Automatización de la distribución en las redes inteligentes

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Ciclo de Conferencias: Estado del arte en Redes de Inteligentes “Smart Grids”
La Asociación de Ingenieros Universitarios Mecánicos y Electricistas, AC, organizó el ciclo de conferencias Estado del Arte en Redes Inteligentes “Smart Grids”, el pasado 13 de junio en la Torre de Ingeniería de la UNAM.
En el panel se abordaron los principales aspectos que se deben considerar para planear la transformación de una red tradicional de producción y consumo de energía eléctrica a una Red Inteligente. Se presentaron y discutieron los logros alcanzados hasta el momento en este aspecto en el mundo y se describieron los retos pendientes que son motivo de investigación y desarrollo en la actualidad.

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Automatización de la distribución en las redes inteligentes

  1. 1. Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids” AIUME.Automatización de la Distribución en las Redes Inteligentes Cuitlahuac Picasso Blanquel Instituto de Investigaciones Eléctricas i d i i l i Calle Reforma 113 Col. Palmira Cuernavaca Morelos Mexico M i Tel: 777 318 38 11 ext 7505 e-mail: picasso@iie.org.mx 1
  2. 2. Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids” AIUME. Inteligencia• La inteligencia es asociada al contexto humano: – No hay una sola definición de Inteligencia, de acuerdo con referencias de  h l d f ó d l d d f d diccionario.• Caracteristicas de la inteligencia se asocia: – Aprendizaje con referencia a un entorno Aprendizaje con referencia a un entorno.  – Capacidad de razonar,  – Procesar pensamiento abstractos.  – Capacidad de entender, comprender. – Capacidad de resolver problemas. – Conocimiento adquirido, comprender, acto de entender. – Memoria.  – Habilidad destreza y experiencia Habilidad, destreza y experiencia. – Interpretación de lenguajes• Computación  inteligente: – Desarrollo y utilización de programación avanzada computadoras con objeto  de reproducir los procesos de inteligencia humana.
  3. 3. Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids” AIUME. Procesamiento Computacional – Inteligente.• El arte de crear máquinas con capacidad de realizar funciones independientes que  l á l f realizadas por personas requieren inteligencia (Kurzweil, 1990).• El desarrollo de agentes inteligentes. Donde un agente inteligente es un sistema  que percibe el entorno y ambiente para toma de decisiones maximizando las  soluciones.• El proceso computacional inteligente se enfoca en el estudio de mecanismos  adaptativos para permitir un comportamiento inteligente de sistemas complejos y  cambiantes.• En el área de inteligencia computacional se buscan soluciones con programación  g p p g orientada en redes neuronales, computación evolutica, sistemas difusos etc.• Automatización de la Distribución en la RED ELECTRICA INTELIGENTE.
  4. 4. Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids” AIUME. Automatización de la Distribución en las Redes Inteligentes• Las aplicaciones en los sistemas DAS automatización de la distribución involucran diferentes disciplinas. (Sistemas eléctricos, protecciones, control, comunicaciones, sistemas de información y sus tecnologias en tiempo real, bases de datos, medición, ….)• Herramientas en inteligencia computacional para la automatización. – Tecnologias de información. – Comunicaciones – Automatización con procesamiento para redes inteligentes• Objetivo en la Automatización de la Distribución en las REI REI. – Impactar los procesos electricos de distribución en administración / operación en mejor eficiencia y confiabilidad.
  5. 5. Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids” AIUME. Conceptos de automatización• Automatismos. – Forma de realizar controles en forma independinte; – Algoritmos programados para la toma de decisión de una condición establecida – tratamiento de datos que se efectúa en conjunto con dispositivos previamente programados. – Temporizadores y contadores que hacen actuar reles o contactores para lograr una acción programada.• Automatización: – Acción guiada por las personas que involucra el uso de sistemas o elementos computarizados. – Controlar procesos que sustituyen la vigilancia de operadores humanos• Control Remoto / Telecomandos. Control Remoto / Telecomandos – El control remoto o telecomando es utilizado para realizar operaciones de cambio de estado /apertura o cierre. – Cambiar la condición remota sobre un equipo o dispositivo remotamente – Cambio de estado de un interruptor, cuchilla, tap de un transformador para regulación p , , p p g de voltaje.
