François GALLON 10/11/2011
Seguridad operativas de las redes eléctricas
Enfoque y tecnología
GRID
Congreso Bienal Internacional CIGRE 2011 Chile 2018: El sistema eléctrico que Chile requiere para alcanzar el desarrollo con
un Suministro Eléctrico Sustentable.
Estrategia energética de la Comunidad Europea
Los Tres Pilares de la estrategia energética de la CE:
• SEGURIDAD OPERATIVA (Security) • SUSTENTABILIDAD (Sustainability) • COMPETIVIDAD (Competitiveness)
Deben cumplir con los requisitos:
• de la política energética: efectos de la liberalización de los mercados eléctricos en Europa
• de reducción drástica de emisiones de CO2: integración masiva de fuentes de generación renovable (Renewable Energy Sources), variables y de carácter estocástico
Corto plazo:2020 Corto/medio/largo plazos: 2020/2030/2040/2050
Seguridad operativas de las redes eléctricas Enfoque y tecnología
Supergrid : enfoque en la Comunidad Europea (CE)
Ahorrar el 10% del consumo gracias a un control reforzado de la eficiencia de los sistemas
Contibucion fuentes de energis renovables para satisfecer el 30 to 36% del consumo
europeo
Reduccion CO2 30 to 57% comparado to 2009
Cumplir con los objetivos de la CE 20/20/20
Estrategia energética de la Comunidad Europea
Uno de los desafios de la decada del 20:
• El MEDGRID (Mediterranean Grid) y el suministro de 20 000 MW de renovables a la Europa central y occidental
Seguridad operativas de las redes eléctricas Enfoque y tecnología
Soluciones
Dos familias de soluciones: • Convencional: reforzar la capacidad de transmisión de los sistemas existentes
(dificultades socio-políticas y/o medí-ambientales) • Re-ingeniería e introducción de soluciones tecnológicas innovadoras
Combinación de:
• Expansión sustentable de las redes existentes: tecnologías innovadores y flexibles • Optimización de las performancias de los sistemas existentes (ICT: Tecnologias de
Información y Comunicación)
Seguridad operativas de las redes eléctricas Enfoque y tecnología
Soluciones
Las puestas en ejecución de las soluciones van a depender de: • Condiciones geográficas y/o económicas • Capacidades de los proveedores de proponer una gama extendida de soluciones
innovadoras: • Flexibles • Confiables • Robustes
• Predisposición/aceptación de los Operadores a integrar dichas soluciones
Seguridad operativas de las redes eléctricas Enfoque y tecnología
Clasificar las soluciones
Enfoque sistémico del sistema de transmisión pan-Europeo: • Perspectivas y evolución del sistema de transmisión a largo plazo • Perspectivas tecnológicas con impactos posibles en las prácticas operativas de las redes
En forma más pragmática:
• Level Superior: ‘Retos Críticos’ describe la visión a largo plazo de los desarrollos de las redes eléctricas 2020-2030, complementado por los beneficios claves esperados
• Filtro genérico para respaldar: • Qué son los retos del desarrollo de la tecnología en los 10/20/30 años? • Que será el beneficio cualitativo cuando sea integrada la tecnología en el sistema? • Que inversión financiera se debe contemplar?
