Presentación de PowerPoint de diseño SIN.pdf · 2008-08-25 · Subdirección de Programación Criterios de diseño de la red de transmisión Confiabilidad de estado permanente ante

Subdirección de Programación

Criterios de Diseño de laRed Eléctrica Principal de CFE

Septiembre,2007


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Las adiciones de capacidad de transmisión que se requieren para abastecer lademanda esperada a costo mínimo, se determinan mediante estudios técnicosy económicos de las opciones disponibles, aplicando los criterios establecidosde seguridad, calidad, confiabilidad y economía.

Los Beneficios que se derivan de la expansión de la red eléctrica principal estánrelacionados con uno o mas de los conceptos siguientes:

Criterios de diseño de la red de transmisión

Criterios de Diseño de la Red Eléctrica Principal deComisión Federal de Electricidad


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• Seguridad. Posibilidad de mantener operando en sincronismo las unidadesgeneradoras inmediatamente después de una contingencia crítica de gene-ración o transmisión.

• Calidad. Posibilidad de mantener el voltaje y la frecuencia dentro de los ran-gos aceptables.

• Confiabilidad. Reducción del valor esperado de la energía que no es posiblesuministrar, debido a posibles fallas de los elementos del sistema.

• Economía de la operación. Reducción de los costos de operación del sistemaeléctrico.



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CRITERIO OBJETIVO MÍNIMO DE DISEÑO

Calidad de servicio bajo condiciones normales.

Debe conservarse el voltaje dentro de un rango de variación, con respecto a la tensión nominal.

Confiabilidad de estado permanente ante contingencia sencilla1.

Evitar cualesquiera de los eventos siguientes:

a) Interrupción de servicio excepto cuando la carga se alimenta en forma radial.

b) Sobrecarga en líneas de transmisión o banco de transformación.

c) Violación de límites de voltaje en subestaciones.

Seguridad en condiciones transitorias posteriores a la contingencia sencilla1.

Evitar cualesquiera de los eventos siguientes:

a) Pérdida de sincronismo de las unidades generadoras.

b) Sobrecarga de los elementos de transmisión.

c) Disparo de carga por baja frecuencia.

d) Violación de los límites de voltaje en los nodos de la red troncal.

Económico Seleccionar la opción de mayor diferencia Beneficio-Costo.

1 Contingencia sencilla, salida de unidad generadora, línea de transmisión o banco de transformación.

CRITERIOS UTILIZADOS EN LA PLANEACIÓN Y DISEÑO DE LA RED DE TRANSMISIÓN, MEDIO Y CORTO PLAZO



Confiabilidad de estado permanente ante contingencia sencilla (n-1).

El objetivo mínimo de diseño consiste en evitar cualesquiera de loseventos siguientes:

• Interrupción del servicio, excepto cuando la carga se alimenta enforma radial.

• Sobrecarga en líneas de transmisión o bancos de transformación.

• Violación de límites de voltaje en subestaciones.

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Calidad de servicio, en condiciones normales y ante contingencia sencilla (n-1).

El objetivo mínimo de diseño consiste en evitar que los voltajes de los nodos de

carga se desvíen de sus límites aceptables.

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Seguridad en condiciones transitorias posteriores a la contingencia sencilla (n-1).

El objetivo mínimo de diseño consiste en evitar cualesquiera de los eventossiguientes:

•Pérdida de sincronismo de las unidades generadoras.

•Sobrecarga en los elementos de transmisión.

•Disparo de carga por baja frecuencia.

•Violación de los límites de voltaje en los nodos de la red de transmisión.

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Tipos de falla.

•Monofásica.

Maniobras asociadas a la falla.

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• El tiempo de libramiento para falla monofásica en estudios de estabilidadtransitoria se considera de seis ciclos, incluyendo el tiempo de respuestadel equipo de protección y el tiempo de operación de los interruptores.


Estabilidad de la frecuencia

• El control de frecuencia ante contingencias exige una distribución de lareserva de potencia activa en las diversas áreas del sistema interconectado.Esto permite tener una mejor característica de regulación y disponer de

reserva en áreas eléctricas estratégicas, de acuerdo a la estructura delsistema, para los casos de operación en islas eléctricas.

• Adicionalmente la concentración de reserva en ciertas áreas de control puededar lugar a la sobrecarga de enlaces de interconexión y la posible pérdida delos mismos.

• La distribución del márgen de regulación involucra también un compromisoentre seguridad y economía, ya que al asignar a las unidades mas eficientesun márgen de regulación se incurre en un diferencial de costos de operaciónimportante.

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Estabilidad de la frecuencia

• Operativamente se ha implantado el criterio de soportar la pérdida de lamayor generación o de una línea de interconexión sin tener operación derelevadores de corte de carga por baja frecuencia.

• En el caso de esquemas de desconexión de carga por baja frecuencia, setrata de diseñar y coordinar los cortes de carga necesarios para contrarrestarla caída de la frecuencia.

• En el caso del sistema interconectado se incluyen al menos seis pasos decorte con relevadores de estado sólido para efectuar una coordinaciónapropiada y controlar las desviaciones máximas de la frecuencia.


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Criterios para compensación reactiva de la red de transmisión

• La compensación de la potencia reactiva y el control de voltaje en el sistemainterconectado son problemas que deben ser atendidos para garantizar unaadecuada calidad y seguridad del servicio suministrado. Definir una compensa-ción adecuada de la potencia reactiva requiere de la consideración de losaspectos siguientes:

• Comportamiento cíclico de la demanda.• Necesidades de reactivos en la red de transmisión troncal, subtransmisión

y distribución.• Variaciones de voltaje.• Potencia de generación activa, reactiva y reserva necesaria.• Factor de potencia.• Definir los esquemas de compensación y período de estudio.


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CRITERIOS PARA DEFINIR LOS REQUERIMIENTOS DE COMPENSANCIÓN REACTIVA (LOS RANGOS PERMITIDOS DE

VARIACIÓN DEL VOLTAJE)

TIPO DE ESTUDIO

CONDICIÓNNODOS DE GENERACIÓN RED

TRONCALNODOS DE CARGA RED

TRONCAL

Corto PlazoNormal

Contingencia

+5%, -2%

+10%, -5%

±5%

±10%

PlaneaciónNormal

Contingencia

± 3%, -2%

± 5%

±5%

±8%


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Criterios para compensación reactiva de la red de transmisión.

Los estudios técnicos correspondientes consideran condiciones de simulaciónen estado estable y dinámico.

• En el problema de control de voltaje resulta de gran importancia ladistribución de reserva de potencia reactiva y siendo el problema devoltaje de naturaleza local, resulta indispensable tener las fuentes dereactivos cercanas eléctricamente de los puntos de desbalance. Deesta forma el criterio básico consiste en diseñar el sistema eléctrico conáreas de influencia bien definidas y disponer bajo todas las condicionesoperativas de los recursos de reactivos necesarios para mantener elperfil de voltaje.


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Criterios para compensación reactiva de la red de transmisión

Es un sistema longitudinal como es el caso del Sistema Interconectado Nacional,la reserva de potencia reactiva a nivel de sistema no tiene ningún significado,sino que ésta debe evaluarse de manera de tener un soporte de voltajedinámico que evite el colapso del sistema para desbalances críticos, producidospor fallas, pérdida de generación, pérdida de compensadores estáticos deVAR’s o bien cambios de configuración en las diferentes áreas del sistema.


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Controles suplementarios implementados en el sistema eléctrico.

Al ocurrir en el sistema interconectado contingencias múltiples, fuera del estándarde seguridad, el sistema se operará en condiciones inseguras, con posibilidad deperder su integridad o sufrir colapso total o parcial de algunas áreas.

Para la adecuada operación del sistema se tienen que anticipar estas situacionesmediante el análisis, sintonización o propuesta de medidas y controles deemergencia. La idea central es evitar la desintegración total del sistema ymantener al menos la operación parcial del mismo.


Es muy importante considerar la estructura eléctrica del sistema y la localizaciónde los centros de generación y control de voltaje así como las áreas de cargaprincipales. En los últimos años se han implantado diversos tipos de controlessuplementarios en el sistema interconectado, tendientes a mejorar la utilización derecursos disponibles y a establecer líneas de defensa del sistema ante contingencias,tales como:

• Corte de carga por baja frecuencia.• Disparo automático de generación.• Separación controlada del sistema.• Disparo automático de carga.• Disparo de líneas.• Corte de carga por relevadores de voltaje.• Disparo y recierre monopolar.

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Controles Suplementarios implementados en el sistema eléctrico


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Controles suplementarios implementados en el sistema eléctrico

El disparo automático de generación se ha implementado en varias centralespara efectuar el disparo de unidades, cuando existe el riesgo de pérdida desincronismo de varias unidades del sistema, al ocurrir una falla en la red detransmisión. En este caso se opta por perder una o varias unidades, a eleccióndel operador del sistema, de acuerdo a la condición operativa, para mantenerla integridad del sistema.

Esta medida de emergencia se ha utilizado para incrementar los límites de ope-ración en enlaces que unen centros de generación importantes, económicos oindispensables con áreas de consumo importantes.


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El disparo automático de carga se ha implantado como una medida parael control de flujos de potencia en interconexiones débiles. Debido a laestructura característica del sistema interconectado, al ocurrir disturbios estosse transmiten a las diferentes áreas a través de sus enlaces de interconexión,en algunos casos estos enlaces son débiles y su sobrecarga puede producirla pérdida del enlace y la complicación del problema.

El disparo de carga se ha utilizado como un medio para controlar el flujopor el enlace mediante la desconexión de carga en lugares seleccionados.El ajuste de este control requiere evaluar diversas condiciones de operaciónque permitan observar su funcionamiento bajo diferentes escenarios.


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La separación controlada del sistema es otra medida de emergencia que puedeser muy útil en sistemas longitudinales, en el sistema interconectado hantenido una aplicación muy reducida. Desde el punto de vista estratégico, losalgoritmos de segregación requieren una lógica sofisticada para determinarlos puntos adecuados para la segregación de áreas y al mismo tiempo permitiry dejar la posibilidad de agotar la ayuda de emergencia entre áreas. En síntesises una medida de emergencia que debe aún ser analizada.


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En forma estricta, el disparo y recierre monopolar no es una medida deemergencia, pero la falla del esquema si puede dar lugar a una operaciónen estado de emergencia, especialmente si se adoptan políticas de operaciónrígidas basadas en la operación exitosa del esquema. El disparo y recierremonopolar se ha implantado en varias líneas de transmisión del sistemainterconectado.


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Finalmente, se considera conveniente, que muchas de las medidas de emergenciase eliminen mediante una planeación más detallada que cubra los aspectosbásicos de control de frecuencia y voltaje en el sistema interconectado, dejandoexclusivamente como medidas de emergencia, aquellas que sean producto decontingencias críticas múltiples o bien cuando las inversiones requeridas no sejustifiquen económicamente.

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