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Medicin Fasorial en el Sistema
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Interconectado Nacional
Encuentro Nacional de Operadores
Mayo 19, 2011
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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
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Propuesta de arquitectura para el sistema de informacin fasorial.
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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
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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
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Medicin Fasorial
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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).
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Plan de Actividades del Proyecto6
ESPIS con tecnologas convencionales
Apropiacin tecnolgica
Desarrollo prototipo
Integracin WAMS a Centro de
Desarrollo WACS
2008 2013
Estado Actual
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Desarrollo Regulatorio ESPIS y WAMS/WACS
Investigacin y Desarrollo Tecnolgico
convencionalestecnolgica PMU y WAMS
prototipo WAMS Centro de
Control
WACS
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Anlisis del SIN basados en Modelos angulares usando PMUs.
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Caracterizacin Angular. Caracterizacin de la interconexin. Validacin del Modelo (DigSilent).
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Aplicaciones WAMS
El ngulo del voltaje en sistemas de potencia es un sntoma muy precoz
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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 ?
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Potencialidades de Observacin y Control con PMU10
Mxima ImportacinCaribe
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Mxima Importacin Suroccidental
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reas de Corte11
rea de corte 2 rea de corte 1
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rea de corte 3 rea de corte 4
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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
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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
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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
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CONTINGENCIAS EXTREMAS
CONTINGENCIAS EXTREMAS
ALTA DEMANDAALTA DEMANDA
CONTINGENCIA N-2 (CARIBE)
CONTINGENCIA N-2 (CARIBE)
rea en condicin lmite
rea en condicin lmite
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SISTEMA ANTES DE LA CONTINGENCIA
CONTINGENCIA EXTREMA SALIDA SUBESTACIN
Disparo de una Subestacin14
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DISPARO DE SUBESTACIN
CONTINGENCIA EXTREMA SALIDA SUBESTACIN
Disparo de una Subestacin15
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SALIDA DE LNEAS GUAVIO CIRCO 220 kV
CONTINGENCIA EXTREMA SALIDA SUBESTACIN
Disparo de una Subestacin16
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SALIDA DE LNEAS GUAVIO TUNAL Y GUAVIO REFORMA
CONTINGENCIA EXTREMA SALIDA SUBESTACIN
Disparo de una Subestacin17
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Blackout
WAMPAC
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OPERACIN NORMAL
6,5
CONTINGENCIA EXTREMA N-2 CARIBE
Contingencia N218
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Copey:-18.308
Ocaa:-11.81
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2,4
CONTINGENCIA EXTREMA N-2 CARIBE
Salida lneas Porce III - Cerro y Primavera -Cerro
Contingencia N219
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Contingencia N-2: Lneas de interconexin de Antioquia-Caribe.
Caribe interconectado nicamente con Nordeste
Evolucin Fasores
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Caracterizacin de la interconexin Colombia-Ecuador
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Caracterizacin de la interconexin Colombia-Ecuador
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Validacin del Modelo, Evento disparo de lnea Cerro-Primavera
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40
50
60
Angulo en grados
Diferencia Angular San Carlos- Sabana
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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
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2323
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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.
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Desarrollo: Impedancia vista por el rel. Alarmas de distanciamiento angular. Medicin de estado distribuido.
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WAMS/Conciencia Situacional Phasor Point25
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Estabilidad Oscilatoria, Phasor Point (Psymetrix)26
Visualizacin general de anlisis de oscilaciones en el SIN.
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Anlisis del comportamiento de oscilacin de baja frecuencia.
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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
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En esta oscilacin se aprecia como todo el Sistema oscila en
fase
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Islanding, Phasor Point (Psymetrix)28
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PI GUSANO FRECUENCIAS
GUSANO CON DELTAS DE
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DELTAS DE FRECUENCIA (REF. SAN CARLOS)
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Registro de Eventos30
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Rels de Distancia, Desarrollo con libreras de OpenPDC
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Propuesta de arquitectura para el sistema de informacin fasorial
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Alto volumen de informacin. Requerimientos de ancho de banda. Prototipo. Propuesta de NASPI y Psymetrix. PMU en IEC61850.
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PMU en IEC61850.
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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
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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
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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.
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Con PDC Local 3V y 3I por Cto:
106.45Kbps.
Con PDC Local 3V por S/E y 3I por Cto:
65.36Kbps.
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Propuesta de Psymetrix
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Propuesta de NASPI: Phasor Gateways
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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
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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
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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
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Adopcin del CIM (Common Information Model) como herramienta de intercambio de informacin entre la S/E y el Centro de Control.
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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
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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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