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Simulación en tiempo real como alternativa de solución tecnológica ante la integración de Micro
Redes en las redes eléctricasEDUARDO GÓMEZ LUNA, PhD
Departamento de Investigación, Desarrollo e innovación
Grupo de Investigación en Tecnologías de la Información, teleComunicaciones,
Automatización y Potencia - GITICAP
POTENCIA Y TECNOLOGÍAS INCORPORADAS S.A
“Nuestra mayor debilidad radica en renunciar. La forma más
segura de tener éxito es siempre intentarlo una vez más”
Thomas A. Edison.
Contenido
1. Introducción2. Desafíos de las micro redes3. Soluciones en tiempo real 4. Integración de micro redes usando simulación en tiempo
real5. Conclusiones
1. Introducción
Powerless New York During Hurricane Sandy
SOLUCIONES INTELIGENTES PARA
LA INFRAESTRUCTURA ELÉCTRICA MODERNA
- Confiable
- Segura
- Resiliente
Fuente: EM-DAT (The International Disaster Database, CRED)
Introducción
5
“Mantener las luces encendidas con MICROGRIDS”
UPME : Smart Grids Colombia Visión 2030 – Mapa de Ruta
.
Soluciones inteligentes para las redes eléctricas
modernas: Micro Redes
6
Beneficios:
-Aumentar la confiabilidad, seguridad y resiliencia dela red eléctrica.
-Mejorar la calidad de los servicios de distribución.
-Reducción de las pérdidas de potencia.
- Suplir el crecimiento de la demanda.
Fuente: A. A. Memon and K. Kauhaniemi, “A critical review of AC Microgrid protection issues and available solutions,” Electr. Power Syst. Res., vol. 129, pp. 23–31, 2015.
.
Cargas
Generación distribuida
Almacenamiento de energía
Conexión/Aislamiento de la red
Control inteligente
2. Desafíos de las Micro Redes
Análisis de prospectiva
Referencias: Información tomado de la revisión de un total de 150 documentos.
REQUERIMIENTOS
REGULATORIOS
DISEÑO
PLANEACIÓN
OPERACIÓN
GESTIÓN
8
RevistasIEEE
32%
Revistas Elsevier
30%
Conferencias, Symposios, y otras revistas;
32%
Libros, Tesis 1%
Normatividad;2%
Reportes técnicos1%
Patentes2%
Referencias: Información tomado de la revisión de un total de 150 documentos.
Propuesta de Requerimientos Regulatorios – CREG Circular 048
Modificación del código de red – Resolución CREG 025 1995
9Fuente: XM Propuesta de requerimientos técnicos para la integración de fuentes de generación no síncrona al SIN. Documento XM CND 2017 – CREG Circular - 048
Rangos de operación
Respuesta en frecuencia
Rampas operativas
Control de tensión
Permanencia ante huecos de tensión
Respuesta de reactivos
Supervisión y control
Requerimientos de protecciones
Requerimientos de Conexión
Pronóstico
Desviaciones
Reservas
Flexibilidad del parque generador
Redespacho
Balance de generación - carga en tiempo real
Requerimientos Operativos
Intercambio de información
Procedimientos entrada en operación
Requerimientos de Información
“Definir los requerimientos mínimos
de conexión de las fuentes no
síncronas, permitirán la operación
flexible y la integración eficiente y
sostenible de estos recursos”
XM - CND
TRANSFORMACIÓN DE LA REDES ELÉCTRICAS10
MULTIPLES PUNTOS DE CONEXIÓN
INCERTIDUMBRE OPERACIONAL
DESPACHO DISTRIBUIDO REDESPACHO
FLUJO BIDIRECCIONAL
PÉRDIDA DE INERCIA
VARIABILIDAD DE LA DEMANDA
IMPACTO EN FRECUENCIA Y TENSIÓN
NUEVOS ACTORES (PROSUMIDORES)
COMPORTAMIENTO NO PREDECIBLE
INTEGRACIÓN DE NUEVAS TECNOLOGÍAS
Desafíos de las redes eléctricas modernas
DISTORSIÓN ARMÓNICA DE LA ONDA DE VOLTAJE
DIGITALIZACIÓN DE LA RED
CUMPLIR CON LOS ESTANDARES DE CIBERSEGURIDAD
CONDICIONES DEL CLIMA
CONTROL PARA EL BALANCE DE P/Q
FLUCTUACIONES REPENTINAS DE GENERACIÓN Y CARGA
Cómo se mueve
la balanza?
¿Cómo nos estamos preparando para afrontar los
desafíos de las redes eléctricas modernas?
