2. Estados del restablecimiento
2.1 Estado inicial del Sistema
La primera etapa del restablecimiento del Sistema de Potencia consiste en la evaluación de post-disturbio, esto sucede cuando se presenta la detención de la salida en cascada de los elementos del Sistema y se localiza y aísla la falla. En ese estado, los operadores deciden qué táctica van a seguir para restaurar el Sistema basados en información de equipo disponible, equipo aislado por la falla, equipo dañado, tácticas de energización de la red, disponibilidad en plantas de arranque autónomo, etc. Esta etapa es crítica debido a la gran cantidad de acciones urgentes que deben ser realizadas rápidamente.
2.1.1 Determinación del estado del Sistema.
La identificación y localización del disturbio que originó el colapso es esencial para los operadores en lo concerniente al restablecimiento de un Sistema de Potencia; es la acción principal para adoptar medidas que garanticen la seguridad y confiabilidad del proceso. Esta localización se complica por la alta cantidad de alarmas que se activan durante el apagón, con lo cual se hace necesario un procedimiento rápido y preciso para la localización de la falla.
Con la aparición de sistemas WAMS2 para el monitoreo de los Sistemas de Potencia y
tecnologías de punta como GPS3, la recolección sincronizada de datos, comunicaciones
electrónicas de alta velocidad, entre otras aplicaciones, se abre un camino para mejorar el análisis de la conducta dinámica del Sistema en tiempo real y por consiguiente en la localización e identificación de disturbios. La literatura científica, basada en los adelantos antes mencionados, propone métodos que analizan las características de diferentes tipos de disturbios y plantean algoritmos de identificación y localización [22][23].
La tarea no termina con la localización del disturbio que originó el colapso, se necesita empezar a identificar las fronteras de las áreas energizadas si el apagón es parcial, la frecuencia y el voltaje dentro de las islas eléctricas, el estado de las plantas de generación, el equipo sobrecargado, la carga suspendida directamente por la protección
2 Wide Area Measurement Systems
de deslastre de carga, el estado de los interruptores de Sistema y el equipo dañado, con el objetivo fundamental de seleccionar las posibles tácticas de restablecimiento [24][25].
2.1.2 Estrategia de restauración.
La estrategia de restauración implica las acciones y restricciones globales que se deben realizar para obtener la restauración del Sistema. Estas acciones y restricciones son elementos obligatorios en todos los Sistemas de Potencia, sin importar las prioridades u objetivos específicos de cada compañía. La estrategia se dirige a cumplir los objetivos generales del restablecimiento como son: minimizar el tiempo de restablecimiento, maximizar la carga servida, minimizar las pérdidas de la compañía y del público, minimizar el número de acciones de los interruptores, maximizar los clientes servidos, minimizar la sobrecarga de los equipos, entre otros [26][27].
La estrategia de restauración se compone de una meta principal como es el restablecimiento del Sistema de Potencia, basada en metas específicas como: manejo de carga, manejo de potencia activa, manejo de reactivos, manejo de caminos e inspección de estabilidad. Estas metas específicas están influenciadas por acciones restrictivas como las que se muestran en la Figura 2.1. A continuación se explican las principales metas del restablecimiento [25][28].
Manejo de MW: Este manejo se refiere a la entrada de plantas con arranque autónomo, a la alimentación de las plantas que no pueden arrancar de forma autónoma y líneas de frontera que puedan colaborar con energía activa para energizar el Sistema. Se trata de controlar la disponibilidad de MW y maximizarla con cada acción, para que el restablecimiento sea más corto.
Manejo de MVAR: Evalúa la capacidad de entrega y consumo de reactivos de los generadores y demás fuentes de reactivos, todo con el fin de controlar los sobrevoltajes que se pueden producir por la energización de líneas.
Manejo de Caminos: Identifica y evalúa los caminos de energización en cuanto a longitud de las líneas, mínimo número de maniobras y capacidad de las líneas y busca principalmente opciones donde no se presenten fallas eléctricas.