  6. 6. Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids” AIUME.• La automatización de la distribución por sus siglas en inglés es conocida como DAS (Distribution Automation System)• En México se tienen experiencias y aplicaciones aisladas en DAS.• El IIE implantó el primer sistema DA en la Cd. De Toluca 92. Subestación 1 Secc. Secc A Secc B SE1 Restauración Subestación 2 Secc. Secc C Secc D SE 2 Seccionamiento automatizado sobre dos alimentadores
  7. 7. Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids” AIUME. Automatización de la Distribución• Principalmente las soluciones en DAS se h enfocado en el ha f d l seccionamiento o confinamiento de fallas sobre alimentadores o circuitos.• En la implementación de aplicaciones DAS se han utilizado automatismos,• Asimismo puntos de tele‐control distribuido con el uso de UTR(p).• Monitoreo de estados digitales que permiten confinar las fallas o bien que anuncien alarmas por sobrecorriente, o bajo voltaje o cortocircuitos.
  8. 8. Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids” AIUME.Automatización de la Distribución / Estado Actual SUBESTACIÓN 1 SUBESTACIÓN 2 FUENTE PREFERENTE FUENTE ALTERNA FALLA PERMANETE SUBESTACIÓN 1 FUENTE PREFERENTE SUBESTACIÓN 2 FUENTE ALTERNA FALLA PERMANETE SUBESTACIÓN 1 FUENTE PREFERENTE SUBESTACIÓN 2 FUENTE ALTERNA FALLA AISLADA
  9. 9. Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids” AIUME. Automatización de la Distribución / Estado Actual• En cada punto de seccionamiento se realiza un monitoreo de variables de corriente, voltaje, potencias instantánea acumulada, de perdidas.• Los puntos de seccionamiento son monitoreados por los SCADAs locales de Subestación enviando la información al centro de control.• Los puntos de seccionamiento p pueden agruparse para conocer su estado de alarmas y condiciones operativas.
  10. 10. Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids” AIUME. Medios de comunicación en DA• Los telecomandos para seccionamiento son enviados desde el centro de control.• Las variables de los puntos remotos son monitoreados desde el SCADA local de subestación.• Los medios de comunicación utilizados son de acuerdo a la infraestructura instalada: i l d – Radio – Fibra óptica – IP Network – PLC – GPRS
  11. 11. Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids” AIUME. Protocolos de comunicación• Hacia una adopción de estandares internacionales  – IEC 61850 IEC 61850 – MMS (Manufacturing Message Specification) – IEC‐60870 101 – IEC 60870‐103 – IEC‐60870 104  – TCP /IP (Transmition Control Protocol / Internet Protocol) TCP /IP (T iti C t l P t l / I t t P t l) – DNP 3,0 (Distributed Network Protocol)
  12. 12. Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids” AIUME. Problemática en los sistemas de Distribución• Actualmente las compañías eléctricas realizan esfuerzos para lograr mayor efectividad operativa en la automatización de la distribución. – Redes de distribución complejas – Gran número de nodos con derivaciones – Afectación y manejo de cargas en los circuitos conformados en grandes j g g distancias. – Generación Distribuida – Desarrollo de Microredes y su integración a las superedes. – Respuesta a la Demanda.• Automatización de Distribución en CFE (fuente CIGRE Mexico / Reordenamiento y (f automatismos de media tensión by TA).
