Simulación en tiempo real como alternativa de solución tecnológica ante la integración de Micro

Redes en las redes eléctricasEDUARDO GÓMEZ LUNA, PhD

Departamento de Investigación, Desarrollo e innovación

Grupo de Investigación en Tecnologías de la Información, teleComunicaciones,

Automatización y Potencia - GITICAP

POTENCIA Y TECNOLOGÍAS INCORPORADAS S.A

eduardo.gomez@pti-sa.com.co - giticap@pti-sa.com.co - idi@pti-sa.com.co

“Nuestra mayor debilidad radica en renunciar. La forma más

segura de tener éxito es siempre intentarlo una vez más”

Thomas A. Edison.

Contenido

1. Introducción2. Desafíos de las micro redes3. Soluciones en tiempo real 4. Integración de micro redes usando simulación en tiempo

real5. Conclusiones

1. Introducción

Powerless New York During Hurricane Sandy

SOLUCIONES INTELIGENTES PARA

LA INFRAESTRUCTURA ELÉCTRICA MODERNA

- Confiable

- Segura

- Resiliente

Fuente: EM-DAT (The International Disaster Database, CRED)

Introducción

5

“Mantener las luces encendidas con MICROGRIDS”

UPME : Smart Grids Colombia Visión 2030 – Mapa de Ruta

.

Soluciones inteligentes para las redes eléctricas

modernas: Micro Redes

6

Beneficios:

-Aumentar la confiabilidad, seguridad y resiliencia dela red eléctrica.

-Mejorar la calidad de los servicios de distribución.

-Reducción de las pérdidas de potencia.

- Suplir el crecimiento de la demanda.

Fuente: A. A. Memon and K. Kauhaniemi, “A critical review of AC Microgrid protection issues and available solutions,” Electr. Power Syst. Res., vol. 129, pp. 23–31, 2015.

.

Cargas

Generación distribuida

Almacenamiento de energía

Conexión/Aislamiento de la red

Control inteligente

2. Desafíos de las Micro Redes

Análisis de prospectiva

Referencias: Información tomado de la revisión de un total de 150 documentos.

REQUERIMIENTOS

REGULATORIOS

DISEÑO

PLANEACIÓN

OPERACIÓN

GESTIÓN

8

RevistasIEEE

32%

Revistas Elsevier

30%

Conferencias, Symposios, y otras revistas;

32%

Libros, Tesis 1%

Normatividad;2%

Reportes técnicos1%

Patentes2%

Referencias: Información tomado de la revisión de un total de 150 documentos.

Propuesta de Requerimientos Regulatorios – CREG Circular 048

Modificación del código de red – Resolución CREG 025 1995

9Fuente: XM Propuesta de requerimientos técnicos para la integración de fuentes de generación no síncrona al SIN. Documento XM CND 2017 – CREG Circular - 048

Rangos de operación

Respuesta en frecuencia

Rampas operativas

Control de tensión

Permanencia ante huecos de tensión

Respuesta de reactivos

Supervisión y control

Requerimientos de protecciones

Requerimientos de Conexión

Pronóstico

Desviaciones

Reservas

Flexibilidad del parque generador

Redespacho

Balance de generación - carga en tiempo real

Requerimientos Operativos

Intercambio de información

Procedimientos entrada en operación

Requerimientos de Información

“Definir los requerimientos mínimos

de conexión de las fuentes no

síncronas, permitirán la operación

flexible y la integración eficiente y

sostenible de estos recursos”

XM - CND

TRANSFORMACIÓN DE LA REDES ELÉCTRICAS10

MULTIPLES PUNTOS DE CONEXIÓN

INCERTIDUMBRE OPERACIONAL

DESPACHO DISTRIBUIDO REDESPACHO

FLUJO BIDIRECCIONAL

PÉRDIDA DE INERCIA

VARIABILIDAD DE LA DEMANDA

IMPACTO EN FRECUENCIA Y TENSIÓN

NUEVOS ACTORES (PROSUMIDORES)

COMPORTAMIENTO NO PREDECIBLE

INTEGRACIÓN DE NUEVAS TECNOLOGÍAS

Desafíos de las redes eléctricas modernas

DISTORSIÓN ARMÓNICA DE LA ONDA DE VOLTAJE

DIGITALIZACIÓN DE LA RED

CUMPLIR CON LOS ESTANDARES DE CIBERSEGURIDAD

CONDICIONES DEL CLIMA

CONTROL PARA EL BALANCE DE P/Q

FLUCTUACIONES REPENTINAS DE GENERACIÓN Y CARGA

Cómo se mueve

la balanza?

