6-Marzo-08 / 10-Mayo-08

E. Handschin – A. Petroianu

Sistemas de Administración de Energía(Energy Management Systems)Operación y control de Sistemas de transmisión de Energía Eléctrica

Springer-VerlagBerlin Heidelberg New YorkLondon Paris Tokyo, 1991

1

Prefacio

El control de red es una disciplina joven y sin embargo existe un número considerable de libros de texto publicados sobre este tópico.

Las presentes notas representan un enfoque unificado a los Sistemas Administración de Energía (Energy Management Systems EMS) desde el punto de vista del hardware, software y del operador humano. El libro provee un marco de trabajo dentro del cual los EMS han de ser realizados, considerando el estado-del-arte y los futuros desarrollos que dan lugar en este multidisciplinario campo. Se ha puesto un gran énfasis en la descripción sistemática de los diferentes aspectos de planeación operativa. El contenido de este libro está restringido al control de la red de los sistemas de transmisión eléctrica. El interés y lejos de alcanzar problemas del control de la red de distribución difieren mucho de los sistemas de transmisión y no se consideran aquí.

En orden, para ilustrar los aspectos específicos operativos y requerimientos de algunas empresas eléctricas, se han escogido tres casos diferentes de Norteamérica, Europa y de un país en desarrollo. La justificación y el comportamiento de un centro de control de red son muy difíciles de evaluar en términos de un costo-beneficio económico; por lo tanto, en el libro se hace un intento para responder estas cuestiones desde un punto de vista técnico.

El tópico de administración del proyecto es de suma importancia debido a que los EMSs llevan junto dos campos de ingeniería diferentes con bastante ciclos de vida: la ingeniería de potencia que experimenta un largo tiempo de vida en el equipo de generación, transmisión y distribución y la ingeniería de computación caracterizada por ciclos cortos de tiempo de vida y cambios rápidos de tecnología. El libro examina algunas características sobresalientes de la actividad administración de proyectos.

Este libro puede servir como notas de lectura para un curso de graduados en sistemas de administración de energía así como también una introducción concisa a los ingenieros quienes entran al campo del control del despacho de potencia. Por último, pero no por menor, este libro puede servir como una guía para los practicantes de empresas eléctricas, fabricantes, vendedores y consultores involucrados en los diferentes aspectos del diseño, desarrollo, implementación y operación de un centro de control de red.

Se ha puesto un gran esfuerzo en la edición de un glosario que contiene los conceptos más importantes utilizados en el campo de los sistemas administración de energía. Esta parte del libro representa una contribución al esfuerzo tratando de unificar la terminología en este nuevo campo de ingeniería creciente a grandes pasos.

2

Contenido

1. Introducción 71.1 Sistemas de Energía Eléctrica 71.2 Ingeniería de Sistemas de Potencia 91.3 Evolución de la tecnología del control de sistemas de potencia 111.4 Justificación de un Centro de Control 131.4.1 Esfuerzos asociados 131.4.2 Factores que justifican un nuevo centro de control 151.4.3 Conclusiones 18

2 Aspectos de Ingeniería de Sistemas en Operación Sistemas de Potencia 192.1 Clasificación 192.2 Descomposición en el tiempo 202.2.1 Pre-despacho 202.2.2 Despacho 212.2.3 Post-despacho 212.3 Descomposición por nivel de la Red 222.3.1 Transmisión 222.3.2 Sub-transmisión 232.3.3 Distribución 232.3.4 Consideraciones Generales 232.4 Descomposición por modo 232.4.1 Operación 232.4.2 Planeación de la Operación 242.5 Descomposición del estado de Operación 242.6 Descomposición de actividades 242.6.1 Administración de Potencia 242.6.2 Administración de Red 242.7 Descomposición del Control 252.7.1 Control Centralizado 252.7.2 Control Descentralizado 252.7.3 Política Centralizada versus descentralizada 262.8 Descomposición orientada al usuario 262.9 Descomposición del Análisis 272.9.1 Funciones del Análisis Primario 272.9.2 Funciones del Análisis Secundario 272.10 Descomposición del flujo de Control 27

3 Funciones típicas de un Centro de Control de Energía 293.1 Monitoreo y Seguridad del Sistema 293.2 Economía del Sistema 313.2.1 Costo Mínimo de Operación 323.2.2 Pérdidas Mínimas por transmisión de Potencia Activa 323.2.3 Desviación Mínima desde un punto específico de operación 323.2.4 Número Mínimo de controles programados 323.3 Control del Sistema 323.4 Control Restaurativo 34

4 Centro de Control del Sistema de Potencia: estructura del hardware 344.1 Generalidades 344.2 Unidad Terminal Remota 344.3 Comunicación 354.4 El Sistema de Computadora en Tiempo-Real 35

3

4.4.1 La Unidad Central de Proceso (el cpu) 354.4.2 El Sistema memoria de la computadora 374.4.3 Interfaz Hombre-Máquina 384.5 Revisión de la estructura del hardware para centros de control de red 404.5.1 Configuración de la computadora dual 404.5.2 Configuración de la computadora front-end 414.5.3 Configuración triple de la computadora 424.5.4 Configuración quad de computadora 434.5.5 Configuraciones distribuidas del sistema 434.6 Consideraciones en el diseño del Hardware 444.7 Obsolescencia del hardware 464.8 Funcionamiento del sistema SCADA/EMS 46

5 Centro de Control del Sistema de Potencia: estructura del software 495.1 Generalidades 495.2 Subsistema Adquisición de datos 505.2.1 Recolección de datos 505.2.2 Verificación de errores y pruebas plausibles 515.2.3 Conversión a unidades de ingeniería 515.2.4 Verificación de límites 515.2.5 Manejo de alarmas 515.3 Subsistema Control Supervisorio 515.4 Ambiente del software en tiempo-real 525.4.1 Sistema Operativo 525.4.2 Subsistema administrador de tráfico en tiempo-real 525.5 Sistema administrador base de datos 525.5.1 Generalidades 525.5.2 Requerimientos 535.5.3 Aspectos del software 535.5.4 Estructura de la base de datos 545.5.5 Almacenamiento y requerimientos de esfuerzo (effort) 565.5.6 Métodos de acceso 565.5.7 Requerimientos de funcionamiento 575.6 Interfaz hombre-máquina 575.6.1 Importancia 575.6.2 Factores humanos 575.6.3 Formatos de despliegue 585.6.4 Características, diseño, requerimientos 595.7 Subsistema comunicación Inter.-empresas 60

6 Centro de control de Sistema de Potencia: actividades del despachador 626.1 Introducción 626.2 Características salientes de la actividad del operador 626.3 Un modelo conceptual de la actividad del despachador 636.4 Requerimientos 646.5 Tendencias en la actividad del despacho del operador 66

7 Sistema de Potencia y Simulador de Entrenamiento del Despachador 697.1 Introducción 697.2 Requerimientos tecnológicos del Sistema de Potencia 707.3 Funciones de un simulador de entrenamiento 737.3.1 Funciones generales 737.3.2 Funciones específicas 757.4 Aspectos del modelado 767.5 Tipos diferentes de simuladores de entrenamiento 80

4

7.5.1 Version aislada (Stand-alone) 807.5.2 Version integrada 817.5.3 Implementación 837.5.4 Consideraciones económicas 83 7.6 Escenarios de entrenamiento y sesiones de entrenamiento 847.7 Consideraciones concluyentes 858 Sistemas Administración de Energía Existentes 878.1 Consideraciones Generales 878.2 Sistemas de administración de Energía en una empresa de EE.UU 878.2.1 Características del Sistema 878.2.2 El concepto de control jerárquico 878.2.3 Control soportado y evaluación de seguridad 888.2.4 Implementación 898.3 Sistemas Administración de Energía en Alemania 908.3.1 Introducción 908.3.2 Control Carga-Frecuencia 918.3.3 Sistemas Administración de Energía 938.3.4 Consideraciones concluyentes 958.4 Sistemas Administración de Energía en países en desarrollo 958.4.1 Introducción 958.4.2 Características Eléctricas de sistemas de potencia longitudinales 968.4.3 Evaluación de Seguridad en sistemas de potencia longitudinales 988.4.4 Consideraciones concluyentes 100

9 Administración de proyectos de Sistemas Administración de Energía 1019.1 Generalidades 1019.2 Etapas en la implementación de un nuevo centro de control 1049.2.1 Estudio de factibilidad 1049.2.2 Justificación del Sistema 1049.2.3 Requerimientos funcionales y especificaciones preliminares 1059.2.4 Liberación de la especificación 1059.2.5 Propósito de la evaluación 1059.2.6 Negociando un Contrato 1069.2.7 Especificaciones de diseño 1079.2.8 Implementación y organización 1079.2.9 Entrenamiento 1079.2.10Operación del sistema 1079.3 Un plan paso a paso para la implement. de un nuevo centro de control 1079.3.1 Diseño preliminar del Sistema (pre-contrato) 1079.3.2 Work Statement 1089.3.3 Diseño del Sistema (post-contrato) 1089.3.4 Especificaciones detalladas del diseño 1089.3.5 Desarrollo 1089.3.6 Integración y pruebas del sistema 1099.3.7 Aceptación del Sistema 1099.4 Diseño, desarrollo, y mantenimiento del software 1099.4.1 Fases del desarrollo del software 1099.4.2 Consideraciones concluyentes 11110 Sistemas Expertos para la operación del sistema eléctrico de potencia11410.1 Generalidades 11410.2 Monitoreo y Control de Seguridad 11510.3 Definiciones 11610.4 Estructura del sistema experto 11710.5 Posibilidades y límites de sistemas expertos 12010.6 Aplicaciones 122

5

10.7 Conclusiones 124

Glosario 157Referencias 179

6

1 Introducción

1.1 Sistemas Eléctricos de Energía

El alto estándar técnico de sistemas eléctricos de energía está basado en dos requerimientos:

- Una tecnología avanzada de los elementos de todo el sistema de potencia (técnica primaria).

- Desarrollo de métodos de procesamiento de información de alto nivel para su implementación en los sistemas de administración de energía (técnica secundaria).

La combinación óptima y coordinación entre estos dos campos es el mayor cambio de ingeniería en la implementación de un moderno sistema de suministro de energía eléctrica.

Fig. 1.1-1 Sistema de Energía y de Información

La fig. 1.1-1 muestra esquemáticamente la aplicación del proceso de información en el área de

- Control en la Planta de Potencia- Control en el Sistema de Potencia- Control en la subestación- Control de carga en el lado de la Demanda.

Mientras que la energía eléctrica fluye desde la generación, a través del sistema de transmisión, hasta las cargas, la información fluye en ambas

7

direcciones: desde los componentes hacia el centro de control (telemedición) y desde el centro de control hacia las plantas y subestaciones de potencia (telecontrol). La interconexión entre la energía y la información está dada por los requerimientos técnicos y económicos de los sistemas de energía eléctrica.

Comparada con la ingeniería de potencia, el proceso de información digital avanzada es una disciplina de ingeniería relativamente joven. Sin embargo, los modernos sistemas de potencia necesitan ser operados con una tecnología de información bien desarrollada; pero aún la tecnología de información más avanzada no puede mejorar la operación de un sistema de potencia pobremente planeado y/o implementado.

Fig. 1.1-2 Estructura Jerárquica del control del sistema de potencia

La estructura jerárquica de los diferentes sistemas de control de ingeniería de potencia se muestra en la Fig. 1.1-2. Esta consiste de tareas descentralizadas de control de planta de potencia, control de subestación de potencia y control de carga, por un lado, y el control centralizado del sistema de potencia por el otro. En ambas áreas las clases principales de

- Proceso de información- Monitoreo, protección, comando y control

son evidentes. Sin los sistemas de transmisión de datos y el procesamiento de ellos, la realización de estos sistemas de control es inconcebible.

Un sistema de administración de energía (EMS) moderno se muestra en la fig. 1.1-3. Las mediciones del sistema de potencia se transmiten a través de un sistema digital de información a la base de datos central. El análisis primario cubre las siguientes tareas:

- Programas de suitcheo de mensajes- Control de sistemas de desplegado de información- Registro de estatus y eventos- Procesamiento de información para el telecomando y control.

8

El soporte avanzado de decisión y las herramientas de optimización en el análisis secundario incluyen:

- Estimación de Estado- Flujos de Potencia Óptimos- Análisis de Seguridad de la Red- Predicción de Carga- Optimización de largo, mediano y corto plazo incluyendo asignación de

unidades y despacho económico.

Fig. 1.1-3: Sistema Administración de Energía (EMS) con el análisis primario para el monitoreo y el análisis secundario para la operación del sistema y planeación operativa

1.2 Ingeniería de Sistemas de Potencia

La ingeniería del sistema de potencia no está interesada solamente con los componentes individuales de un sistema de potencia tales como las plantas de potencia, líneas de potencia, transformadores, etc. sino también con los aspectos operativos del funcionamiento total del sistema de potencia con las restricciones de calidad, economía y seguridad. En general, la ingeniería de sistemas de potencia encuentra soluciones definidas por los siguientes cuatro criterios siguientes:

- Economía de la operación- Seguridad en el suministro de energía eléctrica- Calidad con respecto al nivel de frecuencia y voltaje- Compatibilidad ambiental.

La ingeniería del sistema describe los estados operativos de un sistema de potencia (ver Fig. 1.2-1) de acuerdo a las cuatro clases mostradas en la tabla 1.2-1.

9

Tabla 1.2-1: Estados operativos de un sistema de potencia

Estado Equilibrio de Energía Restricciones técnicas Principio (n-1) Y EconómicasNormal satisfecho satisfecho satisfechoAlerta satisfecho satisfecho no satisfechoInterrupción satisfecho no satisfecho no satisfechoDivisión de Red no satisfecho no satisfecho no satisfechoRestauración no satisfecho satisfecho no satisfecho

El principio (n-1) implica que la pérdida de uno de los elementos de potencia no lleva a una interrupción del sistema de potencia. La transición del estado alerta al estado normal, hace necesario tomar acciones preventivas por el ingeniero de control para evitar interrupción como resultado de una posible falla en el sistema de potencia. Si el sistema de potencia está interrumpido, se deberán tomar acciones correctivas debido a las restricciones técnicas y/o económicas que son violadas.

El tomar una acción correcta implica un proceso de toma de decisiones muy complejo, a menudo resultando en una presión de tiempo inaceptable al operador humano. Así los simuladores de entrenamiento del despachador forman una parte muy importante de un sistema administrador de energía (EMS) moderno (ver Fig. 1.1-3).

Fig. 1.2-1: Estados del sistema de potencia: P, medidas correctivas; C, medidas Correctivas

10

Las características básicas de un moderno EMS pueden describirse como sigue:

- Monitoreo del estado del sistema por medio de información analógica a digital

- Interacción con el sistema de potencia en una manera preventiva o correctiva

- Regulación de frecuencia y voltaje- Información confiable y completa del sistema a pesar de datos erróneos u

omitidos- Evaluación de riesgos operativos para el estado presente o futuro- Acciones para mejorar la seguridad del sistema de potencia- Operación económica del sistema de potencia- Utilización óptima de la energía primaria observando el aspecto ambiental.

La necesidad de un EMS se genera por muchos factores que afectan la operación correcta de un sistema de potencia:

- Desarrollo futuro de la demanda de energía eléctrica en los países industrializados y en desarrollo

- Disponibilidad de recursos de energía primaria para la generación de potencia

- Cambio rápido en las restricciones económicas y políticas cuando se implementan expansiones de sistemas de energía eléctrica

- Funcionamiento del SEP dentro de límites operativos debido a una disponibilidad limitada de la capacidad de generación y/o de transmisión debido a restricciones en la expansión necesaria del sistema de potencia

- Fuerte impacto de la nueva tecnología basada en la microelectrónica para una operación más confiable y económica así también como un uso racional de la electricidad

- Un incremento en la utilización de la tecnología de la información (TI) para manejar el complejo proceso de toma de decisiones.

1.2 Evolución tecnológica de control de sistemas de potencia

Los eventos importantes más significativos en la evolución de la tecnología del control de sistemas de potencia se representan en la Fig. 1.3-1.

11

Fig. 1.3-1:Eventos significativos en la evolución de la tecnología del control de sistemas de potencia

Hasta cerca de 1940 el despachador del SEP estuvo localizado en una estación de potencia o en una gran estación de potencia. El advenimiento de la tecnología del control de SEPs evolucionó a través de un monitoreo y control local, el uso de tableros mímicos y la telefonía para los comandos a los operadores de campo. La evolución de adquisición de datos y el control remoto empieza con la técnica analógica. La generación automática, el intercambio y el control de frecuencia también utiliza la técnica analógica. Durante el periodo 1950-1970 las computadoras digitales fueron utilizadas extensivamente para estudios de planeación de sistemas de potencia fuera de línea. El apagón de Nueva York (1965) forzó a las empresas de potencia a reconsiderar los problemas de confiabilidad en-línea, la consecuencia más importante siendo la introducción acelerada del SCADA/EMS. Siguiendo la introducción de computadoras en las plantas de potencia, las computadoras de proceso y los despliegues gráficos fueron también implementadas en los centros de control de despacho de potencia.

El periodo después de 1970 fue muy fructífero en el desarrollo de la teoría de estimación de estado y flujos de potencia óptimos. El segundo gran apagón en los EEUU en 1977 reforzó la importancia de una evaluación de seguridad de la red. Otros apagones e incidentes en Europa señalaron tales aspectos como simuladores entrenamiento de operadores, acciones correctivas en situaciones de emergencia o la importancia de estabilidad de voltaje.

12

El incidente de Three Mile enfatizó la importancia de la ingeniería humana en el despliegue de información al operador. SCADA/EMS también penetró en las redes de mediana tensión. Además, las tareas de automatización de distribución son diferentes de las funciones específicas de los sistemas de transmisión de potencia en alta tensión. Existe un gran interés por la necesidad de unificar el despacho del suministro y demanda (despacho económico y administración de la demanda).

La necesidad de operar al sistema de potencia cerca de los límites técnicos y económicos aceleró la implementación de los flujos de potencia óptimos considerando las restricciones de seguridad en el EMS. Las funciones objetivo diferentes para la optimización incluyen:

- Pérdidas de Potencia Real- Perfil igual de voltaje- Capacidad preespecificada de corto-circuito.

El hardware poderoso de la computadora permite la realización de procedimientos de optimización en tiempo-real. Además, el manejo eficiente de sofisticados EMSs requiere de las destrezas y entrenamiento de operadores.

El uso de sistemas basados-en-el-conocimiento de SCADA/EMS constituye los últimos desarrollos en la tecnología del control de despacho de potencia. Esto ofrece una nueva forma de implementar procedimientos algorítmicos y experiencia heurística. La información basada en conocimiento soporta el complejísimo proceso de toma de decisiones del operador del sistema de potencia.

1.4 Justificación de un Centro de Control de SEPs

1.4.1 Esfuerzos asociadosEl reemplazo de las convencionales oficinas del despachador por modernos centros de control ha sido la mayor tendencia de la industria de empresas eléctricas. Se ha hecho un considerable progreso en el desarrollo de la tecnología de control de despacho. Por 1990, más de 300 centros de control se han implementado o planeado. Este número es aún pequeño comparado con el número de empresas existentes en el mundo entero. El costo, claro, es el detrimento mayor pero no sólo el único. La Tabla 1.4-1 muestra algunas de las dificultades y esfuerzos asociados con la introducción de un nuevo centro de control. Aunque es ya posible mostrar una relación costo/beneficio positiva en algunas aplicaciones SCADA/EMS, en casi todos los casos no hay todavía bastante información estadística para un análisis comprehensivo costo/beneficio. Así, una sana metodología para una justificación de un centro de control está aún por encontrarse. Algunos de los especialistas soportan la opinión de que una justificación cuantitativa es aún compleja y que es casi imposible precisar la medida del valor de los centros de control.

Tabla 1.4-1: Análisis Cuantitativo de un EMS

Inversión Un nuevo centro de control representa una inversión de entre US $2 y $40

millones. La gráfica completa agrega acerca de $0.5 a 2 millones. Una estimación del costo es difícil debido al atraso de una estandarización. Cada nuevo proyecto SCADA/EMS significa cambios en aproximadamente 25% del ambiente SCADA y un 100% de la base de datos.

13

TamañoUn sistema SCADA tamaño medio contiene cerca de 50 unidades terminales remotas (RTU’s).

ComplejidadUn sistema de software SCADA/EMS mediano contiene sobre un millón de líneas de código.

Esfuerzo de DesarrolloUn paquete de seguridad de red representa un esfuerzo de desarrollo de más de 50 hombres-año. Un paquete de flujos de potencia óptimo representa un desarrollo cerca de 15 hombres-año. El paquete de software de aplicación de potencia requiere aproximadamente un millón de líneas de código FORTRAN. Desde el punto de vista del fabricante, se necesitan sobre 200-300 programadores por un periodo de 3-5 años para desarrollar un nuevo sistema SCADA/EMS.

Base de DatosUna base de datos de tamaño medio contiene hasta 108 grupos de datos. Un paquete de aplicación de potencia requiere 1-10 MB de datos en memoria. Para una base de datos que contiene 350 000 grupos de datos se necesitan aproximadamente de 13 000 horas-hombre para compilación y depuración. La actualización requiere un trabajo continuo para 1-2 especialistas.

Comunicación Hombre-MáquinaLos despliegues de la información del estado operativo de la red son altamente diseñados para el usuario. Para una red de tamaño medio se diseñan cerca de 300-500 desplegados, codificados, probados y actualizados. Una gran empresa podría requerir 5000 desplegados diferentes. La preparación de desplegados requiere de 3-5 horas por desplegado aproximadamente; para el diseño e implementación de un diagrama de subestación se requiere de aproximadamente 0.5 hombres-día. En adición, los desplegados que se dejan en papel son diferentes considerablemente de los que se muestran en pantalla de las CRT’s. Consecuentemente, puede ser necesario rediseñar y reconstruir varias veces los desplegados.

TiempoEl tiempo estimado entre la orden del desarrollo de un EMS y el estado totalmente en operación es entre 2 y 10 años.

Staff (equipo de trabajo)Contribución del fabricante: 5-10 especialistasContribución del usuario : 2- 5 especialistas.

Documentación5-10 metros de shelving para la documentación del proyecto.

FuncionamientoDifícil de estimar. Los únicos benchmarks verdaderos son medidos a través del sistema trabajando por completo.

Mantenimiento10-15 años.

14

1.4-2 Factores que justifican un nuevo centro de controlLos factores que contribuyen a la necesidad de un moderno centro de control puede dividirse en las siguientes categorías:

- La complejidad creciente de los problemas operativos- Fortalecimiento de la economía del sistema- Fortalecimiento de la confiabilidad del sistema

Con el incremento de:

- Plantas generadoras- Utilización de líneas de transmisión de potencia eléctrica en alta

tensión.- Incremento en el número e importancia de enlaces de interconexión

La operación del sistema de potencia viene a ser muna tarea muy compleja.

Las restricciones impuestas en el ambiente de operación de la empresa en los recientes años por las diferentes razones de seguridad, economía, medio ambiente y cuerpos reguladores han hecho que las tareas del operador hayan aumentado la dificultad de operar el sistema. Los sistemas de potencia están operando cerca de sus capacidades de diseño márgenes de seguridad. Esto, acoplado con una escalada continua de los costos de combustible, hacen de esto un mandato que las empresas operen al sistema tan óptimamente como sea posible. En este ambiente operativo, se han requerido procesos de toma de decisión más complejos. El personal de operación necesita información más oportuna y significante sobre la cual basar sus numerosas e importantes decisiones. Si la empresa ha sufrido una mayor salida de un elemento, el administrador estará bajo presión para prevenir cualquier apagón futuro y se hace necesario adoptar una decisión precisa más rápida.

Es muy importante notar el análisis de especialistas en Finlandia; de acuerdo a su experiencia, los costos de una salida nacional de una hora son cerca de lo mismo, como la economía nacional es concerniente, como los costos totales del centro de control (e.d. aproximadamente US $25 millones. No todos los especialistas están de acuerdo con tal simple justificación; desafortunadamente no hay una metodología simple o estándar para evaluar el peso económico del costo-efectividad de un nuevo centro de control. Los beneficios exactos no han sido completamente evaluados, pero se debe mencionar que el costo de un nuevo centro de control representa sólo una pequeña cantidad de los costos totales del equipo de la empresa. La construcción de un moderno centro de control es a menudo comparado al comprar el aseguramiento relativamente inexpansivo para la inversión más grande de capital en el sistema generación-transmisión de la empresa, las funciones orientadas a la seguridad vienen siendo consideradas como un aseguramiento contra interrupciones y apagones en los sistemas de potencia.

Un estudio americano intentó medir los beneficios de un SCADA/EMS de un centro de control a través de evaluar los beneficios de ambos aspectos de operación (e.d. costos de producción)y aspectos de planeación (costos de capital). Para diferentes rangos de sistemas entre 3600 MW y el ahorro diario pueden calcularse a través del despacho económico usando un método de programación dinámica. Esta comparación muestra ahorros en el orden de un medio porciento en los costos de combustible. El estudio también examinó los efectos económicos de errores en el pronóstico de carga con la conclusión de que no se hace necesario

15

requerir un pronóstico de carga muy preciso. Una contribución muy importante del estudio fue la medida del valor de un programa de análisis de seguridad dentro del EMS. Actualmente el proceso de planeación mira agregar nuevos elementos en orden para mantener un nivel de seguridad contra tales contingencias suponiendo una operación actual del día. El estudio examinó los ahorros de costo de un EMS con el que despacho con seguridad podría producir si el proceso de planeación reconocería las capacidades de tal sistema. Esto produjo las diferencias del costo de capital atribuidas a las funciones de despacho con seguridad; esto fue medido viendo si esto podría responder a las contingencias más económicamente y así simular la operación. Finalmente, el estudio examinó qué tan bien un operador podría monitorear el sep “con” y “sin” el despacho con seguridad. El despacho con seguridad dentro del EMS mejora la confiabilidad (e.d. previene las salidas de carga o interrupciones del servicio). El costo de aquéllas salidas fue usado como una medida del valor de las funciones de seguridad.

Tabla 1.4-2 Efectos del costo de operación

Caso Costos

Salida A Costo base de operación...............100% Costo de operación usando un redes— pacho manual del operador.............107.1% Costo de operación usando un EMS con Funciones de seguridad 101.3%

Salida B Costo base de operación...............100% Costo de operación usando un redes- pacho manual del operador.............107.9% Costo de operación usando un EMS con Funciones de seguridad 103.1%

El enfoque tomado en el estudio es acompletar la planeación para la expansión de transmisión tanto como mantener el mismo nivel de confiabilidad con y sin un EMS. La planeación de la expansión de transmisión para un periodo de diez años, con un monitoreo manual o monitoreo de seguridad basado en el operador, lleva a un costo total de US $172 millones. La planeación de la expansión de transmisión para el mismo periodo, supone un EMS con funciones de seguridad, el cual incluye un costo total de US $15 millones. El estudio concluye que el valor presente de mejora el cual funciona con un despacho con seguridad es de aproximadamente US $150 millones. La tabla 1.4-2 sumariza los efectos del despacho con seguridad sobre un costo de producción para algunas salidas.

El análisis de costos de las funciones de despacho con seguridad con respecto a los costos de producción muestra que en algunos casos el incremento en costo debido al redespacho del operador es sobre un 7%, opuesto a un incremento mucho menor cuando el redespacho correctivo se lleva a cabo por un programa de despacho económico restringido con seguridad. Otros beneficios llevados por las funciones SCADA/EMS se muestran en la tabla 1.4-3

16

Tabla 1.4-3: Beneficios llevados por un EMS

SCADARequerida para el soporte de todas las otras funciones. Costos de labor disminuidas, o un uso más efectivo de labor, especialmente en distribución. Mejora el servicio de suministro al cliente. Pueda prevenir daño al equipo. Muestra sobrecargas. Mejora la seguridad dada por el operador con información oportuna. La respuesta del operador ante interrupciones del suministro es mucho más rápida.

Control Automático de Generación (AGC)Una empresa de EU estimo que un sistema de control digital produjo ahorrosdel orden de US $30 000/mes comparado con el sistema analógico previamente utilizado.

Programación de IntercambioMás del 10% de valores de energía en transacciones ahorrados.

Despacho EconómicoPara una empresa con un costo de combustible anual de $1 billón, una suposición realista es de una décima del 1% del costo de combustible, e.d. $1 millón ahorro/año.

Unit CommitmentEl cálculo ejemplo ha mostrado una reducción del costo de combustible de 0.5-2%.

Pronóstico de CargaUn error de pronóstico del 5% en demanda máxima puede ser suficiente para causar la programación de una unidad extra de generación. Un programa de pronóstico de carga podría prevenir el arranque de esta unida generadora.

Reducción de Pérdidas de transmisiónUna empresa sirviendo una carga promedio de 5000 MW puede estar perdiendo 50-150 MW. Esto se traduce hasta unos US $140 000/día con un costo típico de $40/MWh de energía producida. En países desarrollados, sólo un 1% de mejora en eficiencia en una red de potencia significaría que, por ejemplo, 50 MW de costo de diesel de unidades generadoras podrían ser ahorrados.

Control de Potencia Reactiva y VoltajePara una empresa con una carga promedio de 5000 MW cuyas pérdidas son de 50-150 MW, los flujos de potencia reactiva óptimos pueden reducir pérdidas por cerca de 3-5% oo 1.5ª 5 MW. El ahorro de solo 1 MWh por hora es meritorio sobre algunos $350 000 cada año si los costos de generación de potencia son de $40/MWh.

Estimación de EstadoEl Swedish State Board implementó su estimador de estado (SE) en 1979. Desde 1979 a 1981, sobre la base del SE, cerca del 10% de las medidas recolectadas fueron corregidas. Actualmente, en operación normal, cuando ocurre una falla de instrumentación (dato equivocado) se detecta a través de la ayuda del Estimador de Estado (SE), dos veces por mes. Para el centro de control Belga el costo de desarrollo de un SE se ha encontrado equivalente a un kilómetro de una línea doble de 115 kv.(¿)

17

Evaluación Seguridad de la Red Electricité du France estima que, a nivel del año 1981, el análisis de seguridad de la red previno el arranque de al menos una unidad de combustible fósil de 600 MW por aproximadamente 4500 horas. La ganancia resultante es mucho mayor que el desarrollo y el costo de operación anual del sistema SCAD/EMS.

Flujos de Potencia ÓptimosOntario Hydro condujo un estudio para evaluar el ahorro posible en pérdidas de transmisión si se usa un programa de flujos de potencia óptimo en-línea. Los resultados muestran que hasta un 3.7% de reducción en las pérdidas totales del sistema podría llevarse a cabo, resultando en un ahorro anual de $2.5 millones.

Tabla 1.4-4: Evaluaciones para la introducción de un centro de control basado en un SCADA/EMS

VENTAJAS DESVENTAJAS

- provee más información - crea más trabajo

- es más efectivo - incrementa la cantidad de información a ser monitoreada

- es fácil de evaluar el estado - requiere de tareas más complejas del sistema eléctrico de potencia a cumplir

- permite una toma de decisión más - impone altos requerimientos sobre la cua rápida lidad del operador

- mejora el tiempo de respuesta ante – genera más estrés bajo condiciones de -- eventos de falla emergencia

- se pueden evitar problemas a través del uso de funciones profilácticas(¿)- mantiene un mejor registro - existe una mayor flexibilidad ante cambios.

1.4.3 ConclusionesExiste un amplio consenso entre empresas de que la automatización y la introducción de centros de control modernos basados en un SCADA/EMS es la forma de mejorar el nivel de servicio en el futuro. Sin embargo, para que los beneficios sean reconocidos, puede haber muchos factores intangibles que no son cuantificables o solo cuantificables con dificultad. Actualmente, no existe una metodología aceptada para evaluar el costo-efectividad de un nuevo centro de control.

La tabla 1.4-4 sumariza las ventajas y desventajas asociadas con la introducción de un nuevo centro de control.

18

2 Aspectos de Ingeniería de Sistemas en la operación de sistemas de potencia

2.1 Clasificación

La vasta cantidad de diferentes sistemas de potencia con tal variedad de estructuras, diseño, características geográficas, niveles de tensión, modelos de carga, características de equipo, tamaños, configuraciones topológicas, organización, políticas, reglas de operación, diferencias en las cualidades del personal, etc., no pueden ser mapeadas, ni cuantitativa o cualitativamente, en un solo diseño de centro de control y en una única estructura funcional SCADA/EMS.

La diversidad y la pluralidad de los SEPs incluye una diversidad de funciones de un centro de control de red. Sin embargo, la cuestión es, cómo visionar con tal diversidad las funciones del centro de control de red. La respuesta es a través de una categorización, clasificación, y descomposición de estas funciones en un número de marcos y coordenadas. Para llevar a cabo una representación sistemática se introducirá una clasificación de las funciones SCADA/EMS en la secuencia. Como esto es muy difícil de entender debido a los muchos posibles criterios diferentes y perspectivas o puntos de vista, no es posible determinar un solo criterio de clasificación. Se ha seguido un enfoque “desacoplado” examinando las funciones SCADA/EMS en diferentes “subespacios” o “marcos” de coordenadas. La tabla 2.1-1 sumariza este enfoque.

Tabla 2.1-1: Clasificación de las funciones SCADA/EMS

Clasificación o Marco o AtributosCriterios relacionados a

Dependencia del tiempo Pre-despacho; despacho; post-despacho. Tiempo-Real ; tiempo-real extendido. Preventivo ; correctivo. Análisis Post-mortem/post-factum

Tipo de Red Transmisión; subtransmisión; distribución

Modo Modo Operación/despacho; Planeación operativa Modo de simulación o de ingeniería Modo de entrenamiento

Tareas principales de la pla- Administración de Potencia; administración deneación de la operación y de suitcheo; suministro y administración del ladola operación de la demanda

Nivel de jerarquía del despa- Corresponde a los diferentes niveles de tensióncho y diferentes estructuras territoriales

19

Cercanía de las funciones En-línea; lazo cerrado fuera de líneaSCADA/EMS al proceso

Estructura del grupo de Operadores;de despacho de potencia grupo de soporte

Prioridad de funciones Análisis primario; Análisis secundario

Política de control de la Centralizado; descentralizado; FederalistaEmpresa

Estado operativo del Sistema Normal; alerta; perturbado;de Potencia división de la red; restauración

Estructura Funcional Funciones de seguridad; funciones de economía; Funciones relacionadas a la calidad del suminis tro; Funciones de entrenamiento al personal

2.2 Descomposición en el tiempo

La información requerida y las actividades específicas del operador son fuertemente influencias por el periodo de tiempo en el cual varia acordemente con la cantidad y los requerimientos de las funciones SCADA/EMS. Las condiciones del SEP pueden dividirse convenientemente en tres periodos diferentes:

- Pre-despacho.....periodo de tiempo antes de la actividad en tiempo-real del operador- Despacho.........periodo de tiempo durante la actividad en tiempo-real del operador- Post-despacho....periodo de tiempo después de la actividad en tiempo-real del operador.

En las siguientes secciones se discuten las actividades generales del operador y las funciones SCADA/EMS asociadas con cada uno de estos periodos.

