Análisis de la seguridad del Sistema Colombiano II Jornadas … Técnicas ISA v2 (P).pdf ·...

Todos los derechos reservados para XM S.A E.S.P.November 5, 2008

Análisis de la seguridad del Sistema Colombiano II Jornadas Técnicas ISA

Todos los d

ere

chos r

eserv

ados p

ara

XM

S.A

E.S

.P.

SUPERVISIÓN

•Precios•Calidad•Confiabilidad•Seguridad

Maximizaciónde beneficios

REGULACIÓN (CREG-CNO)

USUARIO EMPRESAS

Todos los d

ere

chos r

eserv

ados p

ara

XM

S.A

E.S

.P.

• Criterios Regulados

• Competencias Técnicas y Humanas

• Protocolos de Comunicación

• Herramientas Disponibles

• Infraestructura del Sistema

La seguridad del Sistema Interconectado Nacional depende de cinco aspectos básicos


Criterios Regulados

Todos los d

ere

chos r

eserv

ados p

ara

XM

S.A

E.S

.P.

• En estado estacionario

Barras 110 - 230 kV: Mayor 0.9 p.u y menor 1.1 p.u

Barras 500 kV: Mayor 0.9 p.u y menor 1.05 p.u

• En el LP y MP no se permiten sobrecargas permanentes.

En CP y MP se pueden fijar, de acuerdo con la duración y

sin sobrepasar temperaturas máximas permisibles de los

equipos y sin disminuir la vida útil de los mismos

• VERPC; este criterio probabilístico tiene en cuenta la

probabilidad de falla de los subsistemas

Criterios de análisis eléctrico en estado estacionario establecidos por la CREG

Todos los d

ere

chos r

eserv

ados p

ara

XM

S.A

E.S

.P.

• Que una contingencia en las líneas de transmisión no lleve a un evento en cascada que origine un colapso del sistema.

• El sistema debe conservar la estabilidad con falla trifásicaen cercanías a la subestación con mayor nivel de cortocircuito, aclarada con tiempo de protección principal y asumiendo salida permanente del elemento en falla.

• Oscilación coherente y amortiguada en las máquinas y en los flujos de potencia.

Criterios de análisis eléctrico en estado transitorio establecidos por la CREG

Todos los d

ere

chos r

eserv

ados p

ara

XM

S.A

E.S

.P.

NIVEL 3

A - Generadores B- Operadores de Red

Transportador Nal.

NIVEL 2

• Seguridad, confiabilidad y economía

• Planear y Supervisar: Coordinar, controlar

Operador

NIVEL1

Además de los criterios generales, se establecieron niveles jerárquicos

Todos los derechos reservados para XM S.A E.S.P.

November 5, 2008

Competencias Técnicas y Humanas

Todos los d

ere

chos r

eserv

ados p

ara

XM

S.A

E.S

.P.

Para minimizar riesgos XM implementó un Centro de Entrenamiento

Centro de Control de Generación

Centro de Control de Transmisión

Centro de Control de Distribución

Control de voltaje y frecuencia

Ejecución de maniobras Manejo de carga

• Instrucciones de carga y generación.

• Restablecimiento•Es posible simular las

condiciones operativas a las

que se enfrenta el operador,

tanto técnicas como humanas

•Se pueden establecer consignas

operativas para la entrada de

nuevos equipos

La simulación de las situaciones

de trabajo bajo presión y la

aplicación de los protocolos de

comunicación entre los

operadores nos llevarán a

minimizar las fallas humanas

Todos los d

ere

chos r

eserv

ados p

ara

XM

S.A

E.S

.P.

• Con el fin de minimzar riesgos,

las empresas del Grupo ISA

hemos venido trabajando en la

implementación de las

sinergías.

• En diciembre de 2007 XM y

CTEEP inaguraron los centros de

entrenamiento para los

operadores del sistema de

potencia.

Implementación de Sinergias a nivel del Grupo ISA

Con el trabajo realizado buscamos la Certificación de los

operadores de Centros de Control

Todos los d

ere

chos r

eserv

ados p

ara

XM

S.A

E.S

.P.

Para enfrentar este reto, hemos realizado un plan estratégico

CERTIFICACIÓN

Acreditar Operadores Grupo ISA

SE

CT

OR

OB

JET

IVO

EléctricoEnergéticoOtros Sectores

AM

BIT

O

Grupo ISA Colombia Internacional

INFRAESTRUCTURA

Formación de formadores

SINERGIAS GRUPO ISA

Definición Metodología de Entrenamiento

Aplicación Metodología para Maniobras y Restablecimiento

Habilitación de los operadores del Grupo

ISA

Acreditar Operadores SEP Colombia

Certificación Operadores SEP Colombiano

Certificación Internacional

Implementación Centro de entrenamiento XM-

CTEEP

Adecuación Centro de Entrenamiento XM

Alianzas Estratégicas

Todos los d

ere

chos r

eserv

ados p

ara

XM

S.A

E.S

.P.

