El sistema de control de microrredes Ovation™ funciona como una arquitectura de control unificada que monitoriza continuamente las condiciones del sistema y coordina las acciones de control en los recursos energéticos distribuidos, las cargas y la infraestructura eléctrica. Sobre la base de la plataforma de control integrada de Ovation, la operación de microrredes se organiza en torno a tres elementos estrechamente conectados: funciones de control estándar que proporcionan visibilidad y estabilidad del sistema central, gestión integrada de energía que evalúa los objetivos y las restricciones operativas, y control eléctrico integrado que gestiona el flujo de energía y las transiciones del sistema. Juntos, estos elementos permiten que el sistema de control de microrredes Ovation responda dinámicamente a las condiciones cambiantes y, al mismo tiempo, mantenga una operación fiable de las microrredes.
Funciones de control integradas estándares
Adquisición de datos
Los módulos de E/S de Ovation adquieren datos cada segundo o cada 100 milisegundos para cumplir con las aplicaciones de control o con los requisitos de captura de información. Los módulos dedicados de secuencia de eventos de Ovation proporcionan una resolución de marca de tiempo de eventos de 1/8 de milisegundo. El sistema de control también obtiene información, normalmente a intervalos de 1 a 5 segundos, mediante protocolos de enlace de datos de comunicación como IEC 61850, Modbus, IEC 60870-5-104, OPC y DNP3.
Los datos recopilados pueden transmitirse a través de la red Ovation para su uso en las estaciones de trabajo del operador, los paneles de control y los historiadores de procesos.
Gráficos del proceso
Cada sistema Ovation se entrega con gráficos específicos del proyecto, como diagramas de una línea, que muestran el estatus de la microrred en tiempo real. Los parámetros de control introducidos en el gráfico gestionan automáticamente los procesos de la microrred. También se muestran valores analógicos críticos, como las tensiones de bus, la frecuencia, el flujo de potencia, las temperaturas, los estados del inversor y las posiciones de los interruptores y disyuntores.
Gestión de alarmas
El sistema de control Ovation incluye un sistema integrado de gestión inteligente de alarmas que prioriza las alarmas de microrred para aislar y atender rápidamente los problemas.
El sistema de gestión de alarmas Ovation enfoca al operador en situaciones importantes de microrred que se desvían de la operación normal. Las condiciones anormales, tales como puntos fuera de rango (tensión o frecuencia del bus eléctrico altas o bajas), cambios de estado digital (apertura del disyuntor de red o funcionamiento del interruptor de transferencia automática) y tiempos de caída excedidos, se alarman en las estaciones de trabajo del operador de Ovation. Las alarmas mostradas en las estaciones de trabajo del operador también se envían a una impresora de alarmas y a Ovation Process Historian, que crea un registro cronológico de todas las alarmas de proceso y de las acciones subsiguientes de los operadores.
Archivado de datos
La estación de Históricos Ovation proporciona almacenamiento masivo y recuperación de la base de datos del proceso, alarmas, registros de secuencia de eventos y entradas del operador al sistema Ovation. Los datos adquiridos continuamente por el sistema Ovation se archivan en el historial para su recuperación y análisis. La retención de datos del historiador del proceso está limitada únicamente por el espacio en el disco, que puede ampliarse con unidades de cinta o de DVD.
Generación de informes
Ovation Process Historian incluye un sistema de informes que presenta datos históricos relevantes en varios formatos. Las plantillas predefinidas se pueden utilizar para tareas de informes comunes. Hay capacidades para generar informes personalizados para análisis de datos más complejos. Los informes se pueden generar automáticamente por hora, por turno, diariamente, mensualmente o anualmente.
Gestión energética para el control coordinado de microrredes
Protección ante las altas cargas de exigencia sobre la macrorred
Una microrred puede tener una conexión de "punto de acoplamiento común" con los servicios generales de distribución (o macrorred) y una estructura/contrato tarifario que estipula la cantidad máxima de energía (MWh) que se permite consumir en un período de demanda determinado. Si se supera este límite, el administrador de microrredes puede incurrir en cargos permanentes por demanda más altos.
Dado que la demanda de consumo se mide en energía (MWh) y no en potencia (MW), el sistema Ovation predice el consumo de energía al final del período. Los errores anticipados se estiman midiendo la tasa actual de consumo de potencia y extrapolándola hasta el final del período de demanda. Si el valor previsto supera el límite de demanda máxima, el sistema Ovation reduce automáticamente la carga o aumenta la generación de los recursos de generación o de almacenamiento de energía para limitar el consumo de energía de la macrorred. También genera una alarma para alertar al operador para que tome medidas correctivas.
Gestión del flujo eléctrico y la regulación de la tensión en el punto del acoplamiento común
Los operadores de macrorredes ven las microrredes como recursos energéticos distribuidos cuyo consumo de energía, su tasa de suministro y su efecto sobre la tensión del sistema deben controlarse estrictamente. Aunque los operadores de microrredes pueden vender y entregar energía a través de la macrorred, también pueden proporcionar apoyo de tensión crítica no solo a la microrred en sí, sino también a la macrorred.