2.2.1 Pre-despachoLas actividades y funciones más importantes son:

- pronóstico de carga a corto-plazo- programación de generación de potencia eléctrica- planeación de intercambio- planeación de actividades de mantenimiento- planeación de potencia reactiva y nivel de voltaje

20

En la fase del pre-despacho, los desarrollos de planeación de la operación, provee y mantiene un plan a corto-plazo para encontrar necesidades relacionadas al tiempo para la siguiente hora y para periodos subsecuentes. Las tareas y funciones de pre-despacho soportan el proceso en tiempo-real de la toma de decisiones; por lo tanto ellas son llamadas funciones predictivas, profilácticas, preventivas y “mirando hacia delante”.

2.2.2 DespachoLas actividades y funciones más importantes son:

- Adquisición de datos y almacenamiento- Monitoreo del sistema de potencia- Control de frecuencia y enlaces del sistema de potencia- Monitoreo de intercambios- Control de despacho económico- Despacho de potencia eléctrica (suministro y administración de demanda)- Actividades de suitcheo- Monitoreo de disturbios del SEP; redistribución de potencia;

Acciones correctivas; suitcheo correctivo; corte de carga- Actividades relacionadas a la protección del SEP

En la fase de despacho, el operador implementa los planes desarrollados en el periodo de pre-despacho y administra los recursos para proveer electricidad y encontrar las necesidades del SEP en el tiempo actual.

Las funciones de despacho corren en tiempo-real en orden para visionar el SEP y los requerimientos de tiempo del operador. Las funciones de despacho soportan al operador en su proceso de toma de decisiones.

2.2.3 Post-despachoLas actividades y funciones más importantes son:

- Logging actividad del operador (¿)- Contabilidad de energía- Análisis de problemas after-the-fact- Generación de reportes

Las funciones y tareas post-despacho resultan del proceso de toma de decisiones del despachador en tiempo-real; sus conclusiones se usan para mejorar (fortalecer) las funciones de despacho y de pre-despacho.

Las funciones de post-despacho representan un análisis post-mortem o después-del-hecho (after-the-fact) del proceso. Los modos de pre-despacho y post-despacho poseen las siguientes características salientes:

- ellas trabajan en un ambiente extendido de tiempo-real- ellas no son cercanas al proceso en-línea- ellas tienen un análisis predictivo (profiláctico), o post-mortem (post-

factum), y un carácter de estudio (ingeniería).

Existe una fuerte correlación entre los tres modos. Puede haber algún tiempo sobre entre los tres periodos. La fig. 2.2.1 muestra una ilustración gráfica de

21

la correlación y las funciones provistas en el periodo de pre-despacho, despacho y pos-despacho.

Fig.: 2.2-1: Descomposición de tiempo en la operación del SEP

2.3 Descomposición de la Red por Nivel

Las funciones y tareas de un sistema SCADA/EMS pueden clasificarse de acuerdo al nivel de la red. Un SEP puede descomponerse en tres niveles: transmisión, sub-transmisión y distribución.

2.3.1 TransmisiónLa red de transmisión cubre todo el territorio servido por la empresa y desarrolla transferencia de energía a grandes distancias; la parte principal de la generación está conectada directamente a esta red. La red de transmisión es mallada. El nivel de voltaje es de 220 kV, 380 kV y más alto.

22

2.3.2 Sub-transmisiónLa red de sub-transmisión cubre una parte del territorio conectada a la red de transmisión y desarrolla transferencia de energía a mediana distancia; una parte menor de generación está conectada a esta red. Esta es a menudo operada parcialmente mallada y en algunos casos radialmente. El nivel de tensión está entre 20 kV y 220 kV.

2.3.3 DistribuciónLa red de distribución cubre la transmisión local de energía en una corta distancia; en general, solo unas cuantas unidades de generación están conectadas a este nivel. Las cargas de la red de distribución pueden clasificarse en los siguientes tipos de consumo: regional, municipal, industrial, rural y ferroviario.

La red de distribución normalmente tiene una estructura radial. El nivel de tensión está entre 0.2 kV y 110 kV.

2.3.4 Consideraciones GeneralesDeberá notarse que los requerimientos, responsabilidades, objetivos, políticas y procedimientos de las redes de transmisión, sub-transmisión y distribución son bastante diferentes. Por lo tanto SCADA/EMS tienen unas estructuras, características y arquitecturas funcionales bastante diferentes.

Existe una gran tendencia hacia abajo (down-grading) de la red (de transmisión a sub-transmisión y de sub-transmisión a distribución) en conformidad al incremento y densidad de la carga; la localización de las plantas de generación y centros de carga; cambio del tipo de fuentes de producción; y otros factores. Existe también una tendencia a largo-plazo para subir (up-grading) las funciones del centro de control, e.d. algunas funciones ejercitadas en el nivel de transmisión serán desarrolladas/implementadas a nivel sub-transmisión y aún al nivel de distribución. Por otro lado las funciones específicas para el nivel de distribución están siendo introducidas a nivel de transmisión (e.d. administración de la carga).

2.4 Descomposición por Modo

Existen dos modos: planeación operativa y operación. La operación corresponde al periodo en tiempo-real; el operador o el despachador toma decisiones y actúa en el marco de tiempo-real. La planeación operativa corresponde a ambos marcos de tiempo de pre y post-despacho.

2.4.1 OperaciónEste modo está relacionado a la toma de decisiones y a las acciones en t-real tareas como las de control de potencia y comandos, mantenimiento de calidad de energía (frecuencia y voltaje), supervisión del sistema, control de suitcheo o comandos, evaluación de seguridad, administración de carga, toma de decisiones así como seguridad de la gente que está concerniente, y actividades correctivas.

23

2.4.2 Planeación de la OperaciónEste modo no está relacionado al marco de t-real sino a una programación y planeación a largo, mediano y corto plazo para el modo de operación en t-real. Esta planeación soporta todas las tareas y procesos de toma de decisiones tomando lugar en t-real. Si se consideran periodos largos, uno progresa desde la planeación operativa a las tareas de planeación de la expansión de la red.

2.5 Descomposición del estado de Operación

Las amplias definiciones aplicadas a los estados operativos del SEP como las utilizadas en la literatura se muestran en la Fig. 1.2-1En el estado normal, las metas de seguridad y economía están siendo satisfechas dentro de las restricciones establecidas. En el estado degradado, una serie de tres niveles dependiendo de la severidad de los problemas no-normales del SEP se pueden definir como:

- Alerta- Interrumpido- División de la red (colapso).

La información requerida y las acciones tomadas por el operador varía de acuerdo al estado del sistema. Durante el estado de operación normal la atención del operador se concentrará en acciones preventivas. Durante la degradación del sistema la atención del operador se enfocará en funciones como interrupción, monitoreo, control correctivo, acciones restauradoras, suitcheo correctivo, redistribución de potencia, corte de carga, y en la información que es crítica para este aspecto del SEP.

2.6 Descomposición por actividad

Conforme los SEPs van creciendo, hay necesidad de que los operadores del SEP se especialicen en una de las siguientes dos tareas principales de administración:

- Administración de Potencia- Administración de la Red

2.6.1 Administración de potenciaEstas actividades acompañan a todas las funciones y tareas conectadas con el suministro (generación) y administración del lado de la demanda (consumo) tales como pronóstico de carga, control automático de generación, control de despacho económico, programación de intercambio y contabilidad, unit commitment, minimización de pérdidas de transmisión, porteo (power wheeling), power brokerage, administración de la carga y control ripple, corte de carga, programación de voltaje y potencia reactiva, monitoreo y control.

2.6.2 Administración de la RedEstas actividades acompañan a todas las funciones y tareas conectadas al suitcheo tales como petición de suitcheo, decisiones de suitcheo, ejecuciones de suitcheo. El término general de “suitcheo” cubre todas las acciones cambiantes de la topología de la red y todas las decisiones que influencían la seguridad de la gente involucrada en el mantenimiento de los elementos en la red. El operador de suitcheo está a cargo de la seguridad e integridad de todo

24

el sistema en el estado normal y para todas las acciones y suitcheo correctivo en situaciones de emergencia y restaurativo. Las siguientes funciones de seguridad de la red están estrechamente interwoven dentro de la administración de la red: la configuración de la red, estimación de estado, verificación de límites, desplegado de la red, flujos de carga en línea, desplegado de contingencia, evaluación de contingencias, análisis de corto circuito, equivalencia de la red, monitoreo de estabilidad, monitoreo de la ampacidad.

Como se muestra en la Fig. 2.6-1, la coordinación de la administración de potencia prevalece en un alto nivel de decisión, mientras a un nivel inferior de decisión es la ejecución de la administración del suitcheo. Sin embargo, esto es política de cada empresa. Existen sistemas donde la coordinación de suitcheo y la ejecución están en el nivel más alto de despacho.

Fig. 2.6-1: Descomposición de Actividades

2.7 Descomposición del Control

La descomposición, de acuerdo a la política de control de la empresa, incluye dos tipos de control, llamados, centralizado y descentralizado.

2.7.1 Control CentralizadoCuando las decisiones y ejecuciones son administradas al mismo nivel, el control es centralizado

2.7.2 Control DescentralizadoCuando la ejecución está en un nivel más bajo que el nivel de decisión, el control es descentralizado. Aquí de nuevo se distinguen dos tipos:

- Sistemas de Potencia controlados jerárquico o descentralizado con área de control semi-independiente.

25

- Descentralizado con área de control independiente

En un SEP controlado descentralizado con un área de control semi-independiente, el centro de control del sistema desarrolla un papel coordinador (e.d.una empresa nacional grande, un agregado de redes (power pool)).

En un control de sistema descentralizado con áreas independientes, cada área es responsable para la red de transmisión respectiva. El centro de control del sistema (si lo hay) desarrolla un papel coordinador loose (e.d. sistema de potencia multinacional, un super-pool, etc.)

2.7.3 Política centralizada versus descentralizadaLos centros de control que se diseñan principalmente para estados normal o de alerta, permiten a los operadores optimizar el sistema de transmisión y de generación, reduciendo por lo tanto los costos de operación y aumentando la seguridad del sistema. La práctica ha mostrado que el diseño de un centro de control no fue generalmente adecuado para periodos de emergencia, en donde la alta tasa de flujo de datos podría algunas veces llevar a una respuesta de tiempo pobre de la computadora y a una sobrecarga al operador. La centralización excesiva es una de las razones para esta inadecuación.Las funciones del tipo de emergencia tales como protecciones, corte de carga, división de la red deberán descentralizarse. Este permite la tendencia a descentralizar lo que puede realizarse localmente. Un SEP está inherentemente integrado, por lo tanto, es necesario coordinar las funciones descentralizadas y centralizadas. Existe una tendencia para centralizar tales funciones que mirar con un acoplamiento natural de los elementos del sistema en un estado normal (despacho económico, control automático de generación, evaluación de seguridad).

Por otro lado, las funciones de emergencia y de restauración son principalmente descentralizada debido al estrés, sobrecarga a los operadores, requerimientos de velocidad, etc. La coordinación de las funciones descentralizadas es una de las tendencias en la tecnología de centro de despacho de potencia. Esto es lo más importante para readaptar los setpoints de los dispositivos automáticos locales en tiempo-real a los estados y restricciones operativas dentro de los sistemas.

2.8 Descomposición Orientada al Usuario

En un centro de control existen dos clases de usuarios o de personal:

- Operadores o despachadores del Sistema de Potencia- Equipo de Soporte o ingenieros de la planeación operativa

Las funciones en tiempo-real o en-línea tales como desplegado dinámico de la red o estimación de estado son usadas por los operadores. Las funciones extendidas de tiempo-real pueden usarse por los operadores y por los ingenieros de la planeación operativa.

2.9 Descomposición del Análisis

2.9.1 Funciones de Análisis Primario26

Las funciones que desarrolla el análisis primario son aquéllas que se diseñan para recolectar y desplegar datos, verificar límites, y log y almacenar datos. El análisis primario es un connotación para las funciones SCADA.

2.9.2 Funciones de Análisis SecundarioExisten funciones que usan modelos matemáticos complejos, requieren conjuntos de datos coherentes y que además utilizan sofisticados de métodos numéricos. El análisis secundario es una connotación de las funciones EMS.

2.10 Descomposición del Flujo de Control

La verificación de datos y flujo de control entre el SEP y el sistema de control lleva a la descomposición mostrada en la Fig. 2.10-1

La vecindad de dominio de datos “0” sirve de entrada para todas las funciones críticas en tiempo-real de lazo cerrado en-línea: frecuencia del sistema y control en enlaces, control automático de generación, corte de carga, control de emergencia, desplegado dinámico de la red, monitoreo del SEP, verificación de límites, alarmas.

La vecindad de dominio de datos “1” sirve de entrada para las funciones de tiempo-real y en-línea de lazo abierto: determinación de la topología de la red o análisis de estado de la red, estimación de estado, verificación de observabilidad, identificación de datos erróneos, división de la red, monitoreo. Esto representa un mapeo esquemático del proceso de datos nativos (raw) en un conjunto de datos consistentes en tiempo y es utilizado en el modo de despacho.

27

Fig. 2.10-1: Descomposición del Flujo de Control

La vecindad del domino de datos “2” representa la salida de la función “estimación de estado”, cuyos resultados forman un conjunto de datos seguros, precisos y consistentes.

La vecindad del domino de datos “3” representa copias o copias modificadas del dominio “2”. Estas copias sirven como entrada a las funciones extendidas en tiempo-real. El rango amplio de la evaluación de seguridad de la red y economía de la red utilizan este dominio de datos.

La vecindad del dominio de datos “4” sirve como salida para todas las funciones de simulación, de entrenamiento y de estudio.

La Fig. 2.10-2 representa la clasificación de las funciones de control en tareas en-línea y fuera-de-línea junto con las funciones de tiempo-real y funciones extendidas de tiempo-real.

Fig. 2.10-2: Clasificación de tareas del control del SEP

28

3 Funciones Típicas del Centro de Control de Energía

3.1 Monitoreo y Seguridad del Sistema

El concepto del monitoreo y seguridad del SEP cubre tres aspectos:

- Monitoreo- Evaluación- Control.

El monitoreo de seguridad está basado en las mediciones obtenidas del sistema en tiempo-real a partir del sistema SCADA y filtradas a través del estimador de estado en donde se identifican y detectan datos equivocados. Si todas las variables y estados del sistema están dentro de límites técnicos, se dice que el sistema está en un estado normal.

Si este está en el estado normal, el siguiente paso incluye la cuestión de si el sistema es seguro o inseguro con respecto a la siguiente contingencia. Si hay al menos una contingencia que pueda crear una situación de emergencia el operador ha de determinar qué acción deberá tomarse para hacer al sistema seguro.

29

Fig. 3.1-1: Componentes de un EMS

Una vez que el sistema está en un estado de emergencia, el operador ha de determinar la acción correctiva para llevar al sistema atrás al estado normal. Si esta acción correctiva no se ha iniciado en el tiempo, el sistema sufrirá un disturbio severo con un posible apagón en una parte, o en la red entera; la carga del sistema ha de ser restaurada a través del control restaurativo. Los procedimientos especiales usualmente han de ser ejecutados durante las acciones correctivas. En casi todos los casos la restauración puede tomar un tiempo considerable antes de que se lleve al sistema a un estado normal otra vez.

Los mayores componentes de un EMS que tienen que ver con evaluación de seguridad y control se muestran en la Fig. 3.1-1. El monitoreo arranca a partir de las mediciones en t-real de cantidades analógicas tales como voltajes, potencias y corrientes activas y reactivas. La información binaria en tiempo real describe la topología de la red. Esta incluye el estado de interruptores y suitches así como también la posición de los taps en los transformadores de potencia. La información analógica y binaria se recolecta en las UTR’s

30

(Remote Terminal Unit)en las subestaciones y transmitida al centro de control. Los datos entrantes han de ser procesados para verificar su plausibilidad y consistencia.El configurador procesa la información binaria para describir la topología de la red. Esta clase de información puede mostrarse al operador para explicar las diferentes partes del SEP. Además, el configurador lleva el modelo matemático para el estimador de estado el cual procesa las mediciones analógicas. La salida del estimador es la información de estado del sistema de potencia basado en las magnitudes de voltaje y ángulos de fase de los voltajes de cada bus. Todas las otras variables del sistema tales como corrientes, flujos de potencia en líneas, inyecciones de potencia activa-reactiva se pueden derivar a partir del vector de estado del sistema.

Estrechamente relacionado a la estimación de estado está el procesamiento de datos malos, los cuales ayudan a encontrar si el vector de mediciones contiene datos incorrectos. Estas mediciones se han de eliminar puesto que ellas corrompen la información confiable del SEP. Al mismo tiempo la habilidad del vector de estado del sistema deberá verificarse para establecer si la estimación de estado puede desarrollarse para todo el SEP o para una parte del sistema que el estimador de estado no pueda ser más aplicable puesto que no hay mediciones suficientes. En orden para evaluar el estado del SEP, todas las cantidades importantes han de verificarse contra límites pre-definidos. Estos límites pueden ser variantes-en-el-tiempo de acuerdo a las propiedades específicas descritas. La salida de esta actividad indica si el sistema está en un estado normal, de emergencia o restaurativa.

En orden, para descubrir si el estado normal es seguro o no, ha de simularse un conjunto de contingencias. Esto es importante y por ello es necesario tener un método eficiente para la selección de contingencias críticas. El análisis de contingencias actualmente incluye un análisis de flujos de carga en estado estable; las restricciones de estabilidad han de expresarse en términos de límites de flujos de líneas. Esto evalúa la respuesta del sistema ante contingencias utilizando los flujos de carga en-línea. Los flujos de carga en-línea consisten de su propio modelo del sistema (incluyendo los datos del configurador y el estimador de estado) junto con una representación del sistema en t-real del sistema externo.

3.2 Economía del Sistema Eléctrico de Potencia

La optimización de la Seguridad del sistema basado en el control selecciona acciones para prevenir sobrecargas o para minimizar el impacto de contingencias. Esto es un problema de optimización basado en un análisis de Flujos óptimos de potencia (OPF); así esto incluye la minimización de una función objetivo sujeta a restricciones operativas específicas.

El propósito de una función OPF en-línea es programar el control del sistema de potencia para llevar a cabo la operación de un nivel de seguridad deseado, mientras que se optimiza una función objetivo tal como el costo de operación. Cualquier función programada de OPF en-línea es designada para:

- Operar en modo de estudio o en tiempo-real- Programar los controles potencia de activa o reactiva, o ambos- Levar a cabo un nivel de seguridad definido- Minimizar un objetivo operativo definido.

31

Casi todos los programas de computadora OPF están habilitados para desarrollar más de una función específica. Casi todas las funciones de programación con restricciones de seguridad están diseñadas para comunicar interactivamente con el operador del SEP. En el modo t-real el programa calculado puede implementarse manualmente o automáticamente donde sea posible; Las generaciones y los intercambios pueden alimentarse en el sistema de control automático de generación.

3.2.1 Costo mínimo de operaciónEl factor más crítico en el costo de minimización es el modelado de las curvas de costo del generador. Esto no tiene solo un efecto en toda la optimización sino está íntimamente acotada con el método de solución utilizado. Los costos para unidades térmicas se derivan de las curvas tasa de calor (heat-rate), las cuales son a menudo convexas o suavizadas.

3.2.2 Pérdidas mínimas por transmisión de potencia activaLos controles que pueden direccionar este objetivo están todos sin costos directos, e.d. todos excepto la generación e intercambios de MW. Al mismo tiempo esto deberá reconocerse que algunos controles, e.d. transformadores cambiadores de fase y flujos de potencia en líneas de corriente directa, usualmente no serán para minimización de pérdidas debido a que ellos son más usuales para el control de potencia activa. Así, la minimización de pérdidas está normalmente asociada con la programación de voltaje/VAR. Esto tiende a reducir circulación de flujos de VARs, promocionando con ello perfiles de voltaje más planos.

3.2.3 Desviación mínima desde un punto de operación específicoLa función objetivo está definida como la suma de los mínimos cuadrados de las desviaciones de las variables de control desde sus valores de operación dados. Tal función objetivo puede usarse para una programación correctiva. El problema principal es el correcto peso de las contribuciones individuales a la función objetivo. Esto puede ser adecuado para escoger los factores de peso sobre los tipos y lugares de las violaciones de límites tales como las de voltajes de bus comparados a la violación del flujo de una rama.

3.2.4 Número Mínimo de controles programadosAlgunas aproximaciones prácticas a este objetivo es esencial en los diferentes casos donde éste es imposible de programar un gran número de controles al mismo tiempo. Esto aplica cuando hay medios limitados para el despacho automático de muchos controles simultáneamente desde el centro de control, y frecuente movimiento de aparatos ‘tapeados’ (taps) que hayan de ser discouraged.

3.3 Control del Sistema El control del Sistema Eléctrico de Potencia es un componente importante de una operación en-línea. El objetivo general es controlar la salida de potencia eléctrica de generadores tal como suministrar el continuo cambio de la demanda de potencia del cliente a una frecuencia dada del sistema.

Existen cuatro objetivos básicos de la operación del SEP durante las condiciones normales de operación con el control automático de generación (AGC):

- comparación de la generación total del sistema a la carga total del sistema

- Regulación del error de la frecuencia del sistema a cero

32

- Distribución de la Generación del sistema entre las áreas de control tal que los flujos netos actuales de enlaces de área son comparados con los flujos netos programados de enlaces de área

- Distribución de la generación de área entre las fuentes de generación de área para minimizar costos.

Los siguientes problemas son actualmente de primer interés en el control del sistema:

- Disminución de las capacidades de la respuesta de la unidad debido al aumento en las restricciones en la operación de plantas nucleares

- Los altos costos de combustible cambian el balance del comercio percibido entre economía y el control ‘tigtht’.

- Las grandes cargas industriales cambian rápidamente y por lo tanto son difíciles de seguir

- Uso de los dispositivos de almacenamiento para mejorar la dinámica del sistema.

3.4 Control RestaurativoLa restauración del Sistema de Potencia después de una interrupción mayor es cuidadosamente especificada en los manuales del operador. La ocurrencia infrecuente hace difícil evaluar la eficiencia de los procedimientos de restauración pre-especificados. En este contexto el simulador de entrenamiento para operadores puede ofrecer una herramienta efectiva para examinar prácticas actuales.

4 Centro de Control del Sistema de Potencia: estructura del hardware

4.1 Generalidades

Tal como cada empresa de potencia es única en su estructura eléctrica del sistema y política de operación, así también son las estructuras del hardware del centro de control y consideraciones de diseño. Una revisión de los sistemas del centro de control de energía a través del mundo revela el rango amplio de las configuraciones del hardware actualmente en operación o proyectadas para estar en servicio dentro del futuro cercano. A pesar de esta diversidad, se han desarrollado dos estructura principales y conceptualmente diferentes. Los sistemas centralizados consisten de una computadora principal o computadoras que manejan todas las funciones SCADA/EMS. Los sistemas distribuidos consiste de múltiples niveles de procesamiento; cada nivel está asignado a un conjunto específico de funciones. Este concepto habilita la asignación de funciones a las mejores máquinas adecuadas a los requerimientos individuales de las funciones respectivas. Los componentes principales de las estructuras del hardware son la terminales remotas, los enlaces de comunicación, y el sistema de computadoras en tiempo-real. Los recursos del hardware utilizados dependen de los siguientes factores: número de puntos de estatus y mediciones, complejidad del control automático de generación, extensión del interruptor y control del suitcheo, tasa de escaneo, número de CRT’s y desplegados, tipo de MMI, existencia de tableros, número y complejidad de las funciones avanzadas de aplicación de potencia (programas de computadora: configurador, estimador de estado, flujos, etc), la existencia de un simulador de entrenamiento del despachador (DTS).

33

4.2 Unidad Terminal Remota (RTU)

La RTU representa los ojos ,manos y oídos del operador con respecto al sistema de potencia (ver fig. 4.2-1).

Fig., 4.2-1 : Estructura de la Unidad Terminal Remota

Las entradas analógicas normalmente vienen de los transductores que generan una representación de volt o miliamper de cantidades eléctricas tales como kilovolts, amperes, megawatts y megavars. Las entradas digitales pueden también representar el estado de los interruptores, suitches y relevadores. Las entradas digitales pueden también representar pulsos medidos de kilowatts hora para ser acumulados (valores de energía). Las salidas analógicas son intencionadas para pasar instrucciones operativas a un controlados punto-base (e.d. valor punto base de MW para un generador). Las salidas digitales pueden comandar la operación de interruptores o pueden pasar instrucciones operativas a una unidad generadora de pico (genera sólo en demanda máxima, normalmente las unidades turbogas).

Las RTU’s normalmente operan con una batería desde la subestación (potencia primaria). Una MMI mínima es necesaria para propósitos de mantenimiento.

La moderna RTU está basado en un microprocesador, equipada con una memoria programable solo-lectura, y una memoria acceso-aleatorio (RAM). Utilizando estos microprocesadores hacen posible mejorar el mantenimiento, soportar la flexibilidad y permiten desarrollar funciones avanzadas más complejas. La habilidad de diagnóstico ‘built-in’ es una de las características más

34

importantes con las cuales un microprocesador puede proveer. Las características adicionales de una RTU inteligente son:

- Reporte por excepción- Concentración de datos- Secuencia y reporte de eventos- Reporte de fallas- Relevador digital- Secuencia de control.

4.3 Comunicación

Un SCADA/EMS puede ser separado por muchos cientos de kilómetros desde sus estaciones/subestaciones de potencia con las cuales éstas se deberán comunicar a través de las RTUs. Así, un centro de control de sistema de potencia tiene requerimientos extensivos de comunicación. La comunicación en paralelo puede desarrollarse a una muy alta velocidad, es relativamente expansiva y es principalmente utilizada dentro de las computadoras. La comunicación serie es desarrollada usando los principios de transmisión asíncronos o síncronos. La transmisión asíncrona significa que el transmisor y el receptor no están sincronizadas todo el tiempo. Cuando la transmisión síncrona es utilizada, el transmisor y el receptor tienen relojes que están sincronizados todo el tiempo. Los datos pueden intercambiarse entre el equipo usando los siguientes principios de transmisión:

- Simplex- Medio-duplex- Duplex completo

Las opciones de comunicación media son: pares de cable metálicos, portador de línea de potencia (power carrier), cable de fibra óptica de microondas, comunicación por satélite. La evolución de los sistemas de comunicación desde los tradicionales modos de analógica a digital continúa. Esta tendencia es el resultado de ventajas conocidas de transmisión de señal digital codificada: los errores de transmisión pueden reducirse o aún corregirse por medios de códigos de corrección de suitcheo. Una red digital integrada puede completar los siguientes requerimientos: telecontrol, teleprotección, telefonía, comunicación de datos, comunicación de texto, facsímil, video, radio telefonía.

4.4 El sistema de Computadora en tiempo-real

4.4.1 La Unidad Central de Proceso (el CPU)El sistema de computadora en tiempo-real de la Fig. 4.4-1 es la parte más importante del sistema de control de la red y comprende una cpu, memoria principal, memoria masa, equipo para el interfaz hombre-máquina, y equipo periférico. Algunas de las características de los sistemas de computadoras en tiempo-real son: tiempos bajos de ciclo de memoria, niveles de interrupción múltiples externo e interno, acceso rápido al disco, bancos de memoria multipuertos, acceso directo a memoria, relojes internos de tiempo-real.

La tabla 4.4-1 muestra la frecuencia de las diferentes funciones de control de energía junto con la utilización aproximada de CPU en porcentajes. Es claro que el requerimiento de tiempo promedio de CPU depende mucho del tiempo CPU por ejecución para cada función de monitoreo y control. Esto no es

35

solo un aspecto de hardware sino que también juega un importante papel la ingeniería de software en el desarrollo relativo de CPU’s.

Los estudios extensivos muestran que para un SCADA/EMS no existe una sola mejor elección; ningún CPU disponible actual puede satisfacer el conjunto completo de los requerimientos SCADA/EMS. Sólo una combinación de mainframe, la minicomputadora y la microcomputadora satisfacen todos los objetivos. A primera instancia, esta conclusión práctica contradice la ley de Grosch conocida desde 1953. Esta ley establece que el costo de un sistema de computadora incrementa en función de la raíz cuadrada de la computadora de potencia y que el costo de un trabajo de computadora dado disminuirá por la utilización de computadoras

Fig. 4.4-1: Sistema de computadora en Tiempo-Real para el control de SEP

más potentes. Esto significa que la solución más económica es procurar la compatibilidad de la computadora más grande con las necesidades particulares del usuario y que una gran computadora ha de ser preferible a varias pequeñas. Esto sigue que en tanto la ley de Grosch se retiene, no hay un argumento convincente que pueda hacer una defensa de una mezcla o una arquitectura distribuída de cómputo.

36

Tabla 4.4-1: Utilización aproximada de CPU de las funciones de control de Energía

Función Frecuencia Porciento de Utili- zación de CPUSCADA 2 s 6AGC 5 s ED 10 min Interfaz Hombre-Máquina 5 s 15Logg Datos de interrupción y Almacenamiento 10 s 1Análisis de la red en Tiempo-real 15 min 10Análisis de Seguridad 15 min 15Flujos de Potencia Óptimos 24 corridas/día 3Unit Commitment 3 corridas/día 1

Una re-examinación de la ley de Grosch para la industria SCADA/EMS lleva a la conclusión de que las computadoras no pueden considerarse más que un producto homogéneo y que ellas (las computadoras) deberán dividirse en las siguientes categorías para propósitos analíticos: microcomputadoras, minicomputadoras, mainframes pequeños y supercomputadoras. Dentro de esta clasificación la ley de Grosch parece ser que retiene bien para cada una de las cuatro categorías de computadoras definidas arriba. Además, se hace una necesidad de un enfoque diferenciado de computadoras para varias funciones SCADA/EMS para fabricantes y para las empresas de potencia eléctrica.

4.4.2 Sistema de memoria de computadoraEl sistema de memoria de una computadora de control del sistema de potencia está organizada en varios niveles como se describe en la Fig. 4.4-2. Empezando desde el fondo, el nivel más bajo, habrá un almacenamiento archivo, frecuentemente llamado almacenamiento terciario, comprometiendo usualmente un conjunto de unidades de cinta magnética. El siguiente nivel hacia arriba, el almacenamiento secundario, consiste de discos magnéticos o memorias tambor o unidades de memoria bajas de núcleo magnético; el almacenamiento secundario es llamado almacenamiento de respaldo. Las memorias del nivel más alto, que comprenden el almacenamiento primario, están ‘housed in’ y funcionalmente distinguida de los otros dispositivos de almacenamiento por el hecho de que esta es la parte en la que las instrucciones de referencia-memoria encuentran sus operandos sobre la base de direccionamiento.

Un concepto muy importante que caracteriza al sistema de computadora en tiempo-real es la memoria virtual y la memoria caché. El principio de la memoria virtual es un lugar común en las computadoras modernas y ha sido ventajoso principalmente desde el punto de vista de programación.

37

Fig. 4.4-2: Sistema de memoria del sistema de computadora de tiempo-real

Cuando se diseñe una arquitectura de computadora, una de las características básicas es la capacidad de direccionamiento de las instrucciones de la máquina, e.d. el rango de direccionamiento absoluto en el sistema de memoria que puede indicarse en una instrucción de código de máquina (direccionamiento directo). La idea aplicada en las computadoras de memoria virtual es hacer este rango muy largo, correspondiendo al de la memoria de respaldo. Otro tipo de memoria virtual es en la cual parece tener aceptación aún en pequeñas computadoras, primeramente debido a los desarrollos en la tecnología de componentes semi-conductor, es la caché. Esta memoria es en realidad un buffer (espacio de memoria) la cual trabaja de acuerdo al mismo principio como la memoria virtual pero la cual es principalmente intencionada a acelerar el tiempo de acceso de almacenamiento primario. Por virtud del concepto de memoria virtual y caché, la computadora puede parecer que tenga una memoria de un nivel con la capacidad de almacenamiento secundario y velocidad la cual es esencialmente el mismo que la del almacenamiento primario.

4.4.3 Interfaz Hombre-Máquina (MMI)El interfaz hombre-máquina comprende el equipo de consola con CRT’s, tableros mímicos, registradores de cartas y otros periféricos. El despliegue de pared dinámico está intencionado para dar un panorama del sistema de potencia. Esto es mejor acompletado por una representación simplificada preservando la orientación geométrica del sistema tanto como sea posible.

El diagrama de pared no deberá saturarse con detalles; los detalles del diagrama de red se dejan a las CRTs. Existen diferentes opiniones sobre la necesidad de un desplegado dinámico de pared en los centros de control. Esto puede considerarse como una opción.

38

Se utilizan también los arreglos mixtos: alguna información (e.d. estado de suitches) alimentan directamente de las RTUs, o de alguna información (e.d. mediciones) alimentadas de la computadora. En adición para mostrar la topología de la red general, el diagrama de pared dinámico también pueden desplegar la carga de la red o algunas alarmas importantes. El diagrama de pared puede manejarse por la computadora principal o por las computadoras front-end. En el último caso, el diagrama de pared puede servir como un respaldo para las computadoras principales.

Existen dos enfoques básicos para la operación del diagrama de pared dinámico:

- El enfoque de operación de tablero-obscuro- El enfoque de operación de tablero-iluminado

En el caso del método de operación tablero-obscuro, excepto para el estado del generador, se indica sólo el estado anormal de equipo a través de un símbolo apropiado.

El desplegado CRT ha sido una característica universal de los centros de control de despacho de potencia eléctrica. El desplegado CRT puede proveer prácticamente todas las interacciones necesarias con el operador humano.

La gráfica completa del CRT está siendo el estado-del-arte en los centros de control de red. La experiencia de la industria del cine muestra que un sistema de gráfica total requiere una máquina muy poderosa y una gran memoria. Por ejemplo, para solo un marco de animación, 10 minutos de tiempo de computadora CRAY CPU podría ser necesario (para un tiempo de un segundo de film se necesitan aproximadamente 20 marcos de animación). En orden para obtener una alta calidad de resolución de cerca de 2000 x 1500 a 24 bits por píxel, se hace necesario tener una cantidad de hasta 8.5 Mbytes por marco (frame).

Un interfaz hombre-máquina efectivo deberá tener un tiempo de respuesta de cerca de 2 segundos en promedio, desde el instante en que el operador hace una selección CRT hasta que el tiempo de despliegue requerido está completamente a la vista. Los parámetros que caracterizan la respuesta del sistema MMI están definidos y especificados de manera cuantitativa en la Tabla 4.4-2.

Tabla 4.4-2: Características de interfaz hombre-máquina

Tiempo deCaracterística Definición Requerimiento

Tiempo de respuesta Tiempo desde la petición del despachador 0.5-2.0 s hasta que la petición del desplegado es reconocido

Tiempo de Actuali- El intervalo de tiempo al cual el dato 3.0-5.0 szación dinámico sobre el desplegado es renovado desde la base de datos

39

4.5 Revisión de la estructura del hardware para centros de control de red

Actualmente se está utilizando una variedad de diferentes configuraciones de computadora en los centros de control de red. Estas configuraciones han evolucionado sobre un periodo de tiempo en respuesta al hardware cambiante disponible, costos y funciones cambiantes del centro de control. Todos tienen un atributo común: Ellas son diseñadas para proveer un arranque y capacidad de respaldo en caso de una falla en el sistema. Debido a la variedad de configuraciones, el siguiente esquema de clasificación puede ayudar:

- Configuración Dual de Computadora- Configuración Front-End de Computadora- Configuración Triple de computadora- Configuración Cuádruple de computadora- Configuración distribuida de computadora

Se consideran dos enfoques generales: sistemas acoplados loosely y tightly. Los sistemas acoplados loosely transmiten datos desde un sistema a otro a través del uso de un enlace de comunicación o de dispositivos acceso-dual de entrada/salida (un disco de acceso dual). Los sistemas acoplados tightly usan una memoria compartida de alta velocidad para transferir datos.

