Tecnolog as innovadoras en redes inteligentes smart grids parte 2
Download
1 / 65

TECNOLOGÍAS INNOVADORAS EN REDES INTELIGENTES-SMART GRIDS” Parte 2 - PowerPoint PPT Presentation


  • 124 Views
  • Uploaded on

TECNOLOGÍAS INNOVADORAS EN REDES INTELIGENTES-SMART GRIDS” Parte 2. Renato Céspedes RCONSULTING GROUP [email protected] Taller SMARTGRIDS XIII Jornadas de El éctrica y Electrónica Escuela Politécnica Nacional. Quito Nov. 26, 2010. Señales de alarma.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' TECNOLOGÍAS INNOVADORAS EN REDES INTELIGENTES-SMART GRIDS” Parte 2' - tanner-farley


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
Tecnolog as innovadoras en redes inteligentes smart grids parte 2

TECNOLOGÍAS INNOVADORAS EN REDES INTELIGENTES-SMART GRIDS” Parte 2

Renato Céspedes

RCONSULTING GROUP

[email protected]

Taller SMARTGRIDS

XIII Jornadas de Eléctrica y Electrónica

Escuela Politécnica Nacional. Quito Nov. 26, 2010


Se ales de alarma
Señales de alarma.. GRIDS”

(*) Propaganda Cursos Capacitación en transformadores


Parte 2 temas
Parte 2: Temas GRIDS”

  • Nuevos Elementos

  • Elementos de las Smart Grids

  • “Situational Awareness”

  • Sistemas de Control

  • Desarrollo de AMI

  • Desarrollo de las Redes Inteligentes

  • Normas

  • Conclusiones



News welcome to the digital utility t d world jan 2007 www t dworld com
News: Welcome to the Digital Utility.. GRIDS” T&D World Jan. 2007,www.t&dworld.com

  • Substation Intelligence: subsynchronous resonance is mitigated by thyristor controlled capacitor banks.

  • Intelligent transformer: real-time monitoring of oil for gas chromatography, hot spots temperature, oil temperature..

  • Power Electronics:

    • Super Var high-temperature 10 Mvar Synchroneous condenser TVA

    • SVC Light: STATCOM ABB

    • Advanced phase shifting transformer of GE replacing HVDC, first in Hydro Quebec another Texas-Mexico

  • High Temperature Superconducting (HTS) cables:

    • 350 mts in Albany New York, 10x capacity of copper

    • 2nd Generation of HTS in development


News welcome to the digital utility t d world jan 2007 www t dworld com1
News: Welcome to the Digital Utility.. GRIDS” T&D World Jan. 2007,www.t&dworld.com

  • Intelligent Distribution: many initiatives

    • 90% of the outages occur at distribution

    • 19% of the power go to ground due to unbalances in typical US feeders

    • Reported 600 pilots automation pilots from 1995-2005= “pilotitis” in the USA, “Analysis Paralysis”

    • Distribution Vision 2010 iniciative: Alliant Energy, Salt River Project, Oklahoma G&E, AEP, BCHydro, etc.: micro-grid industrial demonstration park.

    • DOE, Modern Grid Initiative

    • EPRI Intelligrid Consortium

    • SMART Energy Alliance (SEA) CISCO, GE energy, HP, Intel focusing on communication


News GRIDS”

  • Xcel Energy (Minneapolis) electricity and natural gas company with

    • regulated operations in 8 Western and Midwestern states.

    • portfolio of energy-related products and services to 3.3 million electricity and 1.8 million natural gas customers.

  • Announces First Smart Grid City In The Nation (19-03-2008) in Boulder Colorado

    • Who: “..established the Smart Grid Consortium, bringing together leading technologists, engineering firms, business leaders and IT experts

    • Where: ..it is home to the University of Colorado and several federal institutions…

    • Funds: “Xcel Energy anticipates funding only a portion of the project, ….,could be up to a $100 million effort”.

    • Information: www.xcelenergy.com/smartgrid


News xcel energy

Esta es una de las primeras acciones GRIDS”

News…XCEL Energy

  • What:

    • Transformation of existing metering infrastructure to a robust, dynamic electric system communications network, providing real-time, high-speed, two-way communication;

    • Conversion of substations to "smart" substations capable of remote monitoring, near real-time data and optimized performance;

    • At the customer's invitation, installation of programmable in-home control devices systems to fully automate home energy use; and

    • Infrastructure Integration to support

      • dispatched distributed generation technologies (such as plug-in hybrid electric vehicles with vehicle-to-grid technology; battery systems; wind turbines; and solar panels).