El sistema Ovation gestiona el flujo eléctrico y la regulación de la tensión en el "punto de acoplamiento común" en puntos de ajuste predeterminados, alcanzados de manera consistente mediante respuestas de alta velocidad ante cambios en la demanda o en la disponibilidad del equipo. Los objetivos de control de microrredes a menudo implican maximizar la generación mediante recursos de energía renovable y minimizar los costes de compra de electricidad. Cuando una microrred genera más energía de la demandada por su carga interna, el sistema Ovation controla el flujo de energía hacia los recursos de almacenamiento de energía, la macrorred o ambos, según lo determine el operador.
En situaciones en las que una microrred no puede generar suficiente energía para satisfacer sus cargas internas, el sistema Ovation puede desconectar (o deslastrar) cargas no esenciales para minimizar la necesidad de obtener energía de la macrorred, si resulta económicamente beneficioso. De manera similar, el sistema Ovation deslastrará las cargas de la microrred si un evento climático u otro de emergencia interrumpe la operación de la macrorred, de modo que la microrred no pueda obtener la energía necesaria. Lo hará en orden de lo menos a lo más esencial, preservando su capacidad para operar de forma autónoma y autoabastecer las cargas más esenciales durante el mayor tiempo posible.
Optimización de la producción, el almacenamiento y la compra de energía
Las microrredes se componen de cualquier número de recursos de suministro y almacenamiento de energía, y de cargas ajustables (consumo de energía). También tienen la capacidad de comprar energía a proveedores conectados a la macrorred o de venderla a clientes conectados a la misma. Los recursos energéticos distribuidos pueden utilizar varios combustibles, cada uno con costes e impacto ambiental distintos.
Los objetivos de rendimiento de las microrredes suelen centrarse en minimizar el coste energético, el impacto ambiental total o una combinación de ambos. Lasaplicaciones avanzadas de energía integradas Ovationde Emerson utilizan tecnología de optimización de vanguardia para ayudar a los operadores de microrredes a cumplir sus objetivos de rendimiento. Las aplicaciones determinan los mejores puntos de ajuste de control para optimizar la gestión de los recursos energéticos distribuidos.
Cálculos de rendimiento
El Global Performance Advisor de Emerson está disponible para calcular la eficiencia de cualquier turbogenerador de gas o de vapor de la microrred. El asistente permite a los operadores identificar las pérdidas controlables, dar seguimiento al desempeño del equipo frente a las especificaciones de diseño e identificar rápidamente las áreas problemáticas del proceso para reducir los costes operativos. Esta solución proporciona un conjunto completo de cálculos de rendimiento de calderas y turbinas (basados en los Códigos de Pruebas de Rendimiento de la ASME) para adaptarse al equipo específico de la planta.
Control eléctrico para una operación segura de la microrred
Control de disyuntores e interfaz con IED
La lógica de control de disyuntores integrada en el sistema Ovation permite a un operador emitir comandos de ABRIR y CERRAR desde diagramas de una sola línea que se muestran en las estaciones de trabajo del operador. Antes de realizar una operación, la lógica verifica que el disyuntor esté en el estado correcto para proceder. Si se emite un comando y el indicador de estatus no refleja el nuevo estado (es decir, el disyuntor no indica que la operación se haya realizado correctamente) dentro de un plazo determinado, se genera una alarma.
El sistema Ovation monitoriza continuamente la calidad de energía de la macrorred. Cuando se detecta un problema de macrorred, Ovation puede abrir el disyuntor en el punto de acoplamiento común en 50 microsegundos. Esta acción aísla de inmediato la microrred, lo que protege y preserva su capacidad para seguir sirviendo carga nativa.
Ovation se comunica con dispositivos electrónicos inteligentes (IED) mediante varios protocolos, incluyendo:
- Modbus sobre enlace serie RS485;
- Modbus sobre TCP/IP
- DNP;
- Profibus;
- IEC 61850;
- IEC 60870-5-104.
Deslastre de la carga
El deslastre de carga es una función de control crítica de las microrredes. Las aplicaciones de análisis de contingencia y de deslastre de la carga de microrredes de Ovation responden automáticamente a las alteraciones eléctricas, como la pérdida de la red o de un productor de energía, para restaurar condiciones estables.
Si se pierde una fuente de alimentación como una red, un generador o un disyuntor de interconexión en un bus de generación (una contingencia), se deberá desconectar inmediatamente la carga correspondiente a la cantidad suministrada originalmente por esa fuente de alimentación. Esto garantiza que los productores de energía restantes no se vean sobrecargados y que se minimicen las perturbaciones en la microrred.
Si no se reduce de inmediato la carga para que coincida con la generación disponible, se produce un apagón en la microrred.
La aplicación de deslastre de carga de la plataforma Ovation selecciona, de una lista de alimentadores disponibles, aquellos que suministran las cargas a desconectar. Los alimentadores se seleccionan en orden de menor a mayor criticidad. La lógica también verifica que el disyuntor de deslastre de carga esté disponible (cerrado y con flujo de MW) para el disparo automático y que esté conectado a la barra importadora, no a la exportadora.
La lista de disyuntores para cada caso posible de deslastre de carga se actualiza continuamente y se comparte con los controladores. El sistema Ovation desconecta automática e instantáneamente los disyuntores seleccionados cuando se pierde una fuente de alimentación.
Los gráficos de Ovation muestran fácilmente a los operadores de la microrred la lista de cargas a desconectar en caso de contingencia. En cualquier momento, el operador puede ajustar la prioridad de una carga o retirarla temporalmente del sistema de desconexión de carga para evitar que se desconecte durante una contingencia. Naturalmente, se debe tener cuidado de no quitar demasiada carga del sistema de desconexión de carga, ya que esto podría provocar un apagón general de la microrred.
La lógica de deslastre de carga rápida de Ovation evita la sobrecarga del generador y un posible apagón. Las cargas se desconectan cuando se abre el disyuntor de la fuente de alimentación.
Una microrred desconectada de la macrorred funciona como una isla eléctrica independiente, en la que la frecuencia de la isla debe ser mantenida por sus propios productores de energía. Si la carga de la microrred supera la generación, la frecuencia de la isla descenderá de forma relativamente lenta hasta quedar por debajo del valor nominal de 60 Hz (50 Hz en muchas regiones del mundo).
Cuando la frecuencia de la isla cae por debajo de un umbral mínimo, la lógica de Ovation desconecta las cargas de baja prioridad hasta que la frecuencia vuelva a su valor nominal. La disminución de la frecuencia suele producirse durante un largo período y, por lo tanto, se denomina comúnmente "desconexión lenta de carga".
También puede ser necesaria una desconexión gradual de carga si los transformadores de la línea de conexión a la red se aproximan a una condición de sobrecarga.
Equilibrio de la oferta y la demanda (control de frecuencia/tensión)
Las técnicas de control para equilibrar la oferta de energía con la demanda dentro de la microrred varían en función del tipo de generación, de almacenamiento y de equipos de carga dentro de los límites de la microrred; de si la microrred está conectada a la macrorred; y de si la carga de la microrred utiliza corriente alterna (CA), corriente continua (CC) o una combinación de ambas.
Los sistemas conectados a la macrorred siempre garantizan que haya suficiente energía disponible para suministrar las cargas de la microrred. En este caso, Ovation controla la producción, el almacenamiento y el consumo de energía y potencia de la microrred, al utilizar la energía y la potencia suministradas por la macrorred dentro de los límites definidos por los objetivos de la microrred. Esto incluye el consumo de potencia reactiva en los casos en que pueda haber cargos por parte del operador de la macrorred por el consumo o la producción de potencia reactiva que excedan un cierto límite.
Las microrredes aisladas garantizan un abastecimiento equilibrado con la demanda ajustando los puntos de ajuste en generadores, inversores, transformadores y elementos de carga controlables, tales como termostatos. Las cargas aisladas se desconectan únicamente cuando es necesario mantener, a lo largo de la microrred, la frecuencia, la tensión y el factor de potencia en los valores deseados.
En el caso especial de microrredes de CA e híbridas con generadores rotativos, el control de frecuencia se utiliza para equilibrar el suministro de potencia activa. La tensión se controla con varios elementos de potencia reactiva, como ajustes de excitación del generador, cambiadores de tomas en carga del transformador (OLTC) y bancos de capacitores.
En el caso de las microrredes que no cuentan con generadores rotativos (CA, CC o híbridos), las mediciones de tensión y de factor de potencia (o potencia reactiva) en toda la microrred se mantienen dentro de los rangos deseados mediante el ajuste de los puntos de ajuste de inversores, transformadores y elementos de carga controlables. La desconexión de carga también se utiliza en este caso como último recurso.
En cualquier caso, el control de microrredes de Ovation garantiza la operación más fiable, económica y ambientalmente responsable posible.
Sincronización
La sincronización es el proceso de medir y controlar las tensiones, las frecuencias y los ángulos de fase de los sistemas a ambos lados de un disyuntor. La sincronización asegura que las diferencias entre estos parámetros se encuentren dentro de los límites especificados antes de cerrar el disyuntor. De lo contrario, se corre el riesgo de fallo catastrófico del equipo en ambos sistemas. Esta es una función crítica al conectar una microrred aislada a una macrorred para intercambiar energía.
De igual manera, antes de abrir los disyuntores, la corriente y el flujo de potencia a través de ellos deben estar por debajo de los límites definidos.
El control de microrredes de Ovation incluye comprobaciones de sincronización de hardware y software, así como una interfaz de sincronizador automático que sincroniza la microrred con la macrorred.
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