4.5.1 La configuración dual de computadora La configuración más común encontrada en los centros de control de energía es la configuración dual de computadora consistente de idénticos sistemas operativos de computadora en modos ‘primario’ y ‘stand-by’. Cada lado de la configuración dual puede comprender uno o más sistemas de computadora desarrollando las funciones asignadas. Normalmente el lado primario de la configuración desarrolla funciones de adquisición de datos en tiempo-real, control, interfaz hombre-máquina, evaluación de seguridad, etc., mientras que la configuración ‘en espera de’ (stand-by) está lista para asumir el papel primario cuando sea requerido. Para soportar el papel stand-by adecuadamente, un enlace, referido como un acoplamiento, está disponible. El uso de una computadora sencilla para el sistema de control primario con un duplicado para el respaldo es llamado una configuración dual de computadora. Como se muestra en la Fig. 4.5-1, la configuración entera está duplicada incluyendo el hardware

40

Fig. 4.5-1: Configuración dual de computadoraA. sistema de computadora primariaB. sistema de computadora stand-by

de entrada/salida. Un mecanismo de suitcheo permite el uso de que cada máquina funcione como primaria. Una configuración dual acoplada loosely (libremente?) se comunica a través de un enlace de comunicación de datos en una velocidad relativamente alta o por acceso-dual-puerto de discos.Las configuraciones dual acopladas tightly (Fig.4.5-2) comparten un banco común de memoria. La memoria compartida el como un dispositivo de acceso dual en el que es capaz de ser suitcheado dentro o fuera de cada procesador.

Fig. 4.5-2: Configuración de computadora dual acoplada tightly

4.5.2 La configuración de computadora front-end La configuración dual, aunque frecuentemente comprende solo dos procesadores, puede ser montada con cuatro o más procesadores. Tal configuración es formada por la adición de procesadores front-end al sistema de computadora dual (Fig.4.5-3).

Los procesadores front-end desarrollan normalmente la adquisición de datos y funciones de control para transferencia a la computadora principal a través de un enlace acoplado libremente de alta velocidad. Las configuraciones de

41

computadora Front-end enlazan procesadores especiales a las computadoras de control para off-load la adquisición de datos y funciones de procesamiento

Fig. 4.-5.3: Configuración de computadora Front-End Dual

Desde las computadoras de control de alto nivel. Cada procesador front-end está acoplado solo a su correspondiente computadora de más alto nivel. Las funciones asignadas a la computadora front-end pueden variar desde un interfaz de comunicación simple a través de compartir las tareas de control. Si la computadora front-end desarrolla todo el escaneo y comunicación con la RTU pero sin una reducción de datos, ésta podría transmitir simplemente los datos nativos recolectado a la computadora de más alto nivel y recibir salidas del proceso de la computadora de más alto nivel para que la transmisión a las RTUs tengan la misma tasa. Las funciones adicionales tales como verificación de límites y alarmas pueden asignare a la computadora front-end. El acoplamiento entre la computadora front-end y la computadora de más alto nivel puede en si misma perderse o ajustarse (tight).

4.5.3 Configuración Triple Otro método de direccionar los problemas asociados con la confiabilidad de la configuración dual es a través de luso de una configuración triple. Esta configuración está compuesta por tres sistemas idénticos acoplados por bases de datos redundantes de alta velocidad o por memoria compartida. El tercer sistema podría configurarse independientemente de las otras dos y conectarse manualmente. Durante la operación normal de los tres procesadores, el tercer sistema podría estar disponible para estudios fuera de línea y desarrollo de software, y podría proveer un soporte de respaldo durante el mantenimiento normal del sistema.

42

Fig. 4.5-4: Configuración Quad de computadoraa) acoplada looselyb) acoplada tightly

4.5.4 La configuración cuádruple (quad) de computadoraSe llama una configuración quad a un par de computadoras front-end acopladas flexiblemente a otro par de computadoras para las funciones de control de alto nivel (Fig. 4.5-4). La configuración de computadora quad difiere de la configuración front-end en las combinaciones de fail-over disponibles. Los sistemas de configuración Front-end empatan (pair) una computadora fron-end específica con una computadora específica de más alto nivel. Cuando ocurre una falla, todas las funciones se suitchean al otro par. Así tal sistema está totalmente deshabilitado si ocurre una falla en una computadora front-end de un par y la computadora de más alto nivel del otro par.

En contraste, una configuración quad permite un suitcheo separado de las computadoras front-end y la del más alto nivel tal que cada una de las computadoras front-end puede ser usada con cada una de las otras computadoras de más alto nivel. El acoplamiento entre los procesadores puede ser tight o loose.

4.5.5 Configuraciones distribuidas del sistema de computadora Ambas configuraciones front-end y quad asignan diferentes funciones a los diferentes procesadores y así distribuyen las funciones del centro de control. Un sistema distribuido, como se muestra en la Fig. 4.5-5, es uno en el que los

43

procesadores múltiples están acoplados a través de un sistema de comunicaciones y comparten procesadores y dispositivos entrada/salida.

En adición, el software del sistema operativo está diseñado para el sistema como un todo más que para computadores individuales. El concepto a subrayar es asignar diferentes funciones para diferentes procesadores y operarlos concurrentemente. La comunicación entre procesadores es a través de enlaces de datos de alta velocidad, buses especiales de datos, o por memoria compartida. Los sistemas distribuidos pueden dividirse en las siguientes categorías:

- Configuraciones dual distribuidas- Modo de respaldo (back-up) degradado con enlaces de comunicaciones redun-

dantes- Configuraciones No-suspensión (non-stop)- Configuraciones sin fallas (cannot fail)- Configuraciones de hardware redundantes.

Fig. 4.5-5: Configuración distribuida del sistema de computadoras

4.6 Consideraciones en el diseño del hardwareUn centro de control de red consiste de dos subconjuntos básicos de funciones:

- Funciones SCADA- Funciones EMS (aplicaciones avanzadas de potencia y funciones de entrena-

44

miento del despachador).

Estos subconjuntos imponen diferentes requerimientos sobre el hardware. SCADA necesita un suitcheo frecuente y rápido de contextos de un programa a otro y de un gran número de operaciones lógicas. Las funciones SCADA están caracterizadas a través de requerimientos tight en tiempo-real; ellos son interrupt-driven, priorizados y repetitivos.

EMS impone un alto contenido numérico, operaciones de punto flotante sobre una gran cantidad de datos. Las diferentes funciones tienen varios requerimientos concernientes al hardware; esto justifica un enfoque diferenciado multi-computadora. Ninguna arquitectura de computadora disponible hoy en día puede satisfacer el conjunto total de carga de cómputo de EMS/SCADA.

El diseñador del hardware deberá por lo tanto mirar una combinación de estructuras mainframe, arquitecturas de minicomputadora y microcomputadora que podría responder a un gran número de interrupciones externas asociadas con los requerimientos necesarios de SCADA y los numerosos cálculos aritméticos requeridos por las aplicaciones avanzadas de potencia y las funciones del simulador de entrenamiento. Actualmente un centro de control grande requiere una carga total de cómputo de casi 13 MIPS (millones de instrucciones por seg), una carga de cómputo aritmético de aproximadamente de 4 MIPS, 1,000 interrupciones externas por segundo, una carga E/S de casi 2,000 kilobytes/seg, y 17,000 transacciones basadas en datos por segundo. En orden, para permitir una fuerte expansión los siguientes requerimientos deberán ser encontrados: 37 MIPS para la carga total de cómputo, 13 MIPS para la carga del cálculo aritmético, 3,000 interrupciones externas por segundo, aproximadamente de 6,000 kilobytes de carga E/S por segundo, y 50,000 transacciones basadas en datos por segundo.

Un interesante enfoque a la estructura del hardware es la estructura llamada mix-and-match. Más que liberar sobre una estructura simétrica de mainframes o minicomputadoras, una estructura mixta de micro, mini y mainframes es utilizada. La idea detrás de esto es comparar cada función de control específica con algunas características específicas del hardware. Al utilizar más de un tipo de computadora, la salida general es más rápida. El sistema SCADA coloca los requerimientos más estrictos sobre los recursos de cómputo porque este incluye muchos pequeños programas y grandes cadenas de datos nativos en tiempo-real. El análisis muestra que la mezcla de instrucción requerida está fuertemente pesada hacia operaciones lógicas y podría acomodarse eficientemente con un conjunto de instrucción de 16 bits.

Los aspectos de tiempo-real de los programas adquisición de datos demandan un rápido proceso de muchas interrupciones externas. Las aplicaciones avanzadas de potencia son menos demandante que las interesadas en tiempo-real pero ellas requieren de un proceso extensivo aritmético y una computadora que pueda acomodar grandes programas. Las aplicaciones de potencia son mejor colocadas (housed) en computadoras con un gran conjunto de instrucciones de punto flotante, los requerimientos de precisión están siendo confinados dentro de 64 bits. La velocidad de cómputo es también de primordial importancia. Desde un punto de vista del concepto del fabricante, la arquitectura de computadora de tiempo-real está construida alrededor de cuatro niveles de procesamiento:

- Procesador de aplicaciones avanzadas de potencia- Procesador SCADA

45

- Procesador Adquisición de datos- Procesador interfaz hombre-máquina

El procesador adquisición de datos provee un alto nivel de actividad de interrupción y una alta tasa de transacciones requerida para un ambiente de comunicación. El procesador MMI provee el nivel más bajo de actividad de interrupción, así como también una alta tasa de transacciones requerida por el procesamiento de desplegados y consola. Un grupo IEEE Task Force ha señalado que un problema mayor concerniente al diseño de hardware de un centro de control de SEP es el atraso de la habilidad para actualizar un sistema fácilmente. En planeación para la vida esperada de un centro de control, es importante que el hardware pueda acomodar el crecimiento horizontal (más RTUs, CRTs, más datos, más desplegados) así como también un crecimiento vertical (nuevas y más complejas funciones de SCADA y EMS).

4.7 Obsolescencia del Hardware

La obsolescencia de un SCADA/EMS es un problema creciente en casi todas las empresas que se tendrán que encontrar con el tiempo de los años, algunas por segunda vez. En la industria de la computación, los ciclos de de vida son relativamente cortos y ellos tienden a obtener aún más cortos. Esta tendencia está relacionada a la alta tasa de innovación e incremento en la competencia.La vida corta de 5-10 años de vida que transcurre en los sistemas computacionales es un hecho que las empresas encuentran difícil de aceptar; las computadoras se usan por 40 años (¿) de vida que transcurren para plantas de potencia y elementos de red. Por el tiempo un SCADA/EMS duran 10 años asociadas con la familia de computadoras que evolucionarán a través de varias generaciones de hardware. Las partes de repuesto y mantenimiento para el equipo viejo puede ser muy caro y, en algunos casos, indisponible. Un área asociada de interés es el hecho de que algunos fabricante (suppliers) no ofrecen actualizaciones continuas de sus productos. Existe un trecho entre la vida esperada (expectancy) del SCADA/EMS y el tiempo en el que los fabricantes del hardware de computadoras están disponibles para ofrecer un soporte de equipo disponible y económico.

4.8 Funcionamiento del sistema SCADA/EMS

Actualmente, existe un atraso de la habilidad para medir, predecir y controlar el funcionamiento de los sistemas SCADA/EMS. Los problemas no resueltos en estas áreas se indican en las siguientes observaciones:

- No hay un estándar o programas benchmarck de industria aceptada para medir el funcionamiento del sistema SCADA/EMS- Existe un desacuerdo entre las empresas concernientes a tiempos de respuesta adecuados de los Sistemas SCADA/EMSs- Es difícil desarrollar un escenario realista del peor caso (costo/recurso de la computadora de negocio (trade-off)- Hay un necesidad para medios precisos y herramientas para predecir y medir el funcionamiento del sistema SCADA/EMS.

Basado en la experiencia existente, se recomiendas las siguientes líneas de guía para un diseño del hardware de un centro de control:

- Un tiempo de utilización del CPU del 75% durante una operación normal deberá ser considerado como un límite de diseño.

46

- Una utilización del 90% de la memoria mainframe para areas residentes y 95% para las áreas overlay deberán considerarse como un límite máximo de diseño.- Para sistemas que usan técnicas de memoria virtual o de mapeo (¿) el límite de diseño para el contexto de retrasos de suitcheo (roll in/roll out) es puesto a un 1% del tiempo total de cómputo de cpu.- La adquisición de datos no usará más del 40% del tiempo computacional del -- sistema.- La carga pico, que es determinada por el tiempo requerido para comunicar con todas las terminales remotas conectadas bajo las peores condiciones del --- sistema, no excederán el 95% del tiempo total durante cualquier periodo de – cinco minutos.- El límite de diseño máximo para la utilización de los canales E/S es de 90% de la capacidad total.- El tiempo de servicio periférico de diseño máximo es el 10% del tiempo disponible de CPU.

Los retrasos en la respuesta del sistema en la MMI (interfaz hombre-máquina) deberá estar limitada a 2 segundos para una acción del operador. La respuesta está definida como el tiempo en que tarde la acción del operador y el reconocimiento de la acción por el sistema. La utilización máxima de la memoria bulk auxiliar de tiempo-real deberá permitir una reserva de área equivalente a dos veces el tamaño de memoria mainframe del sistema. Para sistemas redundantes, el nivel mínimo de diseño de disponibilidad es de 99.95%. Las empresas han de direccionar el problema de carga SCADA/EMS y definir los siguientes estados de actividad. La Fig. 4.8-1 muestra los requerimientos de funcionamiento de CPU correspondientes a los siguientes tres estados de actividad.

Fig. 4.8-1: Requerimientos de funcionamiento del CPU para los tres estados de actividad correspondientes

El estado normal de actividad corresponde a la condición típica del SEP. La configuración hardware es normal con todas las terminales remotas y periféricos conectados; todos los programas están corriendo. Las funciones aplicación de potencia son programadas como se muestra en la Tabla 4.8-1. La programación promedio y los tiempos de corrida varían en un considerable rango de tiempo. Además, los diferentes valores pueden observarse en instalaciones específicas dependiendo del tamaño de la red, la tecnología del hardware y la implementación del software.

47

Tabla 4.8-1: Tiempos de corrida en el estado normal de actividad

Función Programación Tiempos Prome- Promedio dio de corrida

Control Automático de Generación 2-3 s 0.5 s

Despacho Económico 5 min 10.0 s

Monitoreo de Reserva de Generación 2 min 5.0 s

Evaluación de Transacciones de Intercambio 2 min 5.0 s

Estimación de Estado 10 min 30.0 s

Flujos de Carga del Operador A petición 10.0 s

Flujos de Carga Óptimos 30 min 60.0 s

Análisis de Contingencias 15 min 20.0 s

Análisis de Corto Circuito 0.5-1.0 h 10.0 s

Pronóstico de carga 4-8 h 20.0 s

Unit Commitment 1-4 h 120.0 s

Adicionalmente el sistema adquisición de datos actualiza las indicaciones, mediciones y valores de energía. Esto puede hacerse a través de usar reportes espontáneos por excepción o procesos cíclicos. El estado normal de actividad está definido como sigue:

- Un porciento de todas las indicaciones de cambio de estado cada hora; cada cambio de indicación es coged en una lista de evento/alarma- Un porciento de todos los cambios de medición excede los límites y son logged en una lista de alarmas- Cada minuto, 0.01 porciento de estas mediciones exceden los límites y son coged en una lista de alarma- Un porciento de todos los valores calculados es actualizado cada segundo- El operador llama para un nuevo desplegado a una tasa de un diagrama por mi- nuto por consola- El operador cambia un set-point o cambia un valor una vez cada 5 min por con- sola- El operador envía un comando de interruptor abierto/cerrado cada 15 minutos.

El estado de alta actividad resulta como una consecuencia de un mayor interrupción del SEP tal como:

- Pérdida de la unidad de generación más grande

48

- Un corto circuito en una gran estación de generación o de transmisión de potencia eléctrica; la falla es liberada por la acción de protección primaria

- Una thunderstorm local resultante en el disparo/recierre de un número de elementos de red.

El nivel de estado de alta actividad está definido como sigue:

- Cambio de estado (5-25%) del número total de indicaciones- Alarmas de protección (2-6%) del número total de alarmas- Violaciones de límites (7-25%) del número total de mediciones.

El estado de actividad pico resulta como una consecuencia de una interrupción mayor muy severa del sistema tal como:

- Un apagón del sistema- Un corto circuito trifásico en la estación más grande de potencia o de

transmisión, o- Que la protección primaria haya fallado.

El nivel de estado de actividad pico es llanamente definido por un cambio a cero de todas las mediciones y un cambio en el estado de 30% para todos los interruptores. Los requerimientos de funcionamiento para la carga de CPU, promedian sobre un intervalo de 5 minutos, en un estado de actividad normal, no excede del 30% (todas las funciones críticas están corriendo). En los estado de actividad alto y pico el sistema deberá sobrevivir sin pérdida de datos y regresar a lo normal dentro de periodos del tiempo mostrado en la Fig. 4.8-1. Durante las actividades alta y de pico las aplicaciones de potencia y los procesos del software no-crítico son inhibidos.

5 Centro de Control del Sistema de Potencia: estructura del software

5.1 Generalidades

Tomó un poco más de 20 años para que SACAD, EMS, etc. tuvieran aceptación. Conforme más empresas utilicen centros de control modernos, emergen nuevas funciones. Al mismo tiempo, bajo la misma connotación, las “viejas” funciones están creciendo en complejidad.

Estos cambios han significado que las siguientes clasificaciones de software modificado ligeramente hayan de ser introducidas :

- Sistema Adquisición de datos- Sistema Control Supervisión- Ambiente de software en Tiempo-Real- Sistema Administrador Base de Datos- Interfaz hombre-máquina- Sistema de soporte de decisión ejecutivo - Sistema de soporte de decisión de alto nivel- Comunicaciones Inter-empresas.

49

Todos estos subsistemas de software están íntimamente ligados. El software del centro de control con su múltiple interfaz e intrínseca y compleja relación está representada como un modelo de capas en una manera simplificada en la Fig. 5.1-1.

Fig. 5.1-1: Estructura de software del centro de control de red como un modelo de capas

El sistema soporte de decisión de alto nivel está en el tope de la estructura del software. Este software provee el análisis de red en-línea, análisis de red en modo de estudio y otro control complejo y análisis de despacho económico.

5.2 Subsistema Adquisición de Datos (DAS)

El DAS transfiere los datos de las unidades terminales remotas (RTUs) al centro de control y vice-versa. El DAS suministra un número de funciones tales como:

- Recolección de datos- Verificación de errores y pruebas de plausibilidad- Conversión a unidades de ingeniería- Verificación de límites- Manejo de alarmas.

5.2.1 Recolección de datosExisten dos técnicas estándar para la adquisición de datos. La tecnología de escaneo de datos recupera todos los datos de las terminales remotas a una tasa determinada por su importancia relativa, sin considerar si el dato ha cambiado. El escaneo normal consiste de escaneo intersalida y de diez-segundos (¿). Todos los estados y claves analógicas son recuperadas como parte de un scaneo 10-segundos mientras las analógicas restantes son recuperadas a través del periodo de escaneo de diez-segundos.(¿)

50

En la técnica de transmisión por excepción los datos se recuperan por transceivers y son comparados con el valor de dato almacenado para cada uno de los puntos. Si no hay cambio en los puntos estatus o si todos los valores analógicos están dentro de bandas muertas de los valores almancenados, no se requiere más transmisión. Normalmente el SEP está en un estado inactivo (pasivo). Así la transmisión por excepción resulta en una mejor sistema general para la misma cantidad de recursos de hardware. Mientras la transmisión por excepción reduce pronunciadamente la carga de comunicación bajo casi todas las condiciones, esto puede causar una carga pesada que la técnica de búsqueda periódica bajo condiciones de emergencia.

5.2.2 Chequeo de error y pruebas de plausibilidad

Si el ‘tranceiver’ tiene una falla en su comunicación, éste automáticamente trata de procesar el mensaje fallado de nuevo en un número de veces especificado. Si después de todos los intentos de comunicación no es establecido, el tranceiver regresa a la indicación de falla de comunicación el cual incluye la razón de falla. Tan pronto como se restablece la comunicación, todos los puntos en el RTU están automáticamente recuperados. Este procedimiento asegura que la base de datos se actualice tan pronto como la comunicación se restablece con una RTU.

5.2.3 Conversión a unidades de ingenieríaLos valores recuperados se convierten a unidades de ingeniería y reemplazadas en la base de datos. La conversión de polinomios de primer y quinto orden de valores A/D a unidades de ingeniería son provistos.

5.2.4 Verificación de límitesLos valores de unidades de ingeniería se verifican otra vez contra los límites establecidos con un valor razonable para el punto. Si estos valores son excedidos, la calidad del dato es marcado como ‘dato erróneo’ y no hay más procesamiento del punto. El punto podría ser marcado por la inclusión en la revisión del post-disturbio. La función verificación de límites traslada un valor analógico a un valor de tres estados: fuera de límite alto, dentro de límite y fuera de límite bajo. El valor analógico a ser verificado se compara contra los límites y los estados apropiados del valor generado. Cualquier número de límites puede aplicarse para un valor analógico.

5.2.5 Manejo de AlarmasCuando una alarma se detecta, la siguiente secuencia de eventos ocurre:

- Un mensaje de alarma se agrega al log- Una alarma de línea se agrega al sumario de alarmas por categoría- La alarma aparece sobre el despliegue relacionado- Suena una alarma audible- El punto es marcado que tiene una alarma no reconocida.

5.3 Subsistema Control Supervisorio

Los comandos de control supervisorio generalmente empiezan en el subsistema hombre-máquina. Se hace excepciones de comandos impresos para las funciones de control automático de generación o corte de carga. Una vez que se ha cumplimentado una secuencia de comandos, se envía un comando compuesto a un módulo de control para que verifique la factibilidad del control y luego

51

traslada el comando a una secuencia de control para el uso del subsistema de comunicación RTU.

Si todas las condiciones permisivas se encuentran, el comando de control se envía al subsistema de comunicación RTU. Este subsistema interrumpe la búsqueda actual para enviar fuera el control. Una de tres respuestas son regresadas:

- La seleccionada no fue exitosa (después de ‘n’ intentos)- La ejecución fue no exitosa- El comando fue transmitido exitosamente.

Si el comando no fue exitoso, el operador podría se informado del comando de falla. Si el comando fue no exitoso por cualquier razón, el comando intentado es logged con la razón de falla.

Si el comando fue exitosamente transmitido, un timer es iniciado para verificar la ejecución actual del comando. Si la verificación se recibe antes de que el timer haya atendido el tiempo localizado (¿), la operación es logged como exitosa. Si no el operador es informado que la operación no fue verificada automáticamente.

5.4 Ambiente del software en tiempo-real

5.4.1 Sistema operativoUn sistema operativo en tiempo-real incluye algunas características distintivas tales como:

- Equipo adicional de administración del tiempo para tareas de programación Síncrona

- Capacidades multitareas extensivas- Capacidades de interrupción extensivas.

5.4.2 Subsistema de administrador de tráfico en tiempo-realEste subsistema programa y desarrolla los procesos de supervisión de computadora, administra los recursos de computadora, localiza los diferentes dispositivos periféricos, verifica la existencia de tareas conflictivas y las administra. Otras funciones centrales son manejo de error, logging de error, y la administración de configuración de computadora múltiple. En el caso de falla de la computadora principal, este subsistema transfiere los resultados a la computadora stand-by o restablece automáticamente las funciones críticas de tiempo-real. Después de una falla, los errores pueden regresarse con el programa y las áreas de contexto del software de estado del sistema de la memoria principal son agregadas a disco para un diagnóstico posterior.

5.5 Sistema Administrador Base de Datos (DBMS)

5.5.1 GeneralidadesUna base de datos es, desde un punto de vista lógico, un modelo de conocimiento estructurado de la empresa de potencia, como existe para soportar las actividades de planeación y de operación. La base de datos es un cuerpo común de datos que se usa por muchas funciones diferentes SCADA/EMS. La base de datos es el corazón de un centro de control basado en computadoras. Todos los datos requeridos por el software del centro de control y por el operador están localizados en la base de datos. En un ambiente de sistema de potencia, una

52

proporción de datos requiere de una actualización frecuente. Es a menudo necesario expandir una base de datos existente. Las fotos (snapshots) de datos a un cierto tiempo necesitan asegurarse para que los datos usados por los programas de aplicación sean consistentes. Un DBMS bien diseñado mejorará las características generales del sistema. Sin embargo, un DBMS impone una carga pesada sobre el hardware y genera un software más complejo y costoso.

En un moderno SCADA/EMS todas las interfaces entre los programas y todas las interfaces entre usuarios y programas pasan a través de la base de datos. Los programas no contienen E/S a dispositivos de usuario; los desplegados de resultados son extraídos de la base de datos.

5.5.2 RequerimientosAlgunos atributos importantes de un moderno DBMS se listan abajo:

Integridad: los datos deberán ser precisos y consistentes. Esto significa que la verificación del rango, validez y plausibilidad de los datos deberán aplicarse a la entrada de datos en la base de datos.

Recuperación: los datos no deberán perderse o destruirse. Los errores deberán detectarse y corregirse.

Confiabilidad: la relación entre los datos deberán ser bien entendidos, documentados y definidos. Un DBMS deberá soportar la creación de nueva relación.

Compartimiento: el soporte de software deberá proveer compartimiento simultáneo de recursos de datos, mientras que se optimiza su uso.

Seguridad: la arquitectura deberá proveer controles apropiados de seguridad para defender al sistema contra equivocaciones (y aún maliciosas).

Independencia: el DBMS permitirá la separación de programas de la estructura de datos lógica y física. Como una consecuencia los programas pueden ser cambiados independientemente de las estructuras de datos y viceversa.

Accesibilidad: este atributo significa la facilidad para manejar la base de datos por personal no orientado a la computadora.

Funcionamiento: una base de datos deberá sintonizarse conforme cambien los requerimientos.

Administración: el DBMS incluye herramientas que permiten que los recursos de la base de datos sean administradas.

5.5.3 Aspectos de SoftwareEl DBMS es básicamente un paquete de software dentro del sistema de software del centro de control. Esta supervisa el proceso del funcionamiento de la base de datos. Algunas de las funciones del DBMS son:

- Controlar el layout físico de los datos en la base de datos- Actualización de los elementos de datos- Interfaz con los programas de aplicación.

La DBMS cubre todas las actividades de manejo de datos fuera y dentro de línea:

53

- la preparación de datos fuera de línea permite pruebas de plausibilidad de datos usados por todas las funciones de software, e.d. reglas de la descripción de topología, rango de límites, rango de valores de impedancias

- la localización de datos en línea y almacenamiento de ellos es una de las funciones más críticas.

Con el procesamiento en los centros de control vienen a ser más modulares y centralizados en naturaleza, casi toda el DBMS podría transferirse a un procesador dedicado que funcione similarmente a un procesador front-end para la comunicación. La computadora host interfaceará con el procesador de base de datos. Un procesador base de datos dedicado permite el uso de hardware y software especializados porque el procesador se restringirá a las funciones de la base de datos. Por lo tanto el procesador base de datos no necesitará todas las características de una máquina de propósito general, puesto que tal procesador podría no requerir instrucciones punto flotante o una operación aritmética rápida.

Existen también algunas desventajas; una de ellas es que puede ser más costoso. Otra podría ser penalizaciones de tiempo de respuesta si la interfaz entre la computadora host y el procesador base de datos no está apropiadamente diseñada.

5.5.4 Estructura de la base de datos

Un vistazo de la tecnología de la base de datos revela las siguientes estructuras lógicas:

- Jerarquía (árbol)- Red- Relacional.

El layout de la base de datos tiene un gran impacto sobre el funcionamiento de tiempo de corrida de los diferentes programas de aplicación. En una base de datos relacional, los datos están lógicamente arreglados como una colección de arreglos en dos dimensiones. Cada uno de estos arreglos es llamado un “tipo dato” o una “entidad dato”.

Una entidad es un objeto, un evento o un concepto abstracto acerca de la cual la información es retenida. Ejemplos podrían ser un transformador, una alarma o un alimentador. Cada tipo de dato o entidad de dato tiene piezas de información asociadas con ésta. Para un transformador podría incluir una malla de

54

Fig. 5.5-1: Estructura Base de Datos

localización, rating de voltaje, reactancia, etc. Estas piezas de información son llamadas elementos de datos o atributos. La estructura relacional de la base de datos está basada en arreglos y atributos. Los arreglos coinciden con los tipos de componentes de la red los atributos representan sus diferentes características. (Fig. 5.5-1)

La “vista” de la base de datos que una función específica requiere es llamada un diagrama de un subesquema base de datos. Este diagrama representa la estructura de datos para la función específica (e.d. flujo de datos en-línea). Al mismo tiempo un subesquema de la base de datos contiene los requerimientos de datos de la función.

Los diagramas de los subesquemas de la base de datos son parte del diagrama maestro de la base de datos. Este diagrama maestro o esquema combinará todos los subesquemas de la función en una vista SCADA/EMS general de los datos. Este diagrama maestro constituye la estructura lógica de la base de datos y representa el diseño lógico base de datos. El diseño lógico base de datos es la definición de la estructura de datos. Independiente de aplicaciones individuales y del mecanismo del hardware y software utilizado para su implementación. El siguiente paso es el diseño físico de la base de datos la cual define el método de almacenamiento del contenido de la base de datos en un ambiente específico de hardware y software. Físicamente, la base de datos consiste del arreglo de datos en un almacenamiento de alta y baja velocidad. Los datos entrantes en tiempo-real residen en la memoria de alta velocidad junto con un alta frecuencia de acceso. En un ambiente de sistemas de potencia, una cantidad significante de datos requiere una actualización frecuente. Los datos residentes en una memoria auxiliar baja (mass) están generalmente los datos de la red, constantes, variables y datos históricos que es infrecuentemente accesados.

5.5.5 Requerimientos de almacenamiento y esfuerzoLa base de datos es un vasto almacén de grupo de datos estáticos y dinámicos. La Fig. 5.5-2 muestra la cantidad de grupo de datos estáticos contra el número

55

Fig. 5.5-2 : Cantidad de grupos de datos estáticos versus el número de nodos de Red para un centro de control con funciones avanzada de aplicación de potencia.

de nodos para un centro de control con funciones de seguridad avanzadas de aplicación de potencia tales como la topología, estimación de estado, flujos de carga del operador, análisis de contingencias. Esto puede parecer que para una red de 500 buses, la base de datos contiene más de 0.5 millones de grupos de datos.

Para un centro de control típico con funciones SCADA y EMS y una red eléctrica de 380/220 kV que contiene 150 buses la base de datos podría contener cerca de 1.5 millones de grupos de datos estáticos y dinámicos.

Correspondientemente con el crecimiento de los grupos de datos hay un crecimiento en la necesidad de memoria. Para una red de 250 buses, la cantidad de memoria necesaria para datos estáticos para las funciones de seguridad tendría 1 MB. Debido a la necesidad de manejar muchas entidades de datos con una relación compleja entre estos datos de entidades, la compilación de una base de datos para un sistema SCADA/EMS correspondiente a una red con aproximadamente 500 nodos es una tarea muy demandante y muy extensiva de trabajo.

5.5.6 Métodos de AccesoPara los programas de aplicación en tiempo-real el método de acceso es de interés primario. La base de datos del usuario puede acceder uno o más grupos de datos con una sola llamada. Esta llamada puede requerir cualquier combinación lógica de atributos. Normalmente, un acceso de base de datos relaciona al dato en un tipo de dato sencillo. Sin embargo, las características especiales permiten un acceso a datos de más de un tipo de datos en una sola llamada. La llamada a la base de datos indicará los atributos a ser accesados. El acceso puede ser por nombres de atributos. Para un funcionamiento más rápido la llamada a la b.d puede ser completamente predefinida a un tiempo de sistema-construido y la información accesada salvada para uso en tiempo-real. Típicamente, los proyectos requieren cerca de 3000 valores en tiempo-real y 3000 indicaciones de estados actualizados cada 2 segundos. La base de datos no es sólo un vasto almacén de información altamente organizado, es también un medio superior de comunicación entre funciones.

56

Para un proyecto típico, la base de datos sirve más de 400 programas separados y módulos de carga para comunicación interprograma. Cerca de 30 desplegados a color son también actualizados cada 2 segundos.

5.5.7 Requerimientos de FuncionamientoUna típica DBMS podría cumplir los siguientes requerimientos:

- una respuesta de un segundo para la petición del operador- dos segundos para el ciclo de escaneo (barrido)- dos segundos para una actualización de un desplegado

La disponibilidad de una DBMS deberá ser mayor a 99.90%.

5.6 Interfaz hombre-máquina (MMI)

5.6.1 ImportanciaEl éxito de un centro de control basado en un sistema SCADA/EMS es debido en parte a qué tan bien ha sido diseñado el interfaz MMI. ¿Son todos los desplegado entendibles? ¿Son los desplegados consistentes de función a función? ¿Pueden los datos accesarse fácilmente, entrarse, y presentarse de una manera clara y concisa?

La MMI influencia enormemente la “operatividad” de un centro de control de red, e.d. la habilidad de un SEP a ser operado segura y eficientemente. En los inicios de los 50’s los sistemas SCADA fueron un gran paso hacia delante comparados con las técnicas electromecánicas/analógicas/telefónicas pero aún bastante simple y sencilla para tener un completo monitoreo y control de los problemas. Ahora en los 90’s los sistemas disponibles se han movido hacia los centros de control basados en SCADAs/EMSs sofisticados. El problema es que tales sistemas han a menudo excedido las habilidades de muchos operadores.

Los centros de control modernos proveen vastas cantidades de datos e información y muchos compuestos que resolver problemas del operador. El problema viene a ser aún más crítico en una situación de emergencia.

5.6.2 Factores HumanosLas empresas eléctricas constituyen una de las industrias más demandantes en relación a factores humanos. Los altos requerimientos concernientes a los desplegados CRT están basados en el hecho de que el despachador permanece, como previamente, el elemento clave en la operación del SEP y planeación operativa.

La experiencia en la planta y sistema de potencia está llena de incidentes en los que -debido a la vasta cantidad de datos y los pobremente diseños de desplegados- el personal de operación no puede determinar la situación general bastante rápido, e.d. los operadores se concentran mucho en examinar datos “individuales” y pierden la perspectiva del proceso general. Esto significa que una buena información, pobremente presentada, promueve el atraso de entendimiento. El advenimiento de los desplegados basados en CRTs no es aún la panacea que fue prometida. Mientras que estos sistemas han llevado cantidades significativas de nuevos datos a los operadores del sistema, ellos tienen en algunos casos hecho el trabajo de los operadores más difícil debido a la presentación confusa en la que la relación lógica entre valores no pueden ser aparentes(¿).

57

Los diagramas unifilares desplegados en las CRTs muestran la vista de la estación o de la topología de la red con los datos del SEP y permiten la operación del control/suitcheo del equipo del sistema. Estos diagramas unifilares proveen mucha información en un solo desplegado. El intento para representar muchos detalles hampers la capacidad de desplegar para representar la estación o estructura de la red adecuadamente. La MMI viene a ser aún más crítica en una emergencia.

