datos que produce el ordenador a un
formato fcilmente entendible por el hombre y viceversa, es
17 Donde se almacena las ejecuciones realizadas por el ordenador,incluyendo las cintas utilizadas, los ajustes de control, las paradas yotros datos pertinentes.
18 Del ingls : CPU = Central Processing Unit.
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 39
decir, convierte informacin que el operador del sistema
facilita al ordenador en una informacin utilizable por el
ordenador. La CPU bajo la direccin del sistema operativo
ejecutar programas de aplicacin los cuales mantendrn la base
de datos del sistema y controlarn el sistema de potencia.
Los criterios de diseo de un centro de control sobre
capacidad, tiempo de respuesta y mantenimiento sugieren [BLYN-
77] que stos posean una configuracin "dual", en la que los
ordenadores, que poseen la estructura que hemos visto arriba,
se encuentran duplicados, ya que situar todas las funciones en
tiempo real, la monitorizacin y el control sobre un nico
procesador hace extremadamente difcil e impracticable obtener
altos niveles de fiabilidad y velocidad.
Fig. 10 : Componentes de un ordenador.
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 40
Esta configuracin dual se muestra de una manera muy
simplificada en la Fig. 11 (a) donde los ordenadores A y B son
dos ordenadores idnticos.
Existen distintas formas en las que asignar las funciones
a realizar por cada uno de estos ordenadores. Un forma sera
dedicar un ordenador a realizar todas las tareas, crticas o
no, permaneciendo el segundo en estado de alerta o espera,
dispuesto a entrar en servicio en cualquier instante. Este
procedimiento evita los problemas que presentaba el uso de un
nico ordenador que llevara a cabo todas las tareas. Otro
criterio que tambin se aplica consiste en repartir las
funciones entre los dos ordenadores de manera que uno de ellos,
al que se llama primario, realiza las funciones crticas en
tiempo real mientras el otro, al que se le llama secundario,
adems de estar siempre dispuesto a asumir estas tareas
crticas, va realizando otras tareas de apoyo, las que se
llaman "fuera de lnea". En la Fig. 11 (b) representamos los
dos ordenadores conectados entre s para representar esa
disposicin del ordenador secundario a sustituir en cualquier
momento al primario. Esta conexin se puede llevar a cabo de
Fig. 11 : Estructura dual del subsistema de ordenadores.
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 41 manera automtica, en caso de producirse un fallo, o de manera
manual, en cualquier instante que el operador lo solicite.
Cada parte de la configuracin dual no est formada
nicamente por un ordenador, en muchas ocasiones se le coloca
otro ordenador previo, ver Fig. 12 (a), que se le conoce con la
expresin inglesa "front-end", el cual tratara la adquisicin
de los datos, mejorando el tiempo de respuesta general del
sistema, ya que el "front-end" suministra los datos al
ordenador ya procesados. En general estos ordenadores tienen la
capacidad suficiente para manejar l solo todos los canales de
adquisicin de datos del sistema, por tanto tambin tendremos
una configuracin dual en estos ordenadores.
Para evitar los efectos de posibles fallos tenemos dos
posibles configuraciones que representamos en la Fig. 12. En la
primera de ellas, (b), la conexin slo se da entre los
ordenadores principales, en la segunda, (c), adems, existe una
conexin entre los "front-end" previos.
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 42
Otra configuracin posible es la que mostramos en la Fig.
13 (a) en la que los dos odenadores "front-end" estn
conectados a los dos ordenadores principales de manera que
pueden trabajar cualquier "front-end" con cualquier ordenador
principal. En la Fig. 13 (b) mostramos las conexiones
realizadas para evitar los posibles fallos en los distintos
elementos del sistema.
Fig. 12 : Estructuras duales "front-end" - ordenador.
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 43
Con el paso del tiempo la configuracin de un centro de
control ha ido evolucionando de manera que se han introducido
mejoras tanto en el hardware como en el software. Hoy en da se
tiende a la utilizacin de los llamados "sistemas abiertos".
