CALIDAD DE LA POTENCIA CALIDAD DE LA POTENCIA ÉÉELÉCTRICAELÉCTRICA
Centro Nacional de Metrología Miembro delMiembro del
Comité Electrotécnico Mexicano ‐ IEC
René Carranza López PadillaNoviembre 2013
CONTENIDOCONTENIDO
1.INTRODUCCIÓN
2.METROLOGIA, NORMALIZACIÓN Y ÓACREDITACIÓN EN CALIDAD DE LA
POTENCIA
3.RETOS EN LA MEDICIÓN DE CALIDAD DE LA POTENCIA
4.CONCLUSIONES
11 INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN11. INTRODUCCIÓN. INTRODUCCIÓN
DisturbiosDisturbios en elen el sistemasistema eléctricoeléctrico::DisturbiosDisturbios en el en el sistemasistema eléctricoeléctrico: :
¿Calidad de la Potencia Eléctricao
Compatibilidad Electromagnética?
• Equipos• Sistemas electrotécnicosSistemas electrotécnicos• Tecnologías electrotécnicas, de la información• Normas, calibración y acreditación• Personas
Disturbios en el sistema eléctrico
1.Abatimiento (sag)( g)
2.Incremento (swell)
3 Corrimiento de frecuencia¿Condiciones
l d3.Corrimiento de frecuencia
4.Desbalance
normales de operación?
5.Interrupciones
6.Armónicos¿Transitorios?
7.Flicker
8.Estabilidad de sistemas (sincrofasores)
P 128 km RFalla 3 fasesFalla 3 fases y liberada después de 200 ms 600 MVA
400 kV
inicio de la falla
400 kV
“columpio” de potencia entre P y R
Forma de onda de tensión entensión en fase A en punto P
fin de la falla
Decremento exponencial de amplitud y frecuencia
inicio de la falla
fin de la falla
Reto mundial: Calidad Calidad de la Potencia Eléctricade la Potencia Eléctricade la Potencia Eléctricade la Potencia Eléctrica
Calidad de la Potencia en Área Amplia (digitalizadores sincronizados por GPS)
Pérdidas V2/R
Pérdidas en procesos
industrialesFlicker
(digitalizadores sincronizados por GPS)V /R
Calentamiento de neutro:
desbalance
Resonancia por armónicas
desbalance
Estudio reciente:
Pruebas de campo aI d i d l R d
En Europa, los costos relacionados con la Calidad de la Potencia son responsables de una seria reducción del desempeño industrial con un impacto económico que Pruebas de campo a
Energías Renovables(CP y Eficiencia Energética)
Impedancia de la Red(mediciones de campo VS modelos de red)
industrial, con un impacto económico que excede € 150 000 millones/año
Redes Eléctricas Inteligentes y Calidad de laCalidad de la
Energía
• Flujo bidireccional de• Flujo bidireccional de potencia
• Generación remota y local
• Control de Redes de Área Amplia (WANs)
• Fuentes fluctuantes de energía (eólicade energía (eólica, fotovoltaico)
• Carga no‐lineal y difícil de predecir
Red Eléctrica Red Eléctrica InteligenteInteligente
RETOS• Control DINÁMICO de
redesredes• Calidad de la
potencia en tiempo real
22. METROLOGÍA, NORMALIZACIÓN Y. METROLOGÍA, NORMALIZACIÓN Y22. METROLOGÍA, NORMALIZACIÓN Y . METROLOGÍA, NORMALIZACIÓN Y EVALUACIÓN DE LA CONFORMIDAD EN EVALUACIÓN DE LA CONFORMIDAD EN
CALIDAD DE LA POTENCIACALIDAD DE LA POTENCIACALIDAD DE LA POTENCIACALIDAD DE LA POTENCIA
Documentos de referencia
IEC 61000‐4‐30 Métodos de medición e interpretación de resultados de medición de parámetros de calidad de la potencia
IEC 61000‐4‐7 Requerimientos de instrumentos para medir componentes espectrales en f i h t 9 kHfrecuencias hasta 9 kHz.
IEC 61000‐4‐15 Especificación funcional para medidores de percepción de parpadeo (flicker) para fluctuaciones de la forma de onda de lafluctuaciones de la forma de onda de la tensión
Parámetros de calidad de la potenciaSerie IEC 61000
Parámetros de calidad de la potencia Métodos de mediciónFrecuencia del sistema IEC 61000‐4‐30A lit d d l t ió d l i i t lé t i IEC 61000 4 30Amplitud de la tensión del suministro eléctrico IEC 61000‐4‐30Abatimiento (dip) o incremento (swell) IEC 61000‐4‐30Interrupciones de tensión IEC 61000 4 30Interrupciones de tensión IEC 61000‐4‐30Transitorios de tensión IEC 61000‐4‐30Desbalance de suministro de tensión IEC 61000‐4‐30Desbalance de suministro de tensión IEC 61000 4 30Señalización en el suministro de tensión IEC 61000‐4‐30 Cambios abruptos de tensión IEC 61000‐4‐30pDesviación por arriba/abajo IEC 61000‐4‐30Armónicas de tensión IEC 61000‐4‐7Inter armónicas de tensión (señal < 3 kHz) IEC 61000‐4‐7Parpadeo de la tensión (flicker) IEC 61000‐4‐15
IEC 61000 – 4 – 30: métodos de medición de calidad de la potenciade la potencia
• definición de condiciones de medición de los• definición de condiciones de medición de los parámetros de calidad
l bilid d d l di i i• asegurar la comparabilidad de las mediciones sin importar el instrumento utilizado ni las condiciones ambientales
• asegurar que el método de medición que utiliza un medidor mida el mensurando de interésmedidor, mida el mensurando de interés
• advierte sobre el efecto de los transductores de los did d lid d d l t imedidores de calidad de la potencia.