Los diseñadores MMI necesitan estar especialmente motivados por las recientes cuestiones las cuales emergen en la industria de potencia tales eventos como el incidente de Three Mile Island (TMI). En TMI empezó como un transitorio operativo aparentemente apacible y resultó en una destrucción casi total del núcleo del reactor debido a la inhabilidad del operador para determinar las condiciones de la planta de la información desplegada.

5.6.3 Formatos de despliegueEsta sección presenta los formatos de despliegue disponibles. Lo siguiente es una lista de tales despliegues:

- Generalidades de diagramas unifilares- Diagramas unifilares de subestación- Despliegues tabulares de Red- Despliegues tabulares de subestación- Diagramas unifilares generales de Transmisión- Diagramas unifilares generales de Distribución- Despliegue sumario de alarmas- Despliegue de sumario de tag

Los despliegues unifilares pueden descomponerse en dos grupos:

- Desplegados orientados unifilares SCADA- Desplegados orientados unifilares de ingeniería o planeación operativa.

Los despliegues orientados unifilares de SCADA se usan para el monitoreo en tiempo-real y control de estados (e.d. posición de alarmas, taps, interruptores) y analógicos (e.d. amperes, watts). Ellos son también usados para desplegar resultados de tales programas como estimación de estado, cálculo de corto circuito, análisis de contingencias que corren en tiempo-real o en tiempo-real extendido (¿).

Los despliegues orientados unifilares de ingeniería o planeación operativa se usan por ingenieros y otros usuarios para la entrada y salida de varios programas de aplicación (e.d. flujos de potencia óptimos, despacho económico). Estos despliegues pueden también usarse por los despachadores.

Los diagramas unifilares generales muestran las principales líneas de transmisión, circuitos de intercambio y subestaciones. Las líneas de transmisión y circuitos de intercambio pueden mostrar con valores totales de flujo, e indicadores que muestran si son energizados. El diagrama unifilar de subestación y despliegues tabulares muestran información detallada sobre la estructura de la subestación y estado actual de equipo y líneas.

Con respecto a los despliegues de alarmas una lista prioritaria de alarmas deberá ser mantenida.

58

Las alarmas son agregadas a la lista en orden cronológico (la más reciente al principio) dentro de cada prioridad con la categoría a la cual ellas pertenecen.Las alarmas pueden estar en el orden siguiente:

- Alarmas mayores no desconocidas- Alarmas menores no desconocidas- Alarmas mayores desconocidas- Alarmas menores desconocidas

Cada mensaje de alarma contendrá la siguiente información:

- Tiempo de ocurrencia- Designación de estación- Descripción del punto- Condición de la alarma- Valores y unidades.

5.6.4 Características, diseño, requerimientosEn esta sección la característica principal de un subsistema MMI será discutida. La MMI soporta todos los otros subsistemas; la concentración de toda la comunicación hombre-máquina en un subsistema resulta en un concepto de interfaz consistente y coherente para todas las funciones. Desde el papel de soporte de la MMI se enfatiza un requerimiento muy importante concerniente al desarrollo general de software que el MMI y CRT despliega deberá ser disponible en la fase más reciente posible para proveer un medio de análisis de todas las aplicaciones E/S.

La interfaz del operador deberá ser simple para operar. La experiencia SCADA/EMS está llena de reportes cubriendo las consolas de despacho con muchos suitches de control o despliegues overcrowed.

Casi todos los diagramas unifilares son orientados a SCADA y estructurados alrededor de subestaciones individuales. No se ha entendido suficiente esfuerzo para un apropiado diseño MMI considerando las necesidades específicas de las funciones de aplicación de potencia avanzadas y aquéllas del personal de la planeación operativa. La MMI ha sido diseñada para los requerimientos de los operadores y del personal de la planeación operativa.

La respuesta del subsistema MMI deberá ser adecuada a las necesidades del operador. Las entradas del teclado para el despliegue del operador deberá aparecer dentro de 0.2 segundos. La respuesta dentro de los bloques de actividad o secuencias de interacción entre el operador y sistema tal como un llamado a una desplegado de menú, logs, etc. deberá requerir menos de 2 segundos. Se aceptan tiempos más grandes para el procesamiento de funciones complejas en computadora tales como análisis de contingencias o despacho económico.

Deberá ser puntualizado que las gráficas completas tengan un intensivo CPU y memoria. Para una red eléctrica de 350 nodos, los requerimientos podrían tener hasta 20 MB.

59

El diseño MMI también deberá incluir características tales como representaciones 3-D, técnica de ventanas, uso inteligente de colores y capacidad de shading. La representación geométrica, tal como el perfil circular (kiviatgraph), toma ventaje de la habilidad del sistema visual humano para comparar formas geométricas rápidamente. Conforme el usuario gane experiencia con el perfil circular los polígonos asimétricos que resulten de situaciones fuera de lo normal serán fácilmente detectadas como perturbaciones. Un círculo es creado como la condición del sistema idealizado; este círculo conecta los puntos extremos de muchos vectores de longitud unidad si el valor representado por cada vector el normal.

Las siguientes condiciones podrían ser candidatas para la representación geométrica vectorial:

- Voltaje del sistema- Carga de líneas- Carga de líneas contingencia- Reserva rodante- Carga en enlace

La MMI deberá usar la tecnología avanzada de gráficas totales con las siguientes características:

- PAN: mover alrededor el diagrama de red eléctrica- ZOOM: concentrar al nivel de detalle requerido- DECLUTTER: eliminar detalle e información no-relevante- CONTROL: control de nivel de imagen en punto/píxel

La tecnología de gráfica completa permite:

- Una mejor representación de información- Una fácil y útil reconocimiento de modelo visual (e.d. el desplegado del

ancho de la línea podría ser proporcional a la razón de la carga actual para la carga deseada/límite

- Características suplementarias tales como ventanas, puntos vista, datos superpuestos.

5.7 Subsistema comunicación Inter-empresa

El subsistema de comunicación Inter-empresa (IUCS) es un paquete de software que permite a las empresas eléctricas con diferentes fabricantes de sistemas de computadoras intercambiar información.

Los IUCS siguen las líneas de guía establecida por la Organización Estándar Internacional (ISO). El ISO define una arquitectura de servicio de siete capas, con las tres capas más bajas representando los niveles de protocolo X.25 y las cuatro capas superiores representando niveles de comunicación de servicio.

Las demandas para datos desde otras empresas están en constante aumento como la tarea de un control efectivo y económico de un sistema de potencia conectado continua ser más complejo. Las áreas de intercambio de datos clave incluyen:

- Programación horaria, intercambio actual, salidas de generadores- Información de power brokerage

60

- Datos de seguridad del sistema- Localización participante de generación compartida

Un reporte de UNIPEDE revisa los intercambios de datos entre los países de UCPTE, UFIPTE, SUDEL , NORDEL, CMEA y entre los sistemas de Gran Bretaña. Este muestra la necesidad de un extensivo intercambio de datos para la planeación operativa, operación diaria y panoramas retrospectivos. Este recomienda que las mediciones e indicación de datos deberá ser intercambiado sobre una base de tiempo-real para contiguas redes vecinas a la red nacional y en la forma de equivalentes de red para las partes del sistema vecino con menos influencia.

En conclusión, los beneficios y cooperación de energía internacional puede ser sólo llevada a cabo si existe alguna clase de intercambio de información entre las compañías (partners) del sistema interconectado. Este intercambio de información, concerniente principalmente a la seguridad de la red, ha de ser intensificada si los beneficios de una operación interconectada ha de incrementarse. Se espera que esto llevará a conexiones directas entre computadoras en centros de control de diferentes compañías.

61

6 Centro de Control Sistema de Potencia: actividades del des- pachador

6.1 Introducción

En un centro de control SCADA/EMS el operador es con mucho una parte integral del sistema de control así como el hardware y el software. Más que eso, el operador representa la parte más esencial. El personal de planeación operativa y de operación son el pivote en el cual gira el centro control como un todo. Al operador le corresponde tomar la última decisión debido a su responsabilidad para que el SEP no se separe. Así el problema de un centro de control de energía puede enfocarse como un sistema con tres componentes:

- Hardware- Software- Personal.

El funcionamiento eficiente de un centro de control requiere más que estar comparando o yuxtaponiendo estos tres sub-sistemas; esto representa un efecto sinergético, basado en una combinación apropiada de estos componentes, donde el sub-sistema humano – el personal de la planeación operativa y el personal de operación- incluyendo el conocimiento operativo, filosofía, reglas y procedimientos de la empresa eléctrica constituye la clave.

En tanto que se incorpore más automatización en un centro de control de red, la pregunta esencial viene a ser: ¿qué es un centro de control o una sala de control, y cuál es el papel del operador dentro de una sala de control?

La sala de control es un centro de despacho que forma una Inter.-faz del operador-humano al proceso de generación de potencia, transmisión y distribución. Este interfaz contiene hasta varios miles de calibre, medidores, lecturas salidas digitales, buzzers, luces flashando, diagramas, desplegados, etc. El centro de control y la sala de control constituye el punto operativo focal y el centro nervioso del sistema eléctrico de potencia.

6.2 Características distintivas de la actividad del operador

Al analizar las actividades de un operador de un SEP, éste puede señalarse que en una situación estable, precavida y normal, él esta trabajando a un nivel de estrés bajo. Esto puede cambiar rápidamente cuando ocurra una situación de emergencia.

La alternancia entre precavida, aburrida, actividades rutinarias con un bajo nivel de estrés y situaciones de emergencia, dinámica, no-predecibles y acciones bajo presión del tiempo y alto estrés es caracterizado por la actividad del operador del sistema de potencia. El proceso de toma de decisiones en una sala de control de SEP se realiza a través de los operadores humanos; como humanos la solución de los problemas no están solos. Ellos están usando e interactúan con un número de programas de solución de problemas u otras herramientas intelectuales.

Una de estas es el sistema de soporte de decisión. El sistema de soporte de decisiones como parte de un EMS es una colección de programas que constituyen una suerte de ‘bola de cristal’ para el despachador. Este sirve como un

62

consultor asistido por computadora con funciones precautorias. El sistema soporte de decisiones está dividido en:

- Sistema ejecutivo de soporte de decisión que contiene programas tales como de topología, despliegue dinámico de red, monitoreo de flujos de potencia reac-- tiva- Sistema predictivo/profiláctivo de soporte de decisión que contiene programas para evaluación de seguridad, despacho económico.

6.3 Un modelo conceptual de la actividad del despachador

La Fig. 6.3-1 describe un modelo conceptual de la actividad del despachador. Este modelo representa un proceso cíclico que contiene las siguientes etapas:

- Percepción: obtener la información actual- Evaluación: evaluar la información por comparación de expectativas o mode- los e identificando las características significativas- Planeación: validar o revisar los planes actuales con respecto a la infor- mación más reciente- Decisión : toma de decisiones y seleccionar acciones con respecto a plan- Ejecución : ejecutan las acciones seleccionadas.

Fig. 6.3.1: Un modelo conceptual de las actividades del despachador

Con respecto al operador como un “solucionador-de-problemas” se pueden distinguir tres niveles:

- El nivel basado en destrezas- El nivel basado en reglas

63

- El nivel basado en conocimientos.

En el nivel basado en destrezas, el operador deberá poseer la habilidad para manipular los dispositivos disponibles en el centro de control. En el nivel basado en reglas, el operador realiza una función y toma decisiones cuando el flujos de datos de entrada se compara con un modelo pre-definido o solución. El nivel basados en reglas corresponde a situaciones donde el despachador es forzado a reaccionar a una situación dada. En este nivel, las situaciones pueden ser aprendidas de la experiencia; esto es una orientada a metas. En un centro de sistema de control de energía el nivel SCADA corresponde al nivel de la decisión del operador con el nivel basado en reglas. Al nivel basado en conocimiento, las metas basadas en análisis del sep son explícitamente formuladas. Este tipo de conocimiento es grande para preguntar cuestiones “qué si”. Los sistemas ejecutivos y predictivos de soporte de decisión corresponde al nivel basado en conocimiento.

Un aspecto muy importante de la actividad de despacho es la planeación y preparación del personal para manejar situaciones normales, contingencias y anormales. En un sistema de control de energía, la habilidad para anticiparse a los problemas de seguridad y economía requiere información desde el EMS. Un paquete de funciones predictivas/profilácticas apoyan al operador en la habilidad para anticiparse y a planear una secuencia de eventos.

Igualmente importante para el despachador es el enfoque “qué-si” no sólo para el estado normal sino también para situaciones de emergencia. Los objetivos específicos y tareas del operador incluyen:

- suministrar potencia a los consumidores sin interrupciones- Minimizar costos de producción, ahorrar y optimizar en transacciones de

intercambio- Asegurar la seguridad del personal de campo- Evaluar un programa coordinado de mantenimientos.

La tabla 6.3-1 sumariza las características más importantes en la actividad del operador.

Tabla 6.3-1: Características sobresalientes de las actividades del operador

Decisiones concurrentes El operador deberá estar habilitado para manejar eventos que ocurran en

tiempos aleatorios; él tiene que manejar actividades paralelo tales como interpretación de datos, planeación a corto plazo, toma de decisiones, monitoreo, comandos, control...

Objetivos de conflicto El operador deberá mantener un buen balance entre los objetivos de

conflicto y los requerimientos tales como seguridad y economía, timeliness y seguridad en el suitcheo y liberación de alarmas.

Toma de decisiones bajo incertidumbreEl operador deberá estar habilitado para considerar eventos que pueden o no ocurrir; él deberá tomar decisiones basado en la predicción del futuro. Él deberá visionar en situaciones mal-definidas o confusas. Él deberá estar habilitado para tomar decisiones con datos incompletos.

Decisiones bajo sobrecarga y estrés

64

El operador deberá estar habilitado para tomar acciones de eventos time-lag y planes con conocimiento de qué tanto los eventos darán lugar. Los operadores a menudo sufren de sobrecarga de información, particularmente durante situaciones de emergencia. Él deberá estar habilitado para tomar decisiones oportunas bajo sobrecarga de información, restricciones de tiempo y estrés; y concentrar y enfocar su atención sobre los problemas más críticos primero.

Heurística orientadaLa actividad del operador es un conocimiento intensivo. Él aprende mejor de la experiencia. Él es un heurístico y no una persona orientada algorítmicamente.

6.4 Requerimientos

El operador deberá poseer un conocimiento de las características del sistema eléctrico de potencia, entender de economía, comunicarse bien, ser capaz de utilizar recursos computacionales y ser cuidadoso en los análisis, pero actuar rápida y decididamente, y sobrevivir al trabajo repetitivo y cambios de rotación. Él deberá estresarse en que:

- Los errores del operador son costosos y pueden ser visibles mientras que su ahorro o las interrupciones que él evita podría no notarse

- Los operadores de potencia no nacen con las cualidades necesarias- No existen programas de colegio/universidad para entrenar a los operadores

de sistemas de potencia.

Por lo tanto es esencial y necesario mucho entrenamiento continuo.

Lo siguiente representa algunas características deseables necesarias para los operadores de despacho de potencia:

- Inteligencia por arriba del promedio - Pensamiento multicausal y habilidad para hacer conexiones causales (¿);

habilidad analítica- Experiencia en la empresa y un conocimiento (background) técnico- Buena memoria- Capacidad de ser selectivo (¿)- Capacidad para anticipar fenómenos, problemas, situaciones críticas- Atención, habilidad para concentrarse y establecer prioridades- Flexibilidad- Resistencia al estrés, capacidad para soportar estar sobrecargado

(capacidad para llevar el estrés)- Autoconfidencial, autoseguro, capacidad para inspirar confianza y ejercer

autoridad- Determinación, resolución, iniciativa y habilidad para tomar decisiones

sobre su propia decisión; habilidad para tomar responsabilidad- Calma, tipo ‘non-hyper’; el operador deberá visionar con ‘horas de

aburrimiento’ y ‘segundos de terror estremecedor’- como en un apagón- Dedicación, motivación- Una muy buena salud.

65

6.5 Tendencias en las actividades del operador del despachador de poten- cia

Aunque la funcionalidad y operación de un SEP son substancialmente más segura y económicamente, así también como cualitativamente, mucho mejor que los tiempos pasados, los apagones y desconexiones aún existen, a menudo con consecuencias dramáticas. Es una pregunta abierta qué tanto ha a mejorado la penetración de la automatización y computación en la mejora de la operación de un SEP. Además permanece en respuesta si todos los algoritmos sofisticados y métodos, la enorme cantidad de datos y despliegues, la tasa muy creciente de evolución de las generaciones del hardware es sólo una mejora para el despacho de potencia.

Algunos apagones en sistemas de potencia, o los eventos dramáticos en la industria de potencia nuclear y la experiencia en la industria del transporte aéreo muestra que a pesar de todas las mejoras técnicas, el operador permanece como la causa principal de accidentes y mal operaciones.

El accidente de la planta nuclear de Three Mile Island y la catástrofe de la planta nuclear de Chernobyl son los peores eventos conocidos recientes que han sido atribuidos al error humano. Una conclusión puede ser que si los humanos son la mayor causa de los apagones, desconexiones, interrupciones de energía, daños o aún causalidades personales, entonces removiéndolos de lazo de control podrían producir una mejora en la operación del sistema de potencia.

Esto es perfectamente competente, que la automatización confiable fuera inmediatamente posible, que esto podría tomar sentido. Este no es el caso. Por otro lado un gran número de eventos y situaciones inesperadas fueran evitadas porque los operadores reaccionaron hábil y rápidamente; tales eventos podrían no, en la etapa de la tecnología de despacho, aún ser enfocados por el existente hardware y software.

El análisis de información en tales casos ha identificado factores ‘de comportamiento’ y de ‘sistema’ asociados con estos eventos. Esto podría ser evaluado que una computadora o un sistema experto desarrollarían la misma tarea que el operador de despacho de potencia podría haber sido menos susceptible a los factores de comportamiento (menos sensible) y más probable ignorar los factores relacionados al sistema y heurísticos.

Las computadoras no vienen a ser complacientes o llevar a la distracción; ellas recuerdan sin error y siguen modelos estándar. Por otro lado, dentro de límites de la tecnología actual de la computación, los operadores humanos mantienen la ventaja en reaccionar a, o mitigar algo de, los factores del sistema. (¿)

Las computadoras no pueden sobrepasar aún a los humanos en situaciones donde la información está atrasada; la información degradada o condiciones ambiguas pueden crear problemas particulares para las máquinas. Los humanos tienen la habilidad para visionar con ambientes ambiguos, vagos o inciertos. Ellos pueden tomar decisiones inductivas en nuevas situaciones y generalizar de la experiencia previa. Ellos pueden mejorar y ejercitar sus juicios. Finalmente, a través de los desarrolladores de sistemas basados en el conocimiento están haciendo un rápido progreso, uno es prevenir que el sistema basado en el conocimiento representado por un operador de despacho de potencia con miles de horas de experiencia en el centro de control es del orden de magnitud más allá de cualquier cosa concebible comparado con el nivel de tecnología actual.

66

El operador de despacho de potencia ha permanecido como la parte más crítica del centro de control en el futuro previsible.

Cuando SCADA, AGC, EMS, y el simulador de entrenamiento de despacho fueron desarrollados e introducidos entre los 60’s y a principios de los 90’s, la confiabilidad general, economía y calidad del suministro de energía mejoró dramáticamente. El diseño de un centro de control ha beneficiado grandemente desde la revolución de las computadoras; el papel del operador de despacho de potencia ha también soportado un cambio significante.Los modernos despachadores han venido a ser más como los administradores que controladores u operadores. Ellos gastan una proporción en aumento de su tiempo de monitoreo, recuperación y actualización de información, tendencias analistas, y utilizando programas de computadora. Casi todos los ingenieros de despacho de potencia están ‘a gusto’ (pleased) con sus altos roles técnicos y utilizando los nuevos sistemas. Pero ellos también están concernientes acerca de la posible ‘erosión’ de sus habilidades manuales de operación especialmente en casos de emergencia. La solución es más extensiva entrenando y más nuevos formas de entrenamiento que pueden dar lugar con la complejidad creciente de la tecnología de los centros de control.

Otra clase de error del operador está emergiendo. Los errores están siendo hecho en las interacciones con sistemas automáticos y de computadoras. Así por un lado es claro que los modernos, y altamente centros de control computarizados son más confiables y eficientes representan un alto nivel tecnológico que los viejos centros de control suplidos con teléfonos, instrumentos analógicos y un tablero mímico. Por otro lado, el problema del humano error de los operadores de despacho de potencia han cambiado en causa, clase y consecuencias.

Otra materia de grana importancia es el creciente significado de desarrollo de un modelo comprehensivo modelo del comportamiento del operador. A pesar de todo las mejoras impresivas en la tecnología del centro de control deberá notarse que la computadora ha reemplazado sólo a las funciones clásicas del monitoreo y control del operador. Ellas son algorítmicas y para casi toda la parte basado en problemas bien puestos o análisis y control de seps. En un sentido ellas pueden sólo responder a situaciones anticipadas por los operadores de despacho de potencia.

Por el contraste, las bases del nuevo enfoque en la automatización del centro de control del sep cubierto por el creciente campo de la inteligencia artificial, ha sido la implementación de sistemas expertos. Esto representa un avance revolucionario en la evolución de la tecnología de los centros de control de seps (ver capítulo 10).

Las aplicaciones de sistemas expertos deberán ser cuidadosamente seleccionadas, diseñadas e integradas en el centro de control basadas en un completo entendimiento de las tareas de los operadores, requerimientos, características salientes y capacidades.

El personal ubicado en las funciones de aplicación avanzada de potencia ayudan a servir competentemente y eficientemente, e.d. hacen las veces de un ingeniero consultor. Como un piloto, un operador de despacho de potencia está ocupado en el control momento-a-momento del sistema de potencia y es responsable de hacer virtualmente todas las decisiones en tiempo-real. Las funciones de aplicación avanzada de potencia son casi todas de una naturaleza preventiva/predictiva.

67

Otras funciones, como el manejo de alarmas deberán estar activas durante los incidentes y emergencias; en tales casos muchas alarmas son disparadas simultáneamente que el controlador de despacho de potencia está confrontado con una desconcertante presa de ruido y señales de luz. Así, será necesario una nueva función cualitativa, e.d. procesamiento de alarmas.

En conclusión, la filosofía concerniente al papel del operador de despacho de potencia en el futuro puede describirse por la siguiente fórmula corta: mantener al operador en el lazo de control pero darle herramientas intelectuales que le permitan permanecer por delante de la operación del sistema de potencia.

68

7 El Sistema de Potencia y el simulador de entrenamiento de Despacho (DTS)

7.1 Introducción

El complejo proceso técnico requiere de un personal operativo cuidadoso de entrenamiento. Esto es particularmente verdadero para sistemas en donde el entrenamiento podría afectar el equipo o seguridad de la gente si se hace durante la operación regular. Las importantes aplicaciones son simuladores volantes y simuladores de plantas de potencia. Ambos han alcanzado un alto nivel de madurez y su aceptación no es cuestionado por nadie.

El control de proceso por computadora entre el sistema de potencia y el personal de operación tiene dos efectos:

- Este ofrece una gran capacidad para procesar sistemáticamente información con herramientas altamente desarrolladas de software.

- La ocurrencia y los efectos de muy grandes disrupciones han sido reducidas debido a la implementación de modernos SCADA/EMS.

El personal operativo está habilitado para administrar al complejísimo sistema de potencia durante condiciones normales casi de una manera segura y económica. Sin embargo, durante raras pero serias situaciones de emergencia, las reacciones del humano no son siempre correctas debido a que nos es posible familiarizar al personal de operación con todos los factores que ocurren durante las emergencias.

Los requerimientos principales para desarrollar e introducir un simulador de entrenamiento de sistemas de potencia para el personal operativo son los siguientes:

- Desarrollar una colección de escenarios para las situaciones de operación casi a menudo encontrados y para posibles situaciones a través de análisis del sistema.

- Invertir en los recursos de hombre-potencia para instalar, mantener y realzar las funciones actuales y las novedosas de administración de energía.

- Deberá estar disponible una suficiente cantidad de datos en tiempo-real y conocimiento a través de la recolección sistemática de datos.

- El desarrollo de herramientas basadas en computadoras para el centro inter-control de intercambio de datos, para la rápida y precisa detección de condiciones vulnerables del sistema y para el desplegado de datos orientados al usuario es urgentemente requerida.

Existe aún un espacio entre las capacidades conceptuales de las funciones de los modernos sistemas de administración de energía y sus efectos prácticos para la operación del sistema de potencia. Un simulador de entrenamiento de sistema de potencia podría ayudar a cubrir este espacio.

Un simulador puede constituir un importante paso hacia un sistema experto. Esto puede contribuir hacia la construcción de un proceso en base en conocimiento que podría ser usado por un experto para extraer estrategias operativas para las situaciones normales y de emergencia. El simulador servirá como una herramienta para el shell experto en orden para extraer del proceso

69

conocimiento del despachador, e.d. el simulador permite señalar mejor y entender el comportamiento del operador.

7.2 Requerimientos tecnológicos de Sistemas de Potencia

La generación, transmisión y distribución de energía eléctrica está caracterizada por un alto grado de confiabilidad, e.d. las interrupciones ocurren muy raras veces. Es casi imposible para el personal de operación ser entrenado en el trabajo para situaciones de emergencia. Además, el modelo de disrupción para posibles emergencias es muy grande y se puede excluir la repetición de una situación de emergencia específica.

La tasa de innovación tecnológica para el equipo de monitoreo y control es muy alta. Las posibilidades ofrecidas por modernos sistemas de procesamiento de datos se han incrementado considerablemente durante los últimos diez años (1990-2000 aprox). Así las nuevas herramientas de software han sido desarrolladas e implementadas para soportar toma de decisiones por el personal de operación. Uno de los propósitos de un DTS es familiarizar a los operadores con nuevos métodos y desarrollar la experiencia necesaria así como a las situaciones que ellos puedan encontrar.

El personal de operación de los sistemas de generación y transmisión han tenido requerimientos funcionales distintos de los encontrados en el sistema de distribución. Así, en el primer caso, el entrenamiento se requiere principalmente para las áreas de despacho económico de carga, programación de transmisión, problemas de estabilidad, control de emergencia, etc., mientras que en el último el entrenamiento se necesita para operaciones de suitcheo bajo condiciones normales y de emergencia. Un DTS deberá considerar los requerimientos específicos de la empresa. En vista del gran número de compañías existentes la necesidad de un amplio rango de soluciones es obvia.

Los centros de control son manejados a los requerimientos específicos de una empresa de potencia. Como el dts deberá estar basado en modelos realistas de sistemas de potencia y modelos de sistemas de control, cada compañía necesita su propio simulador específico de entrenamiento. Este punto deberá enfatizarse porque es un factor de costo importante en la implementación de un dts. A menos que la industria aérea donde un aeroplano sea fabricado por diferentes compañías aéreas con esencialmente el mismo cockpit y consecuentemente el mismo simulador de vuelo, cada empresa se esfuerza en la especificación de lo que va a ser su centro de control individual optimizado y adecuado para encontrar sus requerimiento operativos. Como una consecuencia, el grado de duplicación desde un simulador a otro es limitado.

Finalmente, deberá mencionarse que los requerimientos de cualificación para el personal operativo son muy diferentes. Este rango varía desde un personal con diploma de bachiller con experiencia práctica hasta el ingeniero de universidad. Así, la motivación y necesidad para introducir simuladores de entrenamiento es muy diferente de una empresa a otra.

Un DTS de sistema de potencia es necesario para soportar la capacidad del operador para llevar a cabo un aseguramiento de seguridad y operación económica bajo una gran variedad de condiciones de operación encontrando todas las demandas con respecto a la calidad de energía eléctrica. La ayuda es incrementar el conocimiento del operador acerca de:

70

- comportamiento del SEP bajo condiciones normales y de emergencia- Interpretación confiable y rápida de la información relevante del sistema- Funciones disponibles de la administración de energía para el monitoreo y

control del sistema

La Fig. 7.2-1 muestra un esquema del flujo de información en un DTS de un SEP. El simulador consiste de dos modelos: el modelo del sep y el modelo del centro de control y dos interfaz hombre-máquina, una para el entrenante y otro para el instructor. El intercambio de información entre el modelo del sep y el modelo del centro de control con la consola del entrenante ocurre como en un sistema real. El instructor tiene ambas funciones de una creación de escenarios y administrador de entrenamiento. Este aspecto es fuertemente explicado en la Fig. 7.2-2 por el contorno de administración del instructor y el flujo de control del entrenante.

Fig. 7.2-1: Flujo de Información en un simulador de entrenamiento de un SEP

71

Fig. 7.2-2: Administración del escenario y flujo de información

Es obvio que todas las funciones SCADA y EMS deberán estar disponibles al entrenante para que él tenga idénticas condiciones de trabajo a las que se originan en el sistema real.

Un simulador de entrenamiento puede también ser muy útil a diferentes grupos de usuarios como los listados en la Tabla 7.2-1.

Tabla 7.2-1: Grupos de usuarios de un simulador de entrenamiento de un SEP

Grupo de Usuarios Ayuda/Utilidad

Operadores/despachadores - Operación básica- Funciones SCADA/suitcheo- Funciones EMS- Control de emergencia- Control Restaurativo

Personal de soporte de - Planeación a corto plazoOperación - Análisis Post-evento/Post mortem

- Desarrollo y validación de nuevos procedimiento Operativos

Personal de soporte de - Mantenimiento de SoftwareSoftware - problemas de disparo (debugging)

- Fortalecimiento/Desarrollo de software- Prueba de cama para el desarrollo y verificación

de programas EMS

72

Personal de soporte de - Mantenimiento de HardwareHardware - Problemas de disparo - Fortalecimiento de Hardware

Consultores y fabricantes deCentros de control - Diseño, desarrollo y prueba de nuevos sistemas de centro de controlEmpresas de potencia - Pruebas de criterio y permitir demostrar las capacidades del nuevo centro de control adqui- rido

- Reducción de costos para el entrenamiento de personal - Reducción de tiempo para la implementación

7.3 Funciones de un simulador de entrenamiento (un DTS)

7.3.1 Funciones GeneralesEl propósito primario de un dts es proveer un ambiente realista en donde los ingenieros del control de sep puedan entrenarse. Las instalaciones provistas y arreglos para el acceso deberán reconocer este objetivo principal. Estas instalaciones, sin embargo, serán similares y superiores en algunos aspectos para los normalmente provistos en los estudios de planeación operativa y los extendidos en tiempo-real.

Existen dos grandes tipos de simulador de entrenamiento:

- Genérico, en donde el funcionamiento del sistema operativo es modelado sin intentar replicar el actual sistema o interfaz hombre-máquina. Un analizador analógico electrónico podría ser considerado una primer forma de un simulador genérico

- Réplica, en el cual el funcionamiento del actual sistema se modele y un actual o aproximación cercana al interfaz hombre-máquina sea provista.

Regresando a las formas de entrenamiento requerido, se deben identificar varios aspectos:

- Entrenamiento en el uso de las instalaciones de la sala de control tales como SCAD y EMS, comunicaciones, documentación y procedimientos. Es muy importante que el ingeniero de control deberá estar familiarizado con el uso de todas las instalaciones en la sala de control. Aunque un simulador podría ser utilizado, el entrenamiento de este tipo es probablemente más fácil y efectivamente provisto en el equipo operativo.

- Entrenamiento en los procedimientos de suitcheo y seguridad con materias relacionadas(¿). Algunos ingenieros de control, en el centro de control y otros lugares de control, necesitarán entrenamiento en los aspectos técnicos y procedimientos para el suitcheo. Esto puede hacerse convenientemente en un simulador de entrenamiento del simulador, requiriendo un MMI del tipo utilizado en la operación con una simulación apropiada de SCADA y subestaciones. El instructor podría actuar como el operador remoto. Es esencial que la subestación detallada y los desplegados del sistema utilizados en el SCADA operativo estén disponibles

73

- Entrenamiento para la operación durante condiciones normales. El entrenamiento requerido es esencia en los aspectos técnicos de la operación del sistema durante condiciones normales y cuasi normales. Esto puede incluir las siguientes tareas:- Control carga-frecuencia- Intercambio de energía en Despacho Económico- Monitoreo de condiciones del sistema- Uso de las instalaciones para el análisis de contingencias y flujos de carga - Interpretación de desplegados de alarmas- Suitcheo- Administración de carga.

Muchos de los DTS’s ya sean aislados o integrados con SCADA y EMS, proveen esta forma de entrenamiento. El simulador puede extenderse para modelar condiciones ‘simples’ de falla, e.d. aquéllas para las cuales todos los generadores pueden asumirse que permanecen en la misma fase relativa y los modelos de flujos de potencia estáticos son adecuados. Para proveer todas las instalaciones listadas significa, claro, que el simulador tenga acceso a muchas de las ayudas computacionales disponibles para el personal de control en la operación de tiempo-real.

- El entrenamiento para la operación durante condiciones de emergencia. Un simulador dinámico en t-real es el mecanismo más efectivo para entrenar a los ingenieros de control en el manejo de disrupciones severas. El amplio objetivo de este entrenamiento podría ser:

- Incrementar confianza en la habilidad bajo estrés, para solventar situaciones y hacer decisiones a tiempo.

- Mejorar el conocimiento de las características técnicas del sistema bajo condiciones de operación dinámicas o degradadas

- Mejorar el conocimiento de los procedimientos e instalaciones para el manejo de situaciones de emergencia.

Una réplica del simulador incorporando mucho a todas las interfaces operativas hombre-máquina, así como también un modelo actual de SEP reaccionando dinámicamente en t-real para señales internas y externas, es probablemente la única forma en el que el grado de realismo técnico y fisiológico puede ser llevado a cabo por un grupo de control. Idealmente, sería posible modelar los siguientes tipos de incidentes:

- Fallas múltiples, simultáneas o secuenciales- Protección por relevadores (sobre corriente, impedancia, corte de carga y

otros esquemas de suitcheo automático- Condiciones oscilatorias incluyendo oscilaciones no uniformes de

diferentes máquinas- División del sistema y formación de islas.

No es difícil llevar a cabo los cálculos relevantes en los generosos (¿) tiempos turn-around de muchos segundos, minutos y aún horas de aceptable trabajo de planeación de la operación. La esencia de un dts, sin embargo es,

74

que la información del sistema deberá ser presentada en SCADA a escalas de tiempo, e.d. una actualización cada pocos segundos. Esto agrega substancialmente a problemas técnicos, en particular al modelado dinámico y transitorio.

7.3.2 Funciones EspecíficasEn vista de los requerimientos de modelado, las tareas principales del entrenamiento se agrupan en las siguientes cuatro clases:

Clase 1: Funciones SCADA

El entrenamiento en esta clase incluye la supervisión y funciones de suitcheo tales como:

- Operaciones de suitcheo normal- Control de voltaje y potencia reactiva- Monitoreo del valor límite- Falla de equipo de transmisión- Disparo de interruptor de línea o transformador- Disparo de Generador.

Clase 2: Funciones en estado estable

Las funciones de entrenamiento de esta clase están relacionadas a la carga instantánea del sistema y del control de estación de potencia y compromete, entre otros, las siguientes funciones:

Seguridad:- Monitoreo de topología- Estimación de Estado- Flujos de carga del operador- Análisis de contingencias- Simulación de falla balanceada o desbalanceada- Reacciones a fallas, e.d. suitcheo correctivo.

Economía- Despacho Económico de carga- Programación de intercambios de energía- Flujos de potencia óptimos- Administración de carga.