  13. 13. Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids” AIUME. Criterios de Automatización• Reordenar la topología del sistema eléctrico de distribución de media  R d l t l í d l it lé t i d di t ib ió d di tensión.• Contar con el plan de crecimiento del sistema eléctrico de distribución. Contar con el plan de crecimiento del sistema eléctrico de distribución.• Definir parámetros en la calidad del suministro hacia nuestros clientes.• Plantear Los objetivos y reglas de operación del sistema eléctrico de  distribución.• Decidir las arquitecturas de control requerido. D idi l it t d t l idFuente: CIGRE Mexico / Reordenamiento y automatismos de media tensión by TAR..- CFE
  14. 14. Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids” AIUME. Criterios de AutomatizaciónCon el plan de telecontrol de las redes de distribución se logra:• Incrementar el valor de satisfacción de los clientes, al reducir de manera significativa  los tiempos de restablecimiento en el suministro.• Reducir los accidentes debido a que no se tiene la premura por restablecer lo más  Reducir los accidentes debido a que no se tiene la premura por restablecer lo más pronto posible el suministro.• No afectar a terceros y al medioambiente, al no destruir plantíos, huertas y bosques.• Contribuir con la rentabilidad de la empresa al llevar cabo proyectos con altas tasas  de retorno.• Mejoramiento de los indices de confiabilidad.• Preparar la red para el automatismo real del sistema de media tensiónFuente: CIGRE Mexico / Reordenamiento y automatismos de media tensión by TAR - CFE
  15. 15. Automatización de la Distribución Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids” AIUME.• Instrumentación en la Automatización de la Distribución – La instrumentación en las redes de distribución considera equipo de  protección con procesamiento avanzado para ser programable de acuerdo  ó con la configuración de las redes eléctricas de distribución – La instrumentación para Distribución deberá  ser de bajo costo por el gran  número de aplicaciones que se requieren.  – Medición de energía que debe contar con diversas funciones que procesen  algoritmos en diferentes parámetros, como medición instantánea, de  estadísticas, de control, de tarifas, de programación por suministro y corte de  energía. – Equipos de control, UTR’s, PLC’s para seccionamiento y restauradores que  q p p y q permiten la reconfiguración de los alimentadores automatizada. – Caracteristicas de los equipos: • Con conectividad a diferentes marcas (Interoperabilidad por protocolos, Con conectividad a diferentes marcas (Interoperabilidad por protocolos,  por transferencias de información, por bases de datos etc.)
  16. 16. Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids” AIUME. Automatización de la Distribución en Redes Inteligentes Detección y restablecimiento en caso de falla Monitoreo de Eventos, Consumos KW/hr Alarmas Perdidas Vars/hrSeñalización Consumos Instantaneos Kwatts remoto Control de Demanda Calidad de Energía g Pre-pago Restaurador Conexción/Desconexión remota Seccionamiento Recierres Medidor remoto Inteligente AMI Desbalance de fases Respuesta a la Demanda Funciones SCADA Información Corporativa Centro de Control De Distribución
  17. 17. Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids” AIUME. Funciones de Automatización DAS en REI Análsis Administración GIS / OMS de inventarios Optimización Medición De la Demanda Multifunción Monitoreo Optimización. y control Alarmas, tendencias Modelado de RED Perfil de carga, seccionamiento y base de datos en T.R. restauración FDIR IVVC CA ONR LC DPF TP SOM LE RPCSCA OCP OVP DTS Funciones avanzadas DAS Respuesta p Con algoritmos Inteligentes a localización de fallas Generación (selfhealing) Respuesta a Distribuida Calidad de Energia PMU Microredes la Demanda Reconfiguración Vehiculos Electricos de alimentadores Protección avanzadaFuente: IEEE Power & Energy Magazine en líneaby jiyuan Fan & Stuart Borlase
  18. 18. Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids” AIUME. Funciones para la automatización de la distribución• FDIR: Fault Detection / Isolation and Service Restoration. – Mejorar la confiabilidad  FDIR detección de una falla en el alimentador con base en el  sensado instrumentado de la red  – La falla se aísla en la sección del alimentador, lo cual reduce el tiempo del servicio de  restauración de horas a minutos, considerando un mejoramiento en la confiabilidad y  restauración de horas a minutos considerando un mejoramiento en la confiabilidad y calidad del servicio.• IVVC:  Integrated voltaje/var control. – Reducir de perdidas en la red energizando o denergizando bancos de capacitores en la  red,  – Asegurar un perfil optimizado de voltaje en la red manteniendo el voltaje en la red de  los alimentadores haciendo normal las condiciones de operación y reduciendo los picos  de carga.  – También puede ser controlado por control de las derivaciones del  transformador  ubicado en la subestación.  – Para la toma de desición se utilizan herramientas que apoyan a la regulación de voltaje  basada en algoritmos de condiciones operativas en las redes de distribución.  basada en algoritmos de condiciones operativas en las redes de distribución.