¿Cómo nos estamos preparando para afrontar los

desafíos de las redes eléctricas modernas?

11

Calidad de potencia

• Inversores compensadores – Inversores Inteligentes

• Filtros híbridos

• Estrategias de control

Estabilidad

• Compensadores estáticos para distribución (D-STATCOM)

Protección, control y

comunicaciones

• Protecciones adaptativas

• Arquitecturas de control jerárquicas

• Equipos multifuncionales para administración de red

Gestión de energía

• Software de gestión de energía Inteligentes – ADMS

•Herramientas de

validación en

tiempo real

•Pruebas sofisticadas

antes de la

implementación en

campo

3. Soluciones en tiempo real

Soluciones tecnológicas de simulación en

tiempo real

13

Monitoreo y gestión de

datos en Tiempo RealTecnología de procesamiento de

computo para simulaciones en

Tiempo Real

Concepto de “simulación en tiempo real”

Tecnología de procesamiento de computo

para simulaciones en Tiempo Real

14

Reloj de simulación1 udt

Reloj fenómeno real1 udt=

Evolución de la tecnología

15

Digital CustomSimulators

Simuladores Híbridos (Analogo-Digital)

Simuladores Análogos

1960 1970 1980 1990 2000 Actualidad

Simuladores Digitales –Supercomputadores

Simulación basado en CPU & FPGA

Software – Hardware Actualidad

T

e

c

n

o

l

o

g

í

a

Tiempo de evolución

A p l i c a c i o n e s

Tecnología de simulación en tiempo real

16

16

C u m p l i m i e n t o s

Requerimientos de Conexión

Requerimientos Operativos

Requerimientos de Información

4. Integración de Micro Redes usando simulación en tiempo real

Simulación en tiempo real para integración de

Micro Redes

18

¿CÓMO SE INTEGRAN LAS MICRO REDES AL SISTEMA DE POTENCIA ACTUAL CON

SIMULACIÓN EN TIEMPO REAL?

La operación de redes eléctricas basadas en energías no firmes, flujos

bidireccionales, almacenamiento, vehículos eléctricos y la

infraestructura de medición avanzada, requiere de sistemas complejos

de protección, control y comunicaciones; por lo tanto, la integración y

funcionamiento de estos sistemas con la red eléctrica antes de su

implementación debe ser simulada y validada usando Simulación en

tiempo real.

Controlador

DER – GD / VE

Controlador

Carga

Controlador

Central

Micro Red

Controlador

DER - PV

Controlador

DER - Diesel

Controlador

DER – EólicaControlador

Carga

Control, protección y comunicaciones en una micro red

Comunicaciones

Requerimientos de Conexión

Requerimientos Operativos

Requerimientos de Información

19

Simulación en Tiempo Real y su aplicación en

Micro redes - Integración de Hardware

20

Simulación en Tiempo Real y su aplicación en

Micro redes - Integración de Hardware

21

M-3310

M-3425

M-3310

7SL87

7SJ531

7VK61

7SJ55SEL321

SPAA 322C1

RMX-913

ABB RAZOA

7VK61

7SJ531

7SL87

M-3425

12T

1

+

+3

-ph

as

e P

I LIN

EA

_6

24

12

T2

+

+

+

+

fS

MH

YD

RO

EX

TE

RN

AL

CT

RL

CT

RL

SM

1

+

I+

I+

Iprobe3

I+

I+

I+

Iprobe5

+3

-ph

as

e P

I

LIN

EA

_6

26

+

I+

I+

+ +

I+

I+

v(t)

v(t

)

+3

-ph

as

e P

I

LIN

EA

_6

27

+3

-ph

as

e P

I

LIN

EA

_6

23

+

+

+ +

I+

I+

v(t

)

I+

I+

I+

v(t

)

I +

I+

v(t

)

I+

I+

v(t

)

v(t

)

I+

Iprobe28

fS

MH

YD

RO

EX

TE

RN

AL

CT

RL

CT

RL

SM

2

I+

v(t)

I+

Iprobe29

MAMONALMEMBRICAL

TERMOCARTAGENA

TERMOCARTAGENA_2

IEC61850 – ANSI C37.118

SEÑALES ELÉCTRICAS

ESCLAVO (Planta) - DNP3 - MAESTRO (Scada)