Clase 3: Funciones Dinámicas

Esta clase de funciones de entrenamiento requiere de un modelado sofisticado el SEP. Es normalmente necesario grandes potencias de cómputo del equipo modelado. Las funciones siguientes se incorporan en esta clase:

- Control de carga-frecuencia- Control de voltaje y potencia reactiva- División del sistema y formación de islas- Corte de carga- Control de energía, e.d. restauración del sistema.

75

Clase 4: Funciones de Administración de Energía

Estas funciones de entrenamiento están basadas en tareas de corto plazo (diaria) y a mediano plazo para la programación de estación de potencia. Los programas disponibles en el sistema del centro de control para este propósito puede incorporarse en el simulador de entrenamiento. Las siguientes funciones son ejemplos de estos tipos de tareas de entrenamiento:

- Pronóstico de carga- Unit Commitment- Evaluación de intercambios- Negociaciones de energía.

Es obvio que la complejidad de modelo del sistema de potencia depende a una gran extensión del tipo de funciones para las cuales se requiere del entrenamiento. Si se supone un comportamiento pasivo, el modelado de la red para las funciones de entrenamiento bajo la clase 1 puede basarse en cálculos de flujos de carga normal. Los programas SCAD y los programas de evaluación de la seguridad en estado estable disponibles en el sistema del centro de control pueden parcialmente utilizarse en el DTS. De manera similar, los programas disponibles para las funciones de control carga-frecuencia y especialmente aquéllas para las funciones de planeación operativa del SEP pueden incorporarse en el DTS. El entrenamiento para funciones más avanzadas bajo las clases 2 y 3 requiere de bastante trabajo avanzado y modelos de planta de potencia así como también de técnicas de simulación sofisticadas.

7.4 Aspectos de Modelado

Una parte substancial del diseño de un DTS es concerniente con el desarrollo de un modelo de SEP adecuado. La reacción de este modelo a los comandos del operador deberán ser tan realistas como sea posible. Dependiendo de las funciones de entrenamiento, el modelo debe contener propiedades estáticas y dinámicas del SEP. Las siguientes consideraciones generales determinan la complejidad del DTS.

Para el entrenamiento bajo condiciones de operación normales, el modelo deberá trabajar tan cercano a las posibles de tiempo-real. La capacidad del equipo de cómputo disponible determina esencialmente el realismo del modelo del sistema de entrenamiento. La dinámica del sistema de potencia pede modelarse usando una suposición de coherencia, e.d. la simulación puede limitarse a la dinámica de mediano y largo plazo. Éstas incluyen el cálculo de desviación de frecuencia después de pérdida de un generador o de una carga.

El comportamiento de voltaje puede basarse en modelos simplificados del generador. La dinámica del regulador de voltaje y de sistema de excitación normalmente no necesitan ser incluidos y son aproximados por cambios al escalón. El modelado de cargas deberá incluir una dependencia realista del voltaje y de la frecuencia. Como es concerniente a los requerimientos de tiempo-real, el modelo del simulador deberá permitir entrenamiento realista para las siguientes tareas:

- Funciones SCADA, e.d. operación de suitcheo, control de voltaje, efectos de operación del sistema de relevadores, etc.

- Funciones del control automático del generador tales como control de carga-frecuencia, corte de carga, etc.

76

La complejidad del modelo de simulación está limitada por las siguientes dos restricciones. El modelo no deberá basarse en parámetros que no estén disponibles en la práctica porque el uso de valores paramétricos no confiables pueden llevar a un comportamiento del modelo no típico para el actual sistema. La segunda restricción es la velocidad de cálculo. Mientras más complejo el modelo –especialmente la parte dinámica- se requiere de más tiempo de cómputo. El uso de equipo procesador en paralelo puede mejorar la velocidad de simulación.

Un DTS puede ser de utilidad particular para el estudio y análisis de situaciones de emergencia específicas. En esta aplicación, el aspecto de simulación en tiempo-real puede ser de importancia secundaria. Aquí, la representación correcta del SEP, incluyendo los aspectos de transferencia de datos al centro de control y de las instalaciones ofrecidas por el sistema de centro de control define los requerimientos predominantes para el simulador. Particularmente en países donde el personal de operación tiene un alto nivel de educación profesional, el entrenamiento de emergencia es una justificación importante para el uso de tal equipo. El atraso de experiencia del operador durante condiciones de emergencia puede contribuir sustancialmente a manejar mayores disrupciones.

En esta etapa deberá remarcarse el hecho de considerar el modelo y los problemas de datos. En orden, para tener condiciones realistas operativos, el DTS deberá enlazarse la base de datos del sistema. La posibilidad de actualizar el modelo con los actuales datos del sistema es un prerrequisito importante para una utilidad eficiente del entrenamiento del simulador.

La Fig. 7.4-1 muestra la estructura simplificada de un modelo del sistema y las clases de funciones de entrenamiento en la sección 7.2. Las funciones para las cuales el entrenamiento es requerido determina la complejidad del modelo del sistema. De acuerdo a las clases de las funciones de entrenamiento, los siguientes cuatro niveles de complejidad del modelo del sistema puede definirse:

- Para las funciones entrenamiento de SCADA (Clase 1), un modelo de SEP en estado estable es normalmente adecuado. Este está basado en ecuaciones de flujos de carga estático y puede incluir los modelos de carga y efectos del sistema de protección por relevadores (sobrecarga, baja frecuencia, etc.).

- Para el entrenamiento del control de carga-frecuencia (Clase 3) el modelo deberá contener al menos una dinámica simplificada de la planta de potencia.

- Para simular situaciones complejas de emergencia (Clase 3) incluyendo problemas de estabilidad, los problemas de modelado y de datos incrementa considerablemente debido a la necesidad de una consideración más detallada de la dinámica del SEP. Esto requiere un equipo de cómputo altamente desarrollado.

- El modelo para el entrenamiento de las funciones de administración de energía está principalmente basado en curvas de carga, datos de la planta de potencia, contratos para importación/exportación de energía eléctrica, etc. Para pérdidas de potencia en la red y las restricciones en la transmisión de energía, será necesario un modelado adicional de los elementos de la red (e.d. flujos de potencia activa óptimos). Los programas disponibles para resolver las funciones de planeación operativa

77

en el sistema del centro de control pueden utilizarse para entrenamiento en este campo.

Deberá notarse que el desarrollo de un simulador en tiempo-real para condiciones que abarquen condiciones de operación normal a emergencia requiere de un modelo adecuado de dinámica. Además, deberá implementarse de una manera interactiva, tal que las condiciones de disparo desde el entrenante, el instructor y el modelo mismo puede ser implementarse sin restricciones. Conforme la potencia de la computadora sea limitada, se ha de encontrar un compromiso cuidadoso entre precisión y realismo del modelo. Como el sistema SCADA provee información de las condiciones de operación al entrenante, las evoluciones transitorias del estado del sistema no son conocidas por el operador. Se distinguirán dos tipos de fenómenos:

Fig. 7.4-1: Estructura simplificada de las funciones de entrenamiento de los modelos del sistema

- Fenómeno a mediano plazo observable directamente en el modelo del centro de control incluyendo problemas de colapso de voltaje.

- Fenómeno a corto plazo no observable en el modelo del centro de control. Además, tal fenómeno puede tener consecuencias importantes sobre el estado del sistema.

Los últimos con calculados de una manera aproximada usando un programa de estabilidad transitoria simplificado. Este programa calcula la reacción inmediata de un sistema altamente disrupción y se deduce de el estado final sobre una base de criterio simplificado.

El modelo dinámico a mediano plazo es concerniente a las siguientes propiedades importantes:

- El modelo de flujos de carga estático contiene todos los elementos relevantes (líneas, transformadores, etc.).

78

- Dependencia de las cargas de la frecuencia y del voltaje.- Las unidades generadoras contienen modelos para la caldera, turbina,

regulación de velocidad, control carga-frecuencia y regulador de voltaje.- Los dispositivos de protección se modelan con respecto a sobrecargas,

corte de carga, alta y baja frecuencia, bajo voltaje, protección de corto circuito y pérdida de sincronismo.

- La topología de la red definida por los dispositivos de suitcheo, arreglo de subestaciones (busbars), etc. es desplegada por completo al operador, e.d. él puede direccionar elementos individuales del SEP a través del modelo disponible de telecontrol.

Fig. 7.4-2: Un paso de tiempo del simulador dinámico de entrenamiento de Despacho

La fig. 7.4-2 muestra una paso de tiempo del simulador dinámico del sistema de potencia. El estado eléctrico (modelo nodo-rama) se calcula a partir de la información del elemento que describe la topología estática. Este paso requiere una gran cantidad de datos. Esto es típico para un simulador de entrenamiento de SEP en contraste a un simulador general del sistema de potencia el cual está directamente basado en un modelo nodo-elemento (¿). Los estados de la unidad de

79

generación describen las condiciones iniciales de todas las unidades al inicio del intervalo del tiempo (T, T+h). Una vez que se determina el estado eléctrico (el cual requiere n iteraciones e las ecuaciones de flujos de carga) los comandos de control por el entrenante y entrenador, la posibilidad de eventos pre-programados y la operación de dispositivos de protección serán todos tomados en consideración. La posible ocurrencia de una serie emergencia es verificada dentro de cada intervalo de tiempo.

Si esto ocurre, se inicia una simulación dinámica de corto plazo en orden para evaluar los efectos del estado del sistema de potencia. Finalmente, la dinámica a mediano plazo calcula el estado del sistema al final del intervalo de tiempo T+h. La longitud de paso del tiempo h se determina por el ciclo de tiempo del sistema SCADA y está en el orden de 2 a 10 segundos.

Los cambios a largo plazo son entrados por el instructor como una serie de eventos ya sea al inicio o durante la sesión de entrenamiento

7.5 Diferentes tipos de simuladores de entrenamiento

Fig. 7.5-1: Simulador de entrenamiento en un centro de control con una versión Stand-alone

7.5.1 Versión Stand-aloneEsta versión se muestra en la Fig. 7.5-1 y sus atributos se definen a continuación:

- Normalmente no existe una conexión directa al sistema de centro de control.

- El hardware/software es en casi todos los casos diferente del hardware/Software en el sistema del centro de control.

- El interfaz hombre-máquina (MMI) normalmente no es idéntico al MMI de la sala de control.

80

Las características de la versión de este tipo de simulador son:

- Es independiente de las funciones implementadas en el sistema del centro de control y por lo tanto adecuado como una etapa inicial para un entrenamiento independiente del hardware/software del sistema del centro de control.

- Es flexible en consideración al lugar y tiempo de instalación.- Los sistemas básicos están disponibles en el mercado.- El uso común de un simulador de entrenamiento de SEP con otras compañías

es posible.- Se hace necesario adaptaciones del sistema básico a las necesidades

individuales especialmente en el campo de la interfaz hombre-máquina y planeación de las operaciones para tener un entrenamiento realista.

- El procedimiento para llenar dentro y agregar datos del sistema (descripción de suitcheo y alarma de elementos, mediciones, topología, datos característicos de líneas y transformadores, etc. así como también la construcción de gráficas CRT y formas) es normalmente diferente de la entrada de esta información al sistema del centro de control. Así, normalmente, esta información ha de entrarse doble vez.

- Existen posibilidades limitadas para un entrenamiento en un ambiente hombre-máquina idéntico a los de la sala de control.

7.5-2 Versión IntegradaEsta versión de un simulador de entrenamiento se muestra en la Fig. 7.5-2 y sus atributos pueden definirse como sigue:

- Está enlazado o integrado en el sistema del centro de control.- Este utiliza la misma clase de hardware como en el sistema del centro de

control (e.d.. este corre sobre una computadora de respaldo o sobre una computadora adicional instalada para entrenamiento, desarrollo de software el cual es algunas veces aplicable como segundo respaldo). Cuando se ha excedido la capacidad de cómputo, e.d. cuando el modelado de la dinámica de la red, el modelo del SEP puede instalarse sobre un hardware separado interfaseado a la computadora de entrenamiento (indicado por líneas punteadas del bloque del modelo del sistema en la Fig. 7.5-2).

- Este utiliza las partes principales del software del sistema del centro de control (SCADA, MMI, almacenamiento, flujo de carga, funciones de planeación de la operación, etc.) y datos del centro de control (descripciones del sistema de potencia, gráficas, formas, imagen de la red, voltajes actuales y archivados, inyecciones y cargas, etc.)

- La MMI es del mismo tipo que en el cuarto de control excepto para el diagrama mímico (si existe).

81

Fig. 7.5-2: Simulador de entrenamiento integrado en un sistema del centro de control como una tercera computadora principal

Las característica de esta versión del simulador de entrenamiento incluyen:

- Las funciones básicas utilizadas para el entrenamiento son normalmente las mismas que las usadas en operación normal en la sala de control.

- Casi todos los datos del sistema, gráficas, formas, etc. son transferidos desde el sistema del centro de control, evitando así separación de llenado dentro y agregado de estos datos.

- En algunos proyectos, las consolas de control que ya existen en el sistema del centro de control (e.d. consola de control del supervisor en la sala de control y la consola de control del operador en la sala de computadora) pueden utilizarse para propósitos de entrenamiento. En esta forma, el hardware puede salvarse.

- Algunos fabricante han incluido software para entrenamiento en sus paquetes de software del centro de control.

- Las adaptaciones del software del centro de control y de los paquetes del software estándar para entrenamiento son necesarios para visionar con las necesidades en el proyecto individual.

- Las funciones de entrenamiento pueden utilizarse para soportar prueba y aceptación de fábrica de un nuevo sistema de centro de control.

- El entrenamiento del operador sobre un nuevo sistema del centro de control se mejora cuando las funciones de entrenamiento se incorporan al sistema.

82

7.5.3 Implementación

Los simuladores stand-alone fueron implementados primero en las computadoras híbridas. El SEP se modeló con una computadora analógica de propósito especial mientras su operación y control se implementó a través del uso de una computadora digital. La desventaja principal de esta implementación es el atraso de la representación del SEP a nivel elemento. Los simuladores digitales para las versiones stand-alone tienen las misma desventaja y pueden solo servir como una herramienta de entrenamiento para el comportamiento básico del SEP. Además, se puede causan expensas adicionales por las necesidades del hardware. Esto viene a ser difícil y costoso construir tales simuladores para un centro de control establecido; alguna funcionalidad del EMS en-línea se pierde, tal como el uso de datos en tiempo-real de una base de datos unificada. El esfuerzo se dobla para mantener dos bases de datos separadas.

La ventaja del simulador de entrenamiento integrado es que éste puede implementarse más económicamente si es procurado con el centro de control puesto que este puede usar la computadora de respaldo. Esto ofrece ventajas adicionales de una base de datos unificada y la habilidad para retener datos en tiempo-real para usarlos en una ejercicio de entrenamiento.

La desventaja de usar el simulador de entrenamiento integrado en la computadora de respaldo son que se requiere un software complejo adicional para asegurar aislamiento del simulador del sistema en-línea. Si el sistema primario va hacia abajo, y ocurre una falla y la sesión de entrenamiento se termina o pudiera haber competencia para el uso del sistema de computadora de respaldo para el desarrollo y entrenamiento. (¿)

El uso de una segunda computadora de respaldo para la implementación del modelo del SEP enlazada con un interfaz al modelo disponibles del centro de control al entrenante es por lo tanto recomendable.

7.5.4 Consideraciones EconómicasLas justificaciones cualitativas económicas para la implementación de un simulador de entrenamiento son:

- tiempo más corto para la educación y entrenamiento del operador- Un completo y efectivo uso del software disponible en el centro de control

a trevés del EMS- Economía y confiabilidad del SEP mejorada bajo condiciones normales y en

disturbio del sistema- Reducción del tiempo en la restauración del sistema después de grandes

interrupciones.

Como se mencionó anteriormente, la necesidad de introducir un simulador de SEP depende mucho de la cualificación profesional del personal de operación. Una alta cualificación obtenida, es menor la necesidad para entrenamiento en condiciones normales. Aún el entrenamiento bajo condiciones de emergencia requiere alguna clase de un simulador. El problema principal hacia la implementación de un simulador de entrenamiento es el costo del hardware y software requerido . Mientras que el modelo del SEP es más general su interfaz al modelo del centro de control es muy específico y dependiente de la empresa. Además, el interfaz entre las bases de datos del sistema real y el simulador en tiempo-real requiere mucho del centro de control y del fabricante específico para resolver problemas.

83

La experiencia con el intercambio de datos usando protocolos estandarizados entre diferentes centros de control puede afectar grandemente el factor económico.

7.6 Escenarios de entrenamiento y sesiones de entrenamiento

Basados en la sección previa sobre el tópico de la construcción de un escenario de entrenamiento, el diseño de sesión de entrenamiento será restringida a la versión integrada solamente. La Fig. 7.6-1 muestra una situación simplificada de entrenamiento, ambas desde el escritorio del entrenante y del entrenador.

Fig. 7.6-1: Interfaz hombre-máquina incluyendo ejemplos de posibles entradas de datos para entrenamiento

El escritorio del control para el entrenante así como también el del entrenador es del mismo tipo que el usado en la sala de control. En una sesión de entrenamiento, el entrenante está en una situación que se puede describir como sigue:

- Él reacciona como podría estarlo haciendo para la tarea la cual él está siendo entrenado: e.d. supervisando la red y controlando o planeando la operación de la estación de la planta.

- Una situación es presenteada a él en la misma forma que un operador en la sala de control.

- Él reacciona a la situación del sistema y al comportamiento del sistema así como a los eventos introducidos por el instructor.

- El instructor puede dar un aviso adicional vía conexión por teléfono.

84

- El entrenante deberá direccionar órdenes que son dadas en la práctica de la sala del control vía telefónica al instructor en el mismo sentido y responde en la manera apropiada.

En adición a las funciones que pueda utilizarse por el entrenante, el instructor tiene las siguientes posibilidades. Él puede establecer una situación básica para una sesión de entrenamiento copiando áreas de base de datos tales como topología (estado de suitcheo), curvas de carga de la red (inyecciones y cargas), estación de potencia y programas de intercambios del actual sistema de centro de control o llamando una situación básica almacenada en el sistema de entrenamiento desde una sesión previa. En adición, se suministran herramientas para modificar esta información:

- Él puede seleccionar la escala de tiempo para el programa de entrenamiento y la respuesta del sistema. La escala de tiempo mínima está dada por el tiempo de respuesta de los programas que modelan el SEP (e.d. cálculo de flujos de potencia). Una escala de tiempo reducida puede ser adecuada para el entrenamiento en la planeación de las operaciones.

- Los eventos tales como falla en la transmisión de datos, fallas a tierra, disparo de interruptores, disparo de generador, etc. pueden introducirse en diferentes listas de casos de entrenamiento y tiempos de eventos relacionados al tiempo de arranque del periodo de entrenamiento. Dependiendo de la reacción del entrenante a los eventos, el instructor está habilitado para cambiar desde una lista de entrenamiento a otra, así como también introducir nuevos eventos vía su escritorio de control.

- El temporizador (timer) para la activación de la lista de eventos en el caso de entrenamiento puede empezarse y pararse vía escritorio de control del instructor.

- Los eventos consecutivos pueden definirse por el instructor o pueden generarse por el modelo mismo. Por ejemplo, un disparo de interruptor causado por una línea o transformador sobrecargado persistiendo más tiempo que un intervalo de tiempo puede simularse en esta forma.

- Cuando se esté definiendo una sesión de entrenamiento y examinando las reacciones del entrenante, el entrenador mismo está en una situación como la del entrenante también aprendiendo como mejorar sus métodos de enseñanza.

Deberá señalarse que el instructor es requerido para jugar muchos roles. e.d. él actúa com una estación de generación o personal de subestación o un cliente de alta demanda, etc. El desarrollo de escenarios realistas es una tarea difícil que requiere un profundo conocimiento del comportamiento del Sistema Eléctrico de Potencia. Se hace necesario contar con herramientas especiales para una simulación orientada a eventos. La secuencia de eventos tiene que ajustarse a la capacidad y experiencia del entrenante.

7.7 Consideraciones Concluyentes

Puesto que el entrenamiento es la clave para una exitosa operación del sep y del simulador de entrenamiento de la red es ahora usada comprehensivamente por empresas a través del mundo. En tanto que el proceso de información viene a ser una parte integrante de la operación del SEP, su uso efectivo bajo una amplia variedad de condiciones de operación viene a ser mandatoria. Además, como la actual operación está restringida al modo normal no es posible estar familiarizado con situaciones de emergencia realistas.

85

La complejidad incrementada del SEP con los estrechos límites y alta presión hacia un operación económica hace que el entrenamiento del operador sea necesaria. En el presente, varias empresas han decidido instalar simuladores stand-alone o integrados: en Japón ocho (1990) de las nueve grandes empresas tienen simuladores disponibles de entrenamiento, y la EPRI americana está soportando el desarrollo de un gran simulador de entrenamiento. En Europa varias empresas planean instalar simuladores de entrenamiento para su personal del centro de control.

En conclusión, los simuladores de entrenamiento del SEP vienen a ser más importante como los sistemas de cómputo para monitorear y operar los SEPs que incrementan en complejidad. La implementación del simulador de entrenamiento depende mucho del nivel educativo del personal de operación. Finalmente, la estructura y las tareas de la empresa tienen una gran influencia en el diseño del simulador.

La actual tendencia es hacia una versión integrada del simulador en el equipo de cómputo del sistema del centro de control. La implementación inicial de un simulador integrado de entrenamiento no es muy costoso como lo sea la disponibilidad de las herramientas del hardware y software sobre el sistema en-línea que pueda usarse como una base y proveer la dinámica del sistema no sea modelada en detalle.

Obviamente, una versión inicial como esta puede usarse en el entrenamiento para un número limitado de tareas operativas.

Para el entrenante de rango completo en las tareas operativas, la complejidad del modelo del sistema se incrementa. En vista del requerimiento en tiempo-real del simulador, es necesario implementar el simulador sobre el hardware de otro que el del sistema en-línea.

8 Sistemas de Administración de Energía Existentes

86

8.1 Consideraciones Generales

Este capítulo describe tres tipos de centros de control modernos. En él se enfatiza que los centros de control en la operación actual a través del mundo cubren un amplio rango al considerar el hardware y software. Las estrategias operativas así como también las restricciones económicas y técnicas llevan a una gran variedad de centros de control. Es interesante analizar todas estas restricciones en vista de los diferentes conceptos de control que se han ido implementado. Una selección de tres conceptos diferentes de control de Norte América, Europa y de un País en desarrollo puede dar alguna indicación en el gran espectro de soluciones ya realizadas.

8.2 Sistemas de Administración de Energía en una empresa de EE.UU

8.2.1 Características del SistemaLa empresa considerada tiene una capacidad de generación instalada de cerca de 22,000 MW, de los cuales 90% es de carbón, 8% es nuclear y el resto es hidro, turbinas por rebombeo y de combustión. El sistema de transmisión incluye cerca de 3200 circuitos km a 765 kV, 180 circuitos km a 500 kV, 6000 circuitos km a 345 kV y 13200 circuitos km a 138 kV. Una operación confiable y económica de la red de transmisión es un prerrequisito importante para el ‘bienestar’ del suministro de potencia de la red total. Sobre los pasados años la empresa ha establecido más de 140 interconexiones con 27 empresas vecinas; así que esto es un papel importante dentro de la red interconectada como esta contribuye substancialmente a la operación económica por:

- Proveyendo asistencia mutua cuando ocurre deficiencia en la capacidad de generación;

- Los excesos de venta de energía a sistemas vecinos para maximizar la utilización de su propia capacidad de generación;

- Realzar la confiabilidad del sistema a través de una operación planeada y coordinada.

En orden, para hacer un uso pleno de estas posibilidades es imperativo que haya un intercambio de información operativa con los sistemas interconectados. Para asegurar una operación económica y confiables en el desarrollo de la de transmisión, se ha provisto de una gran capacidad y flexibilidad en la red para acomodar un amplio rango de modelos de flujos de potencia que ocurren en la operación día-a-día y aún tiene la habilidad para soportar varias condiciones de emergencia sin que haya disparos incontrolados en cascada del equipo del sistema. La red de transmisión no deberá ser una restricción en la utilización de los recursos de generación y la habilidad del sistema para dar servicio a los requerimientos de carga o intercambio de potencia con sistemas vecinos.

8.2.2 El concepto del control jerárquicoCon el objeto de llevar a cabo un control operativo y funciones de evaluación de seguridad se ha desarrollado una organización jerárquica de tres niveles. El centro de control principal (MC) despacha y controla la generación de todas las compañías de operación incluyendo:

- Despacho Económico- Control Carga-Frecuencia- Unit Commitment

87

- Programación de Mantenimientos- Intercambio de potencia con empresas interconectadas.

El centro MC también monitorea la operación del sistema agregado (bulk) de transmisión para asegurar una operación segura y confiable bajo todas las condiciones concebibles.

Existen cuatro centros regionales de control (RC) localizados en cuatro ciudades principales de compañías de operación. Los centros regionales RC son responsables para:

- Operación y coordinación de sus respectivos sistemas de transmisión- Operaciones totales de suitcheo manual en sus propios sistemas.

Las porciones de sus funciones de despacho de transmisión son delegadas a once centros de control de distrito (DC) dispersados geográficamente los cuales proveen una coordinación de transmisión.

Claramente, existe una necesidad para toda la coordinación de actividades en los tres niveles en su jerarquía y esto ha evolucionado en un arreglo de trabajo muy estrecho entre los diferentes centros de control.

8.2.3 Control soportado y evaluación de seguridadLas empresas en todos los países industrializados necesitan minimizar inversiones de capital futuras y maximizar la utilización de las instalaciones del sistema ya en servicio. Esto lleva a una operación de las redes de transmisión muy cercana a sus capacidades de diseño que lo que fue en la práctica del pasado. Además en los Estados Unidos el efecto de una gran disparidad que existe entre el costo de generación por carbón y la generación nuclear relativa a la generación por combustóleo ha tenido un gran impacto en la operación día-a-día y modelos de carga del sistema de transmisión. Como un resultado del exceso de capacidad temporal existe una motivación para transferir energía con economía de las regiones de generación por carbón a las áreas que dependen de generación por combustóleo.

Para asegurar que el sistema de transmisión se mantenga en un estado de operación seguro, las funciones de operación del sistema necesitan ser reforzadas por la adición de una capacidad expandida para monitorear el estado del sistema por medios más sofisticados y responsables para evaluar la seguridad del sistema. La evaluación de Seguridad del sistema incluye la habilidad para evaluar:

- La capacidad del sistema para encontrar demandas esperadas tomando en cuenta las contingencias de generación y de transmisión.

- El impacto de las decisiones del operador sobre la programación de generación, intercambio, y salidas de transmisión.

- El efecto de estrategias las cuales los operadores pueden usar para aliviar problemas potenciales en la operación del sistema.

8.2.4 ImplementaciónUna evaluación soportada de seguridad integrada e implementada del sistema de control en un centro MC se muestra en la Fig. 8.2-1. La función de monitoreo de los MWh en línea comprende un proceso de información logging el cual opera sin interacción con otro centro de control o funciones de adquisición de datos excepto con el operador del sistema. Similarmente, el control automático de

88

generación interactúa automática, independiente y directamente con las unidades de generación para controlar la salida de cada unidad. La función de monitoreo de transmisión del estimador de estado es la parte central de la evaluación de seguridad soportada incluyendo equivalentes externos, selección de contingencias, pronóstico de carga, flujos de carga en línea y estrategias correctivas.

Fig. 8.2-1: Sistema de control y evaluación de seguridad integrada

La Fig. 8.2-2 muestra el arreglo del hardware dentro de la jerarquía del centro de control y los enlaces de comunicación entre ellos. En el MC centro se han instalado dos computadoras VAX 11/780 con CRTs asociadas, impresoras, tablero de desplegados dinámicos del sistema, y registradores gráficos assorted. El equipo de los RC centros consiste de dos computadoras VAX 11/750 y logres asociados y CRTs. Algunos de los once centros DC son equipados con computadoras dual VAX 11/750 para proveer facilidadaes para la adquisición de datos de líneas de transmisión. Estas computadoras actúan como concentradores de datos para transmitir datos apropiados al siguiente nivel.

La función control automático de generación (AGC) en cada planta generadora está basada en UTRs conectadas directamente a los controles de la unidad. En adición a otras cantidades que no sean MW son transmitidas al centro MC incluyendo Mvars, carga auxiliar, puntos base límite actuales y el estado del sistema de control.

89

Fig. 8.2-2: Configuración de computadoras en el control del Sistema

Se adopta una comunicación del sistema basada digitalmente usando formatos de datos apropiados y técnicas de comunicación. En esta manera se puede realizar una forma de ahorro. En adición, el sistema digital permite el acomodamiento de funciones adicionales fácil y relativamente a bajo costo. El centro de control es servido por un sistema digital de todas las plantas para el AGC y desde cada uno de los cuatro centros RC para la adquisición de datos y la interconexión. El sistema digital también incluye comunicación entre centros RC y los apropiados Centros RC.

8.3 Sistemas Administradores de Energía en Alemania

8.3.1 Introducción En Alemania la generación de electricidad se lleva a cabo a través del suministro público de potencia, industria, y compañías de carbón. Las compañías públicas del suministro de electricidad tienen el más grande compromiso con el 85% de la producción total de energía alcanzando 418 TWh en 1987.

Todas las compañías que distribuyen la electricidad para suministro a los consumidores son empresas públicas. Debido al sistema económico liberal muchas compañías de estructura de capital muy diferentes tienen un compartimiento en el suministro público de electricidad. En línea con la importancia del área de suministro el número prevaleciente de las compañías de suministro son compañías públicas del estado o compañías público-privadas con una mayoría pública. La producción de energía del sector público-dueño es 20%; mientras que las compañías público-privadas es 16%. El resto 16% de la producción total de energía se cubre por casi 100 compañías privadas.

Las empresas públicas de suministro de electricidad se dividen en:

- Compañías de generación, transmisión y distribución- Compañías de sólo distribución.

El primer grupo primario consiste de ocho grandes compañías interconectadas cubriendo el área total de la primera República Federal de Alemania y Berlín (oeste). Estas ocho empresas son miembros de la Deutsche Verbundgesellaschaft (DGV)

Tabla 8.3-1: Lista de las empresas DVG en la Primera República Federal de

90

Alemania

La generación de energía eléctrica proporciona casi la totalidad de los recursos de energía primaria segura doméstica. El carbón duro doméstico es quemado con ocho mining costos.

Entre 1977 y 1990 el aumento promedio en el consumo de energía fue el 2.6%, los principales grupo de consumidores siendo la industria (45%), uso doméstico (29.5%), contrato especial de suministro (13%), comercio y trade (8.7%), agricultura (2.6%), alumbrado público (0.8%).

La red alemana se interconecta fuertemente dentro de Europa con a ocho compañías frontera. El sistema interconectado Europeo (UCTPE) conecta los suministradores de electricidad de los siguientes países:

Netherlands AustriaBélgica GreciaRepública Federal de Alemania ItaliaLuxemburgo EspañaFrancia PortugalSuiza Yugoslavia.

La capacidad instalada dentro del sistema UCPTE fue de 360 GW en 1987. El flujo de potencia entre los países de UCPTE depende de las estaciones y varía mucho entre el día y la noche.

8.3.2 Control Carga-FrecuenciaComo la frecuencia es un indicador del balance de potencia en la red interconectada en un momento dado, la desviación de frecuencia junto con cualesquier desviación de intercambio de potencia entre compañías es tomada como el criterio de control para mantener el equilibrio entre la carga y la generación.

Una operación de control de dos-etapas para la frecuencia y potencia ha probado ser útil en la red interconectada Oeste-Europa.

91

- Control Primario: por reacción de los gobernadores de velocidad de la turbina la salida en la red interconectada general se ajusta proporcionalmente a la desviación de frecuencia dentro de pocos segundos. Permanece una cierta desviación de frecuencia f.

- Control Secundario (control potencia-frecuencia): las desviaciones de la frecuencia y el intercambio de potencia acordado entre las empresas son controladas por la compañía vecina en cuyo sistema ocurre la desviación ya sea por un incremento o disminución de la generación en las estaciones de potencia controladas como sean requeridas de acuerdo al control característico del sistema.

Las funciones primaria y secundarias del control operan junto con la programación de generación y la optimización de corto plazo (despacho económico de carga).

Las condiciones bajo el cual el control de sistema de potencia fue inicialmente introducido en los 50’s han cambiado considerablemente:

- La transición a las grandes unidades generadoras y al uso incrementado de la presión de una operación variable en las estaciones de potencia convencionales ha llevado al deterioro en el funcionamiento del control de estas plantas de potencia.

- Debido a varias razones, las estaciones de potencia nuclear aún no participan generalmente en el control primario.

- La característica dependiente de la frecuencia de la carga ha aumentado.- La tasa (ratio) de las masas giratorias a los primo motores de potencia en

las estaciones de potencia ha disminuido debido a menos construcción de turbo-generadores. (¿)

Los sistemas de energía de las ocho empresas alemanas interconectadas forma un bloque conjunto de control controlado por el sistema de control de RWE (tabla 8.3-1) contra el sistema europeo interconectado. Dentro de este bloque conjunto de control los sistemas de control subordinados mantienen el intercambio de potencia exacto entre las diferentes empresas alemanas. La Fig. 8.3-1 muestra los diferentes bloques de control coordinados dentro del sistema interconectado alemán.

La operación estable del sistema de potencia interconectado alemán requiere un control primario efectivo. En otras palabras, se deben de cumplir los siguientes requerimientos.

- Todas las estaciones térmicas de potencia alimentando a los sistemas de potencia deberán participar en el control primario, sin considerar el tipo de energía primaria.

- Una banda de regulación del +- 5% de la tasa de generación deberá estar disponible para este propósito.

- La caída característica deberá estar entre 4 y 6% y el gobernador de la turbina deberá tomar acción si ocurre una desviación de frecuencia a una tasa mayor de 20 mHz (sensibilidad de respuesta)

- Si ocurren cambios rápidos de frecuencia en el SEP, la unidad de generación individual deberá reaccionar a los cambios de potencia al escalón dentro de una banda de regulación con una tasa de cambio del 0.3% PN/segundo para estaciones de potencia convencionales y 1% PN/segundo para

92

las estaciones de potencia nuclear. Tales cambios rápidos en la salida deberá ser posible tan a menudo como sea requerido dentro de un rango de de +- 1% sin intervalos. (¿)

Fig. 8.3-1: Representación esquemática del control de potencia-frecuencia en el sistema interconectado alemán

- Para operar a una carga programada y para operar bajo un control automático potencia-frecuencia, las unidades generadoras deberán estar habilitadas para encontrar cambios continuos de potencia con tasas de cambio del 4-12% PN/minuto, sobre un rango del 30-60% de la tasa de potencia, dependiendo del tipo de estación de potencia, tan a menudo como sea requerido sin intervalos.

- Las estaciones convencionales de potencia deberán ser capaces de liberar su salida total sobre un cambio de frecuencia de 48.5 a 51.5 Hz y las estaciones de potencia nuclear deberán estar disponibles para liberar su salida total desde 49 a 51.5 Hz. Todas las estaciones térmicas de potencia deberán estar habilitadas para liberar al menos el 95% de su tasa a 47.5 Hz.

