1 OPERACIN Y CONTROL DE SISTEMAS DE POTENCIA 1.1INTRODUCCIN Los objetivos de la operacin de un sistema elctrico de potencia (SEP) son: - Satisfacer la demanda de potencia y energa de los consumidores - Adecuada calidad, confiabilidad y seguridad en el suministro - mnimo costo de produccin - optimizar el uso de los recursos energticos disponibles - preservacin del medio ambiente Elsuministrodelaenergademandadaconmnimocostoesunrequerimiento econmico bsico para los sistemas elctricos, que procura optimizar el uso de los recursosenergticosdisponibles.Losrequerimientosdecalidad,confiabilidady seguridadenelsuministro,ascomolapreservacindelmedioambiente, constituyen restricciones que en general encarecen el suministro de energa. Para satisfacer en forma econmicael suministro a la demanda requerida por los consumidores, se deben realizar mltiples tareas de planificacin. La tarea global comprende tanto la planificacin de la expansin de la generacin y de la red de transmisin, as como la operacin ptima del sistema. Planificacin de la expansinOperacin del sistema elctrico Figura Tarea global en los SEP Laplanificacindelaexpansindelsistema,comprendelaincorporacinde nuevoscomponentescomolasmodificacionesy/oreemplazodecomponentes obsoletos.Lapotenciamximaqueserrequeridaporlosconsumidores representaunindicadorbsicoparaunaadecuadaplanificacindelcrecimiento delsistema.Debepreverseunsistemadegeneracinquepermitasatisfacerla demanda mxima, mas una cantidad de reserva suficiente para garantizar niveles mnimosdeconfiabilidad.Asimismo,unsistemadetransmisinqueposibiliteel transporte de energa desde los centros de generacin hasta los consumidores. Laoperacindelsistemaelctricoesrealizadaporloscentrosdedespachode carga,mediantedosfuncionesimportantes:programacindelaoperaciny control de la operacin. En la etapa de programacin, como su nombre indica, se planifica o programa la operacin futura del sistema elctrico, mientras que, la etapa de control tiene que 2 ver con la operacin en tiempo real del sistema, ambas requieren de la ayuda de computadoras y programas de aplicacin a sistemas elctricos de potencia. FiguraEsquema de optimizaciones secuenciales Enlafiguraanterior,seobservalarelacinentrelasdiferentesfasesdela programacindelageneracin.Dadoelgradodeacoplamientoqueexisteentre losdiferentesnivelesdesolucin,losresultadosdecadasubproblemason utilizadoscomodatosdeentraday/orestriccionesparalasolucindelsiguiente subproblema. Losresultadosmsimportantesqueseesperandelaprogramacindemediano plazo (4 aos) son:estrategia de movimiento de agua en los embalses,previsiones de combustibles,plandemantenimientospreventivosdelparquedegeneracin, remuneracin del transporte. Asimismo,brindaelmarcodereferenciaparaelclculodelaprogramacindecorto plazo,enelcualseconsideranconmayorexactitudlasrestricciones impuestas al parque de generacin y la red de transmisin. Comoresultadodelaprogramacindelaoperacindecortoplazo,sedefineel predespachoyeldespachodelasunidadesqueparticipanenlaoperacin, sujetasarestriccionestcnicasyoperativasincluidaslareddetransmisin, seguridad y otros usos del agua con nivel horario. Se optimiza en forma conjunta eldespachosemanalyeldiarioconsiderandolasemanacomohorizonte,para coordinar con los resultados de mediano plazo. 3 En el despacho de tiempo real (cada hora, minuto) se define el despacho de activo yreactivo,ylaregulacindefrecuenciayvoltajeparaelseguimientodelas variaciones temporales de la demanda. 1.2CENTRO DE DESPACHO DE CARGA LostrminosCentrodeDespachodeCargayCentrodeControl(CDC)hansido usados indistintamente como sinnimos. Engeneralelcontrolserealizaatravsdeunaestructurajerrquicadela siguiente Figura, en cuyo primer nivel se ubica el centro de control nacional (CCN), el cual es responsable de la toma de todas las decisiones relativas a la operacin segurayeconmicadelsistema,esresponsableademsdelcontroldela frecuencia, del control de las transferencias a travs de las interconexiones y de la toma de decisiones correctivas en casos de emergencia. Figura Estructura jerrquicade los centros de control En el segundo nivel se ubican los centros de control regionales (CCR), los cuales monitoreanlaoperacindelasredesregionalesbajocontrol,tomandecisiones con influencia local y supervisan la apertura y cierre delos interruptores. Adems envanestimacionesdelademandayladisponibilidaddelasunidadesde generacin al CCN para las tareas de planificacin. En el tercer nivel se ubican las subestaciones, centrales, etc. 1.3SISTEMAS DE ADMINISTRACIN DE ENERGA (EMS)La operacin y control de un sistema elctrico de potencia es una tarea compleja, querequieredemuchasevaluacionesytomarpidadedecisiones.Algunas funcionesoperativaspuedenbasarseensimplesprocedimientos,otrasrequieren delempleodecomplejosmodelosmatemticos,lamayoradelasfuncionesse relacionan entre s o son dependientes unas de otras, Centro de Control Nacional Centro de Control Regional Centros de control remotos Sistema de Potencia 4 Un sistema EMS (Energy Manangement Systems) o Sistema de Administracin de Energa tiene las siguientes funciones de aplicacin: -Base de datos -control supervisorio y adquisicin de datos (SCADA) -estimador de estados -pronostico de la demanda -valoracin de la seguridad -anlisis de la red en tiempo real -despacho econmico -asignacin de unidades (unit commitment) -control automtico de generacin Un sistema EMS es un sistema integrado muy complejo, incluye todos los niveles queintervienenensufuncionamiento,desdelasubestacin,elcentrodecontrol regional hasta el centro de control nacional. ORGANIZACION ESTRUCTURAL DE UN SISTEMA DE CONTROL EN LINEA O EMSMediciones y Telecomunicaciones (SCADA)Estimador de EstadoBase de DatosAnalisis dePronostico DespachoControl de laSeguridad demanda Economico GeneracinCambios en Predespacho Distribucinel Sistema de Generacion entre UnidadesOperadoresDisplays 5 1.3.1Base de datosConlafuncinbasededatos,seproporcionalainformacinnecesariaalos programas de aplicacin del EMS, mediante la actualizacin peridica de miles de mediciones que se reciben en el centro de control describiendo el comportamiento del sistema. La informacin corresponde a cantidades analgicas (voltaje, corriente, frecuencia, potenciaactiva,potenciareactivayenerga)ycantidadeslgicasodigitales (posicinequiposdemaniobra,posicindelosTapsdetransformadoresy alarmas).Losdatospuedenclasificarsedeacuerdoalmodoenquefueron obtenidas en: medidos, calculados y estimados.1.3.2SCADA Sistema de Supervisin, Control y Adquisicin de DatosLa funcin de adquisicin y control consiste de terminales remotas, transductores, canales de comunicacin y el centro de control propiamente. Los datos analgicos ydigitalessonperidicamenterecolectadosenelordendeunsegundoen adelante.Elsoftwareparalaadquisicindedatosademsderecolectarlos mismos y ubicarlos en el lugar adecuado de la memoria de la computadora y luego enellosdispositivosdealmacenamiento,mediantelassiguientesfunciones: comunicacindedatos,interfacehombremaquina,registro,monitoreoy actualizacin del sistema. PTCTTransductorUnidadTerminalRemotaCentrodeControlTelecomunicacionesOnda-portadoraMicro-ondaRadioSatliteFibra pticaSubestacin 1.3.3Estimador de Estado Un requerimiento bsico para el monitoreo y el control de los sistemas de potencia es la disponibilidad continua de informacin exacta, confiable y coherente, la cual es usada por los supervisores/operadores paramonitorear el comportamiento del sistema y decidir la mejor accin de control posible. La informacin tele-transmitida 6 puede ser imperfecta, incompleta y no confiable, debido a fallas en los CTs y PTs o errores de tipo aleatorio en los transductores y los de comunicacin. La estimacin de un estado es un proceso que emplea tcnicas estadsticas para llegar a la aproximacin ms cercana a los verdaderos valores de voltaje y ngulo (variables de estado), en todas las barras del sistema, a travs del procesamiento de un conjunto de mediciones redundantes e imprecisas. La informacin acerca de laprecisindelosdispositivosenelsistemadeinstrumentacinseexpresapor mediodeladesviacinestndar,quepermiteestimarlamagnituddelerrory determinarlasmedicioneserrneasdelconjuntodemediciones.Lamezclade medicionesdediferentesprecisionesserealizadandomspesoaaquellasque provengan de equipos con un alto grado de precisin. El papel bsico del estimador de estado es detectar e identificar valores errneos, produciendoelmejorestadoposible,usandounconjuntodedatosimperfectos pero redundantes, as como las llamadas pseudomediciones, que no son ms que la informacin no medida, ni telemedida en tiempo real. Losestimadoresdeestadomsdifundidossebasanenlaminimizacindelos ErroresMnimosCuadradosPonderados,entrelasmagnitudesmedidasylas estimadas.Elestimadorgeneralizadoempleatodotipodemediciones, inyeccionesnodales,voltajes,flujosporlneas,pseudomediciones,etc.Esta aproximacin requiere de la solucin de las ecuaciones de flujos de potencia. Elbeneficiodirectodelaestimacindeestadosesproducirunabasededatos msexactayconfiableofrecindoseconellounamayordisponibilidadde informacin confiable para el supervisor/operador del SCADA. 1.3.4Pronostico de la carga Es la prediccin de la demanda futura de potencia, que se realiza para establecer unaprogramacinadecuadadelarranqueyparadadeunidadesenel predespacho de carga. Para periodos de hasta una semana se usan tcnicas basadas en las condiciones climticas fundamentalmente en conjunto con datos de das tpicos seleccionados comoreferenciaenunmodelosimple,enesteprocesoinfluyenotablementela experienciadelespecialistaacargodeestatarea.Paramsdeunasemanaen adelante,lacargapuedeserestimadaconxitoestadsticamente.Todoslos mtodossebasanen elhecho dequelacurvadecargadelsistemaexhibeuna forma regular para los periodos que se analicen. 1.4SISTEMAS DE POTENCIA INTERCONECTADOS Enlasprimerasetapasdelossistemasdepotencia,lossistemasdesuministro eran pequeos y su operacin era simple, pero con el crecimiento de la demanda elctrica,lossistemasdepotenciasefueronexpandiendo.Muchosdelos grandessistemasde potenciase fueroninterconectandoobteniendoasventajas 7 tcnico-econmicasinherentesdelaoperacincoordinadadesistemasde potencia. Los beneficios de la operacin de sistemas de potencia interconectados son las siguientes: a)Reduccinenlacapacidaddegeneracindebidoaladiversidaddela demandaLademandapicodiaria(mensual/anual)dedossistemasdepotencia generalmentenoocurredurantelamismahoradelda.Comoresultadodeesta diversidad, la misma carga del sistema combinado en un da podra ser menor que lasumadelamximademandadelasmximasdemandasdelossistemas individuales en el mismo da. b) Reduccin de la capacidad en stand by Enordena asegurar elsuministrode potenciaalosconsumidores,lareservade potenciatienequesermantenidaporencimadelacapacidadrequeridapara satisfacerlademandapicoanticipada.Estasreservassonrequeridasparatomar en cuenta el mantenimiento programado de plantas de generacin, la salida de la unidad ms grande de generacin e incertidumbre del pronstico de la demanda. Compartiendolareservaatravsdelasinterconexiones,puedereducirsela reserva combinada ante salidas forzadas de generacin. c) Aumento en el tamao de las unidades de generacin Conlaoperacindesistemasinterconectados,plantasdegeneracinms grandes con unidades ms grandes, con costos de capitaly operacin ms bajos, pueden ser localizados en sitios ms econmicos de una regin como un todo.d) Utilizacin optima delacapacidad disponible delas plantasy facilidades de transmisin Conlaoperacininterconectada,lasplantastrmicaspuedenserusadasms efectivamentejuntoconlasplantashidrulicas.Duranteperiodoslluviosos,las plantas hidrulicas pueden ser operadas con factores de carga ms altos debido a la disponibilidad extra de agua, as contribuyendo ms energa al sistema, cuando alguna de las unidades trmicas podra ser desconectada. Enperiodossecos,lasunidadestrmicaspodranestartrabajandoconunfactor decargatalqueelaguaenlosreservoriosdelasplantashidrulicaspodraser conservada.e) Confiabilidad de suministro de potencia Lossistemascontiguospuedenproporcionarseasistenciamutuaencasode emergencia. Emergencias de corta duracin ocurren en cada sistema debido a la salidadeplantasdegeneracin,equiposdesubestacionesylneasde transmisin.Sonnumerosaslasoportunidadesdeasistenciaenemergencias proporcionadas por los sistemas contiguos. 8 f) Mejorando la frecuenciaEn un sistema que opera independientemente, la frecuencia flucta continuamente en pequeas amplitudes; en cambio cuando el mismo sistema esta Interconectado a un gran sistema, la frecuencia del sistema es ms estable. La razn para tal comportamiento de la frecuencia es debido al hecho que cuando un sistema est operando independientemente, a un pequeo cambio de la carga essentidoporelsistema,entantoque,siestesistemaestainterconectadocon unoomssistemas,laspequeasvariacionesdecargaensupropiosistema quedanpequeasodespreciablescomparadasalacargatotaldelsistema Interconectado. 9 ANEXOS