redes inteligentes: revisiÓn del concepto y...

REDES INTELIGENTES: REDES INTELIGENTES: REVISIÓN DEL CONCEPTO Y REVISIÓN DEL CONCEPTO Y

PERSPECTIVAS DE APLICACIÓNPERSPECTIVAS DE APLICACIÓN

José Horacio Tovar HernándezJosé Horacio Tovar Hernández

PERSPECTIVAS DE APLICACIÓN PERSPECTIVAS DE APLICACIÓN

José Horacio Tovar HernándezJosé Horacio Tovar HernándezGuillermo Gutiérrez AlcarazGuillermo Gutiérrez Alcaraz

Fernando Martínez CárdenasFernando Martínez CárdenasFernando Martínez CárdenasFernando Martínez Cárdenas

Morelia, Mich., Agosto de 2011Morelia, Mich., Agosto de 2011, , g, , g

ContenidoContenidoIntroducción

Concepto de red inteligente

Estado del arte en la aplicación del concepto

Conclusiones

AgradecimientosAgradecimientos

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN

•• ElEl conceptoconcepto nono eses nuevo,nuevo, peropero concon eleladvenimientoadvenimiento dede loslos sistemassistemas dede informacióninformaciónadvenimientoadvenimiento dede loslos sistemassistemas dede informacióninformaciónmasivosmasivos haha cobradocobrado fuerzafuerza yy sese pretendepretendellevarlollevarlo aa lala prácticapráctica integrandointegrando factoresfactorestécnicos,técnicos, económicoseconómicos yy estructuralesestructurales concon elelobjetivoobjetivo dede queque elel procesoproceso dedegeneración/cons mogeneración/cons mo dede energíaenergía eléctricaeléctrica sesegeneración/consumogeneración/consumo dede energíaenergía eléctricaeléctrica sesedesarrolledesarrolle dede maneramanera másmás eficienteeficiente yy confiableconfiable..

•• loslos retosretos queque involucrainvolucra elel desarrollodesarrollo dede redesredesinteligentesinteligentes sonson diversosdiversos;; nono solamentesolamente sonsontécnicos,técnicos, yy convieneconviene analizaranalizar lala problemáticaproblemáticasubyacentesubyacente parapara llevarllevar adecuadamenteadecuadamente aa lalaprácticapráctica elel conceptoconceptoprácticapráctica elel conceptoconcepto..


Actualmente,Actualmente, hayhay variasvarias condicionescondiciones propiciaspropiciasparapara elel desarrollodesarrollo dede redesredes inteligentesinteligentes::pp gg

1.1. RedesRedes dede transmisióntransmisión yy distribucióndistribución conconelementoselementos envejecidosenvejecidos lolo cualcual implicaimplica::elementoselementos envejecidos,envejecidos, lolo cualcual implicaimplica::

•• VulnerabilidadVulnerabilidad aa desastresdesastres naturalesnaturales yy terrorismoterrorismo..•• FallasFallas eléctricaseléctricas..

E t bl i i tE t bl i i t dd lí itlí it dd id did d áá•• EstablecimientoEstablecimiento dede límiteslímites dede seguridadseguridad másmásestrechosestrechos..

•• CostosCostos operativosoperativos másmás altosaltos..22 C i i tC i i t titi dd ll d dd d2.2. CrecimientoCrecimiento continuocontinuo dede lala demandademanda..3.3. DerechosDerechos dede víavía escasosescasos;; redesredes másmás

estresadasestresadasestresadasestresadas..4.4. MarcosMarcos reguladoresreguladores pocopoco flexiblesflexibles yy

adecuadosadecuados..5.5. DesaprovechamientoDesaprovechamiento dede recursosrecursos tecnológicostecnológicos

yy dede telecomunicacionestelecomunicaciones..


