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Prestación de los servicios de Diseño y estudios asociados a sistemas eléctricos Certificado No. 637-1 Guías para la Implementación de Sistemas de Distribución Automatizados Juan M. Gers – Luis E. Aragón GERS GERS

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Page 1: Implementacion DSA SP colombia

Prestación de los servicios de Diseño y

estudios asociados a

sistemas eléctricos

Certificado No. 637-1

Guías para la Implementaciónde Sistemas de Distribución

Automatizados

Juan M. Gers – Luis E. Aragón

GERSGERS

Page 2: Implementacion DSA SP colombia

Contenido

Introducción

Índices de calidad del servicio eléctrico

Niveles de automatización de un sistema de potencia

Automatización de subestaciones

Sistemas de comunicaciones

Funciones del DMS

Funciones del DA

Acciones a seguir

Page 3: Implementacion DSA SP colombia

Contenido

Introducción

Índices de calidad del servicio eléctrico

Niveles de automatización de un sistema de potencia

Automatización de subestaciones

Sistemas de comunicaciones

Funciones del DMS

Funciones del DA

Acciones a seguir

Page 4: Implementacion DSA SP colombia

IntroducciónLa automatización de los sistemas eléctricos le permite a las empresas de energía, coordinar, operar y controlar algunos o todos los componentes de su sistema, sin intervención humana. De esta manera, se logran múltiples beneficios entre los que se destacan:

Acciones mucho mas rápidas (a veces casi instantáneas)

Mayor confiabilidad

Mejores condiciones de operación

Reducción significativa de costos operativos

La automatización se está aplicando en el mundo entero a la totalidad de los sistemas eléctricos, incluyendo por lo tanto los sistemas de generación, transmisión y distribución. En esta presentación se hace énfasis a la automatización de los sistemas de distribución.

Page 5: Implementacion DSA SP colombia

Conformación de un Sistema de Potencia Típico

Generacióna 13,800V

SubestaciónIncrementode Tensión 110 - 500 kV

Casa de Fuerza

Transmisión 110 – 34,5 kV

Subestación de línea de Transmisión

Usuario industrial

Subestación 480/208/1230 V

Subestación Reducción de Tensión 110 – 34,5 kV

Transmisión 110 - 500 kV

Usuario industrialo comercial

Usuariocomercial

Usuarioresidencial

Subestación deAlta Tensión

Seccionador

Casa de FuerzaPlanta industrial

Cámara de red

CámaraSubterránea

Generacióna 13,800V

SubestaciónIncrementode Tensión 110 - 500 kV

Casa de Fuerza

Transmisión 110 – 34,5 kV

Subestación de línea de Transmisión

Usuario industrial

Subestación 480/208/1230 V

Subestación Reducción de Tensión 110 – 34,5 kV

Transmisión 110 - 500 kV

Usuario industrialo comercial

Usuariocomercial

Usuarioresidencial

Subestación deAlta Tensión

Seccionador

Casa de FuerzaPlanta industrial

Cámara de red

CámaraSubterránea

Generacióna 13,800V

SubestaciónIncrementode Tensión 110 - 500 kV

Casa de Fuerza

Transmisión 110 – 34,5 kV

Subestación de línea de Transmisión

Usuario industrial

Subestación 480/208/1230 V

Subestación Reducción de Tensión 110 – 34,5 kV

Transmisión 110 - 500 kV

Usuario industrialo comercial

Usuariocomercial

Usuarioresidencial

Subestación deAlta Tensión

Seccionador

Casa de FuerzaPlanta industrial

Cámara de red

CámaraSubterránea

Transmisión 110 - 500/34.5 kV

480/208/120 kV

Page 6: Implementacion DSA SP colombia

Ventajas de la Automatización del Sistema de Distribución

• Mejora la Calidad del Servicio– Control y supervisión en tiempo real del sistema

eléctrico, agilizan la toma de decisiones y la restauración de la red.

– Mejora de los índices DES y FES.

• Reduce costos Operacionales– Automatización de tareas y centralización de

decisiones operativas.

• Optimiza la Inversión– El perfil de la curva de carga posibilita conocer la

expectativa de vida útil de los equipos.