11
Calidad de potencia
• Inversores compensadores – Inversores Inteligentes
• Filtros híbridos
• Estrategias de control
Estabilidad
• Compensadores estáticos para distribución (D-STATCOM)
Protección, control y
comunicaciones
• Protecciones adaptativas
• Arquitecturas de control jerárquicas
• Equipos multifuncionales para administración de red
Gestión de energía
• Software de gestión de energía Inteligentes – ADMS
•Herramientas de
validación en
tiempo real
•Pruebas sofisticadas
antes de la
implementación en
campo
3. Soluciones en tiempo real
Soluciones tecnológicas de simulación en
tiempo real
13
Monitoreo y gestión de
datos en Tiempo RealTecnología de procesamiento de
computo para simulaciones en
Tiempo Real
Concepto de “simulación en tiempo real”
Tecnología de procesamiento de computo
para simulaciones en Tiempo Real
14
Reloj de simulación1 udt
Reloj fenómeno real1 udt=
Evolución de la tecnología
15
Digital CustomSimulators
Simuladores Híbridos (Analogo-Digital)
Simuladores Análogos
1960 1970 1980 1990 2000 Actualidad
Simuladores Digitales –Supercomputadores
Simulación basado en CPU & FPGA
Software – Hardware Actualidad
T
e
c
n
o
l
o
g
í
a
Tiempo de evolución
A p l i c a c i o n e s
Tecnología de simulación en tiempo real
16
16
C u m p l i m i e n t o s
Requerimientos de Conexión
Requerimientos Operativos
Requerimientos de Información
4. Integración de Micro Redes usando simulación en tiempo real
Simulación en tiempo real para integración de
Micro Redes
18
¿CÓMO SE INTEGRAN LAS MICRO REDES AL SISTEMA DE POTENCIA ACTUAL CON
SIMULACIÓN EN TIEMPO REAL?
La operación de redes eléctricas basadas en energías no firmes, flujos
bidireccionales, almacenamiento, vehículos eléctricos y la
infraestructura de medición avanzada, requiere de sistemas complejos
de protección, control y comunicaciones; por lo tanto, la integración y
funcionamiento de estos sistemas con la red eléctrica antes de su
implementación debe ser simulada y validada usando Simulación en
tiempo real.
Controlador
DER – GD / VE
Controlador
Carga
Controlador
Central
Micro Red
Controlador
DER - PV
Controlador
DER - Diesel
Controlador
DER – EólicaControlador
Carga
Control, protección y comunicaciones en una micro red
Comunicaciones
Requerimientos de Conexión
Requerimientos Operativos
Requerimientos de Información
19
Simulación en Tiempo Real y su aplicación en
Micro redes - Integración de Hardware
20
Simulación en Tiempo Real y su aplicación en
Micro redes - Integración de Hardware
21
M-3310
M-3425
M-3310
7SL87
7SJ531
7VK61
7SJ55SEL321
SPAA 322C1
RMX-913
ABB RAZOA
7VK61
7SJ531
7SL87
M-3425
12T
1
+
+3
-ph
as
e P
I LIN
EA
_6
24
12
T2
+
+
+
+
fS
MH
YD
RO
EX
TE
RN
AL
CT
RL
CT
RL
SM
1
+
I+
I+
Iprobe3
I+
I+
I+
Iprobe5
+3
-ph
as
e P
I
LIN
EA
_6
26
+
I+
I+
+ +
I+
I+
v(t)
v(t
)
+3
-ph
as
e P
I
LIN
EA
_6
27
+3
-ph
as
e P
I
LIN
EA
_6
23
+
+
+ +
I+
I+
v(t
)
I+
I+
I+
v(t
)
I +
I+
v(t
)
I+
I+
v(t
)
v(t
)
I+
Iprobe28
fS
MH
YD
RO
EX
TE
RN
AL
CT
RL
CT
RL
SM
2
I+
v(t)
I+
Iprobe29
MAMONALMEMBRICAL
TERMOCARTAGENA
TERMOCARTAGENA_2
IEC61850 – ANSI C37.118
SEÑALES ELÉCTRICAS
ESCLAVO (Planta) - DNP3 - MAESTRO (Scada)
Simulación en Tiempo Real y su Aplicación en
Micro redes - Validación de Scadas Inteligentes
22
Simulación en Tiempo Real y su aplicación en
Micro redes - Protecciones
Flujo de corriente bidireccional
1 2 +
+
L2
+
R2
DPA
POW1
++3-phase PI
+3
-ph
as
e P
I
Ir PV_BUS
+3-phase PI
Falla_1Falla_2
23
Simulación en Tiempo Real y su Aplicación en
Micro redes - Protecciones
1 2 +
+
L2
+
R2
DPA
POW1
++3-phase PI
+3
-ph
as
e P
I
Ir PV_BUS
+3-phase PI
Falla_1Falla_2