EnEn muchosmuchos países,países, sobresobre todotodo enen loslosdesarrollados,desarrollados, elel conceptoconcepto dede laslas redesredes,, ppinteligentesinteligentes haha sidosido discutidodiscutidoampliamenteampliamente y,y, actualmente,actualmente, hayhay unauna serieserie

íídede preguntaspreguntas queque todavíatodavía nono tienentienenrespuesta,respuesta, yy parapara laslas queque hayhay respuestasrespuestasestasestas sonson variadasvariadas dependiendodependiendo deldelestasestas sonson variadasvariadas dependiendodependiendo deldelcontextocontexto enen elel queque hayanhayan sidosido formuladasformuladas

DEFINICIÓN DEL CONCEPTODEFINICIÓN DEL CONCEPTO

MásMás queque unauna definición,definición, elel conceptoconcepto “red“redinteligente”inteligente” eses unun sistemasistema queque representarepresentalala visiónvisión dede unauna actualizaciónactualización digitaldigital dedell dd dd t i iót i ió di t ib iódi t ib iólaslas redesredes dede transmisióntransmisión yy distribucióndistribuciónqueque permitapermita optimizaroptimizar lala operaciónoperación dedeambasambas redesredes asíasí comocomo lala aperturaapertura dedeambasambas redes,redes, asíasí comocomo lala aperturaapertura dedenuevosnuevos mercadosmercados dede producciónproducción dedeenergíaenergíaenergíaenergía..


EstoEsto implicaimplica queque unauna redred inteligenteinteligente debedebepp qq ggtenertener lala capacidadcapacidad dede::

•• SuministroSuministro yy controlcontrol descentralizado,descentralizado, quequeSuministroSuministro yy controlcontrol descentralizado,descentralizado, quequehayahaya flujosflujos dede potenciapotencia enen dosdos direccionesdirecciones..

•• FlujoFlujo dede informacióninformación enen dosdos direccionesdirecciones•• FlujoFlujo dede informacióninformación enen dosdos direccionesdirecciones..

Entonces,Entonces, sese debedebe crearcrear lala inteligenciainteligencia yycapacidadcapacidad parapara optimizaroptimizar lala confiabilidad,confiabilidad,

id did d íí fi i ifi i i d ld lseguridad,seguridad, economíaeconomía yy eficienciaeficiencia deldelsistemasistema eléctrico,eléctrico, teniendoteniendo enen mente,mente, enentodotodo momentomomento elel cuidadocuidado deldel mediomediotodotodo momento,momento, elel cuidadocuidado deldel mediomedioambienteambiente.


ComportamientoComportamientoCaracterísticasCaracterísticas

PrincipalesPrincipales

FactoresFactoresde Éxitode Éxito

EstratégicosEstratégicos

Á Cl dÁ Cl dMedicionesMediciones

Áreas Clave deÁreas Clave deTecnologíaTecnología

ComportamientoComportamiento

DiseñoDiseño de un Plan Estratégico de Transiciónde un Plan Estratégico de Transición

1.1. NoNo todastodas laslas tecnologíastecnologías funcionaránfuncionarán comocomo sesel ól óplaneóplaneó..

2.2. NuevosNuevos retosretos enen cuestionescuestiones dede softwaresoftware..33 HabráHabrá paradigmasparadigmas anterioresanteriores queque impediránimpedirán elel3.3. HabráHabrá paradigmasparadigmas anterioresanteriores queque impediránimpedirán elel

avanceavance..4.4. OcurriránOcurrirán eventoseventos inesperadosinesperados..pp5.5. AlgunosAlgunos subprocesossubprocesos sese retrasaránretrasarán..6.6. EsEs posibleposible nono lograrlograr elel progresoprogreso globalglobal comocomo sese

esperaespera..7.7. AlgunosAlgunos beneficiosbeneficios nono seránserán alcanzadosalcanzados comocomo

sese esperabaesperabasese esperabaesperaba..8.8. SeSe identificaráidentificará buenasbuenas ideasideas yy prácticasprácticas..

Características PrincipalesCaracterísticas Principales

Iniciativa de unaRed Moderna

1. Respuesta automática ante perturbaciones.

Características de

pe tu bac o es

2. Permitir la participación activa de los consumidores.

una Red Moderna3. Permitir el desarrollo de nuevos productos, servicios y mercados en el sector eléctrico.

