Seguridad operativas de las redes eléctricas Enfoque y ... · Seguridad operativas de las redes...

François GALLON 10/11/2011

Seguridad operativas de las redes eléctricas

Enfoque y tecnología

GRID

Congreso Bienal Internacional CIGRE 2011 Chile 2018: El sistema eléctrico que Chile requiere para alcanzar el desarrollo con

un Suministro Eléctrico Sustentable.

Estrategia energética de la Comunidad Europea

Los Tres Pilares de la estrategia energética de la CE:

• SEGURIDAD OPERATIVA (Security) • SUSTENTABILIDAD (Sustainability) • COMPETIVIDAD (Competitiveness)

Deben cumplir con los requisitos:

• de la política energética: efectos de la liberalización de los mercados eléctricos en Europa

• de reducción drástica de emisiones de CO2: integración masiva de fuentes de generación renovable (Renewable Energy Sources), variables y de carácter estocástico

Corto plazo:2020 Corto/medio/largo plazos: 2020/2030/2040/2050

Seguridad operativas de las redes eléctricas Enfoque y tecnología

Supergrid : enfoque en la Comunidad Europea (CE)

Ahorrar el 10% del consumo gracias a un control reforzado de la eficiencia de los sistemas

Contibucion fuentes de energis renovables para satisfecer el 30 to 36% del consumo

europeo

Reduccion CO2 30 to 57% comparado to 2009

Cumplir con los objetivos de la CE 20/20/20

Estrategia energética de la Comunidad Europea

Uno de los desafios de la decada del 20:

• El MEDGRID (Mediterranean Grid) y el suministro de 20 000 MW de renovables a la Europa central y occidental


Soluciones

Dos familias de soluciones: • Convencional: reforzar la capacidad de transmisión de los sistemas existentes

(dificultades socio-políticas y/o medí-ambientales) • Re-ingeniería e introducción de soluciones tecnológicas innovadoras

Combinación de:

• Expansión sustentable de las redes existentes: tecnologías innovadores y flexibles • Optimización de las performancias de los sistemas existentes (ICT: Tecnologias de

Información y Comunicación)


Soluciones

Las puestas en ejecución de las soluciones van a depender de: • Condiciones geográficas y/o económicas • Capacidades de los proveedores de proponer una gama extendida de soluciones

innovadoras: • Flexibles • Confiables • Robustes

• Predisposición/aceptación de los Operadores a integrar dichas soluciones


Clasificar las soluciones

Enfoque sistémico del sistema de transmisión pan-Europeo: • Perspectivas y evolución del sistema de transmisión a largo plazo • Perspectivas tecnológicas con impactos posibles en las prácticas operativas de las redes

En forma más pragmática:

• Level Superior: ‘Retos Críticos’ describe la visión a largo plazo de los desarrollos de las redes eléctricas 2020-2030, complementado por los beneficios claves esperados

• Filtro genérico para respaldar: • Qué son los retos del desarrollo de la tecnología en los 10/20/30 años? • Que será el beneficio cualitativo cuando sea integrada la tecnología en el sistema? • Que inversión financiera se debe contemplar?



DE

SA

FÍO

S

CR

ÍTIC

OS

Arquitecturas Nuevas

Complexidad creciente

de operación y

planificación

Carácter estocástico de

la Generación

Diseño del Mercado

Eléctrico de la CE

Cuadros legal y

reglamentario

VIS

IÓN

20

30

Confiabilidad del

Sistema

Capacidad de

transmisión

Control de los flujos de

potencia

Reducción de las

perdidas

Objetivos al año 2020:

integración eficiente de nuevos modelos de generación y consumo

coordinación de planificación y operación del sistema eléctrico global

nuevos modelos de mercado para maximizar el bienestar europeo

Objetivos al año 2030:

los mismos que los del año 2020

ajustados a los criterios impuestos por la política energética da la CE

OPTIMIZACIÓN DE LA RED EXISTENTEInte

gra

ció

n d

e

tecn

olo

gía

s

Ben

efi

cio

s c

laves

TECNOLOGÍAS TIEMPO REAL

Monitoreo de temperatura tiempo real Monitoreo tipo WAMS

Smart metering

Hidrol.-storage por eólico

Almacenamiento de energía por aire comprimido

Flywheel

Superconducting almacenamiento de energía

baterías NaS

Supercapacidores

Baterías Lithium-Ion

EXPANSIÓN SUSTENTABLE DE LA RED

(DOMESTICA Y REGIONAL)