Fundamento de SG

Fundamento de SG

Clave, incentivar participación

Impacto importante, poco definido



Transmisi n inteligente ii
Transmisión Inteligente (II) GRIDS”

  • High Temperature Superconducting (HTS) cables: leaving the experimental and prototyping arena



Las tecnolog as smart grid impactan significativamente toda la cadena en particular al consumidor
Las tecnologías GRIDS” Smart Grid impactan significativamente toda la cadena, en particular al consumidor

Elementos de la cadena de valor

Generación

Transmisión

Distribución

Consumo

Características

Claves en la cadena de valor

  • “Secuestro de carbón”

  • Gasificación de carbón

  • Ciclo combinado

  • Diseño avanzado generación nuclear

  • Medición fasorial sincronizada (PMUs)

  • FACTS : “flexible AC transmission systems”

  • Corriente continua a alta tensión

  • AMI: automatic meter infraestructure

  • Sensores

  • Automatización distribución

  • Control automático de Volt/VAR

  • Almacenamiento energía

  • Home area networking

  • Gen. Distribuida y Renovables

  • Aparatos “Smart”

  • Edificios tipo “Green”

  • Vehículos eléctricos (Plug-in Hybrid Electric Vehicles)

  • Almacenamiento energía

  • Fotovoltaica

  • Sistemas prepago

  • Tarifas en períodos

La implementación de las Smart Grids se estima en $100B en tecnología1

Grado de impacto

Mínimo

Moderado

Importante

Revolucionario

Note 1: Department of Energy; The Reform Institute, “The Smart Alternative: Securing and Strengthening Our Nation’s Vulnerable Electric Grid”


Us recovery act for smart grid
US Recovery Act for Smart Grid GRIDS”

  • Estados Unidos esta desarrollando mas de 100 proyectos que incluyen

    • 40 million smart meters

    • 345 thousand smart thermostats and appliances

    • 850 PMUs

    • 700 automated substations

    • 200 thousand smart transformers

    • Plug in hybrid electric vehicles

    • Renewable Energy Resources

    • Etc



Situational awarness global view
Situational Awarness GRIDS” Global View

  • State Estimation: statistical analysis

  • Integration of applications and RT

  • Better operator support


Wide area situational awareness
Wide Area Situational Awareness GRIDS”

Limited situational awareness

Full transparency of the entire system in real time including all (dynamic) phenomena

What’s necessary?

  • PMUs and WAMs may allow on-line detection of swing phenomena and the introduction of a system level protection scheme

  • New visualization concepts

 Better understanding of system dynamics

 Implementation of automated counter measures


Visi n general mediciones sincronizadas

GPS GRIDS”

receiver

Analog

Phase-locked

Inputs

Modems

oscillator

Phasor micro-processor

Anti-aliasing

16-bit

filters

A/D conv

Visión General: Mediciones Sincronizadas

  • Una PMU en una subestación mide fasores de tensión y corriente

    • Sincronización muy precisa, exactitud de 1 ms

      que está llegando a ser un estándar

    • Calcula MW/MVAR y frecuencia

  • Las mediciones son reportadas a una tasa de 20-60 veces por segundo (en China estandar local 100/s)

    • Apropiado para seguir la dinámica de la red en tiempo real (recordar que la tasa de refrescamiento del SCADA/EMS es de segundos)

  • Cada empresa tiene su propio Concentrador de Datos Fasoriales (PDC) para agrupar y alinear datos de varias PMUs basado en la etiqueta de tiempo

  • Las Mediciones de cada PDC por empresa son enviadas al Dispositivo Central (p.e. SuperPDC de TVA, Nacional….)


Algunas reflexiones
Algunas reflexiones… GRIDS”

  • “This emerginig field has been made possible by some remarkable technological innovations in computers, signal processing, and satellite systems”.

  • “From the point of view of a University Professor this has been an idea subject with which to refute the misconception that electrical power engineering is an old, unglamorous field”.

  • “This type of measurement system can revolutionize the field of monitoring, protection, and control of power systems.

  • A.PHADKE, Virginia Tech,1993.


Status Displays GRIDS”

Trend

Voltage

PMU1

Meter 1

Meter 2

Meter 3

Meter 4

Meter 5

PMU2

Meter 1

Meter 2

Meter 3

Meter 4

Formatting Options?