En desarrollo de nuestra estrategia, ya hemos comenzado a impartir entrenamientos a los operadores del CND y CSM

96

64

3

48

45.5

32 32

7

96

48

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Ho

ras

En

tren

amie

nto

po

r m

ód

ulo

Voltaje Frecuencia Maniobras Restablecimiento SCADA, E.E, N.A

Módulo

CND

CSM

EPSA

17

12

4

14

4 4

10

6

4

20

6

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

#Op

erad

ore

s

Voltaje Frecuencia Maniobras Restablecimiento SCADA, E.E, N.A

Módulo

CND

CSM

EPSA

Horas de entrenamientos

ejecutados

Operadores Entrenados

Los Módulos disponibles para entrenamiento son

• Frecuencia

• Voltaje

• Maniobras

• Restablecimiento


Protocolos de Comunicación

Todos los d

ere

chos r

eserv

ados p

ara

XM

S.A

E.S

.P.

El cumplimiento del protocolo de comunicaciones entre los operadores es esencial para garantizar la seguridad del SIN

CND(Emisor)

MENSAJEMENSAJE(instrucci(instruccióón)n)

Información rápida,

concreta y oportuna

AGENTE(Receptor)

CONFIRMACIONCONFIRMACION(instrucci(instruccióón)n)

Información rápida,

concreta y oportuna

��

��

��

��

�� ACEPTACIACEPTACIÓÓNN

Todos los d

ere

chos r

eserv

ados p

ara

XM

S.A

E.S

.P.

Comunicaciones con el Centro de Control

EPM

EEB EPSA

TRAN

ISACHEC

CODENSA

COSTA-CARIBE

CENACE

Plantas generadoras

Centros de Control

Subestaciones

CENTRO DE CONTROL


Herramientas Disponibles

Todos los d

ere

chos r

eserv

ados p

ara

XM

S.A

E.S

.P.

Para cumplir con las responsabilidades asignadas, XM realiza varios tipos de análisis

Seguridad del SIN

DigSilent , F@Osnet,

Estyra

Ángulo Frecuencia Voltaje

Corto tiempo

Largo tiempo

EDAC, inercia, regulación primaria

AGC, VQ, reserva rodante

Corto tiempo

Largo tiempo

SVC, generadores, aumento de

carga.

Taps, VQ

Estabilidad ángulo,

pequeña señal

Curvas Pg,PL, Qg,QL,V, PV, PQ,

Pδδδδ.

Modales

Estabilidad transitoria

Todos los d

ere

chos r

eserv

ados p

ara

XM

S.A

E.S

.P.

18Para todos estos análisis es necesario tener en cuenta todos los sistemas de control del SIN, lo cual hace el problema complejo

Supervisión y Control del Sistema (Centro de Control)Control económico de frecuencia

FRECUENCIAFLUJOS

(TRANSFERENCIAS) GENERACIÓNDESPACHO

REDESPACHO

FRECUENCIAFLUJOS

(TRANSFERENCIAS) GENERACIÓN

Otras Unidades de Generación y sus Controles Asociados

Control Suplementario

GeneradorCorriente de

Campo

VelocidadVoltaje

Velocidad / Potencia

Controles Unidades de Generación

Potencia Mecánica

Control de Turbina

Sistema de Excitación y Control

Controles de la TransmisiónControles de Potencia Reactiva y Voltaje FACTS

Todos los d

ere

chos r

eserv

ados p

ara

XM

S.A

E.S

.P. Verificar el cumplimiento de los

criterios de establecidos en todos los procesos en primordial para la seguridad del SIN

En todos los procesos de XM asociados a la operación se utilizan diferentes herramientas para realizar los análisis

Todos los d

ere

chos r

eserv

ados p

ara

XM

S.A

E.S

.P.

XM a desarrollado herramientas que permiten optimizar el tiempo de análisis en todos los procesos

Area1+Area3

Area 1

Sistema de

transmisión

Area 2

Area 3

Area 5 Area 6

Area 4

Area4+ Area6

��Criterio de Criterio de ÁÁrea Iguales rea Iguales ExtendidoExtendido

��MMóódulo ACUCSOdulo ACUCSO

��EstimaciEstimacióón de Sobrecargasn de Sobrecargas

Todos los d

ere

chos r

eserv

ados p

ara

XM

S.A

E.S

.P.

