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Página Nº 1
Jornada de Capacitación Técnica
Calidad de Servicio y Eficiencia
Energética en Sistemas de
Distribución
Implementación de Smart Grid en
Sistemas de Distribución
Disertante: Carlos O. Maidana
Dpto. : Ingeniería de Obras
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Que engloba el concepto de Smart Grid?
“El concepto Smart Grid consiste en la incorporación de “inteligencia” a la operación de las
Redes Eléctricas a través del uso de nuevas tecnologías. Es un conjunto de agentes, que
integran funcionalidades para obtener una red siempre disponible, viva, interactiva,
interconectada y fuertemente acoplada con las comunicaciones en tiempo real”
El objetivo principal: suministrar un servicio de electricidad de calidad al usuario final.
EQUIPOS O AGENTES: Unidad computacional inteligente con capacidad de razonamiento y
decisión autónoma, con sus propios objetivos, estrategias, planes y capacidades de acción
•Percibe su entorno y es capaz de actuar sobre él
•Puede comunicarse y cooperar con otros agentes
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Agentes Participantes de un Smart Grid
Conjunto de agentes inteligentes con intereses y objetivos propios que interaccionan entre si
con la intención de cumplir con sus obligaciones
Plataforma distribuida de unidades de toma de decisión autónomas e interconectadas
capaces de comunicarse y colaborar
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Capacidades de los equipos para una
Red Inteligente
Equipos con Inteligencia propia y capacidad de Detección de eventos. (Reguladores de
Voltajes, Reconectadores, Seccionalizadores, Indicadores de Pasos de fallas, etc.).
Redes de comunicación correctamente implementadas entre equipos.
Información y/o Avisos instantáneos (email, sms, panel de alarmas, softwares
propietarios).
Elementos y Funciones necesarios
Elementos y Funciones Colaboradores
Sistema de Supervisión y Control (SCADA, Paginas web embebidas, SCADA Web, etc).
Redes de comunicación hacia los centros de supervisión.
Palabra Clave: Modernización
Replanteamiento de la Red Eléctrica según una nueva visión hacia un futuro
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Partes Componentes de una Red
Inteligente
Smart
Grid Comunicaciones
Indicadores
de paso
de falla Seccionador
Reconectador
Seccionalizador
SCADA
Operadores
Personal
De Guardia
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Ejemplo de Agentes Inteligentes Activos
Reguladores Automáticos de Voltaje
Reconectadores Automáticos
Reposición Automática
del Servicio
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Agente de Información
Otros participantes de un sistema Smart Grid son los Indicadores de Pasos de
Falla, que, si bien no realizan una operación o maniobra en la Red, son
necesarios para minimizar la búsqueda de fallas y reposición de la red al
servicio.
Indicadores de Cortocircuito
y Fallas a tierra
Indicación remota por medio de
enlaces Celular
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Dos conceptos importantes
1) SMART GRID en Redes de Distribución (Redes Inteligentes)
2) AUTOMATIZACION en Estaciones Transformadoras
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Sistema Smart Grid vs Automatización
de Subestaciones
Limite de Estación Transformadora
Alimentadores de Salidas
ESTACION TRANSFORMADORA
(Automatización de SETs)
SISTEMA DE DISTRIBUCION
(Smart Grid)
SCADA Sistema de Supervisión
RTU (Unidad Remota de
Telecontrol)
Equipos
Protocolos de comunicación
Redes de Comunicación
Automatismos mediante
IEC61850 (Enclavamientos,
Interdisparos)
Automatismos IEC61499
Equipos con Inteligencia y Autonomía
Protocolos de comunicación
Redes de Comunicación SCADA
Redes de Comunicación Smart Grid
Automatismos IEC61499
Automatismos mediante P2P
Automatismos mediante Variables de
Estados
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Red de Distribución Tradicional y Futura
El flujo de potencia predominante es uno solo, y los
controles son controlados por operadores.
Una red inteligente se caracteriza por
experimentar flujos de potencia bidireccionales y
la información para lograr una red automatizada.
Utiliza las ventajas de la informática y las
comunicaciones para ofrecer información en
tiempo real y para permitir el equilibrio casi
instantáneo de la oferta y la demanda.
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Ambientes de los Automatismos
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Ambientes de los Automatismos
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Funciones necesarias para lograr una
Red Inteligente
Recierres Tripolares
Unipolares y
Uni-tripolares
Seccionamiento
Teleoperado
Seccionalización
Automática
de ramas
Transferencias
Automáticas en
Cargas Críticas
Protecciones
Direccionales
Autoadecuables
Comunicaciones
Entre equipos
IEC61499 (61850)
Información hacia
SCADA y
Operadores
Medición de
Voltajes y Corrientes
para las funciones
Deslastre de
Cargas distribuidas
Readecuación
Automática de redes
anilladas
Detección de
pérdida de fuente
y restauración
automática
Coordinación de
Protecciones por
zonas
Sincronización de
Eventos y análisis
posterior
Redes de
Comunicación
Estables y seguras
Regulación
Automática
de Tensiones
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Visión del Smart Grid, Características
La red del futuro debe:
Una Red
Fiable/Segura
Una Red
Estable
Una Red
Económica
Una Red
Eficiente
Respetuosa por
el medio
Ambiente
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Capacidades de un Smart Grid
• Autorestauración, (self-healing): haciendo continuamente evaluaciones para
detectar, analizar, responder y, cuando resulta necesario, restaurar
componentes o secciones de la red.
• Minimización de las interrupciones del servicio empleando nuevas tecnologías
que puedan adquirir datos, ejecutar algoritmos de soporte a la decisión, advertir
o limitar interrupciones, controlar dinámicamente el flujo de energía y restaurar
el servicio rápidamente
Autogestión de incidencias
Capacidad instantánea de recuperación, elasticidad
Una red tiene capacidad de recuperación cuando ante cambios en su estructura
o pérdida de nodos es capaz de mantener una interacción viva, conservando su
identidad y evitando el colapso de su funcionamiento
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Automatización en redes de Distribución
•Restauración Automática de Suministro
•Detección de Perdida de Suministro
•Protecciones Direccionales de Fases y tierra
•Coordinación de Secuencias de Zonas
•Medición de Voltajes en sus 6 polos
•Función ACO de Transferencia Automática
•Funciones de Automatismos mediante IEC 61499
•Funciones de Automatismos mediante IEC 61580
•Puertos de comunicación simultáneos
•Protocolos DNP-Serie/TCP, 60870-5-103/104, 2179, punto a
punto (P2P), 61499, CMS, 61580
•Armónicas, Oscilografías, Interrupciones, Sag&Swell
•Funciones lógicas programables por el usuario
•Interrupción Tripolar, Unipolar y Uni-Tripolar
•Funcionamiento en modo Seccionalizador
•Un único Software de gestión para los equipos de campo
Una red eléctrica inteligente,
adaptable y flexible, para todas
sus necesidades
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Automatismos mediante IEC-61499
Reco-1
(S.E.T.)
Reco-2
(Urbano)
Reco-3
(Urbano)
Reco-4
(Urbano)
Reco-5
(Rural)
Ethernet-Cu
Ethernet-FO
Ethernet-FO
Ethernet-WIFI
DNP3.0-TCP
DNP3.0-TCP
CENTRO DE CONTROL
IEC61499(A)
IEC61499(A)
IEC61499(A)
IEC61499(B)
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Entorno de Programación con IEC-61499
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A) Aplicaciones de Automatismos
La solución debe ser una implementación que resulte en una respuesta rápida de
realimentación a una carga critica ante la falta de su fuente de alimentación principal. Se
requiere entonces lógicas y algoritmos comunicados entre sendos equipos.
Fuente
Principal
Fuente
Respaldo
CARGA
Critica
Link Com.
Escenario 1
Fuente
Principal
Fuente
Respaldo
CARGA
Critica
Link Com.
Escenario 2
SISTEMA ACO: Cambiador Automático de Cargas
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A) Aplicaciones de Automatismos
La situación se presenta cuando existen dos fuentes alimentando una red, y una de ellas
pierde alimentación.
R1 R2 R3
R4
Fuente Nº1
R6 Fuente Nº2 R5 R7
Comportamiento de una Red de Anillo: Perdida de una Fuente
Solo 2 ajustes importantes:
R1=R7 : Reconectadores de Alimentación: Para aislar la SET en casos de Perdida de Energía (LSD
Loss of Supply Detector)
R4 : Punto de Reconectador abierto: Para cerrar y Restaurar Energía (ABR Automatic Backfeed
Restoration)
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A) Perdida de fuente
R1 R2 R3
R4
Fuente Nº1
R6 Fuente Nº2 R5 R7
Fuente Nº1
Fuente Nº2
R1 R2 R3
R4
Fuente Nº1
R6 Fuente Nº2 R5 R7
Escenario 1
(Inicial)
Fuente Nº2
Escenario 2
(Final)
(R1) Detecta perdida
de suministro
(R4) Activa
Función de
Restitución
Automática
(R1) Abre Aislando
la fuente
(R4) Cierra
alimentando
la Red.
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A) Aplicaciones de Automatismos
Comportamiento de una Red de Anillo: Falla en una parte del anillo
Escenario 1
(Falla)
(R1) Abre por
Protecciones
R1 R2 R3
R4
Fuente Nº1
R6 Fuente Nº2
R5 R7
(+) I>> (R4) Activa
Función de
Restitución
Automática
Escenario 2
(Restitución y Falla)
R1 R2 R3
R4
Fuente Nº1
R6 Fuente Nº2
R5 R7
(-) I>>
(R4) Cierra
Alimentando
Inversamente
(R2) Detecta falla
direccional Negativa
SELECTIVA (R1) Queda Abierto
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A) Falla en una parte del Anillo
Escenario 3
Restitución del Servicio
R1 R2 R3
R4
Fuente Nº1
R6 Fuente Nº2
R5 R7
(R4) Activa
Función de
Restitución
Automática
(R1) Queda Abierto (R2) Abre por
protecciones
Zona aislada
Información,
estados y eventos
sincronizados
•Análisis de fallas
•Opciones de solución
•Revisión de recursos y repuestos
•Información a la Guardia
•Activación de contingencias
•Pruebas de reposición
•Restitución del servicio.
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B) Uso de Seccionalizadores
-Un seccionalizador se utiliza en oportunidad de sectorizar ramas con
imposibilidad de lograr selectividad de protecciones.
-Imaginemos una situación de falla Aguas abajo del Seccionalizador S3.
R
S1
Estación
Transformadora
S2 S3
S4 S5
S7
S6
I>>
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B) Uso de Seccionalizadores y un
Reconectador
- Cuando se experimenta una falla, el Seccionalizador S3 la detecta y el
Reconectador R realiza las operaciones de protección.
- El servicio se ve afectado en todas las cargas S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7
R
S1
Estación
Transformadora
S2 S3
S4 S5
S7
S6
I=0Amp
R: Abre por protecciones
y realiza operaciones de
recierre
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B) Uso de Seccionalizadores y un
Reconectador
En el cierre según configuraciones de usuario, detecta que la falla persiste.
Quien opera primero es el Seccionalizador S3 para que el Reconectador R
pueda dar el suministro al resto de las cargas
R
S1
Estación
Transformadora
S2 S3
S4 S5
S7
S6
I>>
R: En algún cierre, S3
opera antes que R S3: Se configura las
“cuentas” de falla para
despejarla antes que R
opere.
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B) Un Reconectador con
Seccionalizadores
R
S1
Estación
Transformadora
S2 S3
S4 S5
S7
S6
- Finalmente, el seccionalizador S3 separa la sección en falla dejando el resto
de la red en servicio.
S3: Aisla la falla para que
el resto del sistema
continúe en servicio.
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C) Indicadores de Pasos de Falla
Nuestras Redes – HOY en día y en el FUTURO
HOY en día HOY en día y en el FUTURO
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C) Cuales son los Beneficios?
1º DETECCION DE LA FALLA
.- Localización rápida y eficiente: Focalizado a la re-
energización y a la transferencia de cargas.
.- Rápida restauración de la energía.
.- Minimizar el impacto económico por falta de
suministro.
2º MONITOREO DE LA RED
Evaluar y calcular predictivamente
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C) Ejemplo de Detección en redes aéreas
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C) Indicadores Convencionales e
inteligentes en distancias importantes
SET Privada SET Distribución
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C) Indicadores Convencionales e
inteligentes en distancias importantes
SET Privada SET Distribución
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C) Detección de paso de falla completa
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IEC 61850 - Fundamentos de la Norma
1) Asegurar la interoperabilidad entre varios IED
IED de diferentes fabricantes pueden intercambiar y usar información
sobre medios de comunicación comunes
2) Independencia de proveedores
Los IED al contar con la interoperabilidad, no le es necesario el realizar los
proyectos con un solo fabricante
3) Descripción abierta de IED
Reduce la ingeniería y la configuración.
Las capacidades de los IED son descritas en forma estándar.
Funciones, soluciones, y datos propietarios son aún permitidos y están
disponibles
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Fundamentos de la Norma
4) Libre configuración
Libre asignación de funciones en sistemas de configuraciones
centralizadas o descentralizadas
5) Reducción del cableado eléctrico convencional
Redes LAN en lugar de múltiples cables de cobre
6) A prueba de futuros desarrollos tecnológicos
-Los servicios y las inversiones serán duraderas a pesar de los rápidos -
cambios tecnológicos.
-El estándar está diseñado para seguir tanto el progreso en las
tecnologías de comunicación, como los requerimientos que envuelven a
estos sistemas
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Protocolos mas empleados
Las comunicaciones son realizadas a través de Ethernet.
Cliente–Servidor MMS: Se emplean reportes y control MMS. Es similar al concepto de
SCADA Maestro-Esclavo.
Publicador y Subscriptor GOOSE: (Generic Object-Oriented Substation Event):
Transmisión simple y rápida de paquetes Ethernet modificados que contienen conjuntos
de datos fijos. Actualizaciones rápidas entre pares en el sistema.
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Comunicación Horizontal
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Ventajas de la comunicación horizontal
GOOSE
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