• Optimiza la Planificación de Mantenimiento– Información del comportamiento real de la red

Page 7: Implementacion DSA SP colombia

Contenido

Introducción

Índices de calidad del servicio eléctrico

Niveles de automatización de un sistema de potencia

Automatización de subestaciones

Sistemas de comunicaciones

Funciones del DMS

Funciones del DA

Acciones a seguir

Page 8: Implementacion DSA SP colombia

Índices de Calidad del Servicio Eléctrico

Índices de Calidad exigidos por la CREG

DESU iU i

t ina

ni

NT= ∑

=

( )( )

* ( )1

FESU iU i

na

ni

NT= ∑

=

( )( )1

Valores máximos admisibles anuales

GRUPO DES FES1 11 262 19 443 29 514 39 58

Page 9: Implementacion DSA SP colombia

Índices de Calidad Internacionales

SAIDI (System Average Interruption Duration Index) - Defined as the average interruption duration for customers served during a specified time period. Determined by summing the customer-minutes off for each interruption during a specified time period and dividing the sum by the average number of customers served during that period. The unit is minutes. The index enables the utility to report how many minutes customers would have been out of service if all customers were out at one time. The benchmarking survey SAIDI average for the USA in 2005 was 95 minutes.

SAIFI (System Average Interruption Frequency Index) - Defined as the average number of times that a customer is interrupted during a specified time period. Determined by dividing the total number of customers interrupted in a time period by the average number of customers served. The index is calculated for interruptions of more than one minute (SAIFI-long) and less than one minute (SAIFI-short). The resulting unit is "interruptions per customer." The benchmarking survey SAIFI average for the USA in 2005 was 1.2 interruptions per customer.

Índices de Calidad del Servicio Eléctrico

Page 10: Implementacion DSA SP colombia

Índices de Calidad del Servicio Eléctrico

Page 11: Implementacion DSA SP colombia

Índices de Calidad del Servicio Eléctrico

Page 12: Implementacion DSA SP colombia

Esquema general de automatización de un sistema de potencia

EMS

DMS

Generación yTransmisión

Distribución

EMS

DMS

Generación yTransmisión

Distribución

Page 13: Implementacion DSA SP colombia

Contenido

Introducción

Índices de calidad del servicio eléctrico

Niveles de automatización de un sistema de potencia

Automatización de subestaciones

Sistemas de comunicaciones

Funciones del DMS

Funciones del DA

Acciones a seguir

Page 14: Implementacion DSA SP colombia

Centro de Control Nacional

Centro de Control Regional (o de la Electrificadora)

DMS – Distribution Management Systems

DA – Distribution Automation

Subestación

Usuarios

Niveles de automatización de un sistemade potencia

Page 15: Implementacion DSA SP colombia

Esquema General

Centro de controlNacional

Centro de controlElectrificadora

Subestación

Sistema de Distribución

Usuarios

Centro de controlNacional

Centro de controlElectrificadora

Subestación

Sistema de Distribución

Usuarios

Page 16: Implementacion DSA SP colombia

SCADA/GIS

• Las funciones de SCADA/GIS son esenciales para la correctaimplementación de la automatización de un sistema eléctricola cual require de comunicación en tiempo real entre losdiferentes elementos.

• El SCADA permite ejecutar las operaciones de control y hacer la recolección y procesamiento de la información.

• El GIS permite conocer la topología de una red en tiempo real incluyendo obviamente las posiciones de los equipos de cortey la conectividad que exista.

Page 17: Implementacion DSA SP colombia

SCADALos beneficios del SCADA son múltiples principalmente por que permiten enviar a la red información rápida y confiable que incluyen datos como los siguientes:

Mediciones analógicas de magnitudes eléctricas tales como Voltajes, Corrientes, Megavatios y Megavares

Estado y medidas analógicas tales como posiciones de tapsde transformadores

Estado y medidas analógicas de relés

Conectividad de circuitos (estado de interruptores y suitchesdentro de las subestaciones y los circuitos de distribución)

Identificación especial de elementos de sistemas de distribución

Información de eventos que puedan originar la ejecución de acciones dentro del sistema de distribución

Page 18: Implementacion DSA SP colombia

SCADA

G

S PAor LON®

Gat ew ay

110 kV/20 kV

M

HV/ MV

Planta de Generación Hidroeléctrica

Planta de Generación eólica

Centro de Control

Red de baja tensión

Red de Media tensión

Subestación de Media a baja tensión

Subestación encapsulada de Media y baja tensión

Medidor de Energía

Eléctrica

Red de Alta tensión

Subestación de Alta a Media tensión

Red de Alta tensión

Subestacion de

Potencia

Planta IndustrialRed de Media tensión

Red de baja tensión

transformador de Media a baja tensión

Seccionador

Protección y control

Proteccióny control

Sistema deAutomatización

Protección

Sistema deAutomatización

Protección y control

G

S PAor LON®

Gat ew ay

110 kV/20 kV

M

HV/ MV

Planta de Generación Hidroeléctrica

Planta de Generación eólica

Centro de Control

Red de baja tensión

Red de Media tensión

Subestación de Media a baja tensión

Subestación encapsulada de Media y baja tensión

Medidor de Energía

Eléctrica

Red de Alta tensión

Subestación de Alta a Media tensión

Red de Alta tensión

Subestacion de

Potencia

Planta IndustrialRed de Media tensión

Red de baja tensión

transformador de Media a baja tensión

Seccionador

Protección y control

Proteccióny control

Sistema deAutomatización

Protección

Sistema deAutomatización

Protección y control

Page 19: Implementacion DSA SP colombia

Centro de Control Nacional

El centro de control nacional es el responsable de manejar todas las funciones de gestión y automatización propiamente de los sistemas de generación y transmisión.

Entre las funciones principales se mencionan las siguientes:

Estimador de estadoAnálisis de contingenciasCálculo de flujos de carga y de cortocircuitoSeguridadDespacho óptimoCompensación de reactivosAGC

Page 20: Implementacion DSA SP colombia

Centro de Control RegionalEl centro de control regional es el responsable de manejar todas las funciones de gestión y automatización propiamente del sistema de distribución.

Las funciones que lo conforman se pueden agrupar por lo tanto en dos componentes importantes:

El DMS (Distribution Management Systems) que contiene las funciones de gestión. Esta componente se la asocia con la llamada integración horizontal

El DA (Distribution Automation) que contiene las funciones de automatización propiamente. Esta componenente se la asocia con la llamada integración vertical

Algunas fuentes engloban ambas componentes bajo el término DMS

Page 21: Implementacion DSA SP colombia

Servidorde DatosServidorde Datos

Cuarto de ControlInterfaces de UsuarioCuarto de ControlInterfaces de Usuario

Servidor deacceso WAN Servidor de

acceso WAN Comunicación

Front-EndsComunicación

Front-Ends

Centro de atenciónde llamadas

Centro de atenciónde llamadas

Ordenes de trabajode los clientes

Ordenes de trabajode los clientes

Perifericos y servidor de Internet

Perifericos y servidor de Internet

PBX Servidor delCentro deatención dellamadas

PBX Servidor delCentro deatención dellamadas

Servidor deordenes de

trabajo

Servidor deordenes de

trabajo

Servidor dedesarrollosServidor dedesarrollos

Servidorde DatosServidorde Datos

Cuarto de ControlInterfaces de UsuarioCuarto de ControlInterfaces de Usuario

Servidor deacceso WAN Servidor de

acceso WAN Comunicación

Front-EndsComunicación

Front-Ends

Centro de atenciónde llamadas

Centro de atenciónde llamadas

Ordenes de trabajode los clientes

Ordenes de trabajode los clientes

Perifericos y servidor de Internet

Perifericos y servidor de Internet

PBX Servidor delCentro deatención dellamadas

PBX Servidor delCentro deatención dellamadas

Servidor deordenes de

trabajo

Servidor deordenes de

trabajo

Servidor dedesarrollosServidor dedesarrollos

Cuarto de ControlInterfaces de UsuarioCuarto de ControlInterfaces de Usuario

Servidor deacceso WAN Servidor de

acceso WAN Comunicación

Front-EndsComunicación

Front-Ends

Centro de atenciónde llamadas

Centro de atenciónde llamadas

Ordenes de trabajode los clientes

Ordenes de trabajode los clientes

Perifericos y servidor de Internet

Perifericos y servidor de Internet

PBX Servidor delCentro deatención dellamadas

PBX Servidor delCentro deatención dellamadas

Servidor deordenes de

trabajo

Servidor deordenes de

trabajo

Servidor dedesarrollosServidor dedesarrollos

Centro de Control Regional

Page 22: Implementacion DSA SP colombia

Subestación

Control de la subestaciónControl de bahías y de alimentadoresControl de secuenciaSincronización de relojProtección de bahías y alimentadoresMedición de parámetros de calidadMedición de parámetros eléctricos

Page 23: Implementacion DSA SP colombia

Contenido

Introducción

Índices de calidad del servicio eléctrico

Niveles de automatización de un sistema de potencia

Automatización de subestaciones

Sistemas de comunicaciones

Funciones del DMS

Funciones del DA

Acciones a seguir

Page 24: Implementacion DSA SP colombia

Automatización de Subestaciones

Integra:

• Relés digitales de protección• Sistemas de supervisión y

control• Adquisición de datos de campo

con la adaptación de equipos existentes

• UTR• Equipos de comunicación

Page 25: Implementacion DSA SP colombia

06/07/2006 LEAR 25

Automatización de subestaciones

• Configuración– Control convencional: Centralizado, Distribuido– Control digital: Centralizado, Distribuido

• Control coordinado• Control integrado• Comunicaciones

– Redes de área local– Protocolos de comunicación– Medios de comunicación– Cableado estructurado

Page 26: Implementacion DSA SP colombia

Arquitectura de Automatización Subestaciones

Nivel 0: Conformado por los equipos de maniobra (interruptores y seccionadores)

Nivel 1: Conformado por los DEI’susados para la adquisición de datos.

Nivel 2: Conformado por la interfaz hombre máquina usada como central de procesamiento de datos.

Nivel 3: Sistema de acceso y reporte a estaciones remotas.

Page 27: Implementacion DSA SP colombia

Niveles de Control

Nivel Centro Control

Nivel equipo

Nivel Bahía

Nivel Subestación

Page 28: Implementacion DSA SP colombia

Automatización de subestaciones

DEI

ETHERNET

IEC-101 / RS232

IEC-103 / RS485

DEI

DEI

DEI

DEI

ModbusModbus

MiniUTRMiniUTR

IHM

SERVIDOR

IHM

SERVIDOR

(1) (1)

(1)

(2)(2)

(2)

(1)(3)

(3)

(3)

(3)

(4)(4)

(1) Convertidor RS485 / FO(2) Convertidor RS232 / FO(3) Convertidor Multimodo / Monomodo(4) Módulo Electrico / Optico Ethernet

Fibra Óptica OPGW12 Fibras MonoModo

Fibra Óptica MultiModo

Fibra Óptica MultiModoMiniUTRMiniUTR

(2)

ModbusModbus

Page 29: Implementacion DSA SP colombia

Contenido

Introducción

Índices de calidad del servicio eléctrico

Niveles de automatización de un sistema de potencia

Automatización de subestaciones

Sistemas de comunicaciones

Funciones del DMS

Funciones del DA

Acciones a seguir

Page 30: Implementacion DSA SP colombia

Sistemas de Comunicaciones

Sistema satelitalCables telefónico y de fibra ópticaPortadora por línea de potenciaSistema de Radio

Page 31: Implementacion DSA SP colombia

Sistemas de Comunicaciones

Transmisorreceptor

Transmisorreceptor

Sistema de Radio

Portadora por línea de potencia

Cable Telefónico

cablesde Fibra óptica

Sistema satelital

Transmisorreceptor

Transmisorreceptor

Transmisorreceptor

Transmisorreceptor

Sistema de Radio

Portadora por línea de potencia

Cable Telefónico

cablesde Fibra óptica

Sistema satelital

Interfaces a productos y sistemas de sistemasde comunicación de terceros

Page 32: Implementacion DSA SP colombia

Redes de Comunicaciones

Las redes de comunicaciones permitne interconectar físicamente todos y cada uno de los dispositivos que conforman el sistema para el intercambio de datos.

Tipos: RS-232, RS-485, RS-422 y/o Ethernet.

Topologías: Bus, Anillo, Estrella y configuraciones hibridas.

Page 33: Implementacion DSA SP colombia

Medios de Comunicación

Soporte físico de un canal de transmisión de información (por ejemplo, un par trenzado); normalmente conocido como «BUS».

• ARDIS (Advanced Radio Data Information Service)• Teléfono: ISDN (Integrated Services Digital Network), DSL

(Digital Subscriber Loop), T1, Celular (CDPD, PCS, TDMA, GSM)

• Portadora por Línea de Potencia• Microondas• Fibra Óptica• MAS (Multiple Address System)• IEEE 802.11 (Wireless LAN) • IEEE 802.16 (Broadband Wireless Access)

Page 34: Implementacion DSA SP colombia

DNP3DNP3TCP/IPTCP/IP

IEC870IEC870--104104IEC870.5.101IEC870.5.101

ModbusModbus/ / DNP3.0/ DNP3.0/ TCP/IPTCP/IP

EQUIPOEQUIPOTELECOMANDADOTELECOMANDADO

UTRUTRSUBESTACISUBESTACIÓÓNN

CENTRO DECENTRO DECONTROL CONTROL

Comunicación DA

FIBRA FIBRA ÓÓPTICA PTICA RS232RS232

Otros equipos

Page 35: Implementacion DSA SP colombia

EQUIPOEQUIPOTELECOMANDADOTELECOMANDADO

CONCENTRADORCONCENTRADORREMOTOREMOTO CENTRO DECENTRO DE

CONTROLCONTROL

REPETIDORAREPETIDORA

Comunicación DA

• Concentrador en el centro de control, comunica con todos losreconectadores y/o seccionadores

ModbusModbus/ / DNP3.0/ DNP3.0/ TCP/IPTCP/IP DNP3DNP3

TCP/IPTCP/IPIEC870IEC870--104104

IEC870.5.101IEC870.5.101

Page 36: Implementacion DSA SP colombia

EQUIPOEQUIPOTELECOMANDADOTELECOMANDADO CONCENTRADORCONCENTRADOR

LOCALLOCAL

CENTRO DECENTRO DECONTROLCONTROL

Comunicación DA

• Equipos localizados a una distancia máxima de 30 km• Radio de pequeña potencia, garantiza la calidad de la comunicación

entre los equipos y el concentrador

ModbusModbus/ / DNP3.0/ DNP3.0/ TCP/IPTCP/IP

DNP3DNP3TCP/IPTCP/IP

IEC870IEC870--104104IEC870.5.101IEC870.5.101

Page 37: Implementacion DSA SP colombia

Comunicación DA

SISTEMA DE SUPERVISIÓN Y

CONTROL

OPERADORAGSM/GPRS

CONCENTRADORDE DATOS

APLICACIÓNSOBRETCP/IP

IP: yyy.yyy.yyy

IP: yyy.yyy.yyy

SERVIDOR DE CLIENTE

SERVIDOR SMSSERVIDOR GPRS

IP: xxx.xxx.xxx.xxx

RED GSM

MODEM GSM/GPRS

EQUIPO+

UTR

INTERNET

APLICACIÓNSOBRETCP/IP

SERVIDOR DE OPERADORA

SERVIDOR SMSSERVIDOR GPRS

IP: xxx.xxx.xxx.xxx

Page 38: Implementacion DSA SP colombia

Protocolos

Los protocolos aparecidos en el mercado están basados en enlaces serie.

A nivel internacional existe un estándar de protocolo asumido como el de referencia llamado IEC 61850 basado en ETHERNET MMS.

Los medios físicos para realizar la comunicación con los protocolos serie actuales son fundamentalmente RS485 y fibra óptica (multimodo y estructura de comunicaciones en estrella).

Page 39: Implementacion DSA SP colombia

Qué es un Protocolo?

Conjunto de reglas necesarias para hacer cooperar entidades generalmente distantes, en particular para establecer y mantener intercambios de información entre dichas entidades.

Corrientemente se habla de «protocolo a nivel aplicación» o «protocolo de acceso al medio».

Page 40: Implementacion DSA SP colombia

Modelo 7 capas OSI de ISO

(2) Enlace

(1) Física

(4) Transporte

(3) Red

(5) Sesión

(7) Aplicación

(6) Presentación

Qué es un Protocolo?

• Un sistema de comunicación sólo trabajarási todas las capas están definidas (Asíalgunas no se utilicen)

Ejemplos:– IEC 60870-5-103:

Capas 1,2,7+ capas definidas por el usuario; 3,4,5,6no utilizadas

– PROFIBUS FMSCapas 1,2,7 definidas; 3,4,5,6 capas no utilizadas definido por el usuario

– Ethernet:Sólo las capas 1 y 2 están definidas

– Ethernet con TCP/IP:Capas 1,2,3,4 definidas; 5,6 no utilizadas,capa 7+ no definifda por el usuario

– DNP3.0Capas 1,2,7+ definidas por el usuario; 3,4,5,6 no utilizadas

Capa de usuario

Un protocolo define la estructura, contenido y operación de una interfaz de comunicación..Ejemplo: Modo de definición de acceso a la capa 7 de ISO/OSI

Page 41: Implementacion DSA SP colombia

Protocolos

Todos son similares y atienden a las siguientes peticiones:

• Interrogación general de la RTU.• Envío por excepción del cambio de una variable digital.• Mandos dobles (orden de abrir o cerrar un interruptor se expresa por dos

bits).• Lectura de estados dobles (estado de un interruptor son dos bits: abierto y

cerrado).• Filosofía "Select before Execute".• Envío del archivo de eventos.• Envío espontáneo de valores de variables analógicas que han cambiado.• Envío espontáneo de variables digitales que han cambiado.• Envío de todas las variables analógicas cuando el centro de control remoto

lo requiera.• Envío de todas las variables digitales cuando el centro de control remoto lo

requiera.• Envío de todos los contadores cuando el centro de control remoto lo

requiera.

Page 42: Implementacion DSA SP colombia

Protocolos en diferentes niveles

Los protocolos son utilizados entre o al interior de diferentes niveles del sistema de potencia: Entre Centro de Control y Subestaciones o entre Sistema de control de subestación y DEI‘s

• Protocolos normalizados:• IEC 60870-5-101 Centro de control y subestación• IEC 60870-5-103 Subestación y bahía

Page 43: Implementacion DSA SP colombia

Aplicación en Comunicaciones

Se utilizan protocolos industriales como MODBUS RTU para intercambio.

La configuración de comandos depende de los requerimientos de cada sistema.

Se pueden monitorear y consultar los telegramas entre la estación maestra y los relés de protección.

Page 44: Implementacion DSA SP colombia

Selección de Protocolos

• Conitel• Harris 5000• Modicon MODBus• IEC 870-5-3 • DNP (Distributed Network Protocol)• UCA (Utility Communication Architecture) • MMS (Manufacturing Message Specification)• ICCP (Intercontrol Center Communications Protocol)• IEEE TR1550• IEC 61850

Page 45: Implementacion DSA SP colombia

Contenido

Introducción

Índices de calidad del servicio eléctrico

Niveles de automatización de un sistema de potencia

Automatización de subestaciones

Sistemas de comunicaciones

Funciones del DMS

Funciones del DA

Acciones a seguir

Page 46: Implementacion DSA SP colombia

Gerencia de llamadas

Gerencia de órdenes de trabajo

Facturación

TLM

Funciones del DMS

Page 47: Implementacion DSA SP colombia

Centro de llamadas

T C ST C S

D M SD M S

Control Recopilación de información

C I SLlamar Devolver

Llamada

Grupo deMantenimientode baja Tensión

Usuario

OperadoraTelefonicay Analista

Facturaciónbaja TensiónOrientación de

llamadas

Análisis de Problema yDespacho Tarea Finalizada

Tarea Asignada

Red de Media Tensión

ProblemasEn Red de

Media Tensión

Investigacion de Resultados yConocimiento de interrupción

T C ST C S

D M SD M S

Control Recopilación de información

C I SLlamar Devolver

Llamada

Grupo deMantenimientode baja Tensión

Usuario

OperadoraTelefonicay Analista

Facturaciónbaja TensiónOrientación de

llamadas

Análisis de Problema yDespacho Tarea Finalizada

Tarea Asignada

Red de Media Tensión

ProblemasEn Red de

Media Tensión

Investigacion de Resultados yConocimiento de interrupción

Page 48: Implementacion DSA SP colombia

Órdenes de trabajo y Gerencia de cuadrillas

ORDENES DETRABAJO

ORDENES DETRABAJO

D M SD M S

Departamento dePlaneacion de Operaciones

Red de Media Tensión

EstadosControles

Control remotoDe etiquetas Interrupciones

Gerente deOperaciones

Programaciónde Recursos

ORDENES DETRABAJO

ORDENES DETRABAJO

D M SD M S

Departamento dePlaneacion de Operaciones

Red de Media Tensión

EstadosControles

Control remotoDe etiquetas Interrupciones

Gerente deOperaciones

Programaciónde Recursos

Page 49: Implementacion DSA SP colombia

Facturación

La facturación es una de las funciones principales que puede asociarse al DMS dado que permite integrar la información de la topología con la información de cada uno de los usuarios.

La facturación debe incluir todos los atributos de los usuarios y estar asociada a una base correlacional que pueda ser consultada por otras funciones.

Es esencial para habilitar la función del TLM que se explica mas adelante y para el restablecimiento del servicio de energía en forma rápida después de disturbios.

Page 50: Implementacion DSA SP colombia

La optimización de la carga asociada a los transformadores de distribución se logra con la aplicación del método llamado TLM (Transformer Load Management)

El método de cálculo se basa en la energía consumida por los usuarios a partir de su correlación con el transformador de distribución que le da servicio.

De los registros de facturación se obtienen los kWh de consumo para el mes pico y se totalizan para cada transformador.

Con los kWh totales del transformador para el mes pico, se calcula la demanda, utilizando un programa elaborado a partir del sistema de ecuaciones que represente la relación existente entre los kWh y los kW de demanda para los diferentes rangos de consumo existentes en el área.

Manejo de Cargas en Transformadores – TLM

Page 51: Implementacion DSA SP colombia

Contenido

Introducción

Índices de calidad del servicio eléctrico

Niveles de automatización de un sistema de potencia

Automatización de subestaciones

Sistemas de comunicaciones

Funciones del DMS

Funciones del DA

Acciones a seguir

Page 52: Implementacion DSA SP colombia

Funciones del DA

Las funciones principales del DA son las siguientes:

Análisis topológico, coloreo de alimentadores y detección de puntos abiertos. Para esto es esencial disponer del GISCálculo de flujo de carga y de cortocircuitoReconfiguración de alimentadoresRestablecimiento del servicioControl de capacitores y regulación de voltaje

Page 53: Implementacion DSA SP colombia

A las funciones del DA es común agregar también las asociadas con los usuarios y que fundamentalmente son las siguientes:

Lectura remota de contadores

Desconexión remota de usuarios

Control de carga (DSM)

Funciones del DA

Page 54: Implementacion DSA SP colombia

Reconfiguración de Alimentadores

La reconfiguración se lleva a cabo para obtener una condición de operación mejor y mas específicamente para reducir las pérdidas por efecto Joule.

La reconfiguración de alimentadores consiste en la modificación de la latopología de un sistema de distribución.

Se logra modificando los puntos de frontera entre alimentadores hasta llegar a una topología óptima.

Page 55: Implementacion DSA SP colombia

La siguiente figura ilustra un ejercicio de reconfiguración de trescircuitos o alimentadores de distribución (Feeders)

Reconfiguración de Alimentadores

11

Feeder I Feeder II Feeder III

91915

12

18 21

26

Page 56: Implementacion DSA SP colombia

11

91915

12

18 21

26

Reconfiguración de Alimentadores

Feeder IIIFeeder I Feeder II

Page 57: Implementacion DSA SP colombia

11

91915

12

18 21

26

Reconfiguración de Alimentadores

Feeder IIIFeeder I Feeder II

Page 58: Implementacion DSA SP colombia

Cualquiera que sea la topología seleccionada, se debeasegurar que cumpla con las restricciones mínimas que son:

Que se conserve la configuración radial de losalimentadoresQue todas las cargas sean servidasQue los dispositivos de protección de sobrecorriente queden debidamente coordinadosQue no sean excedidos los límites térmicos de líneas, transformadores y otros equipos sean respetadosQue los niveles de voltaje queden dentro de los límitesestablecidos

Reconfiguración de Alimentadores

Page 59: Implementacion DSA SP colombia

Techniques for FeederReconfiguration

KnowledgeBased Method

Models Based Method

Heuristic

Lineal Programming

Neural Networks

Expert System

Fuzzy Logic

Others

Simulated Annealing

Genetic Algorithms

Others

Reconfiguración de Alimentadores

Page 60: Implementacion DSA SP colombia

Una vez la topología óptima se ha establecido, se definen los puntos de ubicación de switches de frontera y seccionamiento para permitir reconfiguraciones ulteriores que sean necesarias para mejorar condiciones de operación o para restablecer el servicio después de fallas en el sistema.

Los switches de frontera operan normalmente abiertos y se ubican en la frontera mas alejada a las subestaciones que haya entre dos alimentadores vecinos.

Los switches de seccionamiento operan normalmente cerrados y se distribuyen a lo largo de cada alimentador. Idealmente de debe colocar un switche de seccionamiento por MW de carga. Esto da bastante flexibilidad a la operación de los alimentadores.

Localización de Switches paraReconfiguración de Alimentadores en Línea

Page 61: Implementacion DSA SP colombia

I II III

F32F

1F

Localización de Switches paraReconfiguración de Alimentadores en Línea

Page 62: Implementacion DSA SP colombia

Caso de Estudio

Para efectos ilustrativos se consideró la aplicación en el sistema de distribuciónde EMCALI.

En el análisis se tomó un prototipo con el 5% del sistema y que representacargas de diferentes estratos, y cargasimportantes tales como hospitales, estaciones de policía, escenariosdeportivos e instituciones universtiarias.