Este concepto lleva a la utilizacin, en los centros de
control, de las redes de rea local LAN19, la cual permite a los
distintos equipos que configuran el centro de control, usando
protocolos estndares, una interconexin entre ellos directa y
lgica. Incluso permite aadir nuevas prestaciones o funciones
sin necesidad de grandes cambios en el sistema. En la Fig. 14
mostramos un esquema tpico de esta configuracin.
19 Del ingls : LAN = Local Area Network.
Fig. 13 : Configuracin "front-end" - ordenador completa.
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 44
En lneas generales podemos decir que la tendencia actual
es disear centros de control basados en sistemas abiertos, con
canales de entrada/salida redundantes, en donde cada tarea a
llevar a cabo por el centro de control la realiza un multipro-
cesador dual independiente [AMEL-91]. En la Fig. 15 vemos una
configuracin de este tipo, en la que la filosofa de
utilizacin consiste en usar uno de los multiprocesadores para
todas las tareas encomendadas, quedando el segundo de ellos en
espera por si surge algn fallo en el sistema o es requerido
para ello.
Fig. 14 : Estructura del subsistema de ordenador basado en LAN.
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 45
2.1.2.2.- SUBSISTEMA DE SOFTWARE
El software de un centro de control est formado por un
conjunto de programas de aplicacin que se ejecutan, de acuerdo
con el sistema operativo del sistema, en un ordenador
multitarea o distribuidos en distintos procesadores como ya
hemos visto que era posible en el apartado anterior.
Fig. 15 : Estructura del subsistema de ordenadores con multiprocesadores.
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 46 En la Tab. 3 adjunta, incluimos los programas de aplicacin
utilizados ms asiduamente, describiendo, a continuacin,
algunos de ellos.
- Adquisicin de datos
En muchas ocasiones este programa de aplicacin est
formado por un conjunto de subprogramas cada uno de ellos
dedicados a una tarea especfica. Entre estas tareas podemos
destacar estas tres: Funcin de comunicacin con las RTU,
Secuencia de eventos SOE20 y Estadsticas de comunicacin.
Cuando se reciben los datos enviados por la RTU el
programa de adquisicin de datos es el encargado de analizar
cada uno de ellos para determinar si se encuentra entre los
lmites estable-cidos. Tambin determina el estado de cada
punto del sistema y lo compara con su estado anterior para
determinar si ha cambiado. Si eso es as lo notifica al
programa de aplicacin de alarma por si ese cambio indicara
20 Del ingls : SOE = Sequence Of Events
Tab. 3 : Software ms comn en un centro de control.
- Adquisicin de datos- Base de datos- Dilogo hombre-mquina (MMI)- Entrada/salida comunicaciones locales- Control automtico de la generacin- Realizacin de informes- Funciones EMS
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 47 algn cambio que altere el estado del sistema.
La secuencia de eventos (SOE) es un programa de aplicacin
especial que se ejecuta en coordinacin con la funcin de
comunicacin con los RTU. En cada RTU se almacena, con una
precisin de milisegundos, los cambios de estado producidos as
como el instante en que ocurri. El conjunto de datos as
elaborados deben estar a disposicin del operador del sistema
si ste los solicita.
Por ltimo el programa de adquisicin de datos llevar a
cabo la monitorizacin de la calidad de los datos recibidos y
para ello realiza estudios estadsticos de los mismos. A partir
de estos estudios, y conectado con otros programas de
aplicacin, puede emprender acciones para mejorar los datos
obtenidos e incluso colocar fuera de servicio a una RTU
determinada.
- Base de datos
El programa de base de datos es bsico en un centro de
control. Su principal virtud debe ser la de velocidad. En cada
exploracin de las RTU la base de datos es actualizada y por
ello el acceso y almacenamiento de cada uno de los datos debe
ser lo ms inmediato posible, con el fin de conseguir
prestaciones en tiempo real.