Formatting Options?

Meter 5

Sincronizando Señales Separadas Cientos de Km

PMU 2

1

Fasores en

el mismo diagrama

2

PMU 1


Multiples mediciones por equipo

E GRIDS”

I

I

I

Un PMU proporciona información de

Estados en multiples nodos

Multiples mediciones por equipo


Medici n t pica en una subestaci n
Medición típica en una subestación GRIDS”

Se requiren transformadores de medida precisos


Posible evoluci n de aplicaciones b sicas
Posible evolución de aplicaciones básicas GRIDS”

Estimador con

PMUs

Numero

de

PMUs

Estimador

Tradicional

ISSUES

  • PMU Applications at each Stage

  • of Migration Path

Monitoreo

  • How many PMUs are required?

Tiempo



Example of use of pmus
Example of Use of PMUs GRIDS”

GPS Signal

IEEE C37.118


Ejemplo del uso de pmus

Power System Status Curve GRIDS”

Geographical View (Google Earth based)

Phasor diagrams

Time charts

Ejemplo del uso de PMUs

Monitoring of - Online view or - Historic view (selectable)

Phasor Data Concentrator: Collecting Phasor Measurement Data via IEEE C37.118 Protocol



Wams en china
WAMS en China GRIDS”

  • 15% de crecimiento annual en consumo; Generación y líneas están siendo adicionadas:

    • La interconexión de seis redes regionales ha representado desafíos para las operaciones

    • Oscilaciones de baja frecuencia; problemas Volt/VAR

  • Las interrupciones en el servicio han representado costos económicos por 2 BUSD/año

  • Sistemas y Aplicaciones bajo desarrollo

  • 10 WAMS; PMUs--80 instaladas, 60 planeadas

Sources: CEPRI, China





Protocolos de comunicacion
Protocolos de Comunicacion GRIDS”

Source: IEC TR 62357 - Power system control and associated communications– Reference architecture for object models, services and protocols


Web2energy germany

Weather forecast GRIDS”

File Interface

PFM / trading

Price information

Balancing groupschedule

Smart meteringmanagement

Terminal

monitor

VPP

File Interface

EDM

Forecasts:Short term balancing group

Short term network load

Heat and gas demand

PFM: Portfolio management

EDM: Energy Data Management

RTU: Remote Terminal UnitVPP: Virtual Power Plant

DSM - Demand side management

PV - Photovoltaic

CIM-Database

Remote Meterdata acquisition

File Interface

Actual status,power generations,availability

SmartDistribution control center

Proposal

Multi- utility

Control Centre

HSE

Set values forgeneration, on/off

PC-based server

Architecture, tests

IEC Standards

IEC Standards

IEC-Converter

Metering Management AIM

RTU

Data Concentrator

RTU

RTU

RTU

RTU

RTU

RTU

RTU

Multi-utility meters

Residential storage

Storage

Wind

CHP

PV

DSM

Web2Energy Germany


Kema abri recientemente el laboratorioa flexible power grid laboratory en holanda
KEMA abrió recientemente el laboratorioa “Flexible Power Grid Laboratory” en Holanda

Mejor utilización de equipos y sistemas

Conexión de generadores renovables distribuidos y a pequeña escala

Confiabilidad y estabilidad de la red

Conexión de aereogeneradores y fotovoltáicos

Aplicaciones de FACTS and HVDC

Mayor énfasis en estándares de calidad de potencia

Desarrollo de tecnología e innovación

Requisitos Emergentes

  • CARACTERÍSTICAS

  • Potencia nominal de 1 MVA operando en 4 cuadrantes (flujo bi-direccional)

  • Salida a 3.3 kV rms, 3 fases controlables independientemente

  • Frecuencia ajustable desde DC hasta 75 Hz

  • Distorsión armónica de tensión hasta 2400 Hz

http://www.flexpowergridlab.com/

33


Desarrollo de ami

Desarrollo de AMI Grid Laboratory” en Holanda


Ami proporciona un mecanismo de comunicaci n m s efectivo entre empresa y consumidor
AMI proporciona un mecanismo de comunicación más efectivo entre empresa y consumidor

Conexión AMI

  • Características AMI

  • Completamente bidireccional

  • Acceso a datos en tiempo real

  • Banda ancha, comunicaciones en red

  • Gestión robusta de datos para interfase con “back office”

  • Redes con comunicación Peer-to-peer

  • Control de generación distribuida

  • Integración múltiple con red troncal

  • Interoperabilidad de equipos

  • Protocolos de comunicación abiertos

  • Autodiagnóstico y programación

  • Gestión y administración automatizada

  • Medidor es el “PORTAL” del usuario

MDM/ Back Office

  • Outage Mgmt.

