Extensión del uso de los sincrofasores para facilitar la ... - Futured

FUTURED
24 Marzo 2011
Extensión del uso de los
Sincrofasores para
facilitar la Integración de
las EE.RR en el Sistema
Eléctrico
Jorge Cardenas, Senior Application Engineer
David Menéndez, Smart Grid TSD Iberia
GE Digital Energy

Sincrofasores…
Definición
El sincrofasor es un conjunto de valores
analógicos y digitales con una
referencia de tiempo universal, esta
referencia es proporcionada por la red
de satelites GPS.
Al estar todas estas señales,
independientemente de su localización,
alineadas en tiempo y procesadas como
si estuvieran en una sola localización,
permite realizar una supervisión y
monitorización de la red en un
verdadero “tiempo real”.
En las redes actuales la monitorización
se realiza en un “pseudo tiempo real”,
ya que los valores de las medidas de
los parámetros de tensión e intensidad
se envían cada 2 o 4 segundos, a
diferencia de los sincrofasores que
pueden enviarse de 25 a 100 veces por
segundo
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Sincrofasores…
Normativa y Hardware
Estándar IEEE C37-118
IEEE Standard for
Synchrophasors for Power
Systems, (22/03/2006)
PMU: Phasor Measurement Unit
Equipo medidor de
sincrofasores.
Mide, registra, reporta
sincrofasores.
PDC: Phasor Data Concentrator
Equipo concentrador de datos
de sincrofasores.
Recibe, registra, procesa y
realiza las aplicaciones
avanzadas con los
sincrofasores
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Sincrofasores…
Teoría
Señal
Señal de
Tiempo
UTC
Ventana de datos
Filtro coseno
Extrae la parte real, X re
Filtro seno
Extrae la parte imaginaria, X im
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Sincrofasores…
Cálculo del desfase de la onda
x(t)
IRIG-B 1 PPS
Se define la fase de la señal como 0 si el flanco ascendente de la señal UTC
coincide con el máximo de dicha señal.
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Aplicaciones generales
con sincrofasores

Sincrofasores…
Algunas aplicaciones generales con sincrofasores
Gestión de la Red
• Estimador de estado lineal
• Visualización del Sistema Electrico en “tiempo real”
• Oscilografía
coordinada para
un mejor análisis
post-morten
• Análisis de
Estabilidad
Transitoria
• Detección de
Oscilaciones
Inter-área
• Cálculo preciso de los parámetros
de la Red Eléctrica
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• Protecciones de
respaldo
• Detección de pérdida
de paso adaptativa
• Detección más precisa
del punto de falta
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Sincrofasores…
Ejemplos de aplicación en Energías Renovables
El uso de los Sincrofasores puede ayudar en la integración de las energías
renovables al permitir mantener niveles similares de fiabilidad en la red a
medida que la potencia transmitida por la Red Eléctrica aumenta.
La regulación de la tensión en la Red Eléctrica no es compatible con la
variabilidad inherente de las energías renovables, por ejemplo, el viento no es
constante, así como la luz del sol.
El uso de los sincrofasores puede permitir corregir el efecto de estas
variaciones en la Red de forma casi instantánea con la actuación sobre los
distintos equipos que regulan los flujos de Potencia Activa y Reactiva en la
Red como por ejemplo: SVCs o STATCOMs
A medida que los equipos con sincrofasores se incrementen en las Redes
Eléctricas, se dispondrá de mas información que convenientemente
correlacionada y tratada con las aplicaciones que se desee, permitirá
aumentar los intercambios de energía en la Red con la infraestructura actual
sin afectar a la fiabilidad.
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Aplicaciones en Energía Eólica

Sincrofasores…
Perfil de Tensiones de la Red Española en distintas
situaciones de operación de los aerogeneradores
Fuente: “Estudio del sistema Ibérico ante un aumento de generación eólica”
Autor :Luca de Tena Costales, Diego.
Institute of Process Engineering and Power Plant Technology (IVD). Universität Stuttgart
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Sincrofasores…
Mejora de la Estabilidad en la integración de Energía Eólica
en la Red Eléctrica
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Sincrofasores…
Respuesta transitoria ante una perturbación en la red
Tensión en la Barra 6 en
condición de apertura de la línea
entre las barras 1 y 2 durante 200
ms y posteriormente una falta
trifásica de 200 ms duración en la
Barra 7.
Fuente: “Intelligent Integration of a Wind Farm to an Utility Power Network with Improved Voltage Stability”,
Autores: Vamsi K. Polisetty, Student Member, IEEE, Sandhya R. Jetti, Student Member, IEEE, Ganesh K. Venayagamoorthy, Senior
Member, IEEE and *Ronald G. Harley, Fellow, IEEE
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Aplicaciones en Energía Solar
Fotovoltáica