Simulación en Tiempo Real y su Aplicación en

Micro redes - Validación de Scadas Inteligentes

22

Simulación en Tiempo Real y su aplicación en

Micro redes - Protecciones

Flujo de corriente bidireccional

1 2 +

+

L2

+

R2

DPA

POW1

++3-phase PI

+3

-ph

as

e P

I

Ir PV_BUS

+3-phase PI

Falla_1Falla_2

23

Simulación en Tiempo Real y su Aplicación en

Micro redes - Protecciones

1 2 +

+

L2

+

R2

DPA

POW1

++3-phase PI

+3

-ph

as

e P

I

Ir PV_BUS

+3-phase PI

Falla_1Falla_2

I1

I2I2 (conGD) < I2 (sinGD)

If (conGD) > If (sinGD)

Protección Cegada - Pérdida de

alcance de las protecciones

24

1 2+

+

L2

+

R2

DPA

POW1

++3-phase PI

+3-p

hase P

I

Ir PV_BUS

+3-phase PI

Falla_1

+

+

Simulación en Tiempo Real y su Aplicación en

Micro redes - Protecciones

Disparo indeseado

Trip

25

Objetivos

Prueba de Concepto

Descripción Funcional

Estudios Preliminares

PLANTA

(Sistema físico a

controlar)

CONTROL

(Algoritmo)

Simulado Simulado

Software en lazo cerrado - SIL

26

Objetivos

Conectar un control simulado a la planta real

Análisis de sensibilidad para modelos de

diferentes fabricantes/tecnologías (Neutralidad

tecnológica)

Probar y optimizar los algoritmos de control

Validación / Detección de errores

PLANTA

(Sistema físico a

controlar)

CONTROL

(Algoritmo)

Real Simulado

Hardware en lazo cerrado - RCP

27

Objetivos

Conectar el control real con una planta simulada

Probar el control final con toda seguridad

Análisis de sensibilidad para diferentes

fabricantes/tecnologías (Neutralidad Tecnológica)

Preparar las pruebas físicas

PLANTA

(Sistema físico a

controlar)

CONTROL

(Algoritmo)

Simulada Real

Hardware en lazo cerrado - HIL

28

PLANTA

(Sistema físico a

controlar)

CONTROL

(Algoritmo)

Parcialmente simulado,

real

Real o simulado

Objetivos

Integración de sistemas de

potencia

Emular los sistemas de potencia y

su entorno

Power Hardware en lazo cerrado - PHIL

29

Pruebas en lazo cerrado - Modelo en V para Micro Redes

30

Simulación en lazo cerrado

5. Conclusiones

Conclusiones - ¿ Cuánto cuesta corregir errores?

DiseñoPrototipado e

implementaciónIntegración Pruebas de

sistemaEntrega Diseño

Prototipado e

implementaciónIntegración Pruebas de

sistemaEntrega

Menor

trabajo

y costos

de

validación

Verificar el

diseño

en la etapa más

temprana

Cuándo son introducidos los errores? Cuánto cuesta corregir los errores?

Fuente: http://www.hydroquebec.com/innovation/en/institut-recherche.html

32

%%

Conclusiones - Importancia de la simulación en tiempo real

33

Implementación

exitosa

Conclusiones - Integración de Micro Redes

Soluciones tecnológicas que garantiza

que la integración de Micro Redes en las

redes eléctricas sea segura, confiable y

eficiente.

Mayor exactitud entre los análisis

previos y la puesta en marcha ante

la integración de Micro Redes.

Predecir fenómenos ante la integración

y puesta en marcha de Micro Redes en

las redes eléctricas.

34

Conclusiones: Integración de Micro Redes

Diseñar, planear, probar y validar nuevas

estrategias de protección, control y

automatización que en campo serían difíciles o

imposibles de realizar.

Emular eficientemente sistemas con

frecuentes cambios topológicos.

Aumentar la eficiencia cuando se

ejecuten las pruebas en campo,

disminuyendo riesgos, tiempos y por

tanto costos operativos.

35

Conclusiones: Integración de Micro Redes

En Colombia deberíamos implementar

pruebas de simulación y validación en

laboratorios de simulación en tiempo

real de los modelos, sistemas y

soluciones tecnológicas que serán

integrados al SIN, con el fin de contar

con resultados confiables, seguros, y

precisos, tomando decisiones

correctas y oportunas, como parte de

los procedimientos exigidos

tradicionalmente para una adecuada y

correcta operación del SIN.

“Nuestra mayor debilidad radica en renunciar. La forma más

segura de tener éxito es siempre intentarlo una vez más”

Thomas A. Edison.

w w w . p t i - s a . c o m . c op t i @ p t i - s a . c o m . c o @ p t i s a c o l o m b i a

GRACIAS !!!

En PTI creemos en la energía como el motor y el

medio para contribuir al desarrollo del país y la

región.