  • Facturacion

  • avanzada

Consumidor

Acceso

Remoto

Soluciones

Inalámbricas

AMI Meter

Soluciones

Alambradas

Medidores Gas o H2O AMR


El número de fabricantes está creciendo significativamente – todos esperan seguir el camino de los fabricantes de AMI

Home Area Network Vendors

  • Intermatic

  • Leviton

  • RAM Industries

  • Baco Controls

  • Corporate Sys. Engineering

  • Invensys

  • Domosys Corp.

  • Dencor

  • Brayden Automation Corp.

  • Comverge

  • Invensys

  • Broadband Energy Networks

  • Intellicom Innovation AB

  • Vantage Controls

In-Home Display

Devices

Load Control

Switches

  • Johnson Controls, Inc.

  • Honeywell

  • Carrier

  • Domosys Corp.

  • Comverge

  • Delta Controls

  • HAI

Smart

Thermostats

  • Lighting Control and Design

  • Lightstat Inc.

  • Lutron

  • Douglas Lighting Controls Inc.

  • Powerline Control Systems, Inc.

  • Vantage Controls

  • Synergy

Lighting Controls

La clave del éxito de esta nueva generación de productos será el uso de protocolos abiertos e interoperabilidad

36


Smart metering
Smart Metering – todos esperan seguir el camino de los fabricantes de AMI


Proyectos de medici n inteligente
Proyectos de medición inteligente – todos esperan seguir el camino de los fabricantes de AMI


Fabricantes de medidores inteligentes
Fabricantes de medidores inteligentes – todos esperan seguir el camino de los fabricantes de AMI


Reino unido
Reino unido – todos esperan seguir el camino de los fabricantes de AMI


Reino unido1
Reino unido – todos esperan seguir el camino de los fabricantes de AMI

BROGDEN Jason, Successful Delivery of Smart metering for Great Britain Version:1.0, Energy Retail Association, mayo 2010


Estados unidos
Estados Unidos – todos esperan seguir el camino de los fabricantes de AMI


Estados unidos1
Estados Unidos – todos esperan seguir el camino de los fabricantes de AMI


Brasil
Brasil – todos esperan seguir el camino de los fabricantes de AMI


Colombia
Colombia – todos esperan seguir el camino de los fabricantes de AMI


Colombia1
Colombia – todos esperan seguir el camino de los fabricantes de AMI


Desarrollo de las redes inteligentes

Desarrollo de las Redes Inteligentes – todos esperan seguir el camino de los fabricantes de AMI


Pasos en el desarrollo de smart grids
Pasos en el desarrollo de – todos esperan seguir el camino de los fabricantes de AMISmart Grids

Fuente IEEE


Evoluci n hacia redes inteligentes
Evolución hacia redes inteligentes – todos esperan seguir el camino de los fabricantes de AMI


Evoluci n progresiva
Evolución progresiva – todos esperan seguir el camino de los fabricantes de AMI

Fuente IEEE


Infraestructura com n de comunicaciones
Infraestructura común de comunicaciones – todos esperan seguir el camino de los fabricantes de AMI

Sistemas operaciones

Portal de

acceso

Acceso a datos externos

Comunicación Troncal

Comunicación de Acceso

Home

Network

Bi-directional

R/T Access

Utility Wide

Comm.

AMI Mgmt

System

AMI Config &

Maintenance

Local

Comm.

Field Crew

Web

Access

Neighborhood

Aggregation

PG

Meter Data

Mgmt Sys

Home

/Customer

Network

3rd Parties

Customers

Monitoring,

DA, AM

Monitoring

SA, DA, AM

DG

DA, AM,

DSM/DR

System Ops,

Power Mgmt & DSM

Distribution Equipment

T&D Equipment


Integraci n de sistemas

GIS – todos esperan seguir el camino de los fabricantes de AMI

OMS

MWM

MDMS

CIS

Call Center

Billing

Integración de Sistemas

Acceso oportuno a la información crítica para Planificación, Ingeniería y Operación