En esa base de datos no se almacena nicamente el valor
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 48 del dato sino que adems, este programa de aplicacin, le
asocia a cada medida una serie de atributos que permitirn al
programa MMI una mayor rapidez de funcionamiento. Algunos de
estos atributos son: el color con el cual van a ser
representados en pantalla, si el dispositivo en cuestin est
activado o desactivado, si el valor presente es real o
calculado, qu relacin existe entre este valor concreto y los
lmites permitidos, etc.
- Dilogo hombre-mquina (MMI)
Este programa permite al operador del sistema visualizar
el estado de la red y actuar sobre ella para controlarla. Este
software es difcilmente separable de los dems programas de
aplicacin ya que est muy interconectado con ellos. As, por
ejemplo, debe haber una relacin muy intensa con el software de
base de datos ya que cualquier accin que sobre el sistema se
realice, a travs del MMI, debe reflejarse inmediatamente en la
base de datos.
La mayora de la aplicaciones posibles de este programa de
aplicacin se refieren a disponibilidades en el uso y manejo de
la informacin presentada en los monitores del centro de
control. As el operador del sistema podr solicitar distintas
pantallas de informacin, podr crear o editar pantallas ya
existentes, podr "sealar" algunos puntos del sistema para
actuar sobre l, podr controlar el manejo, ejecucin y cambios
en todos los dems programas de aplicacin, etc. El hardware y
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 49 la estructura que permite realizar este software lo veremos un
poco ms adelante.
- Control automtico de la generacin (AGC)
Este programa capacita al centro de control, a travs de
las RTU, para determinar el modo de funcionamiento del sistema
o bajo qu criterios va a operar ste. Algunos de los modos
permitidos son: manual, base, en donde la generacin de
potencia est fijada a un valor determinado, de regulacin, en
donde la generacin es flexible dentro de unos mrgenes,
econmico, en donde la generacin efectiva pretende minimizar
los costes de produccin, etc. Algunos de los criterios de
operacin seran: intercambio constante de carga, de manera que
la cantidad de energa que entra en el sistema y la que sale de
l sea fija, frecuencia fija, en donde se altera la generacin
de potencia con el fin de mantener la frecuencia constante,
mantenimiento conjunto de intercambio y frecuencia, criterios
correctivos cada cierto tiempo para compensar la acumulacin o
la deficiencia de carga, etc.
Dentro de este programa de aplicacin podemos encontrar
incluidos otros programas de aplicacin que en algunas
implemen-taciones aparecen como programas independientes.
Algunos de esos programas son: despacho econmico, que mantiene
al sistema dentro de un coste mnimo, control de reserva, que
calcula la reserva de cualquier tipo del sistema, unidad de
compromiso, que arranca o para las distintas unidades de
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 50 generacin de potencia dependiendo de la planificacin horaria,
diaria o semanal que se haya establecido, etc.
2.1.2.3.- SUBSISTEMA HOMBRE-MAQUINA
Cuando se maneja un sistema administrador de energa
(EMS), la relacin entre el propio sistema y el operador del
mismo se establece a travs de este subsistema hombre-mquina
subsis-tema MMI. Por tanto el subsistema MMI ser la "tarjeta
de presentacin" del sistema. En muchas ocasiones, la facilidad
de uso o no de este subsistema, propicia el que las empresas
del sector se decanten por un modelo u otro, dependiendo, sobre
todo, de la flexibilidad y sencillez de manejo del subsistema
MMI ms que de otras posibles ventajas que puedan ofrecer
determinados algoritmos sofisticados de hardware.