Sincrofasores…
Descripción del problema
Generales para DG
Flujo bi-direccional
Cambio constante en el nivel de
fatla asociado con conex./desc. DG
en el sistema
Control Volt/Var afecta pot. corto
Insuficiente sensibilidad de las
protecciones tradicionales
Excesivos picos de tensión durante
el paso a isla transmitidas a MT
Calidad de onda
Reenganche fuera de sincronismo
Funcionamiento en isla durante
maniobras en la red MT
Condiciones peligrosas de trabajo
para el personal de mantenimiento
y operación de la red
Fallos de automatismos de la red
por variación de parámetros
eléctricos en el rango normal de
operación
NDZ (None-detection-zone)
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Sincrofasores…
Evaluación de los métodos de detección anti-isla en PV
Method Type Strenghts Weaknesses
Under/over voltage and under/over
frequency
P / I Low-cost and used for general protection Large NDZ and varible/unpredictible reaction time
Voltage phase jump detection P / I Easy implementation, not affect output PQ, not impact
system transient response
Detection of Harmonics P / I Highly successful in detecting islanding under a wide
range of conditions
Impedance measurment A/ I Theoretically extremely small NDZ for a single PV
inverter
Difficult to set thresholds for reliable islanding detection
Serious implementation difficulty, trip threshold
Output variation has many weaknesses
Detection of impedance at specific
frecuency (special Harm. detection)
A/ I Highly successful in detecting islanding under a wide
range of conditions
Serious implementation difficulty, trip threshold
Slip Mode Frequency Shift A/ I Easy implementation, small NDZ Deacrease in the output PQ
Frequency bias A/ I In micro-controller-based inverters, this method is
relatively easy to implement
Deacrease in the output PQ
Mains Monitoring Units with Allocated
All-pole Switching Devices
Connected in Series (MSD)
A/I
Redundant design and regular self tests on inverter
startup allow user to install the unit without the need for
periodic checks to determine if the anti-islanding
circuitry is functional
Injections will interfere with another or interaction of multiple
units cause false trips
Impedance insertion Utility Highly effective, capacitors
of this type are readily available
Expense of the capacitor bank, multiple switches in series
leading into the potential island, and possibly multiple branches
capable of energizing the potential island speed of response,
installation of equipment on the utility side
Use of PLC communications Utility +
Inverter
Increased connection density of distributed generation
PLCC transmitter on the utility system capable of sending
signals through the distribution system to all inverters
Signal produced by disconnect Utility +
Inverter
This method would allow additional control of the
distributed generators by the utility, resulting in
coordination between distributed generators and utility
resources
It would be necessary to instrument all series or parallel
switches leading to a potential island. Additional wiring for
communications, this could be avoided using a microwave link.
Fuente: “Evaluation of Islanding Detection Methods for Utility-Interactive Inverters in Photovoltaic Systems”
Ward Bower y Michael Ropp.
Sandia National Laboratories
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Sincrofasores…
Detección operación en isla en plantas fotovoltáicas
Método de detección basado en
sincrofasores:
Método diferencia de ángulos:
En este método el relé compara la diferencia
de ángulos con el valor de ajuste.
+
Método de la aceleración-deslizamiento:
Este método monitoriza la tasa de cambio de
fase (deslizamiento). A su vez la tasa de
cambio del deslizamiento es la aceleración
entre dos puntos en un sistema eléctrico.
+
Información proveniente de los
inversores
Parámetros monitorizados: LMO (3 ph lossof-
mains-detection, ROCOF (rate-of-changeof-frequency)
y LVRT (low-voltage-ridethrough)
=
DETECCIÓN
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Interoperabilidad

Sincrofasores…
Interoperabilidad
Ensayos multifabricante en el Simulador Analógico del Instituto de
Investigación de Transmisión Ruso, NIIPT, Septiembre 2006
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Sincrofasores
Interoperabilidad: Medidas
Ensayos multifabricante en el Simulador Analógico del Instituto de
Investigación de Transmisión Ruso, NIIPT, Septiembre 2006
Ángulo Va medido por PMU1 en nodo 1
menos ángulo medido por PMU3 en nodo 3
Potencia de la línea 1-3 medida por PMU3 en
nodo 3
Cortocircuito monofásico en la línea 1-5 cerca de la Barra SDPP con
reenganche monofásico después de 5 segundos
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Arquitectura

Sincrofasores…
Arquitectura de un concentrador de sincrofasores
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Sincrofasores…
Ejemplo de arquitectura de una red de sincrofasores
Interfaz de
Usuario y
Aplicaciones
Super Archivo
/Histórico
• Históricos
• Frecuencias de la Red
• Eventos
• etc
STM1/4
SONET
Wireless
(opción)
EMS
Subestación 1
PDC – con
Histórico
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Subestación
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Sincrofasores…
Opciones de jerarquía de los concentradores (PDC) de
sincrofasores
DESPACHO CENTRAL
Desiciones de alta velocidad
Rango de100 ms – 1S
Adquisicion y
Decisión
Adquisicion y
Decisión
Decisiones de
muy alta
velocidad
Rango de 10-100
ms
Adquisicion y
Decisión
Adquisicion y
Decisión
PMU PMU PMU PMU PMU PMU PMU PMU PMU
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Conclusiones

Sincrofasores…
Conclusiones
Las aplicaciones actuales están basadas en magnitudes
escalares
Los sincrofasores suponen un salto cuántico en el
desarrollo de Sistemas de Monitorización, Control y
Protección de Red mas eficaces.
El Estándar está definido (IEEE C37.118)
La tecnología existe (PMU+PDC)
La interoperabilidad entre fabricantes está probada
Jorge Cardenas (jorge.cardenas@ge.com)
David Menéndez (david.menendez@ge.com)
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