8.3.3 Sistemas Administradores de EnergíaDebido a su estructura específica cada una de las ocho compañías DVG operan su sistema con su propio centro de control. Dependiendo del tamaño de la empresa este sistema está estructurado jerárquicamente. El control del SEP consiste de tres fases:

1. Reunión de información: adquisición de datos en tiempo-real; comunicación hombre-máquina 2. Toma de Decisiones

93

3. Acción por transmisión de órdenes de control ya sea directamente (control remoto centralizado) o indirectamente (control remoto descen-- tralizado o control de carga).La Fig. 8.3-2 muestra un diagrama esquemático de las funciones de soporte al operador en su proceso de toma de decisiones en el centro de control. Las funciones en tiempo-real cubren lo siguiente:

- Análisis topológico- Estimación de estado- Cálculo de equivalentes de Red- Análisis de Seguridad- Despacho de Generación- Optimización de Voltaje y reactivos.

Fig. 8.3-2: Marco de trabajo posible de asistencia por computadora para la toma de decisiones en los centros de control

Las funciones extendidas en tiempo-real cubren lo siguiente:

- Pronóstico de carga a corto plazo- Flujos de carga del Operador- Cálculo de corto circuito.

8.3.4 Consideraciones concluyentes

94

El suministro de energía eléctrica en Alemania encuentra altos estándares técnicos. El continuo entrenamiento del personal de operación y la actualización permanente de funcionamiento de los EMS ayuda a mantener este estandar. Los siguientes tópicos sin de interés actual para el suministro de energía eléctrica:

- Mercado común europeo de energía eléctrica- Precios de energía para la industria- Estructuras tarifarias- Reintegro de energía eléctrica producida por generadores no utilitarios- Calor eléctrico- Uso racional de energía- Plantas de co-generación- Uso de recursos de energía alternativa para electricidad- Control de emisiones para una mejorada protección ambiental- Uso de unidades nucleares y de carbón para la producción de energía.

Los cambios políticos en los países europeos del este imponen nuevos problemas. La expansión coordinada de sistemas de energía eléctrica y la tecnología de la información contribuirá substancialmente a la urgente mejora del suministro de energía eléctrica necesitada en estos países.

8.4 Sistemas Administración de Energía en países en desarrollo

8.4.1 IntroducciónLa estructura de los sistemas de potencia en los países subdesarrollados está directamente relacionada a su desarrollo industrial y urbano. Las grandes concentraciones de población son comunes en las principales ciudades, donde los polos de desarrollo están localizados. Estas son reducidas en número y distribuidas sobre una vasta área geográfica. Además, los recursos de generación están generalmente lejos de los centros de consumo; en muchos casos la generación hidro está disponible, tomando un importante compartimiento de la carga y suministro de energía.

El sistema de potencia longitudinal (LPS) típico resultante está implementado a través de una configuración radial con centros de generación eléctricamente distantes de los centros concentrados de carga. Se utilizan grandes líneas de transmisión y, como consecuencia, se encuentran problemas complejos de operación. Adicionalmente, en muchos países en desarrollo, las restricciones financiera y el nivel de desarrollo del sistema de potencia limitan la inversión o retraso de nuevo equipo. Por lo tanto la confiabilidad se reduce y el sistema está en alerta o en un estado disrupto en muchas condiciones de operación.

Un LPS es muy sensitivo a los cambios de P y Q y requiere una coordinación compleja de fuentes de activos y reactivos. Además, las salidas programadas y aleatorias pueden cambiar a respuesta del SEP substancialmente; de esta manera, se requiere una supervisión estrecha y contínua.

El objetivo principal de esta sección es ilustrar diferentes problemas operativos en un LPS y presenta las aplicaciones de seguridad requeridas. Estas funciones se consideran básicas para determinar decisiones de control de seguridad mejoradas. Las aplicaciones presentadas son diferentes de las

95

establecidas por redes altamente malladas, y en algunos casos incluyen aplicaciones comúnmente utilizadas en estudios de planeación.

En general se cree que los LPS representan problemas difíciles en su operación que requiere un buen entendimiento de diferentes fenómenos por el personal de operación. Esto se debe principalmente debido a la naturaleza dinámica de los problemas principales encontrados durante las disrupciones.

8.4.2 Características Eléctricas de Sistemas de Potencia Longitudinales (LPS)Normalmente un LPS puede clasificarse como un sistema débil y por lo tanto está substancialmente afectado por inyecciones nodales y cambios topológicos. Como el SEP está continuamente expuesto a variaciones aleatorias y salidas de equipo, los problemas típicos de operación de los LPS como son control de voltaje, desviaciones de frecuencia e inestabilidad del sistema son (serán) muy comunes.

La capacidad de corto circuito (SCC) puede considerarse como un indicador nodal de robustez. Esta capacidad está directamente relacionada a las impedancias equivalentes a la corriente secuencia positiva (impedancias de secuencia) vistas desde el nodo considerado. En un típico LPS la impedancia equivalente está dominada por las impedancias serie de varios componentes, e.d. líneas de transmisión y transformadores. Los rangos de SCC varían entre 500 y 2800 MVA para un típico LPS de 230 kV. Los problemas típicos de operación en los LPS son:

- Cargabilidad del sistema de transmisión- Control de Voltaje- Estabilidad Transitoria- Dinámica de la Frecuencia

Una tarea normal y continua en la operación de LPSs es la supervisión de flujos de potencia en los principales enlaces de transmisión (enlaces entre áreas de control). Por otro lado, en la cargabilidad de la transmisión de potencia en los LPSs es altamente dependiente de la configuración del sistema y de la distribución de las unidades de generación.

Las limitaciones comunes de transmisión en los LPSs incluyen factores como estabilidad y caída de voltaje. Se requieren estudios detallados de flujos de carga y estabilidad para determinar límites de transmisión. La seguridad del sistema de potencia puede ser amenazada cuando se violan límites apropiados y los flujos de potencia no son controlados apropiadamente. En cualquier caso, los límites deberán incorporar una seguridad estándar en el suministro de energía eléctrica para el sistema completo, usualmente determinada por una contingencia sencilla. Una reducción substancial en la cargabilidad de transmisión se determina como áreas terminales que son débiles (¿).

La conclusión es que la cargabilidad de transmisión de los LPSs no puede determinarse basado solamente sobre una curva general y son requeridos estudios particulares bajo diferentes condiciones de operación (demanda alta, media y baja).

96

El control de voltaje en los SEPs está directamente relacionada a los flujos de potencia reactiva, Q , y a los desbalances de flujos de potencia reactiva en los componentes del sistema (líneas, transformadores, reactores, capacitores, CEVs, condensadores síncronos, FACTS). Estos flujos reactivos, Q , se producen principalmente por las variaciones de la carga y contingencias del sistema de potencia.

En los LPSs es común tener nodos de carga distantes eléctricamente de las fuentes de generación. Así, los problemas de control de voltaje están relacionados a la distribución y balance de potencia reactiva en los elementes del SEP.

Es importante notar que cualquier cambio de Q deberá suministrarse localmente, porque de otra manera el perfil de voltaje será deteriorado. Por lo tanto la política de operación deberá ser localizar márgenes adecuados de reserva de Q entre las áreas eléctricas (áreas de control). Conforme se agote esta reserva la capacidad del control de V se pierde y la potencia reactiva, Q , será necesaria transportarla desde fuentes distantes, ocasionando problemas de V. Generalmente, la coordinación de fuentes de Q es una tarea compleja, especialmente cuando se utilizan diferentes tipos de compensadores de Q.

Los problemas de V son aún más complicados de analizar cuando se incluye la dinámica del sistema. El tipo, velocidad de respuesta, y localización de fuentes de Q son todos muy importantes. Como se mostrará en las siguientes secciones, los problemas de colapso de voltaje y de estabilidad están estrechamente relacionados a los LPSs.

Uno de los problemas más críticos encontrados en la operación de LPSs es la inestabilidad transitoria. Es comúnmente conocido que el equilibrio dinámico de los rotores de las unidades generadoras depende de la habilidad para transmitir potencia eléctrica a través de sistemas fallados. En los LPSs caracterizados por áreas de transmisión y recepción débiles, un incremento en el flujo de potencia causa cambios substanciales del ángulo interno de fase de los rotores de los generadores. Por lo tanto, cualquier variación aleatoria del SEP, o más importante cualquier línea o salida de un generador, crea desbalances de potencia que produce una aceleración de las unidades restantes.

Es común, en LPS, tener el fenómeno de inestabilidad transitoria que puede desarrollarse en menos de un segundo. Esto obviamente sugiere que deberá tomarse medidas preventivas para evitar estas situaciones indeseables. Los límites de transmisión deberán evaluarse de acuerdo a la configuración del sistema y de las contingencias críticas consideradas. Debe señalarse que los cambios topológicos diarios de operación son comunes y que los límites de carga diferentes deberán evaluarse a través de estudios de estabilidad.

Como se mencionó anteriormente, las restricciones financiera a menudo limitan la inversión y las grandes plantas de generación son conectadas a sistemas bulk a través de esquemas de transmisión con poca redundancia (líneas) . Como un resultado, las salidas sencillas pueden producir problemas de estabilidad arriba de ciertos niveles de generación. Esta limitación tiene implicaciones importantes en la economía, a partir de las cuales se puede obtener una medida costosa de seguridad. En muchas situaciones esto es debido a condiciones costosas de operación y han de utilizarse controles suplementarios para incrementar límites de transmisión para mantener la estabilidad del sistema

97

bajo contingencias, y consecuentemente haciendo un uso eficiente de los recursos disponibles.

Los controles discretos suplementarios más comúnmente utilizados son: disparo de generación, valvuleo rápido, disparo de línea, esquemas de recierre monofásico y disparo de carga. En todos los casos se hace necesario desarrollar estudios de análisis de seguridad para activar controles o evaluar su funcionamiento de acuerdo a las actuales condiciones del sistema.

Cuando la estructura del SEP es tal que una salida sencilla de línea en el sistema de transmisión crea formación de islas eléctricas, se requiere de análisis detallados para evaluar el comportamiento y localizar reservas de P y de Q. Como los enlaces entre áreas de control de un LPS son débiles, las disrupciones pueden transmitirse de un área a otra (con un retraso) de acuerdo a la configuración del sistema. Como un resultado, el comportamiento dinámico en cada área es diferente y la disrupción es registrada de acuerdo a las oscilaciones entre enlaces (tie-line). Los cambios de flujos en los enlaces entre áreas de control pueden obtenerse como un resultado de las diferencias de frecuencias entre áreas o desplazamientos angulares de fase. De la misma manera como el enlace es débil la potencia transmitida será pequeña y grandes desviaciones de frecuencia son necesarias para obtener una contribución significativa a las áreas de problemas. La respuesta del SEP bajo contingencias puede analizarse basado en las constantes de tiempo y controles de regulación. En análisis de LPSs es importante identificar las respuestas inerciales y de regulación conforme ellas vienen a ser críticas en el funcionamiento del sistema.

La respuesta inercial se obtiene como un resultado de utilizar la energía cinética de los rotores de las unidades para satisfacer los requerimientos de la carga, consecuentemente ocurren las desviaciones de frecuencia local. La respuesta inercial puede evaluarse suponiendo que los cambios de potencia mecánica de la turbina son despreciables ya que dependen de las constantes de tiempo del gobernador y de la turbina. La respuesta de regulación se obtiene se obtiene una vez que los cambios de potencia mecánica son desarrollados. En este punto, la localización de reserva viene a ser importante y deberán considerarse modelos apropiados para las turbinas y gobernadores y las limitaciones de las unidades generadoras. Como una regla general, el suministro de reserva deberá distribuirse de acuerdo a la configuración del sistema y coordinado con los esquemas de corte de carga.

Dada la configuración esparza de los LPSs es relativamente común operar las islas eléctricas cuando hay disrupción. Las tasas de decaimiento de la frecuencia pueden ocurrir a 2-3 Hz/segundo. Esto puede causar excursiones de frecuencia para tener valores inaceptables en menos de un segundo. Por lo tanto deberá estar disponible un esquema de corte de carga rápido y confiable para controlar la frecuencia.

8.4.3 Evaluación de Seguridad en LPSsDe los problemas de operación presentados en la sección previa, es claro que el análisis de seguridad en LPSs deberán incluir el estudio de fenómenos dinámicos porque ellos tienen una gran influencia en el funcionamiento del SEP. En los centros de control modernos ha venido siendo común implementar funciones de seguridad tales como el análisis de contingencias y selección automática de contingencias. Además, en los LPSs las soluciones en estado estable raramente

98

definen condiciones límite. Estos valores están generalmente basados en respuestas eléctricas, inercial y de regulación. Además, dada la estructura típica de los LPSs, en muchos casos los resultados que son relativamente no importantes podrían obtenerse, e.d. separación del sistema en islas eléctricas, flujos de potencia totales en líneas paralelas restantes, etc. En casi todos los casos, las contingencias críticas pueden predefinirse basadas en la configuración del sistema.

Adicionalmente, los voltajes tienen un efecto importante sobre los flujos P y Q bajo condiciones extremas de carga (demanda máxima). Por lo tanto se requiere de estudios detallados y exactos para determinar el perfil de voltaje y la distribución de potencia entre la red eléctrica.

Las decisiones de operación en LPSs requieren de un conjunto de herramientas computacionales customised, utilizadas en un modo preventivo, tal que las acciones de control de seguridad puedan implementarse de manera efectiva. Las aplicaciones básicas de seguridad se presentan abajo. Como todas estas funciones son bien conocidas, sólo se incluye una breve revisión de las características importantes o especiales.

Los flujos de carga generalizados es el punto inicial de cualquier estudio dinámico. Esto incluye usualmente las siguientes opciones adicionales:

- Modelos de carga dependientes del voltaje y de la frecuencia- Cálculo de frecuencia bajo disrupción en estado estable- Factores de distribución del generador bajo salidas- Soluciones multi-islas- Modelos generales de control de voltaje, e.d. compensadores estáticos de

vars- Cálculos de sensibilidad.

La definición de límites de transmisión y coordinación de controles suplementarios requiere de un simulador de estabilidad transitoria con los siguientes modelos adicionales:

- Modelos de controles suplementarios (controles discretos)- Disparo automático de Generación- Valvuleo Rápido- Disparo automático de línea(s)- Disparo automático de carga- Esquemas de recierre monopolar- Modelos de corte de carga- Modelos del compensador estático de vars

El comportamiento dinámico de la frecuencia bajo disrupción se puede evaluar utilizando programas de computadora que simulen la respuesta dinámica con diferentes detalles de modelos. Es conveniente tener programas de computadora que utilicen un modelo sencillo carga-generador con representación equivalente de áreas eléctricas y modelos detallados del generador, carga y controles.

Las opciones para la simulación de los esquemas de corte de carga, limitaciones de unidades de generación y características del control son también muy importantes.

99

La interconexión de áreas aisladas por grandes (largas) líneas de transmisión requiere decisiones operativas concernientes a la secuencia de energización. Esto es especialmente importante bajo configuraciones muy débiles. Adicionalmente, el suitcheo de elementos en derivación (shunts) pueden crear importantes transitorios de voltaje y corriente. Las áreas principales de estudio son:

- Energización de líneas de transmisión- Energización de elementos en derivación (shunts)- Comportamiento (funcionamiento) de los compensadores estáticos de vars

bajo fallas.

Casi todas las aplicaciones descritas toman considerables recursos computacionales, pero lo más importante, el análisis de diferentes casos y la implementación de acciones de control es un proceso de un alto consumo de tiempo. Por lo tanto las aplicaciones son conducidas fuera-de-línea, pero las actuales condiciones de operación, si es necesario, pueden obtenerse en archivos de datos de los sistemas en-línea

En todos los casos, los simuladores deberán poseer un alto funcionamiento con características interactivas, especialmente diseñadas para un ambiente de operación de SEPs. Esto es un factor esencial en orden para reducir tiempo de cómputo y hacer un uso eficiente de los recursos humanos.

Como un punto importante para estresar en el diseño de modernos centros de control de LPSs es asignar la misma jerarquía a las aplicaciones de seguridad fuera de línea que las funciones que trabajan en-línea, e.d. adquisición de datos, control supervisorio, estimación de estado, etc.

Como un LPS está interconectado es muy importante evaluar la seguridad del mismo bajo una base global, es decir, los problemas críticos en un sistema tendrá un efecto substancial sobre los sistemas vecinos.

8.4.4 Consideraciones concluyentesMuchos Sistemas Eléctricos de Potencia en países ´progresistas´ pueden clasificarse como LPSs. Los problemas críticos de operación en LPS están relacionados al control de voltaje, estabilidad transitoria y dinámica de la frecuencia. Los análisis de seguridad dinámica son esenciales en la operación de LPS. Las aplicaciones de seguridad comúnmente implementadas en los modernos centros de control no son adecuados para LPSs. Debido a su gran importancia, las aplicaciones de seguridad en-línea para LPSs deberán estar estructuradas con la misma prioridad que las funciones que trabajan en-línea.

9 Administración de Proyectos de Sistemas Administración de Energía

100

9.1 Generalidades

Un proyecto de Centro de Control representa una tarea difícil en la cual, muy a menudo, ocurren uno o más de las siguientes características:

- Los objetivos del proyecto son pobremente definidos y/o entendidos- Las líneas muertas (deadlines¿) del proyecto son dictadas por eventos

externos o impuestos arbitrariamente (¿)- Los presupuestos del proyecto están basados en estimaciones nativas

(usualmente subestimados).- La gente del proyecto está determinada más por la disponibilidad que por

su habilidad en las funciones.

Como un resultado tales proyectos está plagado por altos costos de desarrollo, retrasos y fallas funcionales. Con pocas excepciones tales centros de control con funciones simples SCADA, un sistema complejo SCADA/EMS no es un producto estándar o fuera de venta (¿).

Los requerimientos de compra deberán, tanto como sea posible, comparar módulos estándar de fabricantes SCADA/EMS. Cuando un nuevo desarrollo se mantiene como un mínimo, el fabricante y el cliente se beneficiarán de deliberación en-tiempo, costos bajos y alta calidad de estructura. Un proyecto de un centro de control es un entendimiento cutting across no solo las fronteras de diferentes disciplinas técnicas, sino también de grupos diferentes, departamentos y organizaciones. Es a menudo un riesgo una ventura incluyendo la empresa eléctrica, el consultor y el fabricante. Así, es un entendimiento muy demandante, no solo en términos técnicos sino también en términos humanos.

Las fuentes de fallas de un centro de control incluyen: especificaciones incorrectas o incompleta; fallas de hardware y errores de diseño; errores de diseño de software y de código; errores humanos tal como una pobre administración. Particularmente con proyectos de un centro de control complejo, una falla puede causarse por cualquier combinación de lo mencionado arriba.

Puesto que la civilización empezó, sin otra tecnología, aparte del hardware de la computadora, ha visto seis órdenes de magnitud en ganancia de precio en el espacio de 30 años. El costo de los dispositivos lógicos de computadora ha declinado en 25% por año y el costo de unidades de memoria ha disminuido por 40% cada año.

La vida útil del hardware en un centro de control es menos de cinco años, comparada con casi 10 años para el software y 20-50 años para datos de la empresa. A menudo la arquitectura hardware y características son fuertemente definidas desde el inicio del proyecto, aún si las especificaciones funcionales son solo pobremente definidas.

Una de las más importantes ideas en el diseño de hardware es anticipar:

- La evolución futura del Sistema Eléctrico de Potencia- La expansión del centro de control con nuevas funciones- Cambios tecnológicos y necesidades de actualización.

Un nuevo proyecto de centro de control implica una gran cantidad de desarrollo difícil de software. En la última década. Tres factores han afectado el desarrollo de software:

101

- La tasa (ratio) de costos de software a los costos de hardware ha cambiado de 1:10 a 10:1.

- El costo del mantenimiento del software es mucho más alto que el costo del desarrollo; los costos aparecen a casi cuatro veces los costos de desarrollo.

- El manpower requerido para llevar a cabo el mantenimiento de software es aproximadamente 70% del manpower incluido en el ciclo de vida del software

Estos factores explican la necesidad para un desarrollo de software más eficiente, requiriendo menos mantenimiento.

Las razones principales para el desarrollo de software SCADA/EMS que vienen a ser difíciles son:

- Características específicas del software de administración- Magnitud del proyecto- Complejidad/abstracta- Infraestructura del software- Documentación- Interacción humana- Interacción Tiempo-Real y en-línea y restricciones de disponibilidad.

102

Fig. 9.1-1: Un modelo lineal del ciclo de desarrollo de software

La construcción de un gran SCADA/EMS es raramente un proceso ordenado que empieza con una especificación abstracta bien definida, continúa con una suave fase de diseño, seguida por un periodo de código limpio y termina con una implementación flawless tal como el modelo lineal de los ciclos de desarrollo como los descritos en la Figura 9.1-1.

El desarrollo de software, para los proyectos complejos de centros de control, es un proceso interactivo, evolucionario, espiral “multipaso”. Para un modelo más realista, pero aún simplificado, de lo que pasa usando un gran software, ver figura 9.1-2.

103

Fig. 9.1-2: Un modelo más realista del ciclo de vida en el desarrollo del Software

9.2 Etapas en el implementación de un nuevo centro de control

Desde la perspectiva del cliente los siguientes pasos en la implementación de un nuevo centro de control basado en un SCADA/EMS pueden definirse como:

- Estudio de factibilidad- Justificación del sistema- Requerimientos funcionales y especificaciones preliminares- Liberación (releasing) de las especificaciones- Evaluación de propósitos/pagos- Negociación de un contrato- Especificaciones de diseño- Implementación y organización- Entrenamiento- Operación del Sistema.

9.2-1 Estudio de factibilidadEl primer paso en la planeación de un nuevo sistema de control es establecer las necesidades, visión, objetivos y beneficios del nuevo centro de control. Este estudio inicial – estudio de factibilidad – identifica las metas del sistema propuesto para aumentar la seguridad en el suministro y una operación económica mejorada.

9.2.2 Justificación del sistemaEn esta etapa la empresa misma determina las funciones que el nuevo centro de control deberá desarrollar. El resultado de esta fase es un documento que contendrá:

- Funciones a desarrollar- Estimación inicial del costo

104

- Una estimación del programa tiempo (marco de tiempo de la duración del proyecto)

- Problemas concernientes a la organización y administración del proyecto desde el punto de vista de la empresa, e.d. una evaluación de las necesidades de cambios organizacional.

- Una justificación técnico/económica del nuevo centro de control para obtener una aprobación del proyecto.

9.2.3 Requerimientos funcionales y especificaciones preliminaresLos requerimientos y especificaciones funcionales definen:

- Las tareas a desarrollar- Los programas de aplicación- El soporte para las instalaciones de los programas- El modelo estructural (arquitectura) de la computadora- La adquisición de datos- Comunicaciones- Requerimientos de desplegados- Interfaces con equipo existente- Requerimientos de funcionamiento- Disponibilidad del sistema- Ejecución de los programas de aplicación tiempos y prioridades- Requerimientos de entrenamiento- Requerimientos de documentación- Programa de implementación- Administración del proyecto y su personal

La especificación funcional no es una especificación de diseño. La documentación también incluirá importantes ideas (issues) como:

- Enfoque de un solo proveedor VS multi proveedor- Funciones a desarrollarse ‘en casa’- Responsabilidad para la integración del sistema y mantenimiento- Estimaciones del presupuesto (costo del sistema, estimación de manpower,

programa preliminar)- Grupo ‘en-casa’.

9.2.4 Liberación de las especificacionesEn un documento las especificaciones deberán definir solo las porciones del sistema que se han de liberar por el proveedor. Las especificaciones deberán describir las características suficientes del SCADA/EMS para asegurar propósitos importantes y habilitar al proveedor para hacer una estimación del costo realista. Las especificaciones no deberán entrar en detalles que podría excluir el proveedor(es) o las nuevas soluciones técnicas. Deberá señalarse que este es un documento a nivel especificación y no a nivel diseño. Las especificaciones deberán permanecer dentro del nivel funcional más que a nivel operativo.

9.2.5 Propósitos de EvaluaciónEl proceso de selección basado en la especificación funcional incluye una evaluación detallada del sistema propuesto incluyendo el hardware y el software. El funcionamiento del sistema deberá medirse contra los objetivos

105

establecidos. Es importante también reconocer que las capacidades del sistema de control tendrán que incrementarse para mantener el paso con la expansión del SEP y acomodar las nuevas aplicaciones.

En la evaluación del pago, un buen enfoque es evaluar puntos en diferentes áreas. Los propósitos han de evaluarse para el ciclo completo de vida desde los siguientes puntos de vista:

- Inversión- Costos de reparación- Costos vs beneficios (para diferentes alternativas)- Costos de mantenimiento- Costos del personal- Costos de las instalaciones.

Además de los costos intangibles de los propósitos han de estudiarse cuidadosamente:

- Experiencia del proveedor (uso de sub-contratistas)- Capacidad del personal, longevidad del personal- Referencias- Madurez de la tecnología ofrecida- Obsolescencia de la tecnología ofrecida- Estado-del-arte y ‘novedades’ de la tecnología- Solidez financiera del proveedor

9.2.6 Negociación del contratoEl contrato contiene un ‘statement of work’ preparado por un exitoso pagador.(¿) El ‘statement of work’ define:

- El sistema a implementarse- Responsabilidades de la implementación- Control, coordinación y procedimientos de la administración del proyecto- El programa del proyecto.

El contrato también contiene las modalidades para resolver excepciones y otras preguntas abiertas. Los siguientes términos comerciales del contrato son de suma importancia:

- Deadlines del pago- Garantías y penalizaciones del funcionamiento- Garantía- Licencias- Disponibilidad de partes (repuestos)- Impuestos, aduanas, embarques, actualizaciones (currency)- Cancelación

9.2.7 Especificaciones de diseñoEstas especificaciones son desarrolladas, normalmente, por el proveedor además que se incluyen también el personal de sistemas de potencia y consultores. La documentación describe en detalle las características de cada uno de los subsistemas del hardware y software e interfaces relacionados. Esto incluye la definición del algoritmo, cálculo, procedimientos, estructuras de base de

106

datos, formatos de desplegados, capacidades hombre-máquina, programación de los programas de aplicación, etc.

9.2.8 Implementación y organizaciónEl plan de implementación y la organización deberán describir las tareas a desarrollarse y el tipo de personal requerido para desarrollar estas tareas. También deberá diseñarse un sistema de reporte de progreso efectivo del proyecto.

9.2.9 EntrenamientoExisten dos tipos de entrenamiento. El Entrenamiento para la operación y mantenimiento es requerido para un uso efectivo y diario del sistema SCADA/EMS. Esta actividad permite entrenamiento de nuevo personal y es requerido para una constante actualización de la base de datos y los correspondientes despliegues a la expansión del SEP. Esta clase de entrenamiento es casi la más efectiva porque es un entrenamiento sobre-el-trabajo.

El entrenamiento para las funciones futuras ofrece la independencia del personal de la empresa y auto-suficiencia en la implementación de nuevas funciones. Este también permite cambios (mayores) al diseño del software necesario para futuras actualizaciones de SCADA/EMS.

9.2.10 Operación del Sistema

- Una demostración de la disponibilidad- Un periodo de operación continua (observación y experiencia crítica con el

sistema)- Un periodo de garantía.

9.3 Un plan paso-a-paso para la implementación de un nuevo centro de control

Desde la perspectiva del proveedor el proyecto se divide en las siguientes fases:

- Diseño preliminar del sistema (pre-contrato)- Statement of Work- Diseño del sistema (post-contrato)- Desarrollo- Integración y pruebas (de aceptación) del sistema- Aceptación del sistema

9.3.1 Diseño preliminar del sistema (pre-contrato)El resultado de la fase del diseño preliminar del sistema es un documento que contiene los siguientes términos:

- Un modelo de la configuración de la computadora; la configuración exacta es el resultado del análisis formulado con el cliente

- Un modelo de comunicación- Requerimientos funcionales (para cada función, el tiempo de respuesta,

condiciones de prueba, y requerimientos de mantenimiento deberán también ser incluidas).

107

El documento deberá incluir tales ideas (issues) como:

- Organización de la administración del proyecto- Responsabilidad para la integración del sistema- Responsabilidad para el mantenimiento del sistema- Programación preliminar.

9.3.2 Statement of WorkDespués de la carta de intención, el proyecto entra en la fase de definición del contrato, algunas veces llamada la fase de “statement of work”. Durante esta fase las especificaciones del cliente y el diseño del sistema del proveedor se unifican en un documento técnico – a work statement- El propósito del statement of work es definir en detalle lo que el sistema va a hacer en todas sus partes.

9.3.3 Diseño del sistema (post-contrato)El propósito del diseño del sistema es definir en detalle cómo trabaja el sistema. El proveedor es obligado a preparar un conjunto de documentos (especificaciones funcionales) en todas las áreas relevantes para revisión del cliente. Estos documentos definen:

- La interacción de cada módulo del sistema con otros módulos- Tablas y diseño de archivos- Estructura de la Base de Datos- Especificaciones de la interfaz (hombre-máquina)- Diseño de entrada/salida- Requerimientos de tiempo y tiempo de programa (programa de tiempo-trabajo)

Un periodo de tiempo realista para el diseño del sistema está entre 6 y 9 meses

9.3.4 Especificaciones detalladas de diseño del sistemaLa especificación del diseño detallado es un conjunto de documentos a nivel modular. En este nivel cada módulo de cada subsistema deberá estar completamente especificado, esto es:

- Todos los requerimientos de datos internos/externos han de ser especificados

- Se deberán definir los procedimientos de prueba- Las especificaciones están a nivel byte y bit de detalle- Se han de definir procedimientos de recuperación de error.

Todos estos documentos han de ser aprobados por el cliente. Esta etapa es la última fase antes de codificar (para funciones no-estándar o hacia el cliente).

9.3.5 DesarrolloEl código y las pruebas de unidad de software se desarrollan durante esta fase. Ciertos documentos del proyecto se producen ahora durante esta fase. Estos incluyen:

- Manual del operador- Manual del programador- Manual de modificación de la base de datos- Procedimientos de pruebas de aceptación.

108

9.3.6 Integración y pruebas del sistemaEl proveedor empieza con la integración del sistema utilizando algún hardware y software base existente como un punto de arranque. La prueba de unidad de hardware se desarrolla conforme el hardware se libera. La prueba de unidad del software se desarrolla conforme cada módulo de software es terminado. Para la integración del software deberán estar disponibles los siguientes subsistemas de software:

- Software del sistema- Estructura de la base de datos y entidades de datos- Software de adquisición de datos- Software básico de despliegue de información- Algún software de aplicación (flujos, flujos óptimos, AGC, estimación de

estado, etc.).

9.3.7 Aceptación del SistemaLa aceptación del sistema se divide en:

- Pruebas de aceptación en sitio del proveedor- Pruebas de aceptación final en sitio.

Las pruebas de aceptación en sitio por parte del proveedor se llevan a cabo usando recursos de entrada/salida simuladas del sistema. Durante las pruebas en sitio del proveedor se han de resolver los siguientes mayores problemas:

- Configuración del sistema y condiciones de falla (failover)- Pruebas de inicialización- Pruebas bajo condiciones normales- Pruebas bajo condiciones anormales (condiciones de emergencia)- Demostración de mantenimiento del sistema.

Durante la prueba de aceptación final se han de resolver los siguientes mayores problemas:

- Demostración de funcionamiento en un ambiente operativo- Todas las actividades de sintonización- Problemas de funcionamiento.

Para propósitos de pruebas de fábrica, los simuladores de sistemas de potencia han de estar disponibles, para hacer posible verificar la funcionalidad total de un centro de control utilizando datos dinámicamente simulados para el sistema último total. Este es el otro spin-off del simulador de entrenamiento del despachador.

9.4 Diseño, desarrollo, y mantenimiento de software

9.4.1 Fases del desarrollo del softwareLo siguiente son un conjunto de líneas de guía para el desarrollo de software y su mantenimiento orientados hacia el uso por el personal involucrado en la industria del centro de control de potencia. Las fases del desarrollo de software se representan en la figura 9.4-1.

109

Fig. 9.4-1: Fase de desarrollo del software

Fase I : Definición General del proyecto Esta fase inicia con la necesidad o concepto percibid para una

capacidad requerida. Las entradas incluyen estudios, requerimientos o statements necesarios. El resultado de esta fase es un reporte que describe el trabajo general a desarrollarse.

Fase II : Desarrollo detallado del proyectoLas características del programa y requerimientos son especificados. La salida de esta fase es una especificación detallada de los requerimientos para el programa a desarrollarse incluyendo las especificaciones del modelo y cualquier prueba a ser utilizado para la aceptación.

Fase III: Diseño del SoftwareDurante esta fase el software del sistema está diseñado y los planes de prueba son especificados. Los resultados son:

- Documento de especificación de los requerimientos - Documento del diseño preliminar

- Documento del diseño detallado- Documento de plan de pruebas

110

Fase IV : Implementación del Software

El programa de computadora es codificado, probado y documentado. La salida de esta fase es un código trabajado y probado así como los siguientes documentos:- Reporte del programa log- Reporte de análisis de prueba.

Fase V : Documentación Esta fase incluye el desarrollo de varios documentos.

Fase VI : Pruebas de aceptación pre-liberación de verificación/fábrica El código de computadora, funcionamiento de los modelos, y la Utilidad del programa son verificados usando casos de prueba.

Fase VII: Requerimientos post-liberación de las pruebas de aceptación especifi- cación/en sitio. Los requerimientos para la implementación y

documentación de cambios de programa identificados después de la liberación del programa son especificados. Los requerimientos para el mantenimiento del programa son establecidos. La salida es un reporte que describe un plan para la incorporación de modificaciones y mejoras en el programa y documentación (análogo a los requerimientos producidos en la Fase I).

Fase VIII: Administración y coordinación del proyecto. Esta fase incluye documentación, reportes y control del proyecto

incluyendo la programación.

9.4.2 Consideraciones concluyentesUn paquete de software SCADA/EMS es un gran paquete que contiene un gran númerode funciones. Los programas necesarios han de escribirse y las funciones han deliberarse. Inevitablemente estos serán manipulados. La dificultad del desarrollo del software es no-lineal con el tamaño y el número de programas a escribirse.

Un paquete de software SCADA/EMS es una gran paquete porque contiene dentro de él una variedad de disciplinas técnicas, intereses y actividades. Un SCADA/EMS complejo está más allá de la capacidad intelectual de un solo individuo.

Se requerirá una estructura organizacional y un numeroso grupo de gentes para especificar, diseñar, codificar, probar, integrar, y darle mantenimiento. La definición actual de trabajo adoptada define un paquete de software como “grande” si este requiere una organización de al menos dos niveles de administración para el desarrollo y mantenimiento. Casi todos los proveedores de un SCADA/EMS tienen múltiples capas de organización. Y finalmente, esta es la comunicación entre la gente involucrada en las diferentes actividades SCADA/EMS que llevan al tamaño de desarrollo del software.

Un paquete SCADA/EMS contiene una gran número de funciones complejas intrínsicamente conectadas e interrelacionadas. Las características de SCADA es su complejidad lógica. Las características del EMS es su complejidad numérica que requiere no solo capacidades hardware “number crunching” sino también algoritmos muy refinados (e.d. técnicas de esparcidad).

111

Los datos de entrada para las funciones SCADA/EMS vienen en un gran volumen de números directamente desde el proceso (en-línea) y en tiempo-real. Ellos están fuertemente caracterizados por Inter-relaciones (e.d. efecto smearing de datos equivocados) y su volatilidad. Estas características tienen un impacto sobre la complejidad del software. En adición las funciones son susceptibles a muchas variantes aceptables y soluciones de implementación. Todos estos factores tienen un impacto en la complejidad del proceso de desarrollo del software.