Manejo de Cargas: Evalúa las cargas prioritarias y que por seguridad eléctrica y/o social se deben energizar.
Inspección de estabilidad: Evalúa las acciones de los interruptores para minimizar los problemas de sobrevoltaje y voltajes transitorios.
Figura 2.1 Estrategia de restablecimiento [28]
2.1.3 Tácticas de restauración.
Arrancando por las metas específicas de cada empresa, de las características del apagón y sus condiciones locales, como tipo de generación, obligaciones contractuales, tipos de cargas, organización de las redes de transmisión y distribución, y amplitud y tipo de colapso, se formulan tácticas de restauración del Sistema, que en otras palabras son los planes de restablecimiento. Estos planes traen una cronología detallada de las acciones a tomar para lograr la restauración del Sistema de Potencia.
Existen dos tácticas generales para restaurar un Sistema de Potencia: una arranca con los niveles de alto voltaje para restaurar la red de arriba/abajo (Build-down) y la otra inicia con la energización de redes de áreas especificas (islas eléctricas) para luego sincronizarlas (Build-up). A continuación se procede a exponer cada una de estas tácticas con sus ventajas y problemas asociados.
RESTAURACIÓN DEL SISTEMA DE POTENCIA
MANEJO DE CARGA MANEJO DE MW MANEJO DE MWAR MANEJO DE CAMINOS INSPECCIÓN DE ESTABILIDAD
FUENTES EXTERNAS OPERACIÓN DE PLANTAS CON ARRANQUE
AUTÓNOMO OPERACIÓN DE PLANTAS SIN ARRANQUE AUTÓNOMO INSPECCIÓN DE GENERADORES DE MVAR ESTÁTICOS INSPECCIÓN
MECÁNICA INSPECCIÓN DE COMBUSTIBLE MANO DE OBRADESPACHO DE
INSPECCIÓN DE SECUENCIA DE MANIOBRAS DE INTERRUPTORES INSPECCIÓN DE VOLTAJE TRANSIENTE INSPECCIÓN DE FALLAS INSPECCIÓN DE CAPACIDAD
Energización de red por alto voltaje (Build-down): En esta táctica la primera fase y la base del proceso es la energización de la red en los más altos niveles de voltaje, continuando con la entrada secuencial de carga y generación. La mayor dificultad de esta táctica son los sobrevoltajes que se producen en la energización debido a la alta producción de reactivos de líneas livianamente cargadas, que es el caso de las líneas de transmisión de potencia con voltajes superiores a 115 kV. Esta táctica puede ser apropiada para sistemas pequeños, donde la columna vertebral del sistema de transmisión esté construida en niveles de voltaje que puedan ser controlados con la escasa capacidad de absorción de reactivos de la generación con arranque autónomo [24]; además, esta táctica podría aplicarse donde existan Sistemas vecinos que tengan la capacidad de energizar la red de transmisión desde líneas de frontera o donde existan cargas claves que puedan controlar los sobrevoltajes [25].
Energización por áreas (Build-up): Esta táctica consiste en la selección de áreas geográficas especificas dentro del Sistema de Potencia que contengan generación con arranque autónomo, las cuales van a ser restauradas individualmente para luego ser sincronizadas con áreas eléctricas adyacentes. Este método es el adecuado para sistemas grandes donde la energización de las líneas de alto voltaje necesita gran capacidad de consumo de reactivos; sumado a esto, es más apropiado y eficiente para sistemas grandes (por cuestiones de tiempo y maniobra) energizar inicialmente pequeñas áreas y luego sincronizarlas. La mayor dificultad del método es que se necesita un equipo de restablecimiento para cada área, con lo cual se requiere más personal, aspecto que incide directamente en los esfuerzos de entrenamiento de los protocolos de comunicación para que la información transmitida sea rápida, concreta y oportuna [24][25][29].
La selección de los subsistemas o islas eléctricas para que se pueda cumplir la estrategