Análisis de Confiabilidad
Análisis de Contingencias Febrero 2021
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Análisis de Confiabilidad
Contenido Definición de Contingencia N-1 N-2 N-1-1 RAS. Remedial Action Schemes
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Análisis de Confiabilidad
Contenido
Definición de Contingencia N-1 N-2 N-1-1 RAS. Remedial Action Schemes
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Análisis de Contingencias
Análisis de Confiabilidad
“In layman's terms, Contingency Analysis (CA) is a "what if" scenario simulator that evaluates, provides and prioritizes the impacts on an electric power system when problems occur. A contingency is the loss or failure of a small part of the power system (e.g. a transmission line), or the loss/failure of individual equipment such as a generator or transformer. This is also called an unplanned "outage". Contingency analysis is a computer application that uses a simulated model of the power system, to: • evaluate the effects, and • calculate any overloads, resulting from each outage event. Contingency Analysis is essentially a "preview" analysis tool. It simulates and quantifies the results of problems that could occur in the power system in the immediate future.” 4
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Análisis de Contingencias
“Contingency analysis is a well known function in modern Energy Management Systems (EMS). The goal of this power system analysis function is to give the operator information about the static security. Contingency Analysis of a power system is a major activity in power system planning and operation. In general, an outage of one transmission line or transformer may lead to overloads in other branches and/or sudden system voltage rise or drop. Contingency analysis is used to calculate violations.”
Uso: planeamiento off line, planeamiento operativo 5
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Interrupción del servicio
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Suramerica
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Análisis de Confiabilidad
Evaluar la seguridad de un Sistema Eléctrico es necesario, para garantizar la operación de un sistema cuando uno o mas elementos fallan. Un Sistema de potencia es seguro cuando puede soportar la pérdida de uno o mas elementos y seguir operando sin mayores inconvenientes Una contingencia es la falla o pérdida de un elemento (p.e. linea, transformador, generador, capacitor, etc), o el cambio de estado de un equipo de seccionamiento. Conforme a lo anterior, un analisis de contingencias es una aplicación tipica para evaluar el efecto de la salida de un elemento del sistema. 8
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Análisis de Contingencias - Confiabilidad Datos de la Red Estadísticas Datos de confiabilidad
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Evaluar una contingencia consiste en realizar un flujo de carga sin el (los) elemento(s) seleccionado(s) y revisar las consecuencias
Escenarios de Contingencia
Eval. Manual
Resultados Cualitativos (Rangos)
Contingencias
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Evaluación Autómatica
Resultados Cuantitativos (Indices de Confiablidad)
Confiabilidad
Análisis de Confiabilidad
Análisis de Contingencias
Evaluación Cualitativa y determinística Enfocada en violación de límites Desarrollo de estrategias para reducir la violación de los límites o para enfrentar problemas de contingencias Requiere menos datos Analiza las contingencias que el usuario seleccione
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Contenido Definición de Contingencia N-1. De N elementos, indisponibilidad de un (1) elemento N-2. N-1-1 RAS. Remedial Action Schemes
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Contingencias Creg
“5.3.1 Método determinístico Para el análisis de confiabilidad por medio de este método se debe utilizar el criterio N-1, según el cual el STN debe ser capaz de transportar en estado estable la energía desde los centros de generación hasta las subestaciones de carga en caso normal de operación y de indisponibilidad de un circuito de transmisión a la vez.” Creg044 2013 12
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Contingencia
Análisis periódicos Horizonte Ley La oficina de Planeamiento deberá demostrar que realiza los análisis de contingencias
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Como es para un horizonte, se deben incluir obras futuras Condiciones criticas
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Contingencias n-1 Líneas: 26 Transformadores: 5 Cargas: 17 Generadores 5 Bancos: 1 No es usual hacer contingencia de nodos 15
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Límites contingencias Limites en condiciones de contingencia Ejemplo •
Voltaje Condición normal: 95% -105% Contingencia: 90% - 110%
•
Cargabilidad Condición normal: 95% Contingencia: 100%, >100% durante un periodo de tiempo
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Operación
Condiciones de Operación Normal: • •
Alarma: •
•
Voltaje: 93%-97%, 103%-107% Diferencia con caso base 3-7% Cargabilidad:70-95%
Emergencia: •
•
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Voltaje: 97%-102% Cargabilidad: < 70%
Voltaje: 90-93%, 107%-110% Diferencia con caso base > 7% Cargabilidad: >95%
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Efectos Contingencias
En demanda máxima Bajos voltajes Sobrecargas En demanda mínima Sobrevoltajes
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Contingencias, Efectos Contingencias típicas Líneas. Sobrecargas, bajos voltajes Transformadores. Sobrecargas, bajos voltajes Generadores. Sobrecargas, bajos voltajes Bancos de condensadores. Bajos voltajes (sobrecargas) Reactores. Altos voltajes Cargas. Altos voltajes
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Resultados Contingencias
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Resultados Contingencias
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Resultados Contingencias Tablas
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Resultados Contingencias Tablas
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Resultados Contingencias
Fuente: UPME
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Evaluación Contingencias
Evaluación (ranking) de las contingencias Objetivo: determinar la gravedad de las contingencias Se han elaborado muchas formas de evaluar la gravedad de las contingencias. En la tabla de la diapositiva anterior correspondía a la columna: “ViolationPerfomanceIndex”. La forma mas sencilla es: “# de elementos fuera de rango” Otras formas: # de elementos no alimentados Potencia no suministrada Sumatoria de desviaciones con respecto al valor nominal
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Cálculo de Contingencias
Flujos de carga Mejoras en velocidad: Procesamiento en paralelo Líneas, transformadores, generadores, etc en paralelo Cálculo de flujo de carga a partir de resultados del caso base o un arranque plano (Flat Start)
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Contingencias. N - 2 Tiempo. Depende de muchos factores, pero para ilustración general se informa que 44 contingencias sobre la red previa demoraron 0.112 minutos (6.72 seg) Notas varias: No se activaron mejoras (procesamiento en paralelo, líneas A) en paralelo, etc) B) Core I7, 16 GB.
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Contingencias. N - 2 Tiempo. Depende de muchos factores, pero para ilustración general se informa que 1191 contingencias sobre la red nacional demoraron 4 minutos Notas varias: No se activaron mejoras (procesamiento en A) paralelo, líneas en paralelo, etc) Core I7, 16 GB B)
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Contenido
Definición de Contingencia N-1. N-2. De N elementos, indisponibilidad de dos (2) elementos N-1-1 RAS. Remedial Action Schemes
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Contingencias. N - 2 Se supone que salen dos elementos en el “mismo” momento. Razones: Dos líneas sobre la misma torre Elementos cercanos Historia ….
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Contingencias. N - 2
En la tabla anterior se le dio el nombre de Tunal - Reforma, a la contingencia en la cual salen simultáneamente las líneas LIN 2 – 4 1 y LIN 2 – 4 2 32
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Contingencias. N - 2 Las consecuencias de retirar de servicio, simultáneamente, dos elementos pueden ser muy graves Las diferentes entidades deciden si planean (Confiabilidad) u operan para esta situación o solamente lo utilizan como referencia
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Contenido
Definición de Contingencia N-1. N-2. De N elementos, indisponibilidad de dos (2) elementos N-1-1. Pérdida no consecutiva de dos elementos RAS. Remedial Action Schemes
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N-1-1 Definición. Luego de una contingencia sencilla (N-1) el sistema se prepara para una segunda contingencia. No son simultaneas como en N-2. “..loss of two bulk transmission elements consecutively (N-1-1 contingency analysis) and simultaneously (N-2 contingency analysis).” Prepararse significa, redespachar, quitar/poner reactores, poner en funcionamiento bancos, suspender mantenimientos, deslastrar carga, etc 36
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N-1-1. EJEMPLO
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Se redespacha el generador 38
N-1-1. EJEMPLO
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N-1-1
Reajustes del sistema, que no impliquen redespacho o deslastre de carga • • • •
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Valores de Voltaje – Potencia reactiva (generadores) Cambiar ángulo de fase de los reguladores Ajustes de los SVC Cambiadores de taps
Redespacho: es generalmente, no siempre, el método mas económico para llevar al sistema a un punto aceptable de operación, luego que se pierde un elemento. Deslastre de Carga. Consiste en deslastrar carga, luego del primer evento y preparándose para el segundo evento. Se deben realizar estudios de confiabilidad para evaluar si es mas económica una expansión del sistema Manejo de sobrecargas (125%) (30 min)
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N-1-1 Automatizar la estrategia para realizar el análisis de contingencias N-1-1 • • • • • •
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Seleccionar escenario de análisis Listado de contingencias N-1-1 Análisis de las contingencias N-1-1 Permitirle al usuario introducir ajustes en cada análisis (cada una de las contingencias) Evaluar análisis de salidas en cascada Desarrollar reportes
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1. 2.