4. Suministrar calidad de la energía para requerimientos de consumo de este siglo.

5. Uso de todos los recursos de generación y almacenamiento de energía disponibles.

6. Optimizar el uso y operación eficiente de recursos de transmisión y distribución.

7 Operar adaptablemente contra7. Operar adaptablemente contra desastres naturales y terrorismo.

Áreas Clave de Tecnología y MedicionesÁreas Clave de Tecnología y Mediciones

Desde este punto de vista, el concepto dered inteligente contendrá los siguientesred inteligente contendrá los siguientesaspectos, enmarcados en los que se conocecomo comunicaciones integradas:

(a) Métodos de control avanzados,

g

(b) Sistemas para el soporte de decisionese interfaces mejoradas,j

(c) Componentes avanzados y

(d) S did(d) Sensores y medidores.

Áreas Clave de Tecnología y MedicionesÁreas Clave de Tecnología y MedicionesMonitoreo y Control de Área Amplia en SEP mediante información de UMF

Desarrollo de AlgoritmosModelos matemáticos para aplicaciones en p p

línea:

• En registros obtenidos por UMF

Objetivos:•Estimación paramétrica instantánea•Acciones de control con información de las UMFs

∼∼

1

4UMF

UMF Ejemplo: Comparación de Algoritmos

2.5

record de frecuenciaShort-Time Fourier Transform Frequency Spectrum• Registro de la UMF

información de las UMFs

• Short Time Fourier

∼23

5

6

UMFAnálisis

Concentración de datos

record de frecuencia

59.75

60

60.25

60.5

60.75

Frec

uenc

ia

59.75

60

60.25

60.5

60.75

Frec

uenc

ia 0 50 100 150 200 250 300 350 4000

0.5

1

1.5

2

Time

Freq

uenc

y

Registro de la UMF

• W l t0 100 200 300 400

Tiempo

59

59.25

59.5

59

59.25

59.5

record de frecuenciaContinuous Wavelet Time-Frequency Spectrum

1

1.5

2

2.5

Freq

uenc

y

1

0.66667

0.5

0.4

Per

iod

• Wavelets

0 100 200 300 400Time

0

0.5

0

2

El Consumidor del Futuro (EPRI)

ESTADO DEL ARTE

En relación a lo descrito en la sección anterior, se puede En relación a lo descrito en la sección anterior, se puede b h i d b tá l tb h i d b tá l tobservar que hay una serie de obstáculos y retos que observar que hay una serie de obstáculos y retos que

deben ser enfrentados:deben ser enfrentados:

••Definición de marcos regulatorios para la integración de Definición de marcos regulatorios para la integración de los consumidores.los consumidores.••Aceptación del concepto por parte de consumidores.Aceptación del concepto por parte de consumidores.p p p pp p p p••Capacitación de personal para enfrentar nuevos retos Capacitación de personal para enfrentar nuevos retos asociados al desarrollo del concepto.asociados al desarrollo del concepto.••Definición de estándares de seguridad.Definición de estándares de seguridad.Definición de estándares de seguridad.Definición de estándares de seguridad.••Desarrollo de nuevas metodologías para la planificación Desarrollo de nuevas metodologías para la planificación de sistemas de potencia.de sistemas de potencia.••Operación de redes de transmisión con límites deOperación de redes de transmisión con límites de••Operación de redes de transmisión con límites de Operación de redes de transmisión con límites de transferencia dinámicos y menores recursos asociados a transferencia dinámicos y menores recursos asociados a la seguridad (servicios auxiliares).la seguridad (servicios auxiliares).Administración del cambioAdministración del cambio••Administración del cambio.Administración del cambio.