El desarrollo del software es un compromiso muy riesgo tanto para el cliente como para el proveedor. La empresa con experiencia de software ‘en-casa’ y el conocimiento de sus requerimientos funcionales muy específicos es mejor calificado para un desarrollo ‘en-casa’. Para pequeñas empresas, sin una experiencia de software ‘en-casa’, no es posible una política factible. Para el proveedor un principio importante es: “vende software estándar; no construyas software para un cliente en especial (customised). En el desarrollo de un software ‘a la medida’, el proveedor asume un alto riesgo de hacer una evaluación del precio y una evaluación del funcionamiento para un desarrollo de software desconocido.

El acrónimo “WYSIWGY” significa: ‘what you see is you get’. Desafortunadamente, en el desarrollo de un software, este no es el caso. El obtener un software no es solo una empresa tecnológica muy compleja sino es mucho más difícil entender porqué casi todo el trabajo es ‘invisible’. En el desarrollo de un software, el producto final generalmente se supone que sea un conjunto de programas de computadora. Sin embargo, los programas de computadora son solo una parte del producto liberado. Cuando un edificio es construido, es a menudo necesario construir primero un andamio (patíbulo). Cuando se termina el edificio, este andamio se remueve y todo lo que es aparente al observador es el edificio mismo.

Además, la construcción del proyecto requiere recursos para eregir el edificio y el andamio (platíbulo). La analogía para el desarrollo del software es iluminando pero no siempre obvio para los señores ejecutivos. El “andamio” para el desarrollo de un software SCADA/EMS es de nuevo un sistema de software que contiene una gran variedad de herramientas de software. Esta infraestructura de software, requerida para el “edificio” del software, no es ni aparente ni “invisible”, aunque a menudo requiere más expansión que el producto mismo.

Cualquier estimación para un proyecto de un centro de control que falla la estimación para los recursos necesarios (hardware, software, hombres, tiempo de computadora, costos, etc.) para construir el “andamio” del software no está yendo para producir una estimación realista. Por otro lado, es difícil para el administrador y para los ejecutivos clave entender la necesidad de la infraestructura y para “ver” esta parte “invisible” del desarrollo del software.

Primero, este aparece como más costoso; los beneficios de las infraestructuras no son vistas dentro de la fase de desarrollo. Los programas de infraestructura consumen recursos de desarrollo que son escasos. Esto cuesta más en la fase de desarrollo; las ventajas son usualmente solo vistas por los insiders (personas que cuentan con información valiosa). El Administrador general puede apreciar solo vagamente lo que sus desarrolladores de software le están queriendo decir a él. Sólo los administradores muy buenos apreciarán e invertirán en la infraestructura del software. Esto cuesta más en la fase de desarrollo para construir una infraestructura flexible de software. Sin embargo, el ciclo de

112

vida total es mucho menos costoso. El hecho de que el producto final del software SCADA/EMS no es la medida completa del trabajo requerido para producirlo, y la necesidad para la infraestructura de software, y actividades adelantadas acompañantes, contribuyen hacer el proceso desarrollo-de-software difícil en su entendimiento y administración.

Los programas SCADA/EMS son acompañados por manuales, especificaciones, cartas de flujo, listados y otros documentos. Para cada instrucción, statement, linea de código en el paquete liberado debe haber varias páginas de documentación conteniendo una descripción de interfaces y elucidando el “porqué y por donde”. Donald Douglas, el pionero del aeroplano, estableció que: “cuando el peso del papel iguala al peso del plano, el plano volará”. Actualmente, la documentación de un Boeing sopesa más que el plano. Lo mismo se aplica para la documentación del software; las diferencias son que un sistema SCADA/EMS vuela y el software no puede ser sopesado.

Sin embargo, es difícil por algunos ejecutivos clave entender porqué cada software SCADA/EMS libera miles de páginas de documentación almacenada en microfichas y en memoria extra de megabytes de capacidad conteniendo la documentación software que son necesarios. La única solución es “educar” a los ejecutivos clave, conversando con el software, disponible para absorber y hacer presentaciones hechas para ellos por expertos en software.

Un sistema software que tiene un persona en el lazo es un sistema mucho más complejo que uno que no. Un sistema SCADA/EMS tiene más de una persona en el lazo; el operador de despacho de potencia y el ingeniero de planeación de operaciones deberán dar información en cierta forma; su respuesta deberá ser acomodada; es de esperarse que habrá una variabilidad de respuestas.

Uno también notará que el sistema SCADA/EMS es usado extensivamente por muchos usuarios. Diferentes usuarios harán varias demandas sobre la computadora y su software, más que un único usuario. Por ejemplo, un programa de flujos de carga puede ser simultáneamente usado para operación, en modo de estudio y para propósitos de entrenamiento desde diferentes lugares de trabajo y con diferentes datos. Al mismo tiempo un configurador de red podría dispararse (ejecutarse) como un resultado de un cambio en el estado del interruptor. Todo esto crea requerimientos adicionales en el desarrollo del software SCADA/EMS.

113

10 Sistemas Expertos en la operación de sistemas de potencia

10.1 Generalidades

Un sistema SCADA/EMS suministra a los operadores la asistencia requerida para una operación económica y confiable del SEP. Dentro de esta área se ha desarrollado un gran número de programas para resolver problemas importantes de control y monitoreo. Otros problemas, especialmente tareas complejas que necesitan expertos humanos, permanecen insolubles. El aumento de interacción y la sensibilidad de los modernos sistemas de energía para detectar fallas tienden a sobrecargar a los operadores. Las nuevas técnicas han de adoptarse para coordinar los datos en un grabado conciso del actual estado de operación del SEP que puede presentar en cualquier momento.

Indudablemente, un experto humano siempre será requerido en los centros de control de potencia. La Inteligencia Artificial intenta implementar el conocimiento experto y experiencia que vienen a ser la parte sustancial de soporte del operador del SEP en su complejo proceso de toma de decisiones. Los modernos conceptos del EMS deberán ayudar a disminuir estrés del operador reduciendo la carga de trabajo diaria, pero más importante es el proveer información asistente en la decisión si es necesario, y sugerir medidas correctivas en el caso de disrupciones.

Cada enfoque a desarrollar un sistema integrado de soporte de decisión en el EMS tiene que tomar consideración de lo siguiente:

- Un número significativo de programas de análisis algorítmicos que ya se hayan desarrollado. El sistema propuesto deberá tener acceso directo a sus capacidades.

- La inteligencia artificial permite la translación del experto humano en una forma de implementación a la computadora. Para una eficiencia computacional una variedad de sistemas expertos que resuelven problemas sencillos necesitarán que estar integrados en un sistema coherente.

- La comunicación entre el operador y las herramientas de software que pueden ayudar al control del SEP deberá utilizar una MMI común.

- El sistema experto necesita un flujo de datos desde una base de datos del SEP.

- El sistema experto deberá tener capacidad en tiempo-real debido a la interpretación de datos del SEP entrantes en tiempo mínimos para advertir al operador de posibles respuestas a las disrupciones del sistema.

- El EMS deberá tener enlaces de comunicación eficientes entre unidades de solución de problemas, e.d. cerrar el acoplamiento entre diferentes tareas de solución de problemas requiere comunicación entre sistemas expertos y soluciones algorítmicas así como una comunicación entre diferentes sistemas expertos.

114

10.2 Monitoreo y Control con Seguridad

En el estado normal el operador desarrolla funciones de monitoreo de seguridad por medio de un cálculo de flujos de carga, análisis de contingencias, etc., para determinar acciones preventivas tal que el SEP permanezca en el estado de operación económico y confiable a pesar de un aumento de carga, por ejemplo. EN la elección de acciones preventivas el operador utiliza su experiencia y conocimiento intrínseco del SEP por un lado, y por el otro, los resultados de los algoritmos de monitoreo de seguridad. Una situación similar existe cuando el operador ha de elegir medidas correctivas para llevar al SEP desde el estado de alerta o un estado disruptivo al estado normal de operación. Una vez encontrado el SEP en problemas urgentes de resolución él está fuertemente estresado en el proceso de toma de decisiones por la presión del tiempo. Después de un apagón la restauración del SEP ha de llevarse a cabo tan rápido como sea posible. Como cada apagón tiene sus propias características específicas es necesario tener mucha experiencia para regresar al SEP a un estado normal de operación sin llevarlo a un esfuerzo extra. Además esto se deberá estar presente en mente que los grandes apagones no son frecuentes (o no deberían serlo), tal que la experiencia necesaria deberá ser ganada a través de los simuladores de entrenamiento.

El ejemplo de monitoreo de seguridad de la red será utilizado para demostrar las deficiencias de las soluciones algorítmicas actuales. El monitoreo de seguridad de la Red requiere análisis de los estados de operación actuales o planeados (después de la ejecución de las operaciones de suitcheo) para obtener una evaluación completa de seguridad del SEP. Los programas de corto circuito, análisis de contingencias, programas de estabilidad, etc. son herramientas algorítmicas importantes las cuales soportan al operador en la evaluación y elección de las mejores medidas preventivas o correctivas.

La evaluación crítica de soluciones algorítmicas muestra que aún estas son limitadas. El ejemplo de simulación de contingencias puede ser usado para ilustrar este punto. Tan pronto como sea posible expandir el programa de flujos de carga tal que este permita el cálculo de casos de contingencia definidos precisamente, este viene a ser posible obtener respuestas exactas concernientes a los estados de operación predictivos. La herramienta de software mejor adaptada para resolver este problema señala la deficiencia típica de las soluciones algorítmicas. El gran número de contingencias lleva a una alta carga a las computadoras. Además, se puede esperar mejoras si el número de contingencias pueden reducirse a aquellos que son realmente críticos para el estado actual de operación.

En general uno puede establecer que todas las tareas combinadas llevan a dificultades cuando los procedimientos algorítmicos son usados para su solución. Puede esperarse una mejora cuando esta sea posible al utilizar un enfoque basado en el conocimiento para seleccionar los casos críticos Un fuerte déficit de los actuales EMSs emergen cuando los resultados de procedimientos algorítmicos han de integrarse en el proceso de toma de decisiones del operador. El operador ahora tiene que evaluar los resultados de análisis sofisticados y programas de predicción. En donde se hayan violado restricciones técnicas y económicas él tiene que interpretar los resultados para tomar decisiones correctas. Como un ejemplo se puede tomar el caso de una condición amenazadora del modelo usado para estimación de estado (SE). Sólo un operador

115

experimentado en el EMS es capaz de reconocer en qué área de la red los resultados de SE son confiables y dónde la información adicional ha de ser agrupada (gathered) para obtener una generalidad completa del estado del SEP.

Para aumentar la disponibilidad del conocimiento necesario y experiencia, el procedimiento heurístico del operador ha de ser sistematizado por nuevos métodos de procesamiento de información. Los sistemas expertos pueden proveer herramientas poderosas hacia las soluciones para lo siguiente:

- Problemas combinatorios- Problemas complejos que no puedan ser descritos por uno o más algoritmos- Estados de operación inusuales en donde la experiencia del operador es

esencial para el correcto manejo de la situación.

La introducción de sistemas expertos en el EMS es una innovación similar a la del uso de una base de datos en la que en las aplicaciones de computadoras en la industria de potencia fueron posibles para un monitoreo y control de tiempo-real.

10.3 Definiciones

La investigación en Inteligencia Artificial puede clasificarse en tres áreas principales. La primera es concerniente con la robótica. Una relación estrechamente relacionada con la robótica y la Interfaz Hombre-máquina (MMI) en el EMS es la realización del lenguaje natural de sistemas input-output y proceso de grabado. El desarrollo de sistemas expertos (sistemas basados en el conocimiento) es la tercer área de interés donde el conocimiento y experiencia de los operadores para problemas bien definidos son utilizados en las soluciones heurísticas.

Los sistemas expertos son sistemas basados en el conocimiento que pueden utilizarse para resolver problemas por medio del conocimiento experto almacenado en la computadora. Los sistemas expertos asisten a los expertos para ayudarlos a:

1. Entender los problemas2. Resolver los problemas3. Explicar la solución4. Evaluar la solución5. Expandir el conocimiento6. Evaluar la propia competencia7. Estructurar el conocimiento.

Mientras que los primeros dos puntos se aplican tanto para soluciones algorítmicas como sistemas expertos, los puntos restantes son típicos para sistemas expertos. Puesto que sólo los puntos 3, 4 y 5 están disponibles para soluciones prácticas los sistemas basados en el conocimiento en operación actual pueden considerarse como un paso hacia la realización de un sistema experto.

Un sistema experto es una simulación basada en computadora de un procedimiento de solución de experiencia humana a un problema bien-definido; esto es la aplicación deberá estructurarse tal que el desarrollo de un sistema experto para soportar al ingeniero en control es una tarea que vale la pena. Los programas actuales de aplicación de potencia (e.d. corto circuito, estimación,

116

predicción de carga) están caracterizados por tiempos cortos de respuesta y confiabilidad limitada para datos de entrada atípicos. La complejidad de los diferentes problemas es limitada. Por otro lado, el trabajo del operador del SEP está caracterizado por su nivel de complejidad y por lo tanto de tiempos de respuesta largos relativamente. La solución de problemas dependen de la experiencia y el conocimiento del operador. Como un puente entre estas dos áreas, un sistema experto específico puede utilizarse para combinar los resultados algorítmicos con la experiencia del operador de una manera eficiente.

La aplicación de sistemas expertos en la operación de SEPs ayuda a utilizar el conocimiento y la experiencia del operador para desarrollar soluciones a problemas en donde los enfoques algorítmicos adolecen de solución o las soluciones matemáticas no pueden obtenerse dentro de un tiempo disponible.

En el pasado la programación de soluciones bien definidas había sido preparada por la formulación de algoritmos simples. La mejora de tales programas puede llevarse a cabo por algoritmos más refinados y e luso de hardware más potente. Actualmente se da una alternativa al enfoque algorítmico que describe problemas individuales por medio de reglas, e.d. en la forma de las reglas “if–then”. Estas reglas no han sido utilizadas en el pasado debido a la solución de problemas concentrados en el desarrollo de procedimientos numéricos aplicados generalmente.

La solución de problemas que pertenecen a un campo grande y complejo como la operación de un SEP por reglas lógicas “if-then” es una nueva forma de programación con la ayuda de optimizar las soluciones algorítmicas disponibles y la automatización de resolver problemas en el que en el pasado solo se cumplimentó por el operador humano. Como las correspondientes soluciones están a menudo en la forma de reglas heurísticas, el marco de solución relacionado es llamado un sistema experto.

Es típico para sistemas expertos que el conocimiento acerca de un problema específico y la aplicación de aquél conocimiento para resolver el problema están estrictamente separados. Esta separación ofrece significantes ventajas con respecto al desarrollo, modificación y verificación de sistemas expertos. Además esto permite una acumulación en adelanto del conocimiento y experiencia durante el uso de sistemas expertos. Finalmente, esto simplifica la documentación del sistema. Los nuevos lenguajes de programación tales como PROLOG, LISP, OPS5, etc. soportan esta separación en una manera efectiva.

Las futuras aplicaciones utilizarán el principio de sistemas expertos para adquirir un conocimiento más profundo a través de una base de conocimiento de una manera similar a la de una base de datos multi-usuario. Para este fin esto viene a ser necesario evaluar la competencia de un sistema experto para las diferentes aplicaciones. Conforme el tamaño del conocimiento base se incrementa es necesario estructurar automáticamente el conocimiento almacenado.

10.4 Estructura del sistema experto

La estructura de un sistema experto demuestra dos componentes típicos: la base del conocimiento y la máquina de inferencia. La Fig. 10.4-1 muestra los componentes de un sistema experto. La necesidad de describir el conocimiento en su estructura o aún un proceso de aprendizaje simple y completamente por medio de un editor de reglas señala las dificultades encontradas con la realización

117

de una base de conocimiento en una computadora. En un sistema experto existen tres componentes de conocimiento a ser administrados y utilizados:

- Conocimiento del dominio- Conocimiento del caso- Conocimiento deducido

Fig. 10.4-1: Estructura de un sistema experto

El conocimiento del dominio comprende el conocimiento de un dominio bien definido. La entrada del conocimiento se hace con el soporte de un experto. Esto se ha encontrado que la adquisición del conocimiento es una problema mayor en la construcción de un sistema experto. La entrada de las reglas es una tarea de consumo de tiempo (time consuming). Además la formulación del conocimiento heurístico requiere una gran experiencia del experto que provee el conocimiento.

El conocimiento del caso concierne a la descripción del caso a ser resuelto. La descripción del problema por medio de la inteligencia artificial, parámetros y variables del proceso son parte de esta tarea. Durante la descripción del problema el sistema experto lleva a resultados inmediatos que sirven como un conocimiento deducido. Esto también viene a ser parte de la base del conocimiento.La representación del conocimiento en la computadora comprende los tres tipos siguientes. Un diagrama de Venn usando álgebra booleana permite una combinación lógica de la información binaria para producir una declaración (statement). La Fig. 10.4-2 muestra un ejemplo simple donde las señales del sistema de protección por relevadores son usados para una localización de falla. La descripción explícita de todas las señales de los relevadores pertenecientes a una falla en particular sigue la evaluación automática de mensajes de alarma.

La lógica predicada es una forma más potente utilizada para la representación del conocimiento. Típico de esta lógica predicada es la separación entre las declaraciones verbales de una sentencia y la relación entre las diferentes declaraciones. Como un ejemplo, la sentencia “Transformador T2 es el transformador del generador G2” toma en la lógica predicada la siguiente forma:

118

Fig. 10.4-2: Representación del conocimiento usando álgebra booleana R7 : Relevador al inicio de la línea 123 R8 : Relevador al final de la línea 123 SR1 : Relevador de Protección secundaria a la respuesta de R7 y R8

La descripción explícita de las reacciones de relevador para una falla permite una localización de falla automática.

“es un transformador de (T”,G”)”.

Las cantidades en corchetes pueden ser variables o parámetros. En el primer caso la lógica predicada lleva a un conjunto de posibles soluciones; en el segundo esto lleva a una declaración “true” o “false”. La implementación más importante de la lógica predictiva es el lenguaje Prolog de computadora.

La tercera forma de representación del conocimiento está dada por la producción de reglas. Típicas reglas son las estructuras “if – then”. Una producción de regla lleva una salida de datos proveyendo todas las suposiciones de que la parte del “if” son totalmente satisfechas. Las reglas de producción son aplicables hasta que ya sea el conjunto esperado de salida de datos se obtienen o hasta que no haya más reglas de producción aplicables.

Fig. 10.4-4: Reglas de producción para la representación del conocimiento

La Fig. 10.4-3 muestra la función de las reglas de producción donde los datos de salida a1, a2, a4, a5, a6, a7 y a9 se generan desde los datos de entrada a1,

119

a4, a5, y a7. La cuarta regla de producción no se activa debido a que la declaración a8 no se satisface.

Después de la fase de aprendizaje y la descripción del problema, la base del conocimiento consiste de una selección de reglas. El uso de estas reglas son posibles a través de mecanismos que combinan automáticamente los hechos y reglas almacenadas. Esta parte del sistema experto es denominada “máquina de inferencia”. Dependiendo de la estrategia elegida (encadenamiento hacia delante o hacia atrás) la máquina de inferencia busca reglas específicas del caso dentro de la base del conocimiento para responder preguntas del operador. Como se muestra en la Fig. 10.4-4, la máquina de inferencia puede llevar a resultados intermedios antes de que la decisión final pueda ser tomada por el sistema experto. Otros componentes fuertes del sistema experto son el editor de reglas y las máquinas de entrada y salida (Fig. 10.4-1). La máquina de entrada soporta al operador en la descripción del problema. Este proceso es comparable a la fase de aprendizaje del sistema experto.

Fig. 10.4-4: Máquina de inferencia evaluando las reglas de producción

Muy importante en este aspecto es la interfaz a la base de datos en-línea del SCADA/EMS para tener un acceso rápido y directo a todos los datos que describen el estado operativo del sistema de potencia.

Cada decisión puede confirmarse por el sistema experto a la petición. En este fin las reglas usadas se sumarizan y se despliegan en una forma adecuada. Las cuestiones concernientes de “why” o “how” se pueden responder en esta manera.

La utilidad de cualquier sistema técnico depende mucho de la disponibilidad del conocimiento almacenado. Las interfaces a la base de datos en-línea y a los

120

enlaces del proceso de comunicación son necesarias para que los sistemas expertos sean utilizados en los EMSs.

Una base de datos es un buen ejemplo para mostrar cómo el conocimiento fáctico es implementado. El mecanismo para utilizar la base de conocimiento es un procedimiento simple de la representación del conocimiento. La inteligencia artificial está caracterizada por el hecho de que las soluciones a los problemas no solo se obtienen analizando el conocimiento fáctico. La razón para esto es la complejidad de problemas, e.d. un conjunto apropiado de reglas que podrían ser en extremo muy largas. Una segunda razón es el hecho de que la base de datos podría contener elementos que no son conocidos cuando la solución al problema está definida. Esta es la derivación de nuevos hechos (conocimiento deducido) utilizando información disponible y datos presentes que caracterizan principalmente el uso de sistemas basados en el conocimiento.

La computadora basada en la formulación por cualquier conocimiento heurístico disponible cuando la solución se especifica juega una parte importante en la construcción de mecanismo inteligente para resolver un problema (ingeniería del conocimiento). En este aspecto se deberán responder a las siguientes preguntas:

- ¿Cuál es la mejor representación del conocimiento para un problema dado? - ¿Cuál es el mecanismo de inferencia óptimo para procesar la información en

la base del conocimiento?

La respuesta a estas preguntas determina con mucho la aplicación y utilidad de un sistema experto para los EMSs.

10.5 Posibilidades y límites de sistemas expertos

A continuación se ilustrarán tres propiedades importantes de un sistema experto por aplicación práctica:

- Programación orientada a objetos- Representación de información heurística- Interpretación de resultados.

Dentro de los nuevos lenguajes de programación más importantes se puede mencionar el Prolog, el cual está basado en el concepto de que él mismo es una base de datos relacional. Así cualquier tipo de estructura de datos puede ser definida por el usuario. El acceso a la información almacenada es simple y confortable. La información base puede realizarse de manera que las suposiciones y restricciones de una caso específico son sólo solicitadas cuando sean requeridas. Las ventajas de la administración de datos dentro de la programación declarativa permiten una representación claramente arreglada de los componentes eléctricos del SEP junto con sus parámetros estáticos y dinámicos y medidas asociadas. El límite automático que verifica los datos individuales puede ser fácilmente realizado.

El desarrollo de programas algorítmicos requiere una descripción completa del problema, e.d. por ecuaciones algebraicas. Un gran número de declaraciones“if – then” es una desventaja en tal programa. Por otro lado, la inteligencia artificial utiliza un conocimiento incompleto para soluciones orientadas al problema.

121

Una propiedad importante de la formulación de soluciones basada en computadora usando soluciones parciales es el hecho de que la decisión final se puede justificar a través de reglas usadas durante el proceso de inferencia. La explicación de los resultados de un sistema experto es una consecuencia directa de la descripción explícita del conocimiento ganado de la solución.

Los sistemas expertos están limitados aún por los siguientes problemas:

- Posibilidades limitadas para el cálculo numérico dentro del sistema experto

- La interfaz a los programas algorítmicos es de mucho consumo de tiempo (time consuming)

- La implementación del sistema experto tiene una gran influencia sobre el tiempo de ejecución

- Los requerimientos de almacenamiento son grandes- La base del conocimiento completa, precisa y consistente requiere un

enorme desarrollo.

10.6 Aplicaciones

Los modernos SEPs se operan por una alta destreza de los operadores soportada por sistemas de control computarizados. El EMS es el centro de un sistema de control de red organizado a través de varios niveles de procesamiento de computadora. El objeto del EMS es asegurar la operación segura y económica de los SEPs. El enfoque tradicional numérico está principalmente diseñado para tratar con el estado normal de operación, siendo menos efectivo durante las emergencias. En tales situaciones, la solución descansa principalmente (fuertemente) sobre la experiencia y destreza del operador. Siguiendo a los eventos de emergencia se requiere de diagnosis y procesos de decisión soportado por un software más sofisticado. Las aplicaciones típicas son:

- Procesamiento de alarmas y diagnosis de fallas- Análisis de seguridad en estado estable y en estado dinámico- Determinación de medidas preventivas o correctivas- Control de Voltaje/Vars- Reconocimiento del modelo en la evaluación de seguridad- Restauración del Sistema Eléctrico de Potencia (SEP)

Por estas aplicaciones, la distinción entre problemas algorítmicos y lógicos es ayudar:

- Problemas algorítmicos son adecuados para tareas definidas numéricamente las cuales tienen una solución iterativa o recursiva, e.d. procedimientos de optimización

- Los problemas lógicos son adecuados para las tareas combinatorias o topológicas las cuales tienen una solución no numérica.

Basado en el concepto de que los sistemas expertos serán útiles para toda clase de problemas en donde alguna interpretación, combinación o evaluación de resultados se hacen necesarios muchos nuevos campos de aplicación dentro de un EMS que se puede entrever en la realización de la Interfaz Hombre-Máquina (MMI).

122

La Fig. 10.6-1 muestra una estructura simplificada de los actuales EMS. Actualmente se tienen disponibles muchos programas algorítmicos poderosos (llamados software de aplicación de programas) al operador en la forma de estimación de estado, flujos de carga en-línea, análisis de corto circuito, evaluación de seguridad.

Fig. 10.6-1: Control de sistema de potencia utilizando software de aplicación de programas

Para un monitoreo y control efectivo de un SEP el operador tiene que decidir cuál de estos programas debe utilizar en cualquier situación dada. Especialmente en situaciones de disturbios severos es difícil decidir qué programa utilizar para encontrar una solución orientada-al-problema tan rápido como sea posible.

La introducción de sistemas expertos en los EMSs permite la combinación de procedimientos algorítmicos y heurísticos. La acumulación de la destreza y experiencia en la solución integrada lleva a un nuevo EMS, como se muestra en la Fig. 10.6-2. Aquí los sistemas expertos soportan al operador en la elección de una herramienta óptima de EMS en cada estado operativo específico del SEP. El operador no tiene más que decidir qué herramienta algorítmica utilizar para encontrar la decisión operativa correcta. Así, la MMI inteligente realizada como un sistema experto asiste al operador en seleccionar cuál herramienta de software del EMS ha de utilizar.

123

Fig. 10.6-2: Control del Sistema Eléctrico de Potencia utilizando un EMS con un sistema experto integrado

10.7 Conclusiones

Los sistemas expertos proveerán nuevas e interesantes soluciones para las máquinas EMS del futuro. Para el desarrollo de nuevas aplicaciones se hace necesario desarrollar los siguientes tres pasos:

- Construcción de un prototipo- Integración del prototipo en el EMS en-línea- Mantenimiento y expansión del sistema experto.

Dentro de los sistemas expertos en el área de ingeniería de potencia existe todavía mucha investigación y problemas de desarrollo a ser resueltos. Básicamente existen tres clases de problemas:

- Mantenimiento y expansión de grandes bases de conocimiento- Propiedades en tiempo-real de sistemas expertos- Adquisición automática de conocimiento.

Al resolver estos problemas la separación clásica en investigación y futura aplicación no es muy factible. Una cooperación estrecha entre el desarrollador y el usuario de sistemas expertos es mandatoria. Los subproblemas tales como representación del conocimiento o interfaces de datos deberán ser coordinados y resueltos utilizando el conocimiento y la experiencia de toda la gente involucrada para obtener soluciones prácticas.

El tópico de sistemas expertos ha crecido rápidamente durante los últimos años (1985-1992). Esto ofrece nuevas e interesantes posibilidades en ingeniería de potencia. Para aplicaciones en Sistemas de Potencia los resultados disponibles

124

tienen que ser cuidadosamente analizadas y desarrolladas tomando las restricciones específicas del EMS en consideración. Esta es la única forma para llevar a cabo soluciones que son útiles para aplicaciones prácticas. Un buen entendimiento de los sistemas expertos y un conocimiento intrínseco de sistemas de potencia son prerrequisitos indispensables para una exitosa transferencia de esta nueva información de tecnología en la operación de Sistemas de Potencia.

Para la evaluación de sistemas expertos los siguientes aspectos pueden ser de utilidad. La inteligencia artificial ha iniciado un nuevo enfoque para el desarrollo de programas debido a la creación de nuevos lenguajes y representación del conocimiento. A través del uso de predicativos basados en el conocimiento o lenguajes orientados a objetos las alternativas equivalentes están disponibles a las soluciones algorítmicas utilizadas lejos en los EMSs.

Los sistemas expertos no deben verse como posibles reemplazos de soluciones algorítmicas sino como un suplemento y extensión. Ellos serán utilizados para la solución de aquellos problemas cuya solución basada en un algoritmo no se ha encontrado de manera satisfactoria. El uso de sistemas expertos para el monitoreo y control de SEPs afectarán grandemente el futuro de los EMSs hacia una flexibilidad y habilidad. Cuando los sistemas expertos se han instalado inicialmente, el mejor procedimiento es utilizar un hardware adicional que interfaza en-línea con el EMS.

La colaboración estrecha entre empresas, proveedores de EMSs e institutos de investigación es la clave para un desarrollo exitoso de nuevos EMSs utilizando sistemas expertos.

125

Glosario

El campo SCADA/EMS se ha expandido rápidamente sobre el pasado por varios años; como un resultado, aparece una nueva terminología a una tasa fenomenal. Sin embargo, la tecnología de control de red es aún un campo nuevo (1991 aprox).

La literatura refleja su inmadurez en dos formas. Primero la desconcertante tendencia para los especialistas de usar términos diferentes para el mismo concepto, o, quizá más peor, para los especialistas de usar la misma palabra para dar a entender cosas totalmente diferentes.

Este glosario está compilado de la información adquirida de numerosos libros, ‘journals’ y autoridades en el campo de despacho de potencia y técnica de computadoras.

Los propósitos del glosario son:

- Documentar un uso corriente de la terminología correspondiente- Cubrir una estandarización entre los términos de competencia y conflicto.

Los autores esperan que esta compilación ayudará a clarificar la terminología en el campo de control de red; sin embargo debido a otra definición para un glosario es: “ una lista de definiciones que no contienen la palabra que usted ve” los autores apologizan por cualquier omisión.

ACCESS TIME: el intervalo de tiempo entre el instante en el que los datos son llamados desde un dispositivo de almacenamiento y el instante en que estos son liberados completamente.

ADAPTIVE CONTROL: Un método de control en el que los medios automáticos están basados en el monitoreo de variables independientes utilizadas para cambiar los parámetros de control en una forma intencionada para mejorar el funcionamiento del sistema de control.

ADDRESS: Un número especificando donde una unidad de información es almacenada en la memoria de la computadora.

ALGORITMO: Un procedimiento paso-a-paso que tiene un inicio específico y un final, y está garantizado resolver un problema específico. Un procedimiento completamente especificado para llevar a cabo un cálculo de una cantidad finita de tiempo.

ANALOG COMMUNICATION: Transferencia de información de una cantidad variable continua, tal como el voltaje producido por un strain gauge o presión de aire en una línea neumática.

ANALOG DATA: Dato representado por una cantidad física que es considerada a ser una variable continua y cuya magnitud se hace directamente proporcional al dato o a una función adecuada de datos.

ANALOG INPUT: Una entrada eléctrica de valor variable provista al sistema administrador de energía por un dispositivo sensor.

126

ANALOG TO DIGITAL CONVERTER: Un circuito o dispositivo cuya entrada es información en forma analógica y cuya salida es la misma información en forma digital.

APPLICATION SOFTWARE: Un software específicamente producido por el uso funcional de un sistema de computadora; por ejemplo, un software de aplicación de potencia, en contraste al software del sistema.

ARIMA-Model: Autorregresive, Moving-Average. Un modelo para una serie estacionaria no estacional conteniendo parámetros regular auto-regresivo y regular de promedio móvil, donde la serie ha sido diferenciada para llevar a cabo estacionalidad (¿).

ARTIFICIAL INTELLIGENCE: El subcampo de la ciencia de computación concerniente con el desarrollo de programas inteligentes de computadora que incluye programas que pueden resolver problemas, aprender de la experiencia, entender lenguaje, interpretar escenas visuales, y, en general, comportarse en una forma que podría ser considerarse inteligente si lo observara un humano.

ATTRIBUTE: Una simple propiedad sujeta a un objeto. En sistemas de producción la memoria de datos puede representarse como un conjunto de elementos de valor atributo.

AUTOMATIC ENERGY CONTROL: Intercambio de energía inadvertido que puede pagarse.

AUTOMATIC GENERATION CONTROL/POWER SYSTEM FREQUENCY AND TIE-LINE CONTROL:Control de frecuencia y potencia en enlaces en un sistema de potencia. La regulación de la salida de potencia de generadores eléctricos dentro de un área preescrita en respuesta a cambios en la frecuencia del sistema, carga en enlaces, o la relación de estas unos a otros, tal como para mantener la frecuencia del sistema programada y/o el intercambio establecido con otras áreas dentro de límites predeterminados. Algoritmos de control que se ejecutan cíclicamente en tiempo-real como parte de un control de lazo cerrado sin interacción del despachador.

AUTOMATIC LOAD CONTROL: Control de cargas, e.d. por control ripple.

AUTOMATIC VOLTAJE CONTROL: Control de voltaje y producción de potencia reactiva

AVAILIBILITY: La probabilidad de que un grupo esté funcionando satisfactoriamente en cualquier instante de tiempo usado de acuerdo a condiciones designadas.

BACKTRACKING: Una estructura de control de programas de computadora de AI que está caracterizada por el regreso de la base de datos, o condiciones, en un proceso de solución de problemas a un estado previo para tratar una trayectoria de solución alternativa (ver la estructura de control).

BACK-UP: Actividades realizadas para la recuperación de datos o software, para el inicio de procesamiento, o para el uso de equipo de computadora alternativa después de una falla del sistema.

BACKWARD CHAINING: Un principio de resolver-problemas que intenta resolver un problema estableciendo un meta y mirando en la base del conocimiento para las condiciones que podrían causarlo a venir. Después de reiterar este proceso,

127

usando aquéllas condiciones como las metas e investigar para sus precondiciones, y así (ver forward chaining).

BATCH MODE: Un modo de ejecución del usuario de tareas no iniciadas sin la intervención intermediaria del usuario.

BATCH PROCESSING: La práctica de correr un chorro de programas a través a través de computadora tal que se ejecute desde el inicio para terminar sin la interrupción, e.d. opuesto a multiprogramación o tiempo compartido.

BAUD: La unidad de velocidad para comunicaciones de datos, igual al número de veces por segundo que una señal es alterada. Aunque un baud es usualmente equivalente a una tasa de bit, las técnicas de código hacen posible enviar más de un bit al mismo tiempo en algunos sistemas.

BLACK START: Reconstrucción del SEP después de una interrupción mayor.

BLACKBOARD: Un sistema arquitectónico que emplea una base de datos o memoria que es accesible a varios procesos, llamados fuentes de conocimiento. La memoria que es común a todos los procesos sirve como una base para comunicación de resultados intermedios entre reglas o fuentes de conocimiento.

BLACKOUT: Una interrupción completa del suministro de energía dentro de una cierta área o una empresa completa.

BOTTOM-UP: Pertenece a un enfoque que inicia con los componentes de software del nivel más bajo de una jerarquía y procede a través de niveles más altos progresivamente al componente del nivel tope; por ejemplo, diseño bottom-up, programación bottom-up, prueba bottom-up. En contraste con top-down. Una estrategia de procedimiento de lo más simple y concreto hasta lo complejo y abstracto.

BREATH-FIRST SEARCH: Un enfoque en el cual, empezando con el modo raíz, los nodos en el árbol de búsqueda son generados y examinados nivel a nivel antes de moverse al siguiente nivel.

BROWNOUT: Una interrupción de suministro de energía parcial dentro de una cierta área o una empresa total.

BUFFER: Un dispositivo de almacenamiento utilizado para compensar para la diferencia en la razón de flujo de datos o tiempo de ocurrencia de eventos cuando se transmiten datos de un dispositivo a otro.

CONTROL CENTRAL: Un sistema en donde todos los análisis de datos y acciones de control son llevados a un solo punto.

CENTRAL PROCESSING UNIT (CPU): La parte de la computadora que lleva la interpretación y ejecución de instrucciones. Esto no incluye la memoria o funciones entrada/salida.

CHI-SQUARE STATISTIC: En estimación para los modelos de Box-Jenkins, la estadística chi-cuadrada es utilizada para probar si un conjunto de auto-correlaciones residual hasta algún atraso k revela alguna evidencia que los residuales están correlacionados significativamente.

128

CLOSED-LOOP: Un sistema en el que el valor de alguna cantidad de salida se controla por retroalimentación del valor de la cantidad controlada, y utilizándola para manipular una cantidad de entrada para llevar el valor de la cantidad controlada cerca de su valor deseado. Un sistema de control en el que los datos de salida son medidos y retroalimentados al control para comparación con el datos de entrada, tal que la información fluye hacia a tras y hacia delante.

COMPLEXITY (SOFTWARE): El grado de complicación de un sistema o componente del sistema, determinado por tales factores como el número y lo intrincado de las interfaces, el número y lo intrincado de ramas condicionantes, el grado de anidamiento, los tipos de estructuras de datos, y otras características del sistema.

COMPUTER NETWORK: Un complejo de computadoras interconectadas.

COMPUTER-BASED SYSTEM: Un sistema administrador de energía en el que una computadora es el dispositivo de control central.

CONFIDENCE LEVEL: Las conclusiones estadísticas no son generalmente hechas con certeza absoluta. Cuando una hipótesis estadística es concluida a ser verdadera sobre la base de alguna prueba estadística, la conclusión es usualmente establecida en términos de un grado, o nivel, o confianza expresado en algún porcentaje.

CONTINGENCY ANALISYS: La predicción de condiciones de sistemas como un resultado de algún evento de salida. La meta de la función CA es planear una estrategia de defensa para contrarrestar las dificultades esperadas. Cálculo de los efectos de una salida de un elemento arbitrario dentro del sistema de potencia.

CONTROL ESTRUCTURE: Una construcción que determina el flujo de control a través del programa de computadora. Una estrategia solucionadora-de-problemas determinada ya sea por la máquina (arquitectura von Newman) o por el programa. La estructura de control significa la estrategia para manipular el conocimiento de dominio y el dato para resolver un problema.

CONVERSATIONAL: Perteneciente a un sistema interactivo que provee una interacción entre un usuario y un sistema similar a un diálogo humano.

DATA: Una representación de hechos y conceptos representados de una manera formalizada y adecuada para comunicación, interpretación, o procesamiento por un humano o medios automáticos; los datos nativos (raw) ganados desde los elementos del sistema de potencia tales como estado de un interruptor, medidos en valores analógicos, etc. (Datos vs. Información).

DATA ACQUISITION SYSTEM: Un sistema centralizado el cual recibe datos desde uno o más puntos remotos. Los datos pueden transportarse por telemedición analógica o digital.

DATA BASE: Un conjunto de datos, parte o todo el conjunto total de otros datos. Una colección de datos acerca de objetos y eventos en los cuales el conocimiento base trabajará para llevar a cabo resultados deseados. Una base de datos relacional es una en la que la relación entre varios objetos y eventos se almacenan explícitamente para flexibilidad de almacenamiento y recuperación.

129

DATA BASE MANAGEMENT SYSTEM: Un programa que habilita una base de datos a ser organizada para ser expedita el sorteo, actualización, extracción, o recuperación de información y generación de reportes o de salida deseada.

DATA ITEM: La unidad más pequeña externamente visible de datos en términos de la cual los registros, areas/archivos o colección de datos son construidos.

DATA STRUCTURE: Una representación formalizada de ordenamiento y accesibilidad de relación entre grupos de datos sin considerar a su actual configuración de almacenamiento.

DEBUGGING: Un procedimiento que se ejecuta siempre a un predicado particular acerca de una base de datos a ser verdadera.

DECLARATIVE KNOWLEDGE REPRESENTATION: Conocimiento acerca de la solución de una cierto problema que ha de ser codificado para preparar el proceso de resolver un problema computarizado. Las técnicas AI proveen nuevos conceptos diferentes para representar tal conocimiento que contrasta a la bien conocida forma algorítmica de codificar conocimiento utilizado para implementar un número de programas crunching como flujos de carga o estimación de estado. Probablemente el concepto más importante es la representación del conocimiento declarativo que describe un dominio del conocimiento en la forma de hechos y aciertos (ver knowledge representation).

DEPTH-FIRST SEARCH: En una jerarquía de reglas u objetos, el depth-first search se refiere a una estrategia en la que una regla u objeto sobre el nivel más alto es examinada y luego las reglas u objetos inmediatamente bajo a ser examinadas.

DIGITAL INPUT: Una entrada eléctrica de uno o más bits provistos al sistema administrador de energía.

DIGITAL TRANSMISIÓN: Un método de envío y recepción de información como un código de pulsos eléctricos o de luz dentro y fuera.

DIGITAL-TO-ANALOG CONVERTER: Es un interfaz para convertir datos digitales en datos analógicos. Es un dispositivo para trasladar una cantidad digital, representada como un número de unidades binarias, en un voltaje y corriente cuya magnitud está en alguna forma equivalente.

DISPATCHER (SYSTEM OPERATOR): Es la persona o personas encargadas con la operación del EMS, y por lo tanto manejan los controles del sistema de potencia, salidas planeadas, y transacciones potenciales con otras empresas.

DISPATCHING: Es el control general en tiempo-real del Sistema Eléctrico de Potencia incluyendo operaciones tales como: la asignación de la carga para estaciones específicas de generación y otras fuentes de suministro para efectuar el suministro de manera más confiable y económica a la demanda total; el control de operaciones y mantenimiento de líneas de alto voltaje, subestaciones, y equipo, incluyendo procedimientos de seguridad; la operación y suitcheo de enlaces principales; la programación de reducción de carga a través del uso de un sistema administrador de carga y dispositivos de corte de carga.

130

DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM: Una red de controles funcionando independientemente bajo la jurisdicción de un elemento de control central teniendo la capacidad en cada controlador de análisis de datos y acción de control.

DISTRIBUTION AUTOMATION: Un medio de llevar a cabo varias funciones en una o más líneas de distribución, dentro de los confines del lado de bajo voltaje de la subestación de distribución via un enlace de comunicación. La automatización de distribución incluye toda la comunicación y funciones de control para el sistema de distribución, tales como: control de carga, lectura remota de mediciciones; suitcheo de alimentadores; control del banco de capacitores; monitoreo de la temperatura de transformadores; localización y aislamiento de fallas.

DYNAMIC NETWORK COLOURING: Los desplegados dinámicos a color son provistos para mostrar efectivamente el estado eléctrico de la red. La función “informa” al operador qué línea o segmento de la red están aisladas o energizadas.

ECONOMY ANALYSIS: Son funciones para una operación óptima de costo efectivo de un sistema eléctrico de potencia

ENERGY MANAGEMENT SYSTEM (EMS): Es un sistema de control computarizado para el control de la potencia eléctrica y red de transmisión con funciones de análisis de seguridad y optimización económica. En términos generales es un conjunto de software y hardware cuyo propósito es el control y operación en tiempo real de un sistema eléctrico de potencia.

ENTITY: Un objeto, persona, lugar o evento en el mundo real el cual relaciona datos de la base de datos.

EQUIVALENT: Cálculo de equivalentes de red sobre una influencia activa y pasiva de sistemas de potencia vecinos no medidos.

EQUIVALENTE NETWORK: Una red que puede reemplazar una red dada sin cambiar las variables de estado en nodos frontera especificados.

ERROR DETECTING/CORRECTING: El uso de códigos de detección de errores de manera que un carácter o block detectado en error inicia automáticamente una petición para la retransmisión de la señal detectada en error o reconstruir el carácter original o bloque de un algoritmo de corrección de error.

ETHERNET Una red local para el envío de mensajes entre computadoras por medio de un cable coaxial sencillo.

EVOLUTIONARY DEVELOPMENT: La práctica de un diseño iterativo, implementación, evaluación, y refinamiento de aplicaciones de computadora.

EXPERT SYSTEM (XPS): Un programa de computadora que utiliza la representación de un dominio de conocimiento y una amplia variedad de técnicas de razonamiento para resolver problemas que requiere normalmente las habilidades de expertos humanos. Un sistema experto consiste típicamente de dos componentes estrictamente divididos. El conocimiento base cargado en un archivo base del conocimiento editable que contiene el dominio y el conocimiento específico de aplicación, e.d. codificado en expresiones de lógica de primer orden(¿). El segundo componente de un sistema experto es la máquina de inferencia que aplica el conocimiento provisto por la base del conocimiento para encontrar soluciones

131

a problemas definidos por el usuario. La máquina de inferencia no contiene aplicación específica de información, por lo tanto podría ser usada en dominios de aplicación bastante diferente determinados por el actual archivo base de conocimiento cargado (ver knowledge base and inference engine).

EXPERTISE: Experiencia en un dominio especializado. Un sistema experto se dice que tiene experiencia en su dominio si su funcionamiento es comparable al de un humano con 5 a 10 años de entrenamiento y experiencia en el dominio. El experto a menudo consiste de cantidades masivas de información combinadas con reglas de thumb, simplificaciones, hechos, y procedimientos que uno puede analizar tipos específicos de problemas de una manera eficiente.

EXPLANATION FACILITY: Debido a lo explícito y a la representación más declarativa del dominio del conocimiento dentro de un sistema experto, es posible proveer razones para una solución encontrada por la máquina de inferencia. La facilidad de la explicación describe qué parte de un sistema experto dice qué pasos y qué conocimiento son involucrados en el procesamiento por el cual este llega a una solución.

EXTENDED REAL-TIME FUNCTIONS: Son funciones avanzadas predictivas o profilácticas de aplicación de potencia. La computadora ayuda antes de la toma de decisiones por el personal de operación.

FAILURE: La terminación de la habilidad de una unidad para llevar a cabo su salida de una misión asignada.

FAULT: Un atributo el cual afecta adversamente la confiabilidad del grupo.

FAULT IDENTIFICATION: Función de la automatización distribuída utilizada para localizar fallas primarias.

FAULT-TOLERANT COMPUTING: La habilidad para ejecutar algoritmos exitosamente sin considerar errores de software y fallas de hardware.

FIBRE OPTICS: Es una técnica de comunicación en donde la información es transmitida en la forma de luz sobre una material de fibra transparente tal como un trenzado de vidrio. Las ventajas son que la información está libre de ruido y no es susceptible a la interferencia electromagnética.

FIFTH-GENERATION COMPUTERS: La siguiente generación de máquinas computadoras. Se supone que ellas serán más grandes y más rápidas e incorporarán nuevos diseños fundamentales. El proceso en paralelo, la habilidad de una computadora para procesar varios programas diferentes simultáneamente, se espera que resulte en un incremento masivo en potencia computacional.

FILE: Una colección de registro de datos tratados como una sola unidad sencilla.

FIRST-ORDER PREDICATE LOGIC: La lógica prédica de primer orden permite aserciones a realizarse acerca de variables en proposición. Por lo tanto es una forma popular de lógica usada por la comunidad de AI para la representación de conocimiento y llevar a cabo inferencia lógica (ver knowledge representation)

132

FORECAST: Una predicción numérica para una serie de tiempo de lo que pasará en algún periodo futuro, a lo largo con una evaluación o medición de incertidumbre en la predicción.

FORECASTING OR PREDICTIVE DEMAND CONTROL: Un algoritmo de control de demanda donde la demanda se calcula para el intervalo de demanda basado en la historia, tasa incremental de uso, y el tiempo restante en el intervalo.

FORWARD CHAINING: Principio de resolver-problemas caracterizado por el trabajo hacia las conclusiones de hechos conocidos. El método que empieza con el conocimiento inicial y aplica reglas de inferencia para generar un nuevo conocimiento hasta que cada uno de las inferencias satisface una meta sin fuertes inferencias que puede hacerse. En los sistemas de producción forward-chaining, la aplicabilidad de una regla está determinada comparando las condiciones especificadas en su lado de mano izquierda contra el conocimiento actualmente almacenado en los datos de memoria. Un sistema experto que emplea técnicas forward-chaining es también llamado un sistema de manejo de datos.

FRAME: Una representación de conocimiento basado en la idea de una marco de referencia. Un marco lleva con un conjunto de ranuras que puede representar objetos que son normalmente asociados con el sujeto del marco. Las ranuras que pueden puntualizarse uno al otro de las ranuras o marcos.

FULL DUPLEX: Un canal de comunicación que transmite señales de datos en dos direcciones simultáneamente.

FUNCTIONAL DECOMPOSITION: Un método de diseño (concepción) de sistema por descomposición de sus componentes de manera que los componentes se corresponden directamente a las funciones y subfunciones del sistema.

FUNCTIONAL REQUIREMENT: Un requerimiento que especifica una función que un sistema o componente del sistema deberá ser capaz de llevar a cabo.

FUZZY LOGIC: Un enfoque para aproximar un razonamiento en el que los valores-verdad y cuantificadores son definidos como distribuciones de posibilidad que llevan etiquetas lingüísticas, tales como verdad, muy verdadero, no muy verdadero, no mucho muy, poco, y varios. Las reglas de inferencia son aproximadas, más que exacto, en orden para mejor manipular la información que está incompleta, imprecisa o no confiable.

GARBAGE COLLECTION: Una técnica para reciclar celdas de memoria de computadora que no están más en uso.

GAUSSIAN: Una distribución gaussiana es una distribución de frecuencia para un conjunto de datos variables, algunas veces llamada distribución normal y representada típicamente por una curva acampanada que es simétrica cerca de la media.

GENERATION SCHEDULING AND CONTROL: Un conjunto de funciones EMS que regulan la salida de potencia real de generadores, calcula la salida de potencia real para generadores en-línea, y provee administración de archivos del despachador para programar intercambio de potencia y de los sistemas vecinos. La programación de instalaciones de generación para un periodo especificado.

133

GOAL DRIVEN: Un enfoque de resolver-problemas que trabajan hacia atrás (backward) de la meta. Un enfoque top-down a menudo referido como “hipótesis y prueba”.

HALF DUPLEX: Un canal de comunicaciones que transmite señales de datos en dos direcciones, pero no simultáneamente.

HEURISTIC: Conocimiento experimental, juicioso; el conocimiento subrayado “experto”; reglas de thumb, reglas de buen inicio, que usualmente llevan resultados deseados pero no los garantiza. Un proceso, algunas veces una regla de thumb, que pueden ayudar en la solución de un problema pero no garantiza la mejor solución o de cualquier solución. El efecto primario de heurístico es eliminar la necesidad para examinar cada enfoque posible. El conocimiento derivado de la experiencia. Una de los mayores obstáculos en proveer máquinas con inteligencia es la actual inhabilidad para definir y estructurar la heurística para la programación por computadora.

HIERARCHICAL DECOMPOSITION: Un método de diseñar un sistema por descomposición hacia debajo de sus componentes a través de una serie de refinamientos top-down.

HIGH-LEVEL LANGUAGE: Un lenguaje en el que las instrucciones se reensamblar más estrechamente en inglés. Una instrucción de lenguaje de alto-nivel es a menudo convertida en varias instrucciones en lenguaje de máquina.

ICON: un símbolo como imagen al cual un usuario de computadora puede seleccionar un dispositivo de interfaz para escoger una función, tal como “move window”.

INFER: Derivar por razonamiento; para concluir o juzgar por premisas o evidencias.

INFERENCE: El proceso de alcanzar una conclusión basada en un conjunto inicial de proposiciones, la verdad(es) de la cual se conocen o se suponen. Un proceso por el cual se derivan nuevos hechos de hechos conocidos.

INFERENCE CHAIN: La secuencia de pasos o aplicaciones de reglas usadas por un sistema basado en reglas para alcanzar una conclusión.

INFERENCE ENGINE: La parte más importante de un sistema experto además de la base del dominio del conocimiento específico. La aplicación de la máquina de inferencia independiente utiliza el conocimiento representado en la base del conocimiento. En orden, para encontrar la solución a problemas la máquina de inferencia infiere reglas junto con los datos que describen el problema actual (ver expert system).

INFORMATION: Datos en los que se ha transformado, convertido, relacionado, comparad, calculado. (Información vs. Datos)

INTERCHANGE TRANSACTION EVALUATION: Determinación de la economía de intercambio de energía entre empresas.

KNOWLEDGE: La información a un programa de computadora deberá tener inteligencia. Los hechos, creencias y reglas heurísticas. Una colección integrada de hechos y relaciones que, cuando se ejercitan, produce un

134

funcionamiento competente. La cantidad y calidad de conocimiento posesionado por una persona o por una computadora que puede juzgarse por la variedad de situaciones en las cuales la persona o programa puede obtener resultados exitosos.

KNOWLEDGE ACQUISITION: El proceso de extraer dominio de conocimiento de dominio de expertos. El proceso de incorporar dominio de conocimiento en un sistema experto por extracción de sus expertos de dominio y codificando la información en una representación interna, tales como reglas.

KNOWLEDGE BASE: La parte del sistema basado en conocimiento que contiene un dominio de conocimiento específico y heurístico que deberá aplicarse por la máquina de inferencia. La base de datos se hace no meramente de archivos de contenido uniforme, sino de hechos, inferencias, y procedimientos correspondientes a los tipos de información necesaria para la solución de problemas. El conocimiento base de los sistemas expertos es típicamente intercambiables vía archivos para alimentar a la máquina de inferencia con conocimiento de diferentes aplicaciones (ver expert system).

KNOWLEDGE ENGINEERING: El trabajo de los ingenieros de software quienes adquieren conocimiento para sistemas basados en conocimiento y deciden cómo representarlo para el uso en el sistema. Se deberá mencionar dos aspectos importantes de la tarea del ingeniero del conocimiento. Por un lado éste trata con las cuestiones de la adquisición del conocimiento, e.d. técnicas de entrevistas para extraer la experiencia en orden para describir el conocimiento relevante. Por otro lado, el ingeniero del conocimiento ha de decidir cómo representar el conocimiento experto y cómo usarlo en orden para llegar a un funcionamiento óptimo del sistema experto (ver knowledge representation).

KNOWLEDGE REPRESENTATION: En orden para automatizar la aplicación del conocimiento experto, éste se deberá transformar en una forma más estructurada capaz de “ser bien entendida” por la computadora. La representación del conocimiento significa una estructura en la que el conocimiento puede almacenarse en tal forma que permite al usuario y al sistema entender la relación entre áreas de conocimiento y manipular aquéllas relaciones (ver first order predicate logic).

LAYERING: Un método de organizar datos lógicamente en una base de datos. Funcionalmente, las diferentes clases de datos son segregados en capas separadas, cada una de las cuales puede desplegarse individualmente, o en cualquier combinación deseada.

LIMIT CHECK: Determinación de aquellos componentes con las condiciones de operación que exceden límites.

LISP: Un lenguaje de programación diseñado específicamente para manipular símbolos más que datos numéricos.

LOAD BUS: Un nodo con entrada predeterminada de potencia activa y reactiva (bus P-Q).

LOAD FORECAST: Una estimación de la carga esperada de una red en una fecha futura dada.

135

LOAD FORESCASTING: Carga pronosticada, basada en curvas de carga medida considerando los efectos climáticos (temperatura, humedad, etc.).

LOAD MANAGEMENT (Usuario): Como una parte de administración indirecta de la carga, el monitoreo y control automático por un usuario de su carga para tomar ventaja de la tasa eléctrica de incentivos económicos. La administración de la carga es la acción(es) iniciada por la empresa o uno o más de sus clientes como un resultado de incentivos financieros para: controlar el crecimiento de la carga; alterar la forma dela curva de carga; incrementar el suministro a través de recursos no utilitarios o no tradicionales. Las acciones pueden iniciarse para: reducir gastos de capital; mejorar limitaciones de carga; proveer para un despacho económico; reducir el costo de servicio; mejorar el factor de carga; mejorar la confiabilidad del sistema.

LOAD SHEDDING: El proceso, implementado por los controladores de la carga o controladores de la demanda, de usuario removido de cargas preseleccionadas.

LOAD STABILITY: La capacidad de una carga que consiste de máquinas rotatorias para alcanzar un estado estable de operación después de una interrupción.

MASTER: El complemento entero de dispositivos, módulos funcionales, y ensambles que están eléctricamente interconectadas para efectuar funciones supervisorias de estación maestra. El equipo incluye el interfaz con el canal de comunicación pero no incluye el canal de interconexión.

MODEM: Un acrónimo para modulador/demodulador. Un dispositivo de hardware usao para el cambio de información digital hacia y desde una forma analógica para permitir transmisión sobre circuitos de voz.

MONITORING (SECURITY MONITORING): El monitoreo de seguridad es la identificación en-línea y el despliegue dinámico de las actuales condiciones de operación del Sistema Eléctrico de Potencia.

MULTIPLEX: To interleave o transmitir simultáneamente dos o más mensajes sobre un solo canal.

NETWORK TOPOLOGY: La posición relativa de los elementos ideales representando una red eléctrica.

OBSERVABILITY: Se dice que un SEP es observable, en el sentido de estimación de estado estático para una conjunto de mediciones dado M, si las magnitudes de voltaje y ángulos de bus a través del sistema se pueden determinar a través del procesamiento de las mediciones en M por un estimador de estado estático. La determinación de las partes observables del SEP, basada en los resultados de topología y mediciones analógicas disponibles.

OPEN-LOOP: Un sistema de control en el que las salidas del sistema son controladas por las entradas al sistema solamente, y no se toman en cuenta para la actual salida del sistema.

OPTIMAL POWER FLOW: La determinación de acciones correctivas para llevar a cabo un flujo mínimo de potencia activa considerando las restricciones de seguridad.

136

PARALELL PROCESING: El procesamiento simultáneo de varios comandos o reglas, opuestas al procesamiento secuencial en una convencional arquitectura de computadoras (von Newman) (ver von Newman Architecture).

PATTERN RECOGNITION: Un principio de problema computarizado resolviendo ayuda en la clasificación de datos en una categoría predeterminada (¿)

PERFORMANCE REQUIREMENT: Un requerimiento que especifica una característica de funcionamiento que un sistema o componente del sistema deberá poseer. Por ejemplo, velocidad, precisión, frecuencia.

PLAUSIBILITY: Plausibilidad de verificar la posición del interruptor y medidas analógicas.

POWER APPLICATION SOFTWARE (PAS): Conjunto de funciones que ayudan al operador en su proceso de toma de decisiones. El dominio PAS está cruzando las fronteras tradicionales entre: ingeniería de sistemas de potencia; ingeniería de control automático; análisis numérico; ingeniería de software. PAS es un dominio multidisciplinario o campo de conocimiento.

POWER SYSTEM: Un sistema de potencia que puede considerarse como un proceso complejo en el que la energía es transformada desde un estado fósil, nuclear o hidro en electricidad, es transmitido y distribuido y finalmente liberado a ser transformado en trabajo útil.

POWER SYSTEM STABILITY: La capacidad de un SEP para regresar a un estado estable, caracterizado por la operación síncrona de generadores después de una interrupción debido, por ejemplo, a la variación de potencia o impedancia.

PROTECTIVE RELAYING: El proceso de implementar equipo, o ambos para una utilización remota del circuito de control de un detector o aparato u otra condición de una naturaleza anormal o peligrosa.

PROTOCOL: El método o código que describe adherencia al orden, preferencia, y procedimiento utilizado en un sistema de control. Este describe la estructura del método utilizado para comunicar los elementos del sistema de control.

RADIAL OPERATION: El método de operación donde cada punto de una parte dada de una red es alimentada a lo largo de solo una trayectoria.

REACTIVE POWER COMPENSATION: Una acción para optimizar la transmisión de potencia reactiva en la red como un todo.

REACTIVE-POWER VOLTAJE CONTROL: Control de voltaje por el ajuste de generación de potencia reactiva en un SEP.

REAL-TIME: Perteneciente al proceso de datos por una computadora en conexión con otro proceso externo de la computadora de acuerdo a los requerimientos de tiempo impuesto por el proceso exterior. Este término se utiliza también para describir sistemas operativos en modo conversacional, y procesos que pueden ser influenciados por la intervención humana mientras que están en progreso.

REDUNDANCY: La existencia de dos o más medios para llevar a cabo una función especificada.

137

REDUNDANCY FACTOR: Un valor numérico caracterizando el conjunto de mediciones disponibles para el estimador de estado de una variable de estado de la red 2n-1; n denota el número de buses: = m/(2n-1).

REFERENCE NODE: el nodo de una red donde la fase del voltaje del nodo en el plano complejo es arbitrariamente fijado, en referencia al cual las fases de las variables de estado del sistema han de ser medidas.

REGULATING ENERGY OF A SYSTEM; POWER/FREQUENCY CHARACTERISTIC: Para un sistema de potencia el cociente del cambio de la demanda de potencia activa por el cambio correspondiente de frecuencia en la ausencia del control secundario.

RELATIONAL MODEL: Un medio que describe la estructura de datos en la cual todos los datos se muestran como pertenecientes a tablas simples. No se predefinen trayectorias de acceso y la relación existe sólo por virtud de ciertos campos en una tabla que tiene el mismo valor que ciertos otros campos en otra tabla.

RELIABILITY: La probabilidad de que un grupo llevará a cabo su misión requerida satisfactoriamente para un periodo especificado de tiempo cuando se use de acuerdo a condiciones diseñadas.

REMOTE TERMINAL UNIT (RTU): Se refiere al equipo de estación remota de un sistema supervisor.

RIPPLE CONTROL: Un sistema de comunicaciones de baja frecuencia (100-500 Hz) instalado dentro de una red de potencia eléctrica para suitchear carga.

SCADA-SUPERVISORY CONTROL AND DATA ACQUISITION: Se requirieron de veinte años antes de que el término SCADA ganara aceptación y alguna medida de definición. La idea generalmente aceptada del sistema SCADA es una mezcla de algunos de lo siguientes: varios procesadores en sitios remotos que transmiten datos ya se en demando o en la ocurrencia de un evento (Remote Terminal Units); un supervisor central para proveer un alto nivel de cálculo de carga, generalmente una estación maestra o host; un sistema de transmisión de larga distancia entre las unidades terminales remotas (RTUs) y el supervisor central; un sistema codificado para asegurar la seguridad y confiabilidad de la información transmitida. El SCADA se basa en la filosofía “un-sensor-una-señal”. El análisis está basado en el proceso primario de datos consistente de indicaciones binarias de estado, información de exceso de límite o valores analógicos.

SECONDARY CONTROL: Control coordinado de potencia activa suministrado a la red por generadores particulares.

SECURITY ASSESSMENT: La seguridad de operación de un SEP evaluada por comparación de la operación de elementos individuales y el sistema como un todo contra límites predefinidos.

SECURITY MONITORING: Cálculo de un completo, confiable y consistente conjunto de datos, tomando en consideración la influencia de sistemas vecinos, para proveer información precisa acerca de la actual situación del SEP, independiente de los errores de medición y salidas medidas.

138

SHORT CIRCUIT CALCULATION – ASIMMETRICAL: Cálculo de potencia de corto circuito asimétrico y verificación contra la capacidad interruptiva de los circuitos interruptores.

SHORT CIRCUIT CALCULATION – SYMMETRICAL: Cálculo de potencia de corto circuito simétrica y verificación contra la capacidad interruptiva de los circuitos interruptores.

SHORT-CIRCUIT CALCULATION: Cálculo de corrientes y voltajes dentro de una red sujeta a un corto circuito.

SHORT-CIRCUIT CURRENT: La corriente que fluye en un punto dado de una red resultante de formar una corto circuito en otro punto de esta red.

SHORT-CIRCUIT CURRENT STABILITY: El valor permisible de la corriente de corto circuito en un componente de la red para una duración especificada.

SIMPLEX CIRCUIT: Un canal de comunicación capaz de transmitir señales de datos en una sola dirección.

SIMULATION: La representación de características seleccionadas concernientes al comportamiento de un sistema físico o abstracto por otro sistema. En un sistema de computadora digital, la simulación se hace por el software.

SIMULATOR: Un dispositivo, sistema procesador de datos, o programa de computadora que representa ciertas características del comportamiento de un sistema físico o abstracto.

SLACK BUS: un bus infinito en donde la magnitud de voltaje es predeterminado y el cual es al mismo tiempo un nodo de referencia y bus de balance.

STABILITY: La evaluación de estabilidad transitoria consiste de determinar si las oscilaciones del sistema siguiendo una salida o una falla de corto circuito causará pérdida de sincronismo.

STATE DETERMINATION: Está diseñado para determinar el estado actual de operación del SEP basado en mediciones de tiempo-real. La ayuda del estimador de estado (SE) es calcular cantidades no medidas, para mejorar cantidades medidas y detectar mediciones malas y por lo tanto producir un conjunto de datos completo, consistente y confiable, basado en las mediciones totales redundantes. La función estimador de estado determina el “mejor” estimado del estado de la red (voltajes complejos nodales que minimizan la suma de error de medición por mínimos cuadrados). SE es un esquema de proceso digital y decisiones de despacho necesarias en la operación del SEP. SE puede definirse como el proceso de calcular el voltaje nodal de red y luego los flujos de línea, cargas nodales, etc. de mediciones hechas en la red en un tiempo de muestra. SE transforma las lecturas medidas en una estimación del vector de estado del sistema o del estado estático. SE es un algoritmo que estima el estado del SEP a partir de mediciones adquiridas y de características físicas conocidas.

STATE ESTIMATION: El cálculo de las corrientes y voltajes más probables dentro de la red en un instante dado por medio de resolver un sistema de ecuaciones no lineales cuyos parámetros se obtienen por medio de mediciones redundantes.

139

STATUS: Información que describe un estado lógico de un punto o equipo.

STEADY STATE OF A SYSTEM: Las condiciones de operación de una red en las que las variables de estado del sistema se consideran constantes sensiblemente.

STEADY STATE STABILITY OF A POWER SYSTEM: La estabilidad del SEP en la que cualquier interrupción que ocurra tiene sólo una pequeña razón de cambio y pequeñas magnitudes relativas.

SUPERVISORY CONTROL: Un arreglo para el control y supervisión selectivo de aparatos localizados remotamente usando técnicas multiplexing.

SUPERVISORY CONTROL AND DATA ACQUSITION (SCADA): Un conjunto de funciones que adquiere y procesa datos en tiempo-real y los presenta al operador del sistema. El operador también utiliza este conjunto de funciones para controlar equipo remotamente en el SEP.

SUPERVISORY CONTROL FUNCIONS: Equipos gobernados por este estándar que comprende uno o más de las siguientes funciones: funciones de alarma; función analógica; función de control: función de indicación (estado); función acumulador; función de secuencia de eventos.

SYSTEM PARAMETERS; SYSTEM CONSTANTS: Las cantidades consideradas como siendo fijas que caracterizan los componentes del sistema. Ejemplos: impedancias, admitancias, relaciones de transformación.

SYSTEM STATE VARIABLES: Las cantidades variables asociadas con el estado eléctrico del sistema. En general, las variables de estado del sistema que son idénticas a los voltajes complejos de bus. Con estas variables de estado del sistema se pueden calcular todas las otras cantidades eléctricas (potencia actual).

TIME SERIES: Un conjunto de valores numéricos que representa el nivel y el estado de algunas actividades en el tiempo.

TOP-DOWN: Perteneciente a un enfoque que empieza con el componente del más alto nivel de una jerarquía y procede progresivamente a través de niveles más bajos.

TOPOLOGICAL DIAGRAM OF A NETWORK: La representación pictográfica de la topología de la red.

TOPOLOGY: La función topología determina la conectividad de los elementos de la red basada en las posiciones específicas de los suitches. El modelo resultante nodo/rama se utiliza por un número de otras funciones PAS. La función topología está diseñada para determinar la conectividad de la red del sistema de potencia basada en la posición de los suitches. La función topología es necesaria para soportar todos los programas de análisis de la red; estos programas requieren que la estructura de la red esté definida en términos de nodos y ramas. Usando el modelo de elemento, las conexiones topológicas y el estado actual del suitch, el programa de topología construye un modelo nodo/rama.

TRANSIENT STABILITY OF A POWER SISTEM: Una estabilidad del SEP en la que cualquier interrupción puede tener grandes tasas de cambio y/o grandes magnitudes angulares relativas.

140

TRANSIENT STATE OF A SYSTEM: La condición operativa de una red en la que al menos una de las variables de estado está cambiando, usualmente por un periodo corto.

TRANSMISSION LOSS CALCULATION: Cálculo de coeficientes de pérdidas por transmisión para el cálculo de despacho económico, basado en la actual condición de la red.

UNIT COMMITMENT: Planeación de la operación de estaciones térmicas de potencia, basada en el pronóstico de carga, costos de arranque-paro, costos de operación, costos stand-still, etc.

VIRTUAL MEMORY: Espacio de almacenamiento que es el espacio de la memoria periférica o auxiliar direccionable por el usuario; Así la memoria virtual es percibida a ser el principal espacio de almacenamiento. Un método de programación que permite el sistema operativo para proveer esencialmente un espacio ilimitado de dirección del programa.

VIRTUAL MEMORY/VIRTUAL STORAGE: El espacio de almacenamiento que puede considerarse como el espacio principal de direccionamiento por el usuario de un sistema de computadoras en el cual las direcciones virtuales son mapeadas en direcciones reales.

VOLTAGE REDUCTION: Como una función combinada o coordinada de subestación y automatización de alimentador, el proceso de, o equipo para una conservación temporal de energía, implementada a través de reducir el voltaje de distribución eléctrico por un porcentaje seleccionado.

VOLTAGE/REACTIVE POWER OPTIMISATION: La determinación de acciones correctivas para llevar a cabo el mínimo flujo de potencia reactiva y observar el perfil de voltaje apropiado tomando en consideración las restricciones de seguridad.

VON NEUMANN ARCHITECTURE: Casi todas la computadoras actuales son de una arquitectura que utiliza un proceso secuencial. Algunas simplificando las líneas dentro del código del programa fuente de computadora que podría ser entendido como una secuencia de comandos ejecutados por la máquina una después de la otra (ver paralell processing).

WHEELING: Una técnica por la cual una empresa, localizada entre otras dos, transfiere potencia de su vecino por un lado a su vecino por el otro.

WHELLING SERVICE: El uso de y acceso a las instalaciones de transmisión de un sistema para transmitir potencia o energía de y para el otro sistema o usuario no-continuo.

ZOOM: En gráficas de computadora, el escalado continuo del despliegue de elementos de la imagen a desplegar para percibir y manipular detalles más claramente la cual no son percibidos rápidamente en la vista previa.

141

Referencias

142

143

144

145

146