Abatimientos de tensión. (DIP) : reducción temporal de la tensión por arriba de un nivel determinado
Modelo matemático Forma de onda
100 0
150.0
200.0
tsenVtVtv ARMSA
profundidadUdin
histéresis
• Profundidad = porcentaje de UDIN o USR
• Residual Ures 0.0
50.0
100.0
residual
profundidad
• Nivel de disparo =UDIN o USR
• Histéresis = 2 % Udin -100.0
-50.0
0.0
• Medición básica = URMS (1/2)
• Evaluación: Ures y duración -200.0
-150.0
t0 duración t1• Incertidumbre Ures < 0.2 Udin
t0 duración t1
Incremento de tensión (swell) : incremento temporal de la tensión arriba de un nivel determinado
Modelo matemático Forma de onda
200.0
250.0 tsenVtVtv ARMSA
• Altura = porcentaje de UDIN o USR
• Residual Ures100.0
150.0 máximo
Udin
histéresis
• Nivel de disparo= UDIN o USR
• Histéresis = 2 % Udint0t1-50.0
0.0
50.0
• Medición básica = URMS (1/2)
• Evaluación: UMAX y duración
t1
-150.0
-100.0
• Incertidumbre USWELL < 0.2 Udin
-250.0
-200.0
t0 duración t1
Desbalance en el suministro de tensión
Método de Componentes Simétricasp
• convierte fasores desbalanceados (tensión o corriente), en tres conjuntos de secuencia de fase positiva (fsp), negativa (fsn) y cero (fsc)
• una secuencia desbalanceada es igual a la suma de fsp + fsn + fsc
VVa
Vc
Va1
Va2
Va0
120° 120°+ += Vb0c
Vc1 Vb1
120°
Vb2 Vc2
120°= Vb0
Vc0
Vb
Vb2 Vc2
Secuencia Secuencia Secuencia Tensiones en positiva
fsp
negativa fsn
cero fsc
desbalance iguales a la SUMA de:
Forma de Onda NRC05‐Canadá
Armónicas: • 1 a 49C dif t• Con diferentesamplitudes y fases
Referencia: resource.npl.co.uk/waveform/datafiles/nrc05.xml
Forma de Onda de Corriente IEC 61000‐3‐2 Clase A usada en NPL‐Inglaterra para servicio de calibraciónArmónicas: • 1 a 39• Con diferentes
amplitudes y fases
Referencia: resource.npl.co.uk/waveform/datafiles/nrc05.xml
Forma de Onda de Corriente en horno de arco eléctrico.eléctrico.Armónicas: • 1 a 9C dif t• Con diferentesamplitudes y fases igual a cero
Referencia: resource.npl.co.uk/waveform/datafiles/nrc05.xmlMcGranaghan M.F, Dugan R.C, King J.A and Jewel W. T. 1984 Distribution feeder harmonic study methodology. IEEE PAS_103, 1984
IEC 61000-4-15: Flicker
• Conexión-desconexión de carga en procesos industriales• Uso de dispositivos eléctricos de potencia en el suministro
IEC 61000 – 4 – 15 /2003 : técnicas de prueba y medición – Medidor de Flicker – especificaciones demedición Medidor de Flicker especificaciones de diseño y funcionalidad
• Flicker es causado por variaciones en las cargas. • Interés en variaciones de la amplitud de la carga.• El medidor de Flicker simula la percepción humana
de una lámpara incandescente
Metrología, Normalización y Evaluación de la Conformidad
Patrón de ReferenciaParámetros de Calidad de la
Potencia Eléctrica
PatronesNacionalesCENAM
IEC 61000‐4‐30
Potencia EléctricaCENAM
ANCE, IEC 61000‐4‐7 IEC 61000‐4‐15
,NYCECFE
Laboratorios acreditados
Calibración y PruebasCalibración y Pruebas
Instrumentos de mediciónmedición INDUSTRIA
Usuarios en general
33. RETOS EN LA MEDICIÓN DE LA. RETOS EN LA MEDICIÓN DE LA33. RETOS EN LA MEDICIÓN DE LA . RETOS EN LA MEDICIÓN DE LA CALIDAD DE LA POTENCIACALIDAD DE LA POTENCIA
Compatibilidad Electromagnética Baja Frecuencia
MAPA RUTA TECNOLÓGICA: Metrología de Redes Inteligentes de Energía
Patrón Nacional Calidad Energía
Realización experimental
Patrón Nacional Watt CuánticoTP + TC banda ancha
Medidores inteligentes
Potencia y Energía en banda ancha
Medición Calidad de la Potencia en sitio en Transmisión
Energyharvesting
Margen reducido de carga (medición en sitio)
Sensores remotos; optimización de redes
Aplicación metrológica
Calibración medidores Calidad Potencia en campo
avanzadosConvertidores
inteligentes de energía
Metrología Sincrofasores
Metrología para modelos inteligentes:Predicción de Contingencias en RIE
Metrología para semiconductores de
Electrónica avanzada: inversores
g
