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fasores sincronicos
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Extensin del uso de los Sincrofasores para facilitar la Integracin de las EE.RR en el Sistema Elctrico
Jorge Cardenas, Senior Application EngineerDavid Menndez, Smart Grid TSD IberiaGE Digital Energy
FUTURED24 Marzo 2011
SincrofasoresDefinicin
El sincrofasor es un conjunto de valoresanalgicos y digitales con unareferencia de tiempo universal, estareferencia es proporcionada por la redde satelites GPS.
Al estar todas estas seales,independientemente de su localizacin,alineadas en tiempo y procesadas comosi estuvieran en una sola localizacin,permite realizar una supervisin ymonitorizacin de la red en unverdadero tiempo real.
En las redes actuales la monitorizacinse realiza en un pseudo tiempo real,ya que los valores de las medidas delos parmetros de tensin e intensidadse envan cada 2 o 4 segundos, adiferencia de los sincrofasores quepueden enviarse de 25 a 100 veces porsegundo
GE Proprietary & Confidential
3/28/20112
SincrofasoresNormativa y Hardware
Estndar IEEE C37-118 IEEE Standard for
Synchrophasors for Power Systems, (22/03/2006)
PMU: Phasor Measurement Unit Equipo medidor de
sincrofasores. Mide, registra, reporta
sincrofasores.
PDC: Phasor Data Concentrator Equipo concentrador de datos
de sincrofasores. Recibe, registra, procesa y
realiza las aplicaciones avanzadas con los sincrofasores
GE Proprietary & Confidential
3/28/20113
SincrofasoresTeora
4
Filtro coseno Extrae la parte real, Xre
Filtro seno Extrae la parte imaginaria, Xim
Seal deTiempo
UTC
Se
al
Ventana de datos
3/28/20114
GE Proprietary & Confidential
SincrofasoresClculo del desfase de la onda
3/28/20115
GE Proprietary & Confidential
x(t)
IRIG-B 1 PPS
Se define la fase de la seal como 0 si el flanco ascendente de la seal UTC coincide con el mximo de dicha seal.
Aplicaciones generales con sincrofasores
SincrofasoresAlgunas aplicaciones generales con sincrofasores
3/28/20117
GE Proprietary & Confidential
Gestin de la Red Estimador de estado lineal Visualizacin del Sistema Electrico en tiempo real
Oscilografacoordinada paraun mejor anlisispost-morten
Deteccin de OscilacionesInter-rea
Anlisis de EstabilidadTransitoria
Protecciones de respaldo
Deteccin de prdidade paso adaptativa
Deteccin ms precisadel punto de falta Clculo preciso de los parmetros
de la Red Elctrica
SincrofasoresEjemplos de aplicacin en Energas Renovables
GE Proprietary & Confidential
3/28/20118
El uso de los Sincrofasores puede ayudar en la integracin de las energasrenovables al permitir mantener niveles similares de fiabilidad en la red amedida que la potencia transmitida por la Red Elctrica aumenta.
La regulacin de la tensin en la Red Elctrica no es compatible con lavariabilidad inherente de las energas renovables, por ejemplo, el viento no esconstante, as como la luz del sol.
El uso de los sincrofasores puede permitir corregir el efecto de estasvariaciones en la Red de forma casi instantnea con la actuacin sobre losdistintos equipos que regulan los flujos de Potencia Activa y Reactiva en laRed como por ejemplo: SVCs o STATCOMs
A medida que los equipos con sincrofasores se incrementen en las RedesElctricas, se dispondr de mas informacin que convenientementecorrelacionada y tratada con las aplicaciones que se desee, permitiraumentar los intercambios de energa en la Red con la infraestructura actualsin afectar a la fiabilidad.
Aplicaciones en Energa Elica
SincrofasoresPerfil de Tensiones de la Red Espaola en distintassituaciones de operacin de los aerogeneradores
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3/28/201110
Fuente: Estudio del sistema Ibrico ante un aumento de generacin elica Autor :Luca de Tena Costales, Diego.Institute of Process Engineering and Power Plant Technology (IVD). Universitt Stuttgart
SincrofasoresMejora de la Estabilidad en la integracin de Energa Elicaen la Red Elctrica
GE Proprietary & Confidential
3/28/201111
SincrofasoresRespuesta transitoria ante una perturbacin en la red
GE Proprietary & Confidential
3/28/201112
Fuente: Intelligent Integration of a Wind Farm to an Utility Power Network with Improved Voltage Stability, Autores: Vamsi K. Polisetty, Student Member, IEEE, Sandhya R. Jetti, Student Member, IEEE, Ganesh K. Venayagamoorthy, Senior Member, IEEE and *Ronald G. Harley, Fellow, IEEE
Tensin en la Barra 6 encondicin de apertura de la lneaentre las barras 1 y 2 durante 200ms y posteriormente una faltatrifsica de 200 ms duracin en laBarra 7.
Aplicaciones en Energa Solar Fotovoltica
SincrofasoresDescripcin del problema
Generales para DG Flujo bi-direccional Cambio constante en el nivel de
fatla asociado con conex./desc. DG en el sistema
Control Volt/Var afecta pot. corto Insuficiente sensibilidad de las
protecciones tradicionales Excesivos picos de tensin durante
el paso a isla transmitidas a MT Calidad de onda Reenganche fuera de sincronismo
Funcionamiento en isla durante maniobras en la red MT Condiciones peligrosas de trabajo
para el personal de mantenimiento y operacin de la red
Fallos de automatismos de la red por variacin de parmetros elctricos en el rango normal de operacin
NDZ (None-detection-zone)
GE Proprietary & Confidential
3/28/201114
SincrofasoresEvaluacin de los mtodos de deteccin anti-isla en PV
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3/28/201115
Method Type Strenghts WeaknessesUnder/over voltage and under/overfrequency
P / I Low-cost and used for general protection Large NDZ and varible/unpredictible reaction time
Voltage phase jump detection P / I Easy implementation, not affect output PQ, not impactsystem transient response
Difficult to set thresholds for reliable islanding detection
Detection of Harmonics P / I Highly successful in detecting islanding under a widerange of conditions
Serious implementation difficulty, trip threshold
Impedance measurment A/ I Theoretically extremely small NDZ for a single PVinverter
Output variation has many weaknesses
Detection of impedance at specificfrecuency (special Harm. detection)
A/ I Highly successful in detecting islanding under a widerange of conditions
Serious implementation difficulty, trip threshold
Slip Mode Frequency Shift A/ I Easy implementation, small NDZ Deacrease in the output PQ
Frequency bias A/ I In micro-controller-based inverters, this method isrelatively easy to implement
Deacrease in the output PQ
Mains Monitoring Units with Allocated All-pole Switching DevicesConnected in Series (MSD)
A/I Redundant design and regular self tests on inverterstartup allow user to install the unit without the need forperiodic checks to determine if the anti-islandingcircuitry is functional
Injections will interfere with another or interaction of multipleunits cause false trips
Impedance insertion Utility Highly effective, capacitorsof this type are readily available
Expense of the capacitor bank, multiple switches in seriesleading into the potential island, and possibly multiple branchescapable of energizing the potential island speed of response,installation of equipment on the utility side
Use of PLC communications Utility + Inverter
Increased connection density of distributed generation PLCC transmitter on the utility system capable of sendingsignals through the distribution system to all inverters
Signal produced by disconnect Utility + Inverter
This method would allow additional control of thedistributed generators by the utility, resulting incoordination between distributed generators and utilityresources
It would be necessary to instrument all series or parallelswitches leading to a potential island. Additional wiring forcommunications, this could be avoided using a microwave link.
Fuente: Evaluation of Islanding Detection Methods for Utility-Interactive Inverters in Photovoltaic SystemsWard Bower y Michael Ropp. Sandia National Laboratories
SincrofasoresDeteccin operacin en isla en plantas fotovolticas
Mtodo de deteccin basado en sincrofasores: Mtodo diferencia de ngulos:En este mtodo el rel compara la diferenciade ngulos con el valor de ajuste.
+ Mtodo de la aceleracin-deslizamiento:Este mtodo monitoriza la tasa de cambio de fase (deslizamiento). A su vez la tasa de cambio del deslizamiento es la aceleracin entre dos puntos en un sistema elctrico.
+ Informacin proveniente de los
inversoresParmetros monitorizados: LMO (3 ph loss-of- mains-detection, ROCOF (rate-of-change-of-frequency) y LVRT (low-voltage-ride-through)
=DETECCIN
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3/28/201116
Interoperabilidad
SincrofasoresInteroperabilidad
GE Proprietary & Confidential
3/28/201118
Ensayos multifabricante en el Simulador Analgico del Instituto de Investigacin de Transmisin Ruso, NIIPT, Septiembre 2006
SincrofasoresInteroperabilidad: Medidas
GE Proprietary & Confidential
3/28/201119
Ensayos multifabricante en el Simulador Analgico del Instituto de Investigacin de Transmisin Ruso, NIIPT, Septiembre 2006
ngulo Va medido por PMU1 en nodo 1 menos ngulo medido por PMU3 en nodo 3
Potencia de la lnea 1-3 medida por PMU3 en nodo 3
Cortocircuito monofsico en la lnea 1-5 cerca de la Barra SDPP con reenganche monofsico despus de 5 segundos
Arquitectura
SincrofasoresArquitectura de un concentrador de sincrofasores
GE Proprietary & Confidential
3/28/201121
SincrofasoresEjemplo de arquitectura de una red de sincrofasores
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3/28/201122
SONET
Subestacin 1 Subestacin
Interfaz de Usuario y
AplicacionesSuper Archivo
/Histrico
STM1/4
Histricos Frecuencias de la Red Eventos etc
PDC con Histrico
Wireless(opcin)
EMS
SincrofasoresOpciones de jerarqua de los concentradores (PDC) de sincrofasores
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3/28/201123
PMU PMU PMU PMU PMU PMU PMU PMU PMU
Adquisicion yDecisin
DESPACHO CENTRAL
Decisiones de muy alta velocidad
Rango de 10-100 ms
Desiciones de alta velocidadRango de100 ms 1S
Adquisicion yDecisin
Adquisicion yDecisin
Adquisicion yDecisin
Conclusiones
SincrofasoresConclusiones
Las aplicaciones actuales estn basadas en magnitudes escalares
Los sincrofasores suponen un salto cuntico en el desarrollo de Sistemas de Monitorizacin, Control y Proteccin de Red mas eficaces.
El Estndar est definido (IEEE C37.118) La tecnologa existe (PMU+PDC) La interoperabilidad entre fabricantes est probada
Jorge Cardenas ([email protected])David Menndez ([email protected])
GE Proprietary & Confidential
3/28/201125
GE Proprietary & Confidential
FUTURED24 Marzo 2011SincrofasoresDefinicinSincrofasoresNormativa y HardwareSincrofasoresTeoraSincrofasoresClculo del desfase de la ondaAplicaciones generales con sincrofasoresSincrofasoresAlgunas aplicaciones generales con sincrofasoresSincrofasoresEjemplos de aplicacin en Energas RenovablesAplicaciones en Energa ElicaSincrofasoresPerfil de Tensiones de la Red Espaola en distintas situaciones de operacin de los aerogeneradores SincrofasoresMejora de la Estabilidad en la integracin de Energa Elica en la Red Elctrica SincrofasoresRespuesta transitoria ante una perturbacin en la redAplicaciones en Energa Solar FotovolticaSincrofasoresDescripcin del problemaSincrofasoresEvaluacin de los mtodos de deteccin anti-isla en PVSincrofasoresDeteccin operacin en isla en plantas fotovolticasInteroperabilidadSincrofasoresInteroperabilidadSincrofasoresInteroperabilidad: MedidasArquitecturaSincrofasoresArquitectura de un concentrador de sincrofasoresSincrofasoresEjemplo de arquitectura de una red de sincrofasoresSincrofasoresOpciones de jerarqua de los concentradores (PDC) de sincrofasoresConclusionesSincrofasoresConclusionesNmero de diapositiva 26