Automatización de la distribución en las redes inteligentes

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Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids”

Automatización de la DistribuciónAutomatización de la Distribución en las Redes Inteligentes

Cuitlahuac Picasso Blanqueli d i i l iInstituto de Investigaciones Eléctricas

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M iMexicoTel: 777 318 38 11 ext 7505e-mail: [email protected]

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Inteligencia• La inteligencia es asociada al contexto humano:

h l d f ó d l d d f d– No hay una sola definición de Inteligencia, de acuerdo con referencias de 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.

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Procesamiento Computacional – Inteligente.

l á l f• El arte de crear máquinas con capacidad de realizar funciones independientes que 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 gorientada en redes neuronales, computación evolutica, sistemas difusos etc.

• Automatización de la Distribución en la RED ELECTRICA INTELIGENTE.

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Automatización de la Distribución en las Redes Inteligentes

• Las aplicaciones en los sistemas DAS automatización de la distribución• Las aplicaciones en los sistemas DAS automatización de la distribucióninvolucran diferentes disciplinas. (Sistemas eléctricos, protecciones,control, comunicaciones, sistemas de información y sus tecnologias entiempo real, bases de datos, medición, ….)

• Herramientas en inteligencia computacional para la automatización.– Tecnologias de información.

Comunicaciones– Comunicaciones– Automatización con procesamiento para redes inteligentes

• Objetivo en la Automatización de la Distribución en las REIObjetivo en la Automatización de la Distribución en las REI.– Impactar los procesos electricos de distribución en administración /

operación en mejor eficiencia y confiabilidad.

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Conceptos de automatización• Automatismos.

Forma de realizar controles en forma independinte;– 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 unaTemporizadores 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 elementosAcción guiada por las personas que involucra el uso de sistemas o elementos

computarizados.– Controlar procesos que sustituyen la vigilancia de operadores humanos

• Control Remoto / TelecomandosControl 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 regulaciónp , , p p g

de voltaje.

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• La automatización de la distribución por sus siglas en inglés esconocida como DAS (Distribution Automation System)

• En México se tienen experiencias y aplicaciones aisladas enDAS.

• El IIE implantó el primer sistema DA en la Cd. De Toluca 92.

Subestación 1Secc. SE1 Secc A Secc B

Subestación 1

Subestación 2Restauración

Secc CSecc. SE 2 Secc D

Seccionamiento automatizado sobre dos alimentadores

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Automatización de la Distribución• Principalmente las soluciones en

DAS h f d lDAS se ha enfocado en elseccionamiento o confinamientode fallas sobre alimentadores ocircuitos.

• En la implementación deaplicaciones DAS se han utilizadoautomatismos,automatismos,

• Asimismo puntos de tele‐controldistribuido con el uso de UTR(p).

• Monitoreo de estados digitalesque permiten confinar las fallas obien que anuncien alarmas porbien que anuncien alarmas porsobrecorriente, o bajo voltaje ocortocircuitos.

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SUBESTACIÓN 1 FUENTE PREFERENTE SUBESTACIÓN 2

FUENTE ALTERNA

Automatización de la Distribución / Estado Actual

FALLA PERMANETE


FUENTE ALTERNA


FALLA PERMANETE

FUENTE PREFERENTEFUENTE ALTERNA

FALLA AISLADAAISLADA

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Automatización de la Distribución / Estado Actual

• En cada punto de seccionamiento serealiza un monitoreo de variables decorriente, voltaje, potenciasinstantánea acumulada, de perdidas.

• Los puntos de seccionamiento sonmonitoreados por los SCADAs localesde Subestación enviando lade Subestación enviando lainformación al centro de control.

• Los puntos de seccionamientoppueden agruparse para conocer suestado de alarmas y condicionesoperativas.

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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• Las variables de los puntos remotos son monitoreados desde el SCADA local desubestación.

• Los medios de comunicación utilizados son de acuerdo a la infraestructurai l dinstalada:

– Radio– Fibra óptica – IP Network– PLC– PLC– GPRS

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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 (T iti C t l P t l / I t t P t l)– TCP /IP (Transmition Control Protocol / Internet Protocol)– DNP 3,0 (Distributed Network Protocol)

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Problemática en los sistemas de Distribución

• Actualmente las compañías eléctricas realizan esfuerzos para lograr mayorefectividad 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 grandesy 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 / yautomatismos de media tensión by TA).

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Criterios de Automatización

R d l t l í d l i t lé t i d di t ib ió d di• Reordenar la topología del sistema eléctrico de distribución de media 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.

D idi l it t d t l id• Decidir las arquitecturas de control requerido.

Fuente: CIGRE Mexico / Reordenamiento y automatismos de media tensión by TAR..- CFE

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Con el plan de telecontrol de las redes de distribución se logra:

Criterios de Automatización

• 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 tensión

Fuente: CIGRE Mexico / Reordenamiento y automatismos de media tensión by TAR - CFE

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Estado del arte en Redes Inteligentes “smart grids”Automatización de la Distribución

• Instrumentación en la Automatización de la Distribución

– La instrumentación en las redes de distribución considera equipo de óprotección con procesamiento avanzado para ser programable de acuerdo

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 qpermiten 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.)

