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Todos los derechos reservados para XM S.A E.S.P.November 5, 2008
Análisis de la seguridad del Sistema Colombiano II Jornadas Técnicas ISA
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SUPERVISIÓN
•Precios•Calidad•Confiabilidad•Seguridad
Maximizaciónde beneficios
REGULACIÓN (CREG-CNO)
USUARIO EMPRESAS
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• Criterios Regulados
• Competencias Técnicas y Humanas
• Protocolos de Comunicación
• Herramientas Disponibles
• Infraestructura del Sistema
La seguridad del Sistema Interconectado Nacional depende de cinco aspectos básicos
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Criterios Regulados
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• En estado estacionario
Barras 110 - 230 kV: Mayor 0.9 p.u y menor 1.1 p.u
Barras 500 kV: Mayor 0.9 p.u y menor 1.05 p.u
• En el LP y MP no se permiten sobrecargas permanentes.
En CP y MP se pueden fijar, de acuerdo con la duración y
sin sobrepasar temperaturas máximas permisibles de los
equipos y sin disminuir la vida útil de los mismos
• VERPC; este criterio probabilístico tiene en cuenta la
probabilidad de falla de los subsistemas
Criterios de análisis eléctrico en estado estacionario establecidos por la CREG
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• Que una contingencia en las líneas de transmisión no lleve a un evento en cascada que origine un colapso del sistema.
• El sistema debe conservar la estabilidad con falla trifásicaen cercanías a la subestación con mayor nivel de cortocircuito, aclarada con tiempo de protección principal y asumiendo salida permanente del elemento en falla.
• Oscilación coherente y amortiguada en las máquinas y en los flujos de potencia.
Criterios de análisis eléctrico en estado transitorio establecidos por la CREG
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NIVEL 3
A - Generadores B- Operadores de Red
Transportador Nal.
NIVEL 2
• Seguridad, confiabilidad y economía
• Planear y Supervisar: Coordinar, controlar
Operador
NIVEL1
Además de los criterios generales, se establecieron niveles jerárquicos
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Competencias Técnicas y Humanas
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Para minimizar riesgos XM implementó un Centro de Entrenamiento
Centro de Control de Generación
Centro de Control de Transmisión
Centro de Control de Distribución
Control de voltaje y frecuencia
Ejecución de maniobras Manejo de carga
• Instrucciones de carga y generación.
• Restablecimiento•Es posible simular las
condiciones operativas a las
que se enfrenta el operador,
tanto técnicas como humanas
•Se pueden establecer consignas
operativas para la entrada de
nuevos equipos
La simulación de las situaciones
de trabajo bajo presión y la
aplicación de los protocolos de
comunicación entre los
operadores nos llevarán a
minimizar las fallas humanas
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• Con el fin de minimzar riesgos,
las empresas del Grupo ISA
hemos venido trabajando en la
implementación de las
sinergías.
• En diciembre de 2007 XM y
CTEEP inaguraron los centros de
entrenamiento para los
operadores del sistema de
potencia.
Implementación de Sinergias a nivel del Grupo ISA
Con el trabajo realizado buscamos la Certificación de los
operadores de Centros de Control
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Para enfrentar este reto, hemos realizado un plan estratégico
CERTIFICACIÓN
Acreditar Operadores Grupo ISA
SE
CT
OR
OB
JET
IVO
EléctricoEnergéticoOtros Sectores
AM
BIT
O
Grupo ISA Colombia Internacional
INFRAESTRUCTURA
Formación de formadores
SINERGIAS GRUPO ISA
Definición Metodología de Entrenamiento
Aplicación Metodología para Maniobras y Restablecimiento
Habilitación de los operadores del Grupo
ISA
Acreditar Operadores SEP Colombia
Certificación Operadores SEP Colombiano
Certificación Internacional
Implementación Centro de entrenamiento XM-
CTEEP
Adecuación Centro de Entrenamiento XM
Alianzas Estratégicas
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En desarrollo de nuestra estrategia, ya hemos comenzado a impartir entrenamientos a los operadores del CND y CSM
96
64
3
48
45.5
32 32
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0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Ho
ras
En
tren
amie
nto
po
r m
ód
ulo
Voltaje Frecuencia Maniobras Restablecimiento SCADA, E.E, N.A
Módulo
CND
CSM
EPSA
17
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14
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4
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6
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2
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10
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18
20
#Op
erad
ore
s
Voltaje Frecuencia Maniobras Restablecimiento SCADA, E.E, N.A
Módulo
CND
CSM
EPSA
Horas de entrenamientos
ejecutados
Operadores Entrenados
Los Módulos disponibles para entrenamiento son
• Frecuencia
• Voltaje
• Maniobras
• Restablecimiento
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Protocolos de Comunicación
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El cumplimiento del protocolo de comunicaciones entre los operadores es esencial para garantizar la seguridad del SIN
CND(Emisor)
MENSAJEMENSAJE(instrucci(instruccióón)n)
Información rápida,
concreta y oportuna
AGENTE(Receptor)
CONFIRMACIONCONFIRMACION(instrucci(instruccióón)n)
Información rápida,
concreta y oportuna
����
����
����
����
���� ACEPTACIACEPTACIÓÓNN
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Comunicaciones con el Centro de Control
EPM
EEB EPSA
TRAN
ISACHEC
CODENSA
COSTA-CARIBE
CENACE
Plantas generadoras
Centros de Control
Subestaciones
CENTRO DE CONTROL
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Herramientas Disponibles
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Para cumplir con las responsabilidades asignadas, XM realiza varios tipos de análisis
Seguridad del SIN
DigSilent , F@Osnet,
Estyra
Ángulo Frecuencia Voltaje
Corto tiempo
Largo tiempo
EDAC, inercia, regulación primaria
AGC, VQ, reserva rodante
Corto tiempo
Largo tiempo
SVC, generadores, aumento de
carga.