Seguridad operativas de las redes eléctricas Enfoque y tecnología
Seguridad operativas de las redes eléctricas Enfoque y tecnología
DE
SA
FÍO
S
CR
ÍTIC
OS
Arquitecturas Nuevas
Complexidad creciente
de operación y
planificación
Carácter estocástico de
la Generación
Diseño del Mercado
Eléctrico de la CE
Cuadros legal y
reglamentario
VIS
IÓN
20
30
Confiabilidad del
Sistema
Capacidad de
transmisión
Control de los flujos de
potencia
Reducción de las
perdidas
Objetivos al año 2020:
integración eficiente de nuevos modelos de generación y consumo
coordinación de planificación y operación del sistema eléctrico global
nuevos modelos de mercado para maximizar el bienestar europeo
Objetivos al año 2030:
los mismos que los del año 2020
ajustados a los criterios impuestos por la política energética da la CE
OPTIMIZACIÓN DE LA RED EXISTENTEInte
gra
ció
n d
e
tecn
olo
gía
s
Ben
efi
cio
s c
laves
TECNOLOGÍAS TIEMPO REAL
Monitoreo de temperatura tiempo real Monitoreo tipo WAMS
Smart metering
Hidrol.-storage por eólico
Almacenamiento de energía por aire comprimido
Flywheel
Superconducting almacenamiento de energía
baterías NaS
Supercapacidores
Baterías Lithium-Ion
EXPANSIÓN SUSTENTABLE DE LA RED
(DOMESTICA Y REGIONAL)
Impacto medí ambiental reducido
Tecnologías pasivas Tecnologías activas
XLPE cables sub-terreno/submarino
Gas Insulated Lines
Conductores alta temperatura
Cables superconductores
Torres de líneas HVAC
Limitores de corriente de falla (FCL)
Transformadores desfasadores
HVDC
FACTS
Tecnologías pasivas Tecnologías activas Sistema de monitoreo de tiempo real Soluciones que impactan la operación de la Red
Seguridad operativas de las redes eléctricas Enfoque y tecnología
Tecnologías pasivas Son generalmente asociadas a los sistemas de transmisión AC de alta tensión:
Cables subterráneos XLPE
Seguridad operativas de las redes eléctricas Enfoque y tecnología
Tecnologías pasivas Son generalmente asociadas a los sistemas de transmisión AC de alta tensión:
Cables subterráneos XLPE GIL (Líneas aisladas por Gas)
Seguridad operativas de las redes eléctricas Enfoque y tecnología
Tecnologías pasivas Son generalmente asociadas a los sistemas de transmisión AC de alta tensión:
Cables subterráneos XLPE GIL (Líneas aisladas por Gas) Conductores de alta temperatura (materiales composites) Cables súper-conductores
Seguridad operativas de las redes eléctricas Enfoque y tecnología
Tecnologías pasivas Son generalmente asociadas a los sistemas de transmisión AC de alta tensión:
Cables subterráneos XLPE GIL (Líneas aisladas por Gas) Conductores de alta temperatura (materiales composites) Cables súper-conductores Diseño innovador de torres de línea AT:
• Estética • Geometría para modificar la impedancia característica del circuito
Seguridad operativas de las redes eléctricas Enfoque y tecnología
Tecnologías pasivas Son generalmente asociadas a los sistemas de transmisión AC de alta tensión:
Cables subterráneos XLPE GIL (Líneas aisladas por Gas) Conductores de alta temperatura (materiales composites) Cables súper-conductores Diseño innovador de torres de línea AT Instrumentos de medida non convencionales (CEI 61850 9.2)
Seguridad operativas de las redes eléctricas Enfoque y tecnología
NXCT-P/M
VTCE-P/MCTOE-P/M NXCT-P/M
PC9-NXCT-P/M
CEVT-P/MRECT-P/M CIT CT-P/M CIT VT-P/MCB /
Switch
NMU (AIS)
AMU DMU
NMU (GIS)
NCIT - Digital CIT - Analog CB/SW
Synchro – IEEE 1588
MICOM
P594
GPS for
IEEE 1588
IEC 61850-8-1 X
IEC 61850-8-1 X
IEC 61850-9-2 X
IEC 61850-9-2 XSynchro – 1pps
VTCE-P/MCTOE-P/M NXCT-P/MNXCT-P/M
PC9-NXCT-P/M
CEVT-P/MRECT-P/M CIT CT-P/MCIT CT-P/M CIT VT-P/MCIT VT-P/MCB /
Switch
NMU (AIS)
AMU DMU
NMU (GIS)
NCIT - Digital CIT - Analog CB/SW
Synchro – IEEE 1588
MICOM
P594
GPS for
IEEE 1588
IEC 61850-8-1 X
IEC 61850-8-1 X
IEC 61850-8-1 XIEC 61850-8-1 XX
IEC 61850-8-1 XIEC 61850-8-1 XX
IEC 61850-9-2 X
IEC 61850-9-2 X
IEC 61850-9-2 XIEC 61850-9-2 XX
IEC 61850-9-2 XIEC 61850-9-2 XXSynchro – 1pps
AIS
GIS
New Retrofit
Tecnologías activas Control del sistema mientras:
• Aumentando la Capacidad de transmisión • Mejorando la Estabilidad del sistema • Amortiguando oscilaciones entre regiones
• Transformadores desfasadores • Compensación capacitiva serie
Seguridad operativas de las redes eléctricas Enfoque y tecnología
390 Mvar k=56%
315 Mvar k=50%
225 Mvar k=50%
255 Mvar k=53%
Peak Load 1400 MW Peak Load 1300 MW
390 Mvar k=56%
315 Mvar k=50%
225 Mvar k=50%
255 Mvar k=53%
Peak Load 1400 MW Peak Load 1300 MW
Tecnologías activas Control del sistema mientras:
• Aumentando la Capacidad de transmisión • Mejorando la Estabilidad del sistema • Amortiguando oscilaciones entre regiones
• Transformadores desfasadores (phase-shifter) • Compensación capacitiva serie
• Sistema de corriente continua de alta tensión (HVDC): LCC (tiristores) y VSC
(transistores)
Seguridad operativas de las redes eléctricas Enfoque y tecnología
Transfer power in
each line P= sin
V1 x V2
X lines(phase shift angle V1 , V2 )
X fault X fault
Former arrangement
Steady state
Former arrangement
Faulty condition
Postponed solution
New tie line constructionCurrent solution
Phase shifting Transformer
X fault
50 70 80% 60 140% 50 85 75% 100% 100%P 50 70 80% 60 140% 50 85 75% 100% 100%
Transfer power in
each line P= sin
V1 x V2
X lines(phase shift angle V1 , V2 )
X fault X fault
Former arrangement
Steady state
Former arrangement
Faulty condition
Postponed solution
New tie line constructionCurrent solution
Phase shifting Transformer
X fault
50 70 80% 60 140% 50 85 75% 100% 100%P 50 70 80% 60 140% 50 85 75% 100% 100%
France-Spain interconnection tie equipped with a P.S. transformer
225 kV - 312 MVA - 25° on load
ST MT
Phase shifter 1 Phase shifter 2
Twice 25 °on load in serie
ST MT
Phase shifter 1 Phase shifter 2
Twice 25 °on load in serie
Pragnères 312 MVA 220kV
Tecnologías activas Control del sistema mientras:
• Aumentando la Capacidad de transmisión • Mejorando la Estabilidad del sistema • Amortiguando oscilaciones entre regiones
• Transformadores desfasadores • Compensación capacitiva serie
• Sistema de corriente continua de alta tensión (HVDC): LCC (tiristores) y VSC
(transistores)
• FACTS
Seguridad operativas de las redes eléctricas Enfoque y tecnología
Tecnologías activas Control del sistema mientras:
• Aumentando la Capacidad de transmisión • Mejorando la Estabilidad del sistema • Amortiguando oscilaciones entre regiones
• Transformadores desfasadores • Compensación capacitiva serie
• Sistema de corriente continua de alta tensión (HVDC): LCC (tiristores) y VSC
(transistores)
Seguridad operativas de las redes eléctricas Enfoque y tecnología
Rio Madeira
14 GW
11 GW
6.5 GWRio Madeira
14 GW
11 GW
6.5 GW
Tecnologías activas Control del sistema mientras:
• Aumentando la Capacidad de transmisión • Mejorando la Estabilidad del sistema • Amortiguando oscilaciones entre regiones
• Transformadores desfasadores • Compensación capacitiva serie
• Sistema de corriente continua de alta tensión (HVDC): LCC (tiristores) y VSC
(transistores)
• FACTS
• Limitadores de corriente de falla (Fault Current Limiters)
Seguridad operativas de las redes eléctricas Enfoque y tecnología
Sistema de monitoreo de tiempo real Soluciones que impactan la operación de la Red Compuestos de componentes ‘harware’ y ‘software’ avanzados Fuerte penetración de los avances de la CEI 61850 (8.1-Bus station)
Monitoreo en tiempo real de la carga real y los limites de componentes discretos
Seguridad operativas de las redes eléctricas Enfoque y tecnología
Gas Insulated Substation
AIS Circuit Breakers
Protocols, e. g.
IEC 60870-5-101, -
104, DNP3.0,
IEC61850, Modbus
MS 3000
Platform for data
implementation
Monitoring data flow
Power Transformer
Gas Insulated Substation
AIS Circuit Breakers
Protocols, e. g.
IEC 60870-5-101, -
104, DNP3.0,
IEC61850, Modbus
MS 3000
Platform for data
implementation
Monitoring data flow
Power Transformer
Sistema de monitoreo de tiempo real Soluciones que impactan la operación de la Red Compuestos de componentes ‘hardware’ y ‘software’ avanzados Fuerte penetración de los avances de la CEI 61850 (8.1-Bus station)
WAMS (Wide Area Monitoring Systems) / PMU (Phasor Measuring Units)
Seguridad operativas de las redes eléctricas Enfoque y tecnología
Frecuencia en Esmeralda, Agosto 10
De 17:50 a 18:20 horas
59.20
59.40
59.60
59.80
60.00
60.20
60.40
60.60
60.80
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Tiempo (seg)
Fre
cu
en
cia
Hz
18:00:00 18:03:2017:56:40 18:10:0018:06:40 18:13:20 18:16:4017:53:2017:50:00 18:20:00
Colombia: Inter-area frequency oscillations
• WAMS installation goals
− Identify source of instability problem − Conduct non-intrusive generator tests
• Maximise coverage of power from major generators
• PhasorPoint WAMS
− 6 PMUs in 6 Substations − PhasorPoint Data Centre at Medellin − VPN link to Psymetrix
Courtesy ISA
Sistema de monitoreo de tiempo real Soluciones que impactan la operación de la Red Compuestos de componentes ‘harware’ y ‘software’ avanzados Fuerte penetración de los avances de la CEI 61850 (8.1-Bus station)
Monitoreo en tiempo real de la carga real y los limites de componentes discretos WAMS (Wide Area Monitoring Systems) / PMU (Phasor Measuring Units) Imagen térmica en tiempo real de las líneas de transmisión y de los equipos mas críticos
Seguridad operativas de las redes eléctricas Enfoque y tecnología
Soluciones que impactan la operación de la Red Innovaciones originadas en los sistemas de distribución, con impacto en la operación del sistema de transmisión
‘Smart metering’ Almacenamiento de energía (‘energy storage’)
• Hidro-eléctrico • Aire comprimido • ‘Fly wheel’ • ‘Super Magnetic Energy Storage’ (SMES) • Baterías Na-S • Supercapacitores • Baterías Lithium-Ion
Seguridad operativas de las redes eléctricas Enfoque y tecnología
Perspectivas de implementación de las tecnologías innovadoras
Seguridad operativas de las redes eléctricas Enfoque y tecnología
Aceptación social fuerte favorece el desarrollo sustentable del sistema:
Reluctancia publica favorece la optimización
de lo existente:
Resumen Rediseñar el sistema pan-Europeo para cumplir con los requisitos del cambio del paradigma energético Tecnologías pasivas: opciones para expander sistemas existentes, u optimizar la operación del existente Tecnologías activas cruciales para expander sistemas existentes, u optimizar la operación del existente, integrando la penetración de las fuentes de energías renovables Combinación de tecnologías activas y pasivas para resolver el problema de congestión de flujos trans-regionales Simulaciones de larga escala serán necesarias para validar los modelos de tecnologías pasivas y activas, con las perspectivas ofertas por los sistemas de monitoreo de tiempo real Tecnologías impactantes deberían agilizar la operación de las redes (con revisión adecuada de las reglas y procederías) Respaldo del Publico es un factor decisivo
Seguridad operativas de las redes eléctricas Enfoque y tecnología
Respaldo imprescindible y necesario de los comités
www.alstom.com
Gracias por su atención