3. 4. 5. 6.
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N-1-1
Realizar primera contingencia Desarrollar algoritmos para solucionar inconvenientes de la primera contingencia Efectuar segunda contingencia Realizar ajustes (modificaciones operativas) al sistema Regresar a 2. Sin realizar reajustes, evaluar efecto cascada.
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Contenido
Definición de Contingencia N-1. N-2. N-1-1 RAS. Remedial Action Schemes
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RAS
“RAS (Remedial Action Scheme): A scheme designed to detect predetermined System conditions and automatically take corrective actions that may include, but are not limited to, curtailing or tripping generation or other sources, curtailing or tripping load, or reconfiguring a System(s). RAS accomplish one or more of the following objectives: • Meet requirements identified in the NERC Reliability Standards; • Maintain System stability; • Maintain acceptable System voltages; • Maintain acceptable power flows; • Limit the impact of Cascading; or • Address other Bulk Electric System (BES) reliability concerns.” 43
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RAS
RAS (Remedial Action Scheme): “RAS are not Protection Systems; however, they may share components with Protection Systems”
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“The following do not individually constitute a RAS: a. Out‐of‐step tripping and power swing blocking b. Automatic underfrequency load shedding (UFLS) programs c. Undervoltage Load Shedding Programs (UVLS Programs) d. Autoreclosing schemes e. …… f. ……..”
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RAS- Esquema Suplementario
Nombre alternos:
SPS. Special Protection Systems (NERC recomienda que no sean intercambiables o sinónimos) ESPS: Esquemas Suplementarios
Características Generales: • Control discreto • Generalmente reglas de control predeterminadas • Comunicaciones 45
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RAS
Los RAS (ESPS) deben ser evaluados cuidadosamente por entidades externas. ( Pruebas funcionales ) En complemento a lo anterior, los RAS, deben y pueden ser auditados por entes externos a los OR. NERC exige que si falla el RAS, las consecuencias deben ser manejables Revisiones periódicas Es necesario asegurar que una mala operación del RAS no introduce riesgos inaceptables de confiabilidad a la red.
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RAS
Funcionamiento de los RAS: a) Operación b) Operación errónea (25%) c) No operación Hay estadísticas que muestran hasta un 35% de fallas de los RAS
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RAS
Revisiones periódicas El RAS ayuda para las condiciones o contingencias para las cuales fue concebido. El RAS debe evitar interactuar con otros RAS o sistemas de control y protección Operación inadvertida o errónea del RAS no debe desembocar en problemas graves. Cuando el RAS falle se deben seguir cumpliendo las exigencias de Confiabilidad exigidas al sistema
Modificaciones Cuando un RAS falle deberá ser revisado y en un tiempo prudencial remitir el informe con la corrección a la entidad respectiva (OR, TSO)
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ESPS
Situación en Colombia. 20 en total (2010) • • •
7 Demanda 8 Generación 5 Red
“….las empresas que estén localizadas en estas áreas deberán instalar esquemas suplementarios que permitan conservar parte de su carga y generación en condiciones de aislamiento”
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Gracias César A. Gallego S. cagallegos@gmail.com Cel. 302 307 1111
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