21

Para monitorear la seguridad en tiempo real también se han desarrollado aplicaciones como los análisis de frecuencia en tiempo real

Espectro de

Fourier

Espectro de

FourierMedidor mayor

modoMedidor mayor

modoMedidor otros

modosMedidor otros

modos

Medición de frecuencia

Medición de frecuencia

Rango 1 de variación






Alarma actuación EDAC

Alarma actuación EDAC

Todos los d

ere

chos r

eserv

ados p

ara

XM

S.A

E.S

.P.

22

AGC (CND)

Control Remoto

Control Conjunto

Local

Reg

ula

ció

n

Pri

mar

ia

2222

Sin embargo existen esquemas de control que han entrado al Sistema y hacen aun más complejo los análisis

Toda esta complejidad trae situaciones impredecibles como las oscilaciones observadas en agosto

4000

4500

5000

5500

6000

6500

7000

7500

8000

8500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

LUNES

MARTES

MIERCOLES

JUEVES

VIERNES

SABADO

DOMINGO

Sistema deTransmisión

Demanda

~

~

~

Generación

Todos los d

ere

chos r

eserv

ados p

ara

XM

S.A

E.S

.P.

232323

Qué es un oscilación

Oscilación de potencia: Variación en la potencia eléctrica, debida al cambio de

velocidad relativa entre generadores, como respuesta a cambios en la magnitud de la

carga, fallas y otras perturbaciones en el sistema

4000

4500

5000

5500

6000

6500

7000

7500

8000

8500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

LUNES

MARTES

MIERCOLES

JUEVES

VIERNES

SABADO

DOMINGO

Los sistemas eléctricos presentan perturbaciones

y oscilaciones continuas durante su operación

normal, de las cuales la mayoría son de pequeña

magnitud (generación - demanda)

Como consecuencia de estas oscilaciones, la

frecuencia también presenta fluctuaciones con

múltiples períodos de oscilación

59.0

59.2

59.4

59.6

59.8

60.0

60.2

60.4

60.6

60.8

61.0

12:1

0:00

12:1

0:28

12:1

0:56

12:1

1:24

12:1

1:52

12:1

2:20

12:1

2:48

12:1

3:16

12:1

3:44

12:1

4:12

12:1

4:40

12:1

5:08

12:1

5:36

12:1

6:04

12:1

6:32

12:1

7:00

12:1

7:28

12:1

7:56

12:1

8:24

12:1

8:52

12:1

9:20

12:1

9:48

12:2

0:16

12:2

0:44

12:2

1:12

12:2

1:40

12:2

2:08

12:2

2:36

12:2

3:04

Fre

cuen

cia

[Hz]

0,06 Hz 0,03 Hz 0,08 Hz

Todos los d

ere

chos r

eserv

ados p

ara

XM

S.A

E.S

.P.

242424

Inductores generales

• Disparo de circuitos

• Cambios de generación

• Disparo de la interconexión

• Cambios de carga

• Ruidos de medida

• Ruidos inducidos por cargas no lineales

Todos los d

ere

chos r

eserv

ados p

ara

XM

S.A

E.S

.P.

25

Control de velocidad

Para realizar el análisis de las oscilaciones es necesario modelar el detalle de los sistemas de control de los generadores

Hs2

1

s

sω

ΣΣΣΣ

D

Ps

ΣΣΣΣ

mP∆

++

aP ω∆ δ∆

–sT

sT

w

w

+

−

1

21

ΣΣΣΣ–

R

1

sTs+1

1

sKi

dsK

pK

• La herramienta para realizar estudio de oscilaciones es el análisis modal.

• Sin embargo si los parámetros de estos controles no son los modelados, desde la planeación no se pueden detectar este tipo de problemas

Todos los d

ere

chos r

eserv

ados p

ara

XM

S.A

E.S

.P.

26

Buscando encontrar los fenómenos no vistos desde la planeación, se hacen sensibilidades a los parámetros de los controles

Todos los d

ere

chos r

eserv

ados p

ara

XM

S.A

E.S

.P.

-10 10 30 50 70 90 110 130 1500.996

0.997

0.998

0.999

1

1.001

Evento de Frecuencia

-10 10 30 50 70 90 110 130 1500.7

0.72

0.74

0.76

0.78

0.8

0.82

0.84

0.86

0.88

P Real

P simulada Kp=1

P simulada Kp=2.2

Periodo = 8.4s : 0.12Hz

También es necesario realizar pruebas de campoRespuesta control velocidad / potencia de Chivor a un evento

Todos los d

ere

chos r

eserv

ados p

ara

XM

S.A

E.S

.P.