En el diseo de subsistemas MMI, por tanto, se prima el
obtener una relacin hombre-mquina lo ms simple posible y en
donde el operador tenga que hacer el menor nmero de acciones
para controlar la red encomendada. Por otro lado tambin se
tendr que tener en cuenta las posibilidades de ampliacin del
propio subsistema a medida que el propio sistema evoluciona
durante su vida til. As, por ejemplo, aumentar el nmero de
remotas del sistema o instalar ms plantas generadoras de
energa implica aumentar la cantidad de datos almacenados en la
memoria, manejados por el sistema y presentados en las
pantallas del MMI. Sin embargo, las ampliaciones ms
importantes del mdulo MMI son las debidas, no al desarrollo
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 51 del propio sistema, sino al aumento de las funciones y
capacidades del sistema EMS. Es esta capacidad de cambio y
ampliacin junto con el hecho de que la mayora de los mdulos
MMI estn implementados, casi a medida para cada empresa, a
partir de unos mdulos estndares de los fabricantes, lo que ha
llevado a formar un subsistema aparte con el mdulo MMI.
La carga que soporta el subsistema MMI es muy variada ya
que mientras el sistema se encuentra en el estado normal el
funciona-miento de este subsistema es relajado. Sin embargo,
cuando aparecen perturbaciones y contingencias el mdulo MMI se
convierte en un elemento crtico del sistema ya que a partir de
l debemos manejar gran nmero de alarmas, solicitar mltiples
pantallas, accionar comandos, activar procesos de restauracin,
etc., y todo ello dentro de un proceso en tiempo real. Para que
el sistema responda en este tipo de situaciones se definen una
serie de parmetros temporales, caractersticos del subsistema,
cuyos valores mximos estn muy estudiados con el fin de
asegurar el comportamiento requerido. Algunos de estos
parmetros son [KENE-77]: tiempo de respuesta, que es el tiempo
transcurrido desde que el operador solicita una pantalla
determinada hasta que sta aparece completa en el monitor,
tiempo de actualizacin, que es el intervalo de tiempo que
tardan los datos dinmicos, que aparecen en pantalla, en
renovarse a partir de la base de datos, y tiempo de refresco,
que es el tiempo necesario en presentar una pantalla CRT
completa a partir de la memoria CRT.
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 52
Existen distintos mtodos para acceder a las distintas
pantallas: directamente a travs de teclas de funcin,
seleccionando una opcin desde un men, usando teclas de
pgina-arriba/abajo, situando el cursor sobre determinadas
zonas de la pantalla, a travs de entradas alfanumricas, etc.
Generalmente se utiliza el mtodo de los mens de manera que a
partir de un men general se llega
a otro ms especfico y de este a
otro ms especfico todava. Esto
lleva a que se forme una "pirmide"
de pantallas como se puede ver en
la Fig. 16. En las figuras
siguientes, Fig. 17, 18, 19, 20 se
muestran algunas de las pantallas
que aparecen en el subsistema MMI.
Fig. 16 : Pirmide depantallas en un mdulo MMI.
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 53
En cuanto a la configuracin que presenta un subsistema
MMI sta depender del tipo de pantallas que utilice [DAMO-91].
En la mayora de los casos los EMS utilizan pantallas grficas
de caracteres, tambin conocidas como pantallas semigrficas
o pantallas de grficos limitados, que emplean un conjunto de
caracteres para representar las pantallas alfanumricas como
los diagramas.
Fig. 17 : Pantalla de estados.
Fig. 18 : Pantalla de medidas.
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 54
Son las ms utilizadas por dos razones, por ser ms econmicas
y por necesitar menos tiempo para su representacin en
pantalla. En la Fig. 21 hemos representado una estructura
tpica de mdulo MMI con pantallas grficas de caracteres. En
ella destaca el carcter dual de todo el esquema que permite a
Fig. 19 : Diagrama unifilar de una subestacin.
Fig. 20 : Pantalla de mandos.
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 55
cualquiera de las consolas estar siempre en funcionamiento,
evitando as posibles fallos que en momento crticos podran
ser nefastos.
El otro tipo de pantalla posible es la pantalla
"totalmente" grfica, o simplemente pantalla grfica, la cual
acta sobre cada pxel de la pantalla, lo cual permite obtener
mejores diagramas y ms completos. En lneas generales estos
dispositivos resultan ser ms caros y de respuesta ms lenta
que los del tipo grfico de caracteres, sin embargo, con el
paso del tiempo estas inconvenientes se van reduciendo y cada
vez son ms las empresas que los incluyen en sus mdulos MMI.
Fig. 21 : Configuracin tpica de subsistema MMI dual.
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 56 En la Fig. 22 se puede ver un esquema tpico de este tipo de
subsistema. Las principales caractersticas que presenta son
dos: que las consolas estn conectadas con los procesadores a
travs de una red local y que cada consola posee un procesador
grfico21, lo cual va a permitir que parte del software
encomendado al mdulo MMI se ejecute en ese procesador
disminuyendo el tiempo total de presentacin de la informacin
en la pantalla.
21 En ingls se conoce como "workstation".
Fig. 22 : Subsistema MMI con pantalla "totalmente" grfica.
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 57
2.2.- UNIDAD DE TRANSMISIN REMOTA
La instalacin de la funcin SCADA en un sistema de
control elctrico implica el uso de unidades de transmisin
remota (RTU) en las distintas zonas de inters de la red, como
pueden ser las estaciones de generacin, de distribucin, de
conmutacin, etc. La misin de estas remotas ser llevar a cabo
la conexin directa entre el sistema de potencia y el centro de
control del mismo, de manera que enve, desde la remota,
informacin de la red al centro de control y a su vez ejecute,
desde el centro de control, acciones sobre la red que
pretendemos controlar. Se puede decir que la unidad de
transmisin remota es los ojos, los odos y las manos del
centro de control del sistema. En la mayora de los casos la
remota es una "esclava" del centro de control, sin embargo, con
el paso del tiempo, a estas remotas se le van equipando con
algn tipo de capacidades de clculo y opti-mizacin, lo cual
va a representar una cierta "emancipacin" de las mismas.
El funcionamiento de un centro de control de energa
depende, fundamentalmente, de la adquisicin de datos del
sistema bajo su control. Por ello las remotas utilizadas en las
funciones SCADA de una red elctrica tienen como una de las
tareas ms importante la recoleccin de datos de la red para
trasmitirlas al centro de control, de manera que ste se haga
una idea del estado general del sistema. Los datos de ms
inters son aquellos que estn relacionados con las
caractersticas propias del sistema de potencia, como podran
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 58 ser tensiones, intensidades, potencias, etc., de los sistemas
de generacin, lneas de transmisin, transformadores, centros
de distribucin, etc., as como estados de dispositivos e
interruptores. Tambin los datos referidos a la energa
consumida, puede ser interesante, por ejemplo, para la funcin
de despacho econmico. Otros datos, que tambin suministran las
remotas en algunas aplicaciones, son del tipo de la temperatura
de un transformador, nivel de los tanques de combustible, nivel
del agua de un embalse, etc. Los datos elctricos son tomados
de la propia red y mediante transformadores y transductores se
convierten en tensiones o corrientes continuas muy pequeas
capaces de ser tratadas por circuitos electrnicos.
Al tratar de los datos que adquiere una remota lo primero
que tenemos que definir son las caractersticas o los rasgos
ms significativos que esos datos deben presentar. Para ello
vamos a distinguir dos aspectos distintos de cada dato [FRAN-
77]: tipos de datos y atributos de los mismos. En cuanto al
primero de ellos, stos pueden ser: entradas digitales,
aquellas variables que slo pueden tomar determinados valores
fijos, como son alarmas, indicadores, estados de dispositivos,
etc., entradas analgicas, variables que representan a una
seal analgica, como pueden ser tensiones, intensidades,
potencia, temperatura, etc., entradas acumuladas, variables que
se van acumulando en contadores u otro tipo de dispositivos de
medida, como es la energa consumida, salidas de control son
salidas digitales que actan sobre rels del sistema de
potencia transmitiendo una accin que desde el centro de
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 59 control se decide y por ltimo salidas analgicas que en
algunas ocasiones se producen ya que algunos dispositivos las
necesitan para su tarea, como ocurre, por ejemplo, al indicar a
un generador la potencia solicitada en cada momento.