Taps, VQ
Estabilidad ángulo,
pequeña señal
Curvas Pg,PL, Qg,QL,V, PV, PQ,
Pδδδδ.
Modales
Estabilidad transitoria
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18Para todos estos análisis es necesario tener en cuenta todos los sistemas de control del SIN, lo cual hace el problema complejo
Supervisión y Control del Sistema (Centro de Control)Control económico de frecuencia
FRECUENCIAFLUJOS
(TRANSFERENCIAS) GENERACIÓNDESPACHO
REDESPACHO
FRECUENCIAFLUJOS
(TRANSFERENCIAS) GENERACIÓN
Otras Unidades de Generación y sus Controles Asociados
Control Suplementario
GeneradorCorriente de
Campo
VelocidadVoltaje
Velocidad / Potencia
Controles Unidades de Generación
Potencia Mecánica
Control de Turbina
Sistema de Excitación y Control
Controles de la TransmisiónControles de Potencia Reactiva y Voltaje FACTS
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.P. Verificar el cumplimiento de los
criterios de establecidos en todos los procesos en primordial para la seguridad del SIN
En todos los procesos de XM asociados a la operación se utilizan diferentes herramientas para realizar los análisis
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XM a desarrollado herramientas que permiten optimizar el tiempo de análisis en todos los procesos
Area1+Area3
Area 1
Sistema de
transmisión
Area 2
Area 3
Area 5 Area 6
Area 4
Area4+ Area6
��Criterio de Criterio de ÁÁrea Iguales rea Iguales ExtendidoExtendido
��MMóódulo ACUCSOdulo ACUCSO
��EstimaciEstimacióón de Sobrecargasn de Sobrecargas
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Para monitorear la seguridad en tiempo real también se han desarrollado aplicaciones como los análisis de frecuencia en tiempo real
Espectro de
Fourier
Espectro de
FourierMedidor mayor
modoMedidor mayor
modoMedidor otros
modosMedidor otros
modos
Medición de frecuencia
Medición de frecuencia
Rango 1 de variación
Rango 1 de variación
Rango 2 de variación
Rango 2 de variación
Rango 3 de variación
Rango 3 de variación
Alarma actuación EDAC
Alarma actuación EDAC
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AGC (CND)
Control Remoto
Control Conjunto
Local
Reg
ula
ció
n
Pri
mar
ia
2222
Sin embargo existen esquemas de control que han entrado al Sistema y hacen aun más complejo los análisis
Toda esta complejidad trae situaciones impredecibles como las oscilaciones observadas en agosto
4000
4500
5000
5500
6000
6500
7000
7500
8000
8500
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
LUNES
MARTES
MIERCOLES
JUEVES
VIERNES
SABADO
DOMINGO
Sistema deTransmisión
Demanda
~
~
~
Generación
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Qué es un oscilación
Oscilación de potencia: Variación en la potencia eléctrica, debida al cambio de
velocidad relativa entre generadores, como respuesta a cambios en la magnitud de la
carga, fallas y otras perturbaciones en el sistema
4000
4500
5000
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6000
6500
7000
7500
8000
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LUNES
MARTES
MIERCOLES
JUEVES
VIERNES
SABADO
DOMINGO
Los sistemas eléctricos presentan perturbaciones
y oscilaciones continuas durante su operación
normal, de las cuales la mayoría son de pequeña
magnitud (generación - demanda)
Como consecuencia de estas oscilaciones, la
frecuencia también presenta fluctuaciones con
múltiples períodos de oscilación
59.0
59.2
59.4
59.6
59.8
60.0
60.2
60.4
60.6
60.8
61.0
12:1
0:00
12:1
0:28
12:1
0:56
12:1
1:24
12:1
1:52
12:1
2:20
12:1
2:48
12:1
3:16
12:1
3:44
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4:12
12:1
4:40
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5:08
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5:36
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6:04
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6:32
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7:00
12:1
7:28
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7:56
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8:52
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0:16
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0:44
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1:12
12:2
1:40
12:2
2:08
12:2
2:36
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3:04
Fre
cuen
cia
[Hz]
0,06 Hz 0,03 Hz 0,08 Hz
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Inductores generales
• Disparo de circuitos
• Cambios de generación
• Disparo de la interconexión
• Cambios de carga
• Ruidos de medida
• Ruidos inducidos por cargas no lineales
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Control de velocidad
Para realizar el análisis de las oscilaciones es necesario modelar el detalle de los sistemas de control de los generadores
Hs2
1
s
sω
ΣΣΣΣ
D
Ps
ΣΣΣΣ
mP∆
++
aP ω∆ δ∆
–sT
sT
w
w
+
−
1
21
ΣΣΣΣ–
R
1
sTs+1
1
sKi
dsK
pK
• La herramienta para realizar estudio de oscilaciones es el análisis modal.