Page 63: Implementacion DSA SP colombia
Page 64: Implementacion DSA SP colombia

Caso de Estudio

Page 65: Implementacion DSA SP colombia

Caso de Estudio

Page 66: Implementacion DSA SP colombia

Caso de Estudio

BEFORE AND AFTER RECONFIGURATION LOSSES IN kWOF RESIDENTIAL CIRCUITS

0

100

200

300

400

500

600

700

800

kW

BEFORE AFTER

Page 67: Implementacion DSA SP colombia

14

13

11

9'

7

3

20 21

18

17

16'

12

4

1'

2

6

58

19

10

1

1615

18'

20'

13' 19'12'

8'

10'

14'

4'

Caso de Estudio

14

13

11

9

7

3

20 21

18

17

16

15

12

4

1

2

6

58

19

10

Page 68: Implementacion DSA SP colombia
Page 69: Implementacion DSA SP colombia

Simplified diagram of the switches location

Page 70: Implementacion DSA SP colombia

Ejercicio Económico

Datos:

Valor kWh : $ 200Ahorro : 160 kW

Ahorro anual

160 kW * 8760 h * 200 $/kWh = $280.32 millones

Si la muestra es el 5%, el ahorro total equivale a $ 5606.4 millones ≅ 2.5 millones de $ US

Page 71: Implementacion DSA SP colombia

Restablecimiento del Servicio

• Las funciones de restablecimiento del servicio después de eventos o fallas del sistema de distribución, buscan opcionesque permitan normalizar la situación a la mayor cantidad posiblede usuarios.

• Para el efecto es muy importante la posibilidad de disponer de switches en lo posible operados automáticamente para aligerarla velocidad de respuesta y aumentar la confiabilidad en lasdecisiones.

• Las límites operativos generalmente son mas laxos mientras se esté en condiciones de emergencia.

Page 72: Implementacion DSA SP colombia

Restablecimiento del Servicio

• La solución óptima consiste en seleccionar una combinación de estados de los equipos que satisfaga las condiciones operativas.

• Lo anterior lleva a una situación de muchas opciones que aumentaen número exponencialmente con el tamaño del sistema.

• El solución se define tratando el problema mediante programaciónlineal en donde un mayor numero de cargas (Aij) sean alimentadasde los transformadores (Xij) que se hallen disponibles en un momento dado.

MaxXijAijn

i

n

j⇒⋅∑∑

= =1 1

Page 73: Implementacion DSA SP colombia

Restablecimiento del Servicio

F1 F4

F3

F2

Z1 Z5

Z6

Z4

Z3

Z2 Z7

Fi

Zi

Switch

Tie switch normally closed

Tie switch normally opening

Feeder

Feeder section

INITIAL CONFIGURATION

Feeder in studio

Page 74: Implementacion DSA SP colombia

Restablecimiento del Servicio

F1 F4

F3

F2

Z1 Z5

Z6

Z4

Z3

Z2 Z7

Fi

Zi

Switch

Tie switch normally closed

Tie switch normally opening

Feeder

Feeder section

INITIAL CONFIGURATION

F1 F4

F3

F2

Z1 Z5

Z6

Z4

Z3

Z2 Z7

Fi

Zi

Switch

Tie switch normally closed

Tie switch normally opening

Feeder

Feeder section

CONFIGURATION TO SERVICERESTORATION AFTER FAULT IN Z2

Fault

Page 75: Implementacion DSA SP colombia

Restablecimiento del Servicio

A fault will occurin the magenta feeder

Initial Situation.

Page 76: Implementacion DSA SP colombia

Restablecimiento del Servicio

Magenta Feederhas tripped

Page 77: Implementacion DSA SP colombia

Restablecimiento del Servicio

restoreis called toisolate the faultand restore thenetwork

Page 78: Implementacion DSA SP colombia

Restablecimiento del Servicio

restore has 1- isolated the fault2- restored the part upstream to the fault,using the fault detectors

Page 79: Implementacion DSA SP colombia

Restablecimiento del Servicio

All possibleRestoration plansare then proposedto the operator

Page 80: Implementacion DSA SP colombia

Restablecimiento del Servicio

One Restoration planis selected

Page 81: Implementacion DSA SP colombia

Restablecimiento del Servicio

Breaker that open to avoid two-end supply of feeders

only a small zone is still out of supplyand need repair

Restoration planhas been executed

Breakers that close torestore the system

Page 82: Implementacion DSA SP colombia

Contenido

Introducción

Índices de calidad del servicio eléctrico

Niveles de automatización de un sistema de potencia

Automatización de subestaciones

Sistemas de comunicaciones

Funciones del DMS

Funciones del DA

Acciones a seguir

Page 83: Implementacion DSA SP colombia

Acciones a seguir

A continuación se presentan las actividades que se sugieren para iniciar un plan que permita la implantación de un Sistema Automatizado de Distribución en una electrificadora

Recolección de informaciónDefinición de la configuración óptimaDefinición del sistema a automatizarEstudios del sistemaDefinición del sistema de comunicacionesDiseño de subestaciones y redesAjuste de proteccionesPreparación de especificaciones técnicasImplementación de bases de datos

Page 84: Implementacion DSA SP colombia

Questions