En los sistemas SCADA el paso de las medidas analgicas
del sistema de potencia a los datos mostrados en las pantallas
del centro de control es un proceso que est lleno de escalados
[EVAN-91] y parte de ese escalado le corresponde llevarlo a
cabo a la remota. Aqu aparece, por tanto, otra tarea ms de
las unidades de transmisin remota, tarea comprendida entre la
recogida de los datos y la emisin de esos datos al centro de
control. En ella los datos reales tomados del campo son
escalados primeramente por los transformadores y los
transductores y de nuevo otra vez por los convertidores
analgico-digital para terminar siendo codificados
adecuadamente y enviados al centro de control.
En los sistemas de control las funciones que lo llevan a
cabo proporcionan a la unidad remota una serie de rdenes que
sta convierte en seales de control, como ya vimos ms arriba,
que generalmente actan sobre rels, interruptores,
reenganchadores, etc. Sin embargo no es extrao encontrarse
casos en donde estas seales van dirigidas a otro tipo de
dispositivos como reguladores de tensin, intercambiadores de
toma, vlvulas, etc. En cualquier caso la RTU no es quien
decide sobre qu controles actuar sino que nicamente transmite
las rdenes que recibe del centro de control.
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 60
En lo que se refiere a los atributos de los datos el
problema es ms subjetivo sin embargo aqu se proponen
siguiendo a [FRAN-77] los siguientes: rango del dato, que
pueden ser los valores mximo y mnimo del sensor, la banda de
valores dentro de la cual se supone que el valor no ha variado,
etc., frecuencia de adquisicin, tiempo mximo que se permite
que un dato est sin actualizar, en algunos casos se enva el
valor del dato slo cuando ste vara y por ltimo desfase
entre los datos, que representar la mxima diferencia temporal
permitida entre dos datos de un mismo conjunto.
Adems de todo esto existe otra informacin relativa a
cada dato adquirido, que se refiere a los requisitos que el
subsistema MMI del centro de control necesita para representar
correctamente la informacin sobre la pantalla. En este caso
nos referimos a: nombre de la variable a representar, cdigo de
color que se va utilizar en su representacin, procedimientos
de alarma, que indican los pasos a seguir, qu mensajes deben
aparecer en la pantalla y en qu orden si se produce una alarma
determinada, etc.
2.2.1.- COMPONENTES DE UNA RTU
La arquitectura de una RTU puede ser de lo ms variada,
dependiendo del tipo y nmero de seales que controle, as como
de las funciones que incluya. Sin embargo, una caracterstica
comn es su diseo modular que le permita adaptarse a las
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 61 necesidades de los diferentes emplazamientos y crecer si fuera
necesario. Segn las normas ANSI/IEEE C37.1 [ANSI-87] una
remota est formada por el conjunto de dispositivos, mdulos
funcionales, y cualquier elemento que est interconectado
elctricamente, que intervenga en llevar a cabo, a distancia,
las funciones de supervisin del centro de control. Adems
aclara que en esta definicin se incluye el interfaz con los
canales de comunicacin pero no dichos canales y que durante la
comunicacin con el centro de control la RTU acta subordinada
a ste.
Siguiendo estos criterios y [BLOC-91] podemos indicar que
los principales componentes o subsistemas de una RTU son los
que mostramos en la Fig. 23, en ella vemos que hay un
subsistema de comunicacin que es el encargado de establecer el
dilogo con el centro de control, un subsistema lgico que est
formado por un microprocesador y una base de datos y que se
dedica a dirigir las funciones propias de la RTU, un subsistema
de conexin que conecta directamente la RTU con la red para
tomar datos y actuar sobre ella, una fuente de alimentacin que
suministra a la RTU las distintas tensiones que necesita para
su funcionamiento y un subsistema de prueba y MMI que permite
al operador comprobar "in situ" el funcionamiento correcto de
la remota.