ESTADO DEL ARTE

En Estados UnidosEn Estados Unidos

•• Se ha venido trabajando en la visión de las Se ha venido trabajando en la visión de las redes inteligentes estableciendo un grupo deredes inteligentes estableciendo un grupo deredes inteligentes, estableciendo un grupo de redes inteligentes, estableciendo un grupo de trabajo y lineamientos generales y particulares trabajo y lineamientos generales y particulares para el posterior desarrollo del concepto.para el posterior desarrollo del concepto.para el posterior desarrollo del concepto. para el posterior desarrollo del concepto.

•• Proyectos piloto, entre los cuales se Proyectos piloto, entre los cuales se encuentra la red inteligente de West Virginia.encuentra la red inteligente de West Virginia.

•• Adicionalmente el EPRI ha estadoAdicionalmente el EPRI ha estado•• Adicionalmente, el EPRI ha estado Adicionalmente, el EPRI ha estado desarrollando diversos proyectos orientados desarrollando diversos proyectos orientados hacia el mismo concepto, con un hacia el mismo concepto, con un ac a e s o co cepto, co uac a e s o co cepto, co ufinanciamiento de 2 millones de dólares financiamiento de 2 millones de dólares

ESTADO DEL ARTE

Canadá:En el 2010, se concluyó la instalación de 1.3 millones de medidores inteligentes para consumidores, a fin de que ellos se sensibilicen con la forma en que utilizan la energía eléctrica y puedan tomar decisiones al respecto g y p p

Italia: Se ha instalado más de 27 millones de medidores deSe ha instalado más de 27 millones de medidores de estado sólido con comunicaciones. Además, de registradores de eventos y fallas en redes.

Suecia: Se estaba instalando, en el 2010, casi un millón de

did dmedidores avanzados.

Holanda: El gobierno anunció la intención de reemplazar 7.5 millones de medidores eléctricos hacia el 2012.

ESTADO DEL ARTE

A t iA t iAustria: Austria: Se anunció en 2010 la instalación de 75,000 medidores Se anunció en 2010 la instalación de 75,000 medidores avanzados para sus consumidores.avanzados para sus consumidores.

Noruega: Noruega: Anunció la instalación en 2013 de 2.6 millones de Anunció la instalación en 2013 de 2.6 millones de medidores inteligentes para sus consumidores.medidores inteligentes para sus consumidores.

Irlanda del Norte:Irlanda del Norte:Irlanda del Norte: Irlanda del Norte: Instalación de OMS/DMS avanzados.Instalación de OMS/DMS avanzados.

Taiwán:Taiwán:Taiwán: Taiwán: Red de distribución automatizada.Red de distribución automatizada.

ESTADO DEL ARTE

Japón:Japón:100% d i ibilid d t ti ió i t l d l100% d i ibilid d t ti ió i t l d l100% de visibilidad y automatización virtual de la 100% de visibilidad y automatización virtual de la transmisión con significante automatización de la transmisión con significante automatización de la distribución en todo el país.distribución en todo el país.

Singapur: Singapur: Red de distribución automatizada.Red de distribución automatizada.

Estambul:Estambul:100% SCADA en distribución.100% SCADA en distribución.100% SCADA en distribución.100% SCADA en distribución.

Tailandia: Tailandia: Sistema de supervisión amplia de áreaSistema de supervisión amplia de áreaSistema de supervisión amplia de área.Sistema de supervisión amplia de área.

Omán: Omán: Sistema a an ado de control de s bestacionesSistema a an ado de control de s bestacionesSistema avanzado de control de subestaciones.Sistema avanzado de control de subestaciones.

ESTADO DEL ARTE

México:México:México: México:

Se ha incorporado algunos elementos en la Se ha incorporado algunos elementos en la p gp gEstrategia Nacional de Energía 2011Estrategia Nacional de Energía 2011--2025, los 2025, los cuales son presentados a continuación [21]:cuales son presentados a continuación [21]:

“…una de las opciones que se contemplan a “…una de las opciones que se contemplan a nivel mundial como parte de la modernizaciónnivel mundial como parte de la modernizaciónnivel mundial como parte de la modernización nivel mundial como parte de la modernización de los sistemas de distribución, y en la que de los sistemas de distribución, y en la que nuestro país ha trabajado por medio de nuestro país ha trabajado por medio de p j pp j pprogramas piloto, son las redes inteligentes programas piloto, son las redes inteligentes (Smart Grid)…”(Smart Grid)…”

