medición fasorial en el sistema interconectado nacional de operadores 2… · del sistema (espis)...

Medicin Fasorial en el Sistema

1

Interconectado Nacional

Encuentro Nacional de Operadores

Mayo 19, 2011

Temario2

Introduccin Proyecto SIRENA

Anlisis del SIN basados en Modelos angulares usando PMUs.

Herramientas de Anlisis basadas en datos fasoriales.

Propuesta de arquitectura para el sistema de informacin

Todos los derechos reservados para XM S.A. E.S.P

Propuesta de arquitectura para el sistema de informacin fasorial.

Proyecto SIRENA - Antecedentes

El proyecto Sistema de Respaldo Nacional ante eventos de gran magnitud (SIRENA) nace

en el ao 2007 luego del apagn total que sufri el Sistema Interconectado Nacional

Colombiano en abril de ese ao. El proyecto se propone como una accin de XM en la

procura de implementar sistemas que pudiesen responder ante eventos de rara ocurrencia

pero de gran impacto.

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Contingencia Extrema en el SIN

Actuacin esperada del Esquema de Respaldo

59.6

59.8

60

60.2

9.00 11.00 13.00 15.00 17.00 19.00 21.00

Tiempo (s)

Fre

cu

en

cia

(H

z)

Frec_Medellin

Frec_Torca

Frec_SnMateo

Frec_EPSA

Frec_Flores

Frec_Guatig

Evento de Red

Torca

Evento de Red

Guavio-Circo

Evento de Red

Sochagota-Guatiguar

Caribe

Visin Proyecto SIRENA Sistema de Respaldo Nacional ante Eventos

Nordeste

Aspectos Fundamentales

El proyecto SIRENA busca en el largo plazo implementar un Esquema de Proteccin de la Integridad del Sistema (ESPIS) de nueva generacin, que permita ejercer control y proteccin del sistema para prevenir y

mitigar la ocurrencia de eventos de gran magnitud

Se espera cumplir esta meta en un lapso de 3 a 5 aos e involucra inversin en CT+I

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Antioquia

Oriental

Suroccidental

Uso de ltima tecnologa en monitoreo de Sistemas de Potencia (PMU)

Uso intensivo de Telecomunicaciones

Explotar capacidades de computacin distribuida

Uso de nuevos mtodos de anlisis y simulacin de sistemas de potencia

Implementar un sistema WAMS / WACS

Iniciar la aproximacin a tecnologas de smart grids en el SIN

Aspectos Fundamentales

Medicin Fasorial


PDC

Las seales de diferentes puntos del sistema son comparadas a una seal de referencia (una onda coseno con una frecuencia precisamente igual a la nominal del sistema). ngulos de voltajes y frecuencias son entonces comparados a est onda para producir la medida del sincrofasor.

Los datos son enviados por canales de comunicacin con gran ancho de banda y concentrados en un sitio central a travs de un software especializado (PDC).

Plan de Actividades del Proyecto6

ESPIS con tecnologas convencionales

Apropiacin tecnolgica

Desarrollo prototipo

Integracin WAMS a Centro de

Desarrollo WACS

2008 2013

Estado Actual


Desarrollo Regulatorio ESPIS y WAMS/WACS

Investigacin y Desarrollo Tecnolgico

convencionalestecnolgica PMU y WAMS

prototipo WAMS Centro de

Control

WACS

7


Anlisis del SIN basados en Modelos angulares usando PMUs.

8

Caracterizacin Angular. Caracterizacin de la interconexin. Validacin del Modelo (DigSilent).


Aplicaciones WAMS

El ngulo del voltaje en sistemas de potencia es un sntoma muy precoz

9


un sntoma muy precoz del comportamiento de la red. El estudio del ngulo en diversas barras de un sistema permite identificar situaciones que podran llegar a ser peligrosas.

Pero, que hacer con todos los ngulos del sistema ?