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 62
Veremos ahora cada uno de estos componentes con ms
detenimiento.
2.2.1.1.- SUBSISTEMA DE COMUNICACIN
El subsistema de comunicacin de una RTU es el responsable
de interpretar los mensajes que recibe del centro de control,
as como de estructurar y dar formato a los mensajes que la
propia remota enva a dicho centro de control. Por ello este
subsistema es el encargado de manejar todo lo relacionado con
Fig. 23 : Componentes de una RTU.
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 63 las funciones de protocolo, que veremos ms adelante con ms
detalle.
Tambin se encarga de las funciones de seguridad ya que es
esencial protegerse contra acciones de control falsas o incluso
contra datos errneos, debidos a la presencia de ruido en los
canales de comunicacin. Estas funciones de seguridad general-
mente consisten en aadir uno o varios bits al final del
mensaje de manera que la unidad que lo reciba sea capaz de
determinar si el mensaje recibido es correcto o ha sufrido
algn cambio durante su transmisin.
Generalmente cada RTU se comunica nicamente con un centro
de control, sin embargo, con la proliferacin de los sistemas
SCADA cada vez es ms corriente que una remota determinada se
comunique con dos o ms centros de control distintos, ya sean
de compaas diferentes o, siendo de la misma compaa, de
niveles distintos. Esta tarea de comunicarse con distintos
centros de control, quizs utilizando protocolos diferentes, la
lleva a cabo el subsistema de comunicacin de la RTU. Tambin
se utiliza esta "multi-comunicacin" con el fin de obtener
caminos de comuni-cacin redundantes, lo cual nos va a permitir
hacer llegar los datos al centro de control de otra manera
distinta a la habitual, con lo cual, podemos evitar situaciones
de incomunicacin momentnea directa entre el centro de control
y la remota correspondiente.
Con el paso de los aos se ha visto que los fallos en los
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 64 canales de comunicacin son mayores que los fallos en las
remotas o en los centros de control del sistema. Por ello en
algunos sistemas se han establecidos tcnicas para probar el
estado del canal. Peridicamente el centro de control enva un
mensaje a cada remota y sta debe reenviarlo, sin ms, al
centro de control. En el caso de las remotas es el subsistema
de comunicacin el encargado de llevarlo a cabo. Otra tarea de
este subsistema consiste en desconectar a la remota del canal
de comunicacin cuando ha pasado ya un determinado intervalo de
tiempo22 sin que haya comunicacin entre ella y el centro de
control lo cual pretende evitar posibles bloqueos del canal de
comunicacin si fallara la unidad remota.
2.2.1.2.- SUBSISTEMA LGICO
Este subsistema representa el "alma" de la unidad remota,
en l se produce el procesado de los datos, as como todo lo
relacionado con las funciones de control de la RTU. Posee dos
funciones claramente definidas: adquisicin y escalado de los
datos, y seleccin y ejecucin de las rdenes de control sobre
la red.
El proceso de adquisicin de datos consiste en tomar de la
red elctrica dos tipos de datos: digitales y analgicos. Los
datos digitales son aquellos que tienen una caracterstica
intrnsecamente binaria, susceptibles de ser representados por
22 En ingls se conoce como "time-out".
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 65 un bit. Se obtienen mediante la representacin de contactos
externos como interruptores, seccionadores, etc. Los datos
digitales que maneja una RTU, o la informacin de la posicin
de los contactos, son de cuatro tipos: estado actual, estado
actual con memoria, que incluye los cambios producidos en los
contactos desde la ltima transmisin de datos, secuencia de
eventos SOE, donde aparecen en una tabla los cambios producidos
en los distintos contactos junto con la hora, con precisin de
milisegundos, en que ocurri, y valores acumulados, donde se
lleva a cabo una cuenta de los pulsos recibidos, por ejemplo de
los generadores, por unidad de tiempo.