Communications Infrastructure

Executive Dashboards

Planificación e Ingeniería

Operación

Systems

Planning

Maintenance

Mgmt

Asset Mgmt

Integración

Información

Empresarial

SCADA

EMS

DSM

Gestión de la Distribución

Gestión de recursos de Potencia

Planning &

Forecasting

Scheduling

Trading &

Contracts

Servicios al Consumidor

Resource

Dispatch

Settlements

Substation

Automation

Plant

Controls

Feeder

Automation

Advanced Metering

Infrastructure

Home Network

& Devices


Elementos de la red inteligente
Elementos de la red inteligente – todos esperan seguir el camino de los fabricantes de AMI

Fuente IEEE


Normas

Normas – todos esperan seguir el camino de los fabricantes de AMI


AMI Comms – todos esperan seguir el camino de los fabricantes de AMI

Interoperabilidad y estándares aceptables es fundamental para la integración de los componentes de los “Smart grids”

Medición

Avanzada

Sistemas Empresa

Servicios al consumidor

ANSIC12.19,

C12.22

Smart Grids dependen en gran medida de la integración de todos sus componentes con base en estándares

Servicios Web

- Service Defs.

- Event Defs.

(XML / XTP)

DER

Modelos de datos

IP,

Open AMI

?

IEEE 1547

Modelos de

Datos

HAN/

Control

Edificios

?

DNP 3.0

Operación de Sistemas

z

BACnet

LONWorks

ZigBee

WiFi

Homeplug

X10 PLC

IEC 61850

CIM Data Models

IEC 61968-70

NERC CIP requirements

Automatización

Distribución

Automatización

Subestaciones

  • Otros:

  • IEC 61000-3-X EMC

  • IEC 61400 Wind Turbines

  • IEC 62351 PS Control and Assoc. Comm. - Data and Comm. Security

  • IEEE 1366 Distribution Reliability Indices

  • IEEE 802 LAN / WAN

  • C37.1-2007 SCADA 7 Automation Systems


Est ndares m s importantes
Estándares más importantes – todos esperan seguir el camino de los fabricantes de AMI

Fuente IEEE


Conclusiones

Conclusiones – todos esperan seguir el camino de los fabricantes de AMI


El futuro
El Futuro... – todos esperan seguir el camino de los fabricantes de AMI

59

59


Cuando los smart grids se volver n inteligentes
Cuando los “ – todos esperan seguir el camino de los fabricantes de AMISmart grids” se volverán inteligentes?

Tecnologías tipo Smart Grid1

Self-Correcting

Line Switching

Alto

PHEVs

Información

Empresarial

Integrada

Sensores en

línea

Complejidad

Almacenar

Energia

DER

Home Area

Networks

Comunicaciones

Banda Ancha

AMI

Bajo

2010

2015

???

Tiempo - Diseminación

Lo importante es estar preparados independientemente de no cuando ocurrirá

Note 1: Partial listing

60


Empresa de hoy vs empresa del futuro
Empresa de hoy vs Empresa del futuro – todos esperan seguir el camino de los fabricantes de AMI

Fuente KEMA, Utility of the Future


Recursos humanos
Recursos Humanos – todos esperan seguir el camino de los fabricantes de AMI

  • Nueva Estructura empresarial y Capacitación del personal

  • Reestructuración de las empresas del negocio eléctrico para cumplir con nuevos retos

  • Staff con conocimientos avanzados en las nuevas tecnologías y tendencias mundiales

  • Participación de la academia en I+D y capacitación

  • Definir el nuevo perfil del ingeniero para las Smart Grids (Energía, electricidad, electronica, comunicaciones, sistemas de informacion, etc)

Fuente http//www.bcbeducation.org


Conclusiones1
Conclusiones – todos esperan seguir el camino de los fabricantes de AMI

  • La Red del Futuro se basa en gran parte en el desarrollo de los Smart Grids

  • Smart Grids es en este momento un concepto muy interesante que se fortalece rápidamente

  • Smart Grids es una respuesta en USA para retos asociados a sus problemas particulares los cuales no son necesariamente aplicables a redes de Latinoamerica

  • Una aplicación cuidadosa y progresiva de las mejores prácticas para resolver problemas tales como pérdidas eléctricas en nuestros países parece ser el camino

  • Un esfuerzo conjunto de gobierno, empresas, academia, entidades reguladoras, etc. es necesario para definir la mejor estrategia para nuestra propia concepción de nuestras redes del futuro



Muchas gracias m c janssen@utinnovation com

? planeta más “

Muchas Gracias

[email protected]


ad