ESTADO DEL ARTE

México:México:

“Ley para el Aprovechamiento de Energías Renovables y el “Ley para el Aprovechamiento de Energías Renovables y el Financiamiento de la Transición Energética” (LAERFTE) y enFinanciamiento de la Transición Energética” (LAERFTE) y enFinanciamiento de la Transición Energética” (LAERFTE), y en Financiamiento de la Transición Energética” (LAERFTE), y en su Capítulo IV, Artículo 24, Fracción II, se enuncia: su Capítulo IV, Artículo 24, Fracción II, se enuncia: ““promover y difundir el uso y la aplicación de tecnologías promover y difundir el uso y la aplicación de tecnologías limpias en todas las actividades productivas y en el uso limpias en todas las actividades productivas y en el uso domésticodoméstico””

Programa piloto de instalación de medidores inteligentes en Programa piloto de instalación de medidores inteligentes en una de las zonas de la actual División Centro de la CFE. una de las zonas de la actual División Centro de la CFE.

CFE ha instalado alrededor de 200 PMU en el sistema de CFE ha instalado alrededor de 200 PMU en el sistema de transmisión nacional las cuales pueden obtener un promediotransmisión nacional las cuales pueden obtener un promediotransmisión nacional, las cuales pueden obtener un promedio transmisión nacional, las cuales pueden obtener un promedio de 20 mediciones por segundo. de 20 mediciones por segundo.

Trabajo de Investigación en UniversidadesTrabajo de Investigación en Universidades

••Estudio de oscilaciones de frecuencia baja y propuestas de Estudio de oscilaciones de frecuencia baja y propuestas de mitigación de su impacto en el sistema mediante PMU.mitigación de su impacto en el sistema mediante PMU.g pg p

••Supervisión y control de área amplia mediante información Supervisión y control de área amplia mediante información de PMU (estimación paramétrica instantánea y acciones dede PMU (estimación paramétrica instantánea y acciones dede PMU (estimación paramétrica instantánea y acciones de de PMU (estimación paramétrica instantánea y acciones de control).control).

••Evaluación de esquemas de monitoreo, supervisión y Evaluación de esquemas de monitoreo, supervisión y control de redes eléctricas orientados al desarrollo de redes control de redes eléctricas orientados al desarrollo de redes eléctricas inteligenteseléctricas inteligenteseléctricas inteligentes.eléctricas inteligentes.

••Desarrollo de métodos de análisis y control no lineal y no Desarrollo de métodos de análisis y control no lineal y no estacionarios para optimizar el uso de la energía eléctrica.estacionarios para optimizar el uso de la energía eléctrica.

••Análisis e implementación de algoritmos y técnicas para elAnálisis e implementación de algoritmos y técnicas para elAnálisis e implementación de algoritmos y técnicas para el Análisis e implementación de algoritmos y técnicas para el procesamiento de mediciones fasoriales sincronizadas.procesamiento de mediciones fasoriales sincronizadas.


•• Mejoramiento de la calidad y confiabilidad del suministro Mejoramiento de la calidad y confiabilidad del suministro mediante transformadores electrónicos de potencia.mediante transformadores electrónicos de potencia.pp

•• Integración de herramientas computacionales en centros Integración de herramientas computacionales en centros de control regionales de distribución.de control regionales de distribución.de control regionales de distribución.de control regionales de distribución.

•• Desarrollo de controladores para generación distribuida.Desarrollo de controladores para generación distribuida.

•• Desarrollo de algoritmos de protecciones incluyendo Desarrollo de algoritmos de protecciones incluyendo sistemas de medición.sistemas de medición.

•• Reconfiguración de redes de distribución en tiempo real.Reconfiguración de redes de distribución en tiempo real.