Impacto medí ambiental reducido

Tecnologías pasivas Tecnologías activas

XLPE cables sub-terreno/submarino

Gas Insulated Lines

Conductores alta temperatura

Cables superconductores

Torres de líneas HVAC

Limitores de corriente de falla (FCL)

Transformadores desfasadores

HVDC

FACTS

Tecnologías pasivas Tecnologías activas Sistema de monitoreo de tiempo real Soluciones que impactan la operación de la Red


Tecnologías pasivas Son generalmente asociadas a los sistemas de transmisión AC de alta tensión:

Cables subterráneos XLPE



Cables subterráneos XLPE GIL (Líneas aisladas por Gas)



Cables subterráneos XLPE GIL (Líneas aisladas por Gas) Conductores de alta temperatura (materiales composites) Cables súper-conductores



Cables subterráneos XLPE GIL (Líneas aisladas por Gas) Conductores de alta temperatura (materiales composites) Cables súper-conductores Diseño innovador de torres de línea AT:

• Estética • Geometría para modificar la impedancia característica del circuito



Cables subterráneos XLPE GIL (Líneas aisladas por Gas) Conductores de alta temperatura (materiales composites) Cables súper-conductores Diseño innovador de torres de línea AT Instrumentos de medida non convencionales (CEI 61850 9.2)


NXCT-P/M

VTCE-P/MCTOE-P/M NXCT-P/M

PC9-NXCT-P/M

CEVT-P/MRECT-P/M CIT CT-P/M CIT VT-P/MCB /

Switch

NMU (AIS)

AMU DMU

NMU (GIS)

NCIT - Digital CIT - Analog CB/SW

Synchro – IEEE 1588

MICOM

P594

GPS for

IEEE 1588

IEC 61850-8-1 X

IEC 61850-8-1 X

IEC 61850-9-2 X

IEC 61850-9-2 XSynchro – 1pps

VTCE-P/MCTOE-P/M NXCT-P/MNXCT-P/M

PC9-NXCT-P/M

CEVT-P/MRECT-P/M CIT CT-P/MCIT CT-P/M CIT VT-P/MCIT VT-P/MCB /

Switch

NMU (AIS)

AMU DMU

NMU (GIS)

NCIT - Digital CIT - Analog CB/SW

Synchro – IEEE 1588

MICOM

P594

GPS for

IEEE 1588

IEC 61850-8-1 X

IEC 61850-8-1 X

IEC 61850-8-1 XIEC 61850-8-1 XX

IEC 61850-8-1 XIEC 61850-8-1 XX

IEC 61850-9-2 X

IEC 61850-9-2 X

IEC 61850-9-2 XIEC 61850-9-2 XX

IEC 61850-9-2 XIEC 61850-9-2 XXSynchro – 1pps

AIS

GIS

New Retrofit

Tecnologías activas Control del sistema mientras:

• Aumentando la Capacidad de transmisión • Mejorando la Estabilidad del sistema • Amortiguando oscilaciones entre regiones

• Transformadores desfasadores • Compensación capacitiva serie


390 Mvar k=56%

315 Mvar k=50%

225 Mvar k=50%

255 Mvar k=53%

Peak Load 1400 MW Peak Load 1300 MW

390 Mvar k=56%

315 Mvar k=50%

225 Mvar k=50%

255 Mvar k=53%

Peak Load 1400 MW Peak Load 1300 MW



• Transformadores desfasadores (phase-shifter) • Compensación capacitiva serie

• Sistema de corriente continua de alta tensión (HVDC): LCC (tiristores) y VSC

(transistores)


Transfer power in

each line P= sin

V1 x V2

X lines(phase shift angle V1 , V2 )

X fault X fault

Former arrangement

Steady state

Former arrangement

Faulty condition

Postponed solution

New tie line constructionCurrent solution

Phase shifting Transformer

X fault

50 70 80% 60 140% 50 85 75% 100% 100%P 50 70 80% 60 140% 50 85 75% 100% 100%

Transfer power in

each line P= sin

V1 x V2

X lines(phase shift angle V1 , V2 )