Metrología de Alta Tensión Continua (1.4 MVCC)
Calidad de la Potencia de Área Amplia; impedancia de la Red
Metrología para semiconductores de baja potencia; iluminación de estado
sólido; pérdidas en materiales
Metrología Eléctrica CuánticaEf t J h Ef t H ll I d i P t i
Ciencia y l í
Metrología Eléctrica en Tiempo RealAnálisis Tiempo‐Frecuencia‐Amplitud
Nanometrología EléctricaS C it B t í
2014 2015 2018 2020 2024
Efecto Josephson, Efecto Hall, Impedancia, PotenciaTransductores Tensión y Corriente de Banda Ancha
Tecnología Super Capacitores y BateríasSuper conductores
Power Quality EMC compatibility of equipment (appliances meters network devices)
Energía Eléctrica 2013‐2018 (Inglaterra)
Q y(PQ)
EMC compatibility of equipment (appliances, meters, network devices)
Reactive power management
Wide area PQ measurements (field measurements)
PQ propagation in gridsGrid impedance
PQ mitigation toolsPQ intercomparisons
Metering EMC complianceMetering of complex signals (bad PQ, field measurements)Improved metrology‐grade non‐invasive sensors for on‐site
measurementsMeasurement/regulation/testing for consumers' meters/networks
Legal metrologyLegal metrologyLinearity (low load performance, e.g. CTs)
Overall system accuracy (system validation, effects of interference)
Smart Meter calibration status monitoring / validationSmart Meter calibration status monitoring / validation
Metering supporting e‐mobility (cars, busses, trains)
Reducing losses Loss measurement in HV/MV grids (e.g. HCDC converters ‐ IBGTs, power transformers)
Energía Eléctrica 2013‐2018 (Inglaterra)
transformers)Power measurement of complex signals
Metrology for support of efficiency claims
Losses in power electronics / convertersSystem stability Reactive power management
Grid modelling/state estimation at MV/LV level (optimal sensor location)Grid modelling/state estimation at MV/LV level (optimal sensor location)
Distributed sensors, wide area monitoring (WAMPAC) in HV grids
Distributed sensors, wide area monitoring (WAMPAC) in MV/LV grids
Increase grid data availability for testing grid state estimation models
Protection schemes / controlled islanding
Real time control and balancing (po er meas rement rather than energ )Real‐time control and balancing (power measurement rather than energy)
Grid time stamped measurements and control
Synchrophasor (PMU) traceability infrastructure
Grid time and frequency traceability/infrastructure
Study / modeling of effects of links with other grids (e.g. interdependency with gas grids, heating, water)
Abril 2013: Sismo en Michoacán: caída de frecuenciaMedición de frecuencia CENAM
59.90
60.00
59.60
59.70
59.80
59.30
59.40
59.50
20:16:41 HRS DISPARO DE ( )
FRECUENCIA EN GUATEMALA
PETACALCO U‐ 1, 3, 5 y 6 (1375 MW)
20:16:44 HRSDISPARO DEL ENLACEMEX‐GUA CON ‐176 MW
20:23:06 HRSFREC. NOMINAL
FRECUENCIA EN CFE20:17:17 HRS 59.62 HZDISPARO MDP‐U2 CON 130 MW
20:17:08 HRS59.3 HZ OPERACIÓN DEL
PRIMER PASO DE ESQUEMAS DE BAJA FRECUENCIA
4. CONCLUSIONES4. CONCLUSIONES4. CONCLUSIONES4. CONCLUSIONES
Calidad de la Potencia EléctricaCalidad de la Potencia Eléctrica
Cómo reaccionar ante un evento si:
No veo lo que pasa (transductor no adecuado)
No entiendo lo que está pasando (mediciones no coherentes con el modelo de la red eléctrica)
Ante el mismo fenómeno:
Actúo a tiempos distintos
Recibo información diferente
Calidad y CONFIABILIDAD y CONFIABILIDAD de la P t iPotencia
Un mismo parámetro de Calidad de la Potencia peroUn mismo parámetro de Calidad de la Potencia pero diferentes tecnologías de medición??
Trazabilidad a diferentes tecnologías de medición??
I fi i i d é i ??Insuficiencia de normas técnicas??
Insuficiencia de laboratorios de calibración yInsuficiencia de laboratorios de calibración y pruebas??
CALIDAD CALIDAD DE DE LA POTENCIALA POTENCIA
¿¿AsíAsí??
¿o así?
Gracias
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