•• Identificación de oportunidades para mejorar la eficienciaIdentificación de oportunidades para mejorar la eficienciaIdentificación de oportunidades para mejorar la eficiencia Identificación de oportunidades para mejorar la eficiencia de empresas distribuidoras.de empresas distribuidoras.

••Revisión de marcos de regulación vigentes para laRevisión de marcos de regulación vigentes para la••Revisión de marcos de regulación vigentes para la Revisión de marcos de regulación vigentes para la aplicación eficiente del concepto de red inteligente.aplicación eficiente del concepto de red inteligente.


•• Impacto de vehículos eléctricos en el suministro/demanda Impacto de vehículos eléctricos en el suministro/demanda en sistemas de distribución.en sistemas de distribución.

•• Ubicación eléctrica de generadores en áreas de oscilación Ubicación eléctrica de generadores en áreas de oscilación coherentes incluyendo mediciones angulares y de frecuencia.coherentes incluyendo mediciones angulares y de frecuencia.coherentes incluyendo mediciones angulares y de frecuencia.coherentes incluyendo mediciones angulares y de frecuencia.

•• Equivalentes dinámicos de áreas de control.Equivalentes dinámicos de áreas de control.

•• Determinación de índices de estabilidad angular y de voltaje.Determinación de índices de estabilidad angular y de voltaje.

•• Desarrollo de algoritmos de medición fasorial basados en laDesarrollo de algoritmos de medición fasorial basados en laDesarrollo de algoritmos de medición fasorial basados en la Desarrollo de algoritmos de medición fasorial basados en la transformada Taylortransformada Taylor--Fourier.Fourier.

•• Sistemas computacionales complejos basados enSistemas computacionales complejos basados enSistemas computacionales complejos basados en Sistemas computacionales complejos basados en algoritmos de optimización y técnicas de inteligencia algoritmos de optimización y técnicas de inteligencia artificial para tomar decisiones de control en tiempo real.artificial para tomar decisiones de control en tiempo real.

ConclusionesConclusiones

En general, se observa que los principales retos que deben ser enfrentados y superados son los siguientes:

•Integración de consumidores•Integración de consumidores.

•Estándares de equipos eléctricos y sistemas de información.

•Desarrollo de equipos de supervisión, medición y control.

•Marco de regulaciónMarco de regulación.

•Inversiones.

•Desarrollo de herramientas computacionales avanzadas.

•Planificación y operación de sistemas basados en redesPlanificación y operación de sistemas basados en redes inteligentes.

ConclusionesConclusionesEstudiar el marco regulatorio actual para dictaminar su pertinencia o ampliarlo y modificarlo para aplicar eficientemente l t d d i t li tel concepto de red inteligente.

De acuerdo a recomendaciones hechas en diversos trabajos en E t d U id E d i t i it l i t lEstados Unidos y Europa, es de importancia vital integrar al consumidor en el desarrollo del concepto de red inteligente.

S b Mé i t i ió h t b jSe observa que, en México, en transmisión hay un trabajo importante en dirección al concepto de red inteligente. Sin embargo, este debe ser contemplado como un sistema o visión g , pque está compuesto de las siete características ya descritas y que los PMU son solo una parte de ellas.

Finalmente, en México no se está analizando el problema de manera integral y que, de inicio, se requiere de la definición de una política de estado que involucre a todos los sectores de launa política de estado que involucre a todos los sectores de la sociedad para llevar a la realidad, eficiente y expeditamente, el concepto de red inteligente.

AgradecimientosAgradecimientos

S d l t i d CéSe agradece los comentarios de CésarÁngeles Camacho, Emilio Baroccio Espejo,Claudio Fuerte Esquivel, Norberto GarcíaBarriga, Alejandra Jiménez Vega, EdgarMoreno Goytia, Ricardo Mota Palomino,Johnny Posada Contreras, Juan Manuely ,Ramírez Arredondo, Arturo RománMessina, Daniel Ruiz Vega y ErnestoMessina, Daniel Ruiz Vega y ErnestoVázquez Martínez.

redes inteligentes: revisiÓn del concepto y...

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