28

Dadas las incertidumbres, se deben tomar algunas acciones en el sistema

1. Operativas.

Disminuir los intercambios

Aumentar la inercia y el amortiguamiento

2. Parámetros de control

Desactivar controles conjuntos

Ajuste de estatismos

Ajuste de red aislada

Reducción de ganancias reguladores de velocidad

3. Diagnóstico de campo con Medición y Registro

4. Estimación de parámetros

5. Sintonización de Modelos con la dinámica de largo plazo del sistema

6. Técnicas de análisis de eventos

7. Pruebas

Todos los d

ere

chos r

eserv

ados p

ara

XM

S.A

E.S

.P.

29

También los análisis llevan a recomendaciones de sintonización del sistema • Se requiere regulación respecto a la de exigencia de sistemas de control y sus

pruebas

• Se deben desarrollar acuerdos técnicos que permitan hacer seguimiento a los modelos y parámetros de controles en el sistema.

Actualización de Modelos y Parámetros

Pruebas de Determinación y Sintonización de Modelos

Protocolo de cambio de Parámetros

Auditoria a Parámetros

• Incluir en análisis el efecto de la compensación de potencia reactiva

• Sistemas de Medición y Registro mejores al SCADA (… PMUs …)

• Acuerdos de Sintonización de AGC

• Capacitación Técnica en las compañías del sector

• Unificación del Lenguaje

• Caracterización del comportamiento de las cargas de grandes usuarios y grandesbloques de demanda

Se debe resaltar la importancia de la prioridad en la operación de la seguridad sobre lo comercial


Infraestructura del Sistema

Todos los d

ere

chos r

eserv

ados p

ara

XM

S.A

E.S

.P.

Vulnerabilidad de un sistema de potencia

Sistema Eléctrico

� Aperturas indeseadas� Descargas atmosféricas� Operación indeseada de una operación

� Falla de un interruptor� Cortocircuitos (árboles, quemas, sabotaje ….)

� Error en la operación � …….

Situación normal,

no deseable

Desconexión de carga

Eventos posibles

Todos los d

ere

chos r

eserv

ados p

ara

XM

S.A

E.S

.P.

Las protecciones en un Sistema de Potencia

Mínimo valor de

entrada para la

operación del relé

Sensibilidad

Operación en tiempo

mínimo

Velocidad

No operar sin falla en

el elemento protegido

Seguridad

Aislar solo la parte

fallada

Selectividad

Criterios

� Evitar poner en peligro seres

humanos o animales

� Desconectar el elemento fallado para

reducir la influencia de una falla,

ayudando a mantener la estabilidad

del sistema

� Proteger los equipos

Objetivos

•Cantidad ActuanteCorriente

Tensión

Potencia

Presión

Frecuencia

Temperatura

Flujo

Vibración

Velocidad

Todos los d

ere

chos r

eserv

ados p

ara

XM

S.A

E.S

.P.

Sistema

Las protecciones en un Sistema de Protecciones

Confiabilidad

Equipos

• Líneas• Trafos• Generadores• S/E• Reactores• Capacitores• Interruptores• etc..

Esquemas suplementarios

• Df/dt, • Sep. Áreas• V<<, V>>• EDAC• Falla Interruptor (50 BF)• Bloqueo por oscilación de potencia

• …..

Fiabilidad Seguridad

No operar sin falla en el elemento protegido

Operar en los tiempos garantizados siempre que hay falla

Todos los d

ere

chos r

eserv

ados p

ara

XM

S.A

E.S

.P.

Esquemas de Protección Suplementarios que evitan desconexiones de carga

Son estrategias de control y protección asociadas más a áreas eléctricas

operativas (Seguridad) , que a la protección de equipos (fiabilidad)

• RAG “Rechazos Automáticos de Generación”: permite aliviar

sobrecargas en los circuitos eléctricos (líneas y transformadores)

rechazando generación.

• DAC “Deslastres Automáticos de Carga”: Actúan cuando se

presentan sobre o bajas frecuencias, bajas tensiones y sobrecargas

en circuitos. Permiten mantener la generación del área deslastrando

carga y restablecer así perfiles de tensión y mantener la frecuencia

dentro de rangos operativos.


Calle 12 Sur N°18 – 168, PBX: 57(4) 317 2929 FAX: 57(4) 317 0833,

Medellín – Colombia

www.xm.com.co

Análisis de la seguridad del Sistema Colombiano II Jornadas … Técnicas ISA v2 (P).pdf ·...

Documents

Transcript of Análisis de la seguridad del Sistema Colombiano II Jornadas … Técnicas ISA v2 (P).pdf ·...