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Automatización de la Distribución en Redes Inteligentes

Detección y restablecimiento

Eventos, Alarmas

Señalizaciónremoto

restablecimiento en caso de falla Monitoreo de

Consumos KW/hrPerdidas Vars/hrConsumos Instantaneos KwattsControl de DemandaCalidad de Energía

Seccionamientoremoto

RestauradorRecierres Medidor

InteligenteAMI

gPre-pagoConexción/Desconexión remota

Desbalance de

Respuesta a la Demanda

fases

Funciones SCADA Información Corporativa

Centro de Control De Distribución

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OptimizaciónGIS / OMS

Análsis Administraciónde inventarios

Medición

Funciones de Automatización DAS en REI

Modelado de RED y base de datos en T.R.

Optimización.

Optimización De la Demanda

MediciónMultifunción Monitoreo

y control Alarmas, tendencias

Perfil de carga, seccionamientorestauración

FDIRONR LCCA TP SOMDPF RPCSCALE

IVVC

OVPDTSOCP

Funciones avanzadas DAS

Respuesta

GeneraciónDistribuidaMicroredes

Vehiculos ElectricosProtección avanzada

PMU Calidad de Energia Respuesta a la Demanda

pCon algoritmos Inteligentes

a localización de fallas (selfhealing)

Reconfiguración de alimentadores Protección avanzada de alimentadores

en línea Fuente: IEEE Power & Energy Magazineby jiyuan Fan & Stuart Borlase

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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 yrestauración 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 dde 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.

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• 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.

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• 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 bi d í l di ió ti l d l li t dcombinado así la medición en tiempo real de los alimentadores.

– Se debe precisar el estimado de carga en la red de distribución considerando la carga en la red de distribución como la generación agregadala 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 utilizartodas las soluciones de automatización resultan no fáciles de utilizar.

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• 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 sistemaimpactan 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

i i i i d l fi bilid dservicio maximizando la mayor confiabilidad.

• 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

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• 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 condiciónde falla de la red.

– Verificar los puntos de ajuste de los sistemas de DEI’s de protección y operación paraajuste 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 deAdministra y verifica los ajustes del relevador utilizados para los alimentadores de

distribución que permiten establecer diferentes condiciones de operación yreconfiguración de la red.

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• 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 dedistribución para lograr un control mas efectivo de la perdida deenergía den alimentadores VAR y perfil de voltaje.

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• 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 escenarios de operación históricos– Simular condiciones a la expansión de los sistemas de distribución.– Capacitación del uso de esta herramienta DTS.

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Automatización de la Distribución

• La Automatización de la Distribución ha seguido un modelo tradicional yg yjerárquico.

– Continuidad en el servicioC li i d d d fi bilid d– Cumplimiento de estandares de confiabilidad

Esquema jerárquico actual.

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• En REI se plantea un esquema integrado queincluye desde la generación hasta elconsumidor.

• Modelos planteados por REI:ode os p a teados po :

– 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 para resistir ataques físicos y cibernéticos. Esquema planteado por las redes inteligentespara resistir ataques físicos y cibernéticos.

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• Se considera la gran mayoría de las característicasmencionadas para las funciones

Automatización de la Distribución en REI

• Se considera la gran mayoría de las característicasmencionadas 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 poperación en tiempo real del sistema.

• Manejo de la participación de consumidor a través de los AMI medidores inteligentes.

• Incorporación de Generación Distribuida.p

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Automatización de la Distribución en REI

• Confiabilidad:

– Predecir, localizar y aislar y analizar las fallas con o sin la intervención d l d t d i t d f t l lid d d ldel operador, antes de que su impacto pueda afectar la calidad del 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.

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Análsis Administración

Trabajos Futuros / Conceptualizar la integración funcional

Modelado de RED

Optimización.

Optimización De la Demanda

GIS / OMSAnálsis Administración

de inventarios MediciónMultifunción Monitoreo

y control Alarmas, tendencias

Perfil de carga, seccionamiento

FDIRONR LCCA TP SOMDPF RPCSCALE

IVVC

OVPDTSOCP

y base de datos en T.R.Perfil de carga, seccionamiento

restauración

Funciones avanzadas DASGeneraciónDi t ib idDistribuidaMicroredes

Vehiculos ElectricosProtección avanzada PMU Calidad de Energia Respuesta a

la Demanda

Respuesta Con algoritmos Inteligentes

a localización de fallas (selfhealing)

Reconfiguración de alimentadores

en línea Fuente: IEEE Power & Energy Magazineby jiyuan Fan & Stuart Borlase

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• DMS – Distribution Management System (Fuente:Nanjing Nari‐Relays Electric Co., Ltd

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Conclusiones• Se tienen grandes retos por resolver en la automatización de laSe tienen grandes retos por resolver en la automatización de la

distribución.

• Establecer estrategias y acciones para llegar a contar con sistemas de alta fi i i l i ió d l di ib ióeficiencia en la automatización de la distribución.

• 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.

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Gracias

C itl h Pi Bl lCuitlahuac Picasso BlanquelInstituto de Investigaciones Eléctricas

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