Aquellos datos que representan seales analgicas sern
los datos analgicos, en este grupo se encuentra la informacin
sobre tensiones, intensidades, potencias activas y reactivas,
factores de potencia, etc. Estos datos son sometidos,
generalmente, en este subsistema a un escalado mediante un
preprocesado de los mismos en el cual se produce conversin a
valores de ingeniera, contrastacin de rebase de lmites de
alarma, etc.
En cuanto a las seales de control las actuaciones del
sistema sobre la red suelen tomar la forma de contactos
abiertos o cerrados, que comandan los equipos de operacin,
como interrup-tores, generadores, transformadores, etc. Para
disminuir al mnimo la probabilidad de mando indeseado las
unidades remotas suelen tomar precauciones con el fin de evitar
que se active/desactive un elemento que no es, o activar varios
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 66 contactos a la vez. Por ello las seales de control son selec-
cionadas primero y tras su confirmacin se ejecutan. Adems, el
subsistema lgico, lleva a cabo los algoritmos locales de
control que se dedican, entre otras cosas, a la deteccin,
localizacin y despeje de fallos, reposicin automtica de
servicio, deslastre selectivo de cargas, etc.
Otras tareas de la RTU estn relacionadas con la capacidad
que presentan las remotas de trabajar con una base temporal,
como la secuenciacin de eventos, que ya hemos visto, o la
posibilidad de sincronizacin, ya sea con el centro de control
o, como en algunos sistemas, mediante la recepcin de seales
de radio, terrestres o va satlite, lo cual permite una
sincronizacin general del sistema.
2.2.1.3.- SUBSISTEMA DE CONEXIN
El subsistema de conexin es el encargado de llevar a cabo
el interfaz entre el subsistema lgico de la RTU y la red
elctrica. Est compuesto de todos los dispositivos necesarios,
como transformadores, transductores, convertidores analgico-
digitales, adaptadores, etc., para hacer que los datos tomados
de la red sean manejables por el subsistema lgico.
Los datos digitales son conducidos desde la red hasta el
subsistema lgico de la RTU mediante dos hilos en los cuales
hay tensin / no hay tensin. Tras su adaptacin de niveles,
opto-aislamiento y filtrado, ver Fig. 24, se almacena en la
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 67 memoria del subsistema lgico para su procesado y posterior
envo al centro de control.
La captacin de los datos analgicos se suele realizar,
ver tambin Fig. 24, mediante transformadores de intensidad y/o
tensin, un transductor que lleva la seal a un rango
apropiado23 y un convertidor analgico-digital que hace que el
dato sea manejable por el subsistema lgico. En cuanto a las
seales de control el subsistema de conexin acciona los rels
intermedios a travs de sus entradas/salidas adaptando la seal
de mando hasta los niveles adecuados para actuar sobre la red,
(ver Fig. 24).
23 Tpicamente de 0 a 10 voltios en corriente continua.
Fig. 24 : Subsistema de conexin de una RTU.
-
TELECONTROL DE REDES ELCTRICAS 68
Otro aspecto importante, del que se encarga tambin este
subsistema, es la proteccin del subsistema lgico de la RTU
del ambiente hostil que una subestacin elctrica representa
para l. Este ambiente hostil tiene muchas facetas, desde
variaciones de temperatura a lo largo del da, lo cual puede
influir en la estabilidad de los componentes de medidas, como
son los convertidores analgico-digital o los transductores,
hasta cuestiones de contaminacin en forma de suciedad, polvo,
e incluso en algunos casos atmsfera corrosiva, etc.
Sin embargo, la tarea de proteccin del subsistema de
conexin se centra principalmente en aislar al subsistema
lgico del ambiente, nada recomendable, que desde el punto de
vista elctrico presenta una subestacin de este t
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