X fault X fault

Former arrangement

Steady state

Former arrangement

Faulty condition

Postponed solution

New tie line constructionCurrent solution

Phase shifting Transformer

X fault

50 70 80% 60 140% 50 85 75% 100% 100%P 50 70 80% 60 140% 50 85 75% 100% 100%

France-Spain interconnection tie equipped with a P.S. transformer

225 kV - 312 MVA - 25° on load

ST MT

Phase shifter 1 Phase shifter 2

Twice 25 °on load in serie

ST MT

Phase shifter 1 Phase shifter 2

Twice 25 °on load in serie

Pragnères 312 MVA 220kV





(transistores)

• FACTS






(transistores)


Rio Madeira

14 GW

11 GW

6.5 GWRio Madeira

14 GW

11 GW

6.5 GW





(transistores)

• FACTS

• Limitadores de corriente de falla (Fault Current Limiters)


Sistema de monitoreo de tiempo real Soluciones que impactan la operación de la Red Compuestos de componentes ‘harware’ y ‘software’ avanzados Fuerte penetración de los avances de la CEI 61850 (8.1-Bus station)

Monitoreo en tiempo real de la carga real y los limites de componentes discretos


Gas Insulated Substation

AIS Circuit Breakers

Protocols, e. g.

IEC 60870-5-101, -

104, DNP3.0,

IEC61850, Modbus

MS 3000

Platform for data

implementation

Monitoring data flow

Power Transformer

Gas Insulated Substation

AIS Circuit Breakers

Protocols, e. g.

IEC 60870-5-101, -

104, DNP3.0,

IEC61850, Modbus

MS 3000

Platform for data

implementation

Monitoring data flow

Power Transformer

Sistema de monitoreo de tiempo real Soluciones que impactan la operación de la Red Compuestos de componentes ‘hardware’ y ‘software’ avanzados Fuerte penetración de los avances de la CEI 61850 (8.1-Bus station)

WAMS (Wide Area Monitoring Systems) / PMU (Phasor Measuring Units)


Frecuencia en Esmeralda, Agosto 10

De 17:50 a 18:20 horas

59.20

59.40

59.60

59.80

60.00

60.20

60.40

60.60

60.80

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Tiempo (seg)

Fre

cu

en

cia

Hz

18:00:00 18:03:2017:56:40 18:10:0018:06:40 18:13:20 18:16:4017:53:2017:50:00 18:20:00

Colombia: Inter-area frequency oscillations

• WAMS installation goals

− Identify source of instability problem − Conduct non-intrusive generator tests

• Maximise coverage of power from major generators

• PhasorPoint WAMS

− 6 PMUs in 6 Substations − PhasorPoint Data Centre at Medellin − VPN link to Psymetrix

Courtesy ISA

Sistema de monitoreo de tiempo real Soluciones que impactan la operación de la Red Compuestos de componentes ‘harware’ y ‘software’ avanzados Fuerte penetración de los avances de la CEI 61850 (8.1-Bus station)

Monitoreo en tiempo real de la carga real y los limites de componentes discretos WAMS (Wide Area Monitoring Systems) / PMU (Phasor Measuring Units) Imagen térmica en tiempo real de las líneas de transmisión y de los equipos mas críticos


Soluciones que impactan la operación de la Red Innovaciones originadas en los sistemas de distribución, con impacto en la operación del sistema de transmisión

‘Smart metering’ Almacenamiento de energía (‘energy storage’)

• Hidro-eléctrico • Aire comprimido • ‘Fly wheel’ • ‘Super Magnetic Energy Storage’ (SMES) • Baterías Na-S • Supercapacitores • Baterías Lithium-Ion


Perspectivas de implementación de las tecnologías innovadoras


Aceptación social fuerte favorece el desarrollo sustentable del sistema:

Reluctancia publica favorece la optimización

de lo existente:

Resumen Rediseñar el sistema pan-Europeo para cumplir con los requisitos del cambio del paradigma energético Tecnologías pasivas: opciones para expander sistemas existentes, u optimizar la operación del existente Tecnologías activas cruciales para expander sistemas existentes, u optimizar la operación del existente, integrando la penetración de las fuentes de energías renovables Combinación de tecnologías activas y pasivas para resolver el problema de congestión de flujos trans-regionales Simulaciones de larga escala serán necesarias para validar los modelos de tecnologías pasivas y activas, con las perspectivas ofertas por los sistemas de monitoreo de tiempo real Tecnologías impactantes deberían agilizar la operación de las redes (con revisión adecuada de las reglas y procederías) Respaldo del Publico es un factor decisivo


Respaldo imprescindible y necesario de los comités

www.alstom.com

Gracias por su atención

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