• Sin embargo si los parámetros de estos controles no son los modelados, desde la planeación no se pueden detectar este tipo de problemas
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Buscando encontrar los fenómenos no vistos desde la planeación, se hacen sensibilidades a los parámetros de los controles
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-10 10 30 50 70 90 110 130 1500.996
0.997
0.998
0.999
1
1.001
Evento de Frecuencia
-10 10 30 50 70 90 110 130 1500.7
0.72
0.74
0.76
0.78
0.8
0.82
0.84
0.86
0.88
P Real
P simulada Kp=1
P simulada Kp=2.2
Periodo = 8.4s : 0.12Hz
También es necesario realizar pruebas de campoRespuesta control velocidad / potencia de Chivor a un evento
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Dadas las incertidumbres, se deben tomar algunas acciones en el sistema
1. Operativas.
Disminuir los intercambios
Aumentar la inercia y el amortiguamiento
2. Parámetros de control
Desactivar controles conjuntos
Ajuste de estatismos
Ajuste de red aislada
Reducción de ganancias reguladores de velocidad
3. Diagnóstico de campo con Medición y Registro
4. Estimación de parámetros
5. Sintonización de Modelos con la dinámica de largo plazo del sistema
6. Técnicas de análisis de eventos
7. Pruebas
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También los análisis llevan a recomendaciones de sintonización del sistema • Se requiere regulación respecto a la de exigencia de sistemas de control y sus
pruebas
• Se deben desarrollar acuerdos técnicos que permitan hacer seguimiento a los modelos y parámetros de controles en el sistema.
Actualización de Modelos y Parámetros
Pruebas de Determinación y Sintonización de Modelos
Protocolo de cambio de Parámetros
Auditoria a Parámetros
• Incluir en análisis el efecto de la compensación de potencia reactiva
• Sistemas de Medición y Registro mejores al SCADA (… PMUs …)
• Acuerdos de Sintonización de AGC
• Capacitación Técnica en las compañías del sector
• Unificación del Lenguaje
• Caracterización del comportamiento de las cargas de grandes usuarios y grandesbloques de demanda
Se debe resaltar la importancia de la prioridad en la operación de la seguridad sobre lo comercial
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Infraestructura del Sistema
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Vulnerabilidad de un sistema de potencia
Sistema Eléctrico
� Aperturas indeseadas� Descargas atmosféricas� Operación indeseada de una operación
� Falla de un interruptor� Cortocircuitos (árboles, quemas, sabotaje ….)
� Error en la operación � …….
Situación normal,
no deseable
Desconexión de carga
Eventos posibles
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Las protecciones en un Sistema de Potencia
Mínimo valor de
entrada para la
operación del relé
Sensibilidad
Operación en tiempo
mínimo
Velocidad
No operar sin falla en
el elemento protegido
Seguridad
Aislar solo la parte
fallada
Selectividad
Criterios
� Evitar poner en peligro seres
humanos o animales
� Desconectar el elemento fallado para
reducir la influencia de una falla,
ayudando a mantener la estabilidad
del sistema
� Proteger los equipos
Objetivos
•Cantidad ActuanteCorriente
Tensión
Potencia
Presión
Frecuencia
Temperatura
Flujo
Vibración
Velocidad
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Sistema
Las protecciones en un Sistema de Protecciones
Confiabilidad
Equipos
• Líneas• Trafos• Generadores• S/E• Reactores• Capacitores• Interruptores• etc..
Esquemas suplementarios
• Df/dt, • Sep. Áreas• V<<, V>>• EDAC• Falla Interruptor (50 BF)• Bloqueo por oscilación de potencia
• …..
Fiabilidad Seguridad
No operar sin falla en el elemento protegido
Operar en los tiempos garantizados siempre que hay falla
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Esquemas de Protección Suplementarios que evitan desconexiones de carga
Son estrategias de control y protección asociadas más a áreas eléctricas
operativas (Seguridad) , que a la protección de equipos (fiabilidad)
• RAG “Rechazos Automáticos de Generación”: permite aliviar
sobrecargas en los circuitos eléctricos (líneas y transformadores)
rechazando generación.
• DAC “Deslastres Automáticos de Carga”: Actúan cuando se
presentan sobre o bajas frecuencias, bajas tensiones y sobrecargas
en circuitos. Permiten mantener la generación del área deslastrando
carga y restablecer así perfiles de tensión y mantener la frecuencia
dentro de rangos operativos.
Todos los derechos reservados para XM S.A E.S.P.November 5, 2008
Calle 12 Sur N°18 – 168, PBX: 57(4) 317 2929 FAX: 57(4) 317 0833,
Medellín – Colombia
www.xm.com.co