  19. 19. Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids” AIUME. Funciones para la automatización de la distribución• TP : Topology processor. TP : Topology processor – Procesamiento topológico es un sistema fuera de línea que determina la topología de la  red y presenta la información de la red a través de colores presentando  con precisión  datos del sistema SCADA.  – El sistema TP también proporciona  procesamiento de alarmas, eliminando alarmas que  no modifican cambios topológicos.• DPF: Distribution Power Flow. – Esta función permite corregir los desbalances de flujo de carga en el sistema trifásico  para los sistemas mallados o radiales. Esta función es importante en conjunto con la  función FDIR, IVVE.
  20. 20. Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids” AIUME. Funciones para la automatización de la distribución• LM/LE: Load Modeling/Load Estimation. – Para un modelado de carga o bien una estimación de carga dinámica es  posible lograrla en la medida que obtengamos toda la información posible del  comportamiento de la red de distribución. – Esta función incluye manejo de transformadores, capacitancias, facturación  combinado así la medición en tiempo real de los alimentadores.  bi d íl di ió ti ld l li t d – Se debe precisar el estimado de carga en la red de distribución considerando  la carga en la red de distribución como la generación agregada.  la carga en la red de distribución como la generación agregada – Si el modelado de cargas y sus valores reales no son lo suficiente precisos  todas las soluciones de automatización resultan no fáciles de utilizar. todas las soluciones de automatización resultan no fáciles de utilizar
  21. 21. Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids” AIUME. Funciones para la automatización de la distribución• CA: Contingency Analysis. – Esta función se integra en un sistema DMS, diseñado para analizar el potencial de  posibilidades para reconfigurar escenarios fallados, que afectan a los usuarios o  impactan la seguridad operativa del sistema.  impactan la seguridad operativa del sistema – Esta función permite contemplar acciones preventivas o correctivas para cambios en la  operación de la configuración de la red y garantizar un mínimo de clientes queden sin  servicio maximizando la mayor confiabilidad. i i i i d l fi bilid d• SOM Switch Order Managament:  – En la operación en tiempo real se puede generar opciones de reconfiguración que sean En la operación en tiempo real, se puede generar opciones de reconfiguración que sean   verificadas, ejecutadas o rechazadas.  – SOM proporciona un análisis avanzado para todas las operaciones de reconfiguración  en el sistema de distribución 
  22. 22. Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids” AIUME. Funciones para la automatización de la distribución• SCA Short – Circuit Analysis.  – Analisis de corto circuito fuera de línea, para evaluar la corriente de corto circuito en condiciones de falla hipotéticas, evaluando la posibilidad de impacto de una condición de falla de la red. – Verificar los puntos de ajuste de los sistemas de DEI’s de protección y operación para ajuste fino los puntos de ajuste de los relevadores de protección.• RPC Relay protection coordination : – Administra y verifica los ajustes del relevador utilizados para los alimentadores de distribución que permiten establecer diferentes condiciones de operación y reconfiguración de la red.
  23. 23. Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids” AIUME. Funciones para la automatización de la distribución• OPC/OVP Optimal capacitor Placement/Optimal regulator  placement: – Localización óptima de bancos de capacitores para regulación. – Localización óptima de la regulación del voltaje en las redes de distribución para lograr un control mas efectivo de la perdida de energía den alimentadores VAR y perfil de voltaje.
  24. 24. Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids” AIUME. Funciones para la automatización de la distribución• DTS Dispatcher training simulator Simulador para entrenamiento DTS Dispatcher training simulator: Simulador para entrenamiento  de despacho de energía. – Herramienta para simular condiciones de operación normal y anormal. – Escenarios de reconfiguración antes de ser aplicados en los sistemas de distribución en tiempo real. – Evaluación de impactos. – Plan de operación futura, – Simular escenarios de operación históricos – Simular condiciones a la expansión de los sistemas de distribución. – Capacitación del uso de esta herramienta DTS.
  25. 25. Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids” AIUME. Automatización de la Distribución• La Automatización de la Distribución ha seguido un modelo tradicional y g jerárquico. – Continuidad en el servicio – C Cumplimiento d estandares d confiabilidad li i de d de fi bilid d Esquema jerárquico actual.
