Sincrofaasores

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


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


SincrofasoresClculo del desfase de la onda

3/28/20115


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


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


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


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


3/28/201111

SincrofasoresRespuesta transitoria ante una perturbacin en la red


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)


3/28/201114

SincrofasoresEvaluacin de los mtodos de deteccin anti-isla en PV


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


3/28/201116

Interoperabilidad

SincrofasoresInteroperabilidad


3/28/201118

Ensayos multifabricante en el Simulador Analgico del Instituto de Investigacin de Transmisin Ruso, NIIPT, Septiembre 2006

SincrofasoresInteroperabilidad: Medidas


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


3/28/201121

SincrofasoresEjemplo de arquitectura de una red de sincrofasores


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


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




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])


3/28/201125


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

Documents

Sincrofaasores