I1
I2I2 (conGD) < I2 (sinGD)
If (conGD) > If (sinGD)
Protección Cegada - Pérdida de
alcance de las protecciones
24
1 2+
+
L2
+
R2
DPA
POW1
++3-phase PI
+3-p
hase P
I
Ir PV_BUS
+3-phase PI
Falla_1
+
+
Simulación en Tiempo Real y su Aplicación en
Micro redes - Protecciones
Disparo indeseado
Trip
25
Objetivos
Prueba de Concepto
Descripción Funcional
Estudios Preliminares
PLANTA
(Sistema físico a
controlar)
CONTROL
(Algoritmo)
Simulado Simulado
Software en lazo cerrado - SIL
26
Objetivos
Conectar un control simulado a la planta real
Análisis de sensibilidad para modelos de
diferentes fabricantes/tecnologías (Neutralidad
tecnológica)
Probar y optimizar los algoritmos de control
Validación / Detección de errores
PLANTA
(Sistema físico a
controlar)
CONTROL
(Algoritmo)
Real Simulado
Hardware en lazo cerrado - RCP
27
Objetivos
Conectar el control real con una planta simulada
Probar el control final con toda seguridad
Análisis de sensibilidad para diferentes
fabricantes/tecnologías (Neutralidad Tecnológica)
Preparar las pruebas físicas
PLANTA
(Sistema físico a
controlar)
CONTROL
(Algoritmo)
Simulada Real
Hardware en lazo cerrado - HIL
28
PLANTA
(Sistema físico a
controlar)
CONTROL
(Algoritmo)
Parcialmente simulado,
real
Real o simulado
Objetivos
Integración de sistemas de
potencia
Emular los sistemas de potencia y
su entorno
Power Hardware en lazo cerrado - PHIL
29
Pruebas en lazo cerrado - Modelo en V para Micro Redes
30
Simulación en lazo cerrado
5. Conclusiones
Conclusiones - ¿ Cuánto cuesta corregir errores?
DiseñoPrototipado e
implementaciónIntegración Pruebas de
sistemaEntrega Diseño
Prototipado e
implementaciónIntegración Pruebas de
sistemaEntrega
Menor
trabajo
y costos
de
validación
Verificar el
diseño
en la etapa más
temprana
Cuándo son introducidos los errores? Cuánto cuesta corregir los errores?
Fuente: http://www.hydroquebec.com/innovation/en/institut-recherche.html
32
%%
Conclusiones - Importancia de la simulación en tiempo real
33
Implementación
exitosa
Conclusiones - Integración de Micro Redes
Soluciones tecnológicas que garantiza
que la integración de Micro Redes en las
redes eléctricas sea segura, confiable y
eficiente.
Mayor exactitud entre los análisis
previos y la puesta en marcha ante
la integración de Micro Redes.
Predecir fenómenos ante la integración
y puesta en marcha de Micro Redes en
las redes eléctricas.
34
Conclusiones: Integración de Micro Redes
Diseñar, planear, probar y validar nuevas
estrategias de protección, control y
automatización que en campo serían difíciles o
imposibles de realizar.
Emular eficientemente sistemas con
frecuentes cambios topológicos.
Aumentar la eficiencia cuando se
ejecuten las pruebas en campo,
disminuyendo riesgos, tiempos y por
tanto costos operativos.
35
Conclusiones: Integración de Micro Redes
En Colombia deberíamos implementar
pruebas de simulación y validación en
laboratorios de simulación en tiempo
real de los modelos, sistemas y
soluciones tecnológicas que serán
integrados al SIN, con el fin de contar
con resultados confiables, seguros, y
precisos, tomando decisiones
correctas y oportunas, como parte de
los procedimientos exigidos
tradicionalmente para una adecuada y
correcta operación del SIN.
“Nuestra mayor debilidad radica en renunciar. La forma más
segura de tener éxito es siempre intentarlo una vez más”
Thomas A. Edison.
w w w . p t i - s a . c o m . c op t i @ p t i - s a . c o m . c o @ p t i s a c o l o m b i a
GRACIAS !!!
En PTI creemos en la energía como el motor y el
medio para contribuir al desarrollo del país y la
región.