  26. 26. Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids” AIUME.• En REI se plantea un esquema integrado que incluye desde la generación hasta el consumidor.• ode os p a teados po : Modelos planteados por REI: – Participación activa de los consumidores.  – Operación eficiente. – Inclusión de energía renovable. – Opciones de almacenamiento. – Optimización de recursos eléctricos  (Equipos, procesos de generación) – Calidad en el Servicio  – El sistema debe ser capaz de responder a  disturbios y auto repararse. – Alta seguridad en los sistemas y equipos  Esquema planteado por las redes inteligentes para resistir ataques físicos y cibernéticos. para resistir ataques físicos y cibernéticos.
  27. 27. Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids” AIUME. Automatización de la Distribución en REI• Se considera la gran mayoría de las características mencionadas para las funciones  Se considera la gran mayoría de las características mencionadas para las funciones en Automatización de la Distribución en REI se enfocan en – Eficiencia energética. • Realizar un uso óptimo de los recursos eléctricos existentes asociado un  diferimiento de inversión. • Optimización de la administración de la demanda, utilizando modelos de  carga que permitan maximizar el uso de recursos eléctricos,  • Reducir picos de demanda y pérdidas. • Despacho automático de reactivos de la red de distribución. • Conectividad e interoperabilidad con los sistemas SCADA, DMS, OMS,  utilizados deberán incluir más análisis y funciones de control para la  y p operación en tiempo real del sistema. • Manejo de la participación de consumidor a través de los AMI medidores  inteligentes. p • Incorporación de Generación Distribuida.
  28. 28. Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids” AIUME. Automatización de la Distribución en REI• Confiabilidad:  – Predecir, localizar y aislar y analizar las fallas con o sin la intervención  del operador, antes de que su impacto pueda afectar la calidad del  d l d t d i t d f t l lid d d l servicio. – Incorporar mediciones AMI, – Comunicaciones, Comunicaciones,  – Equipos inteligentes (IED’s) – Diagnóstico avanzado, – Control retroactivo. – Mantenimiento basado en la confiabilidad del equipo. – Utilizar simuladores para el entrenamiento de operadores.
  29. 29. Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids” AIUME.
  30. 30. Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids” AIUME. Trabajos Futuros / Conceptualizar la integración funcional Análsis Administración GIS / OMS de inventarios Optimización Medición De la Demanda Multifunción Monitoreo Optimización. y control Alarmas, tendencias Modelado de RED Perfil de carga, seccionamiento y base de datos en T.R. restauración FDIR IVVC CA ONR LC DPF TP SOM LE RPCSCA OCPOVPDTS Funciones avanzadas DAS Generación Respuesta Distribuida Di t ib id Con algoritmos Inteligentes Microredes a localización de fallas Vehiculos Electricos (selfhealing) Respuesta a Calidad de Energia PMU Protección avanzada la Demanda ReconfiguraciónFuente: IEEE Power & Energy Magazine de alimentadoresby jiyuan Fan & Stuart Borlase en línea
  31. 31. Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids” AIUME.• DMS – Distribution Management System (Fuente:Nanjing Nari‐Relays Electric Co., Ltd
  32. 32. Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids” AIUME. Conclusiones• Se tienen grandes retos por resolver en la automatización de la  Se tienen grandes retos por resolver en la automatización de la distribución.• Establecer estrategias y acciones para llegar a contar con sistemas de alta  eficiencia en la automatización de la distribución. fi i i l i ió d l di ib ió• Para alcanzar la propuesta de la automatización de la Distribución en REI • Resolver los diferentes sistemas actuales para una integración en gestión  del sistema de distribución (IGSD).• La interoperabilidad de los sistemas es importante y fundamental.
  33. 33. Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids” AIUME. Gracias Cuitlahuac Picasso Blanquel C itl h Pi Bl lInstituto de Investigaciones Eléctricas Calle Reforma 113 Col. Palmira Cuernavaca Morelos Mexico Tel: 777 318 38 11 ext 7505 e-mail: picasso@iie.org.mx

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