Potencialidades de Observacin y Control con PMU10

Mxima ImportacinCaribe


Mxima Importacin Suroccidental

reas de Corte11

rea de corte 2 rea de corte 1


rea de corte 3 rea de corte 4

Potencialidades de Observacin y Control con PMU12

Al simular contingencias extremas como disparos de subestaciones o contingencias superiores a N-1, se ha encontrado que solo con observar el comportamiento angular es factible identificar sub-reas problema.

El mecanismo propuesto es identificar grupos angulares coherentes, medir su velocidad angular de separacin del grupo principal, y segn su direccin


grupo principal, y segn su direccin (adelanto o atraso), discernir si el problema involucra la necesidad de disparar generacin o carga.

El proyecto I+D XMUPB est identificando las diferentes maneras de agrupacin de ngulos, la obtencin de promedios por reas operativas, la identificacin de grupos de corte angular y la determinacin de ngulos de referencia.

Contingencia N2 a la costa

CONTINGENCIAS EXTREMAS

CONTINGENCIAS CONTINGENCIAS

SALIDA DE SUBESTACIN CON ALTA DEMANDA

SALIDA DE SUBESTACIN CON ALTA DEMANDA

Eventos sucesivos originan colapsoEventos sucesivos originan colapso

Resultados Proyecto de Investigacin UPB13




ALTA DEMANDAALTA DEMANDA

CONTINGENCIA N-2 (CARIBE)

CONTINGENCIA N-2 (CARIBE)

rea en condicin lmite

rea en condicin lmite

SISTEMA ANTES DE LA CONTINGENCIA

CONTINGENCIA EXTREMA SALIDA SUBESTACIN

Disparo de una Subestacin14


DISPARO DE SUBESTACIN




SALIDA DE LNEAS GUAVIO CIRCO 220 kV




SALIDA DE LNEAS GUAVIO TUNAL Y GUAVIO REFORMA




Blackout

WAMPAC

OPERACIN NORMAL

6,5

CONTINGENCIA EXTREMA N-2 CARIBE

Contingencia N218


Copey:-18.308

Ocaa:-11.81

2,4

CONTINGENCIA EXTREMA N-2 CARIBE

Salida lneas Porce III - Cerro y Primavera -Cerro

Contingencia N219


Contingencia N-2: Lneas de interconexin de Antioquia-Caribe.

Caribe interconectado nicamente con Nordeste

Evolucin Fasores

Caracterizacin de la interconexin Colombia-Ecuador

20


Caracterizacin de la interconexin Colombia-Ecuador

21


Validacin del Modelo, Evento disparo de lnea Cerro-Primavera

22

40

50

60

Angulo en grados

Diferencia Angular San Carlos- Sabana


0

10

20

30

42:1

42:1

42:2

42:2

42:2

42:2

42:2

42:3

Angulo en grados

DIG

PMU's

2323


Herramientas de Anlisis basadas en datos fasoriales

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Estabilidad Oscilatoria. Histricos. Anlisis en tiempo real (gusano) Desarrollo: Impedancia vista por el rel.


Desarrollo: Impedancia vista por el rel. Alarmas de distanciamiento angular. Medicin de estado distribuido.

WAMS/Conciencia Situacional Phasor Point25


Estabilidad Oscilatoria, Phasor Point (Psymetrix)26

Visualizacin general de anlisis de oscilaciones en el SIN.


Anlisis del comportamiento de oscilacin de baja frecuencia.

Se detectan claramente dos oscilaciones predominantescorrespondientes a 0.49 Hz (Ecuador) y 0.05 Hz

Oscilacin detectada con Ecuador (0.49 Hz). En esta oscilacin se aprecia como la PMUs de Betaniadetecta oscilacin contra el sistema central

27


En esta oscilacin se aprecia como todo el Sistema oscila en

fase

Islanding, Phasor Point (Psymetrix)28


29

PI GUSANO FRECUENCIAS

GUSANO CON DELTAS DE


DELTAS DE FRECUENCIA (REF. SAN CARLOS)

Registro de Eventos30


Rels de Distancia, Desarrollo con libreras de OpenPDC

31


32


Propuesta de arquitectura para el sistema de informacin fasorial

Alto volumen de informacin. Requerimientos de ancho de banda. Prototipo. Propuesta de NASPI y Psymetrix. PMU en IEC61850.

33


PMU en IEC61850.

34

Phasor Data Bus IEEE C37.118-2005

Super PDC Super PDC

Psymetrix

Phasor PointAplicaciones XM

Osisoft PI

SCADA EMS

Centro de control CND Anchos de Banda

Kbps # de Muestras por Seg

# de PMU 10 30 60

16.07 18.21 36.42

1272.84 218.52 437.04

20121.40 364.20 728,40

Diseo Conceptual Arquitectura de Datos


Clculos de ancho de banda para una PMU monitoreando 3 fasores de voltaje y 3 de corriente

RED WAN Smart Grid

VPN +

Firewall

C37.118 / IEC 61850

IDD/PDC

Local

C37.118 / IEC 61850

IDD/PDC

Local

C37.118 / IEC 61850

IDD/PDC

Local

VPN +

Firewall

SuperPDC

Transmisor Nacional

Operador de Red

Subestacin Subestacin Subestacin

121.40 364.20 728,40

30182.10 546.30 1092.60

Optimizacin de Ancho de banda en el envi de datos fasoriales desde una S/E

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Ancho de banda requerido para el envi de datos

fasoriales desde la S/E (60 fps y 6 Ctos):

Sin PDC Local 3V y 3I por Cto:

218.56 Kbps.


Con PDC Local 3V y 3I por Cto:

106.45Kbps.

Con PDC Local 3V por S/E y 3I por Cto:

65.36Kbps.

Propuesta de Psymetrix


Propuesta de NASPI: Phasor Gateways


PMUs en IEC 6185038

La adquisicin de datos anlogos la realiza la PIU, realizando la conversin anlogo-digital.

En el bus de proceso se tienen muestras digitales a ratas superiores a 256 muestras por ciclo de cada seal.

El IED realiza el anlisis fasorial propio de las PMU teniendo como resultado fasores de tensin y


corriente. El IED puede obtener datos

diferentes a las seales de tensin y corriente, como estado de interruptores, rels ,etc. Para ser enviados en protocolo IEEE C37.118

PMUs en IEC 6185039

La evolucin del monitoreo de datos fasoriales en IEC 61850 presenta nuevas oportunidades y retos para fabricantes y empresas del sector.

La visin actual de PMU como equipo cableado a CTs y PTsdesaparece.

Adopcin del CIM (Common


Adopcin del CIM (Common Information Model) como herramienta de intercambio de informacin entre la S/E y el Centro de Control.

Conclusiones40

El proyecto SIRENA ha superado las etapas de asimilacin de la tecnologa de PMU y de identificacin de su potencialidad. El proyecto de I+D XMUPB y el diseo conceptual del SIRENA han establecido las bases para las futuras implementaciones de WAMPAC.

Finalmente, con la instalacin del prototipo WAMS en 12 subestaciones del STN, con las herramientas de monitoreo de estabilidad y el diseo e implementacin de la arquitectura de informacin, se ha desarrollado una


implementacin de la arquitectura de informacin, se ha desarrollado una plataforma slida de investigacin para las siguientes fases del proyecto.

Lo logrado hasta hoy, ha puesto al sector elctrico colombiano en el grupo de vanguardia que lidera la I+D de esta nueva tecnologa, y ha permitido a XM pertenecer al grupo lite de operadores de sistemas de potencia que procuran implementar sistemas WAMPAC para la deteccin, prevencin y mitigacin de apagones.

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Muchas gracias !

Preguntas y comentarios:

Ramn Alberto Len [email protected]

Jorge Enrique Gmez [email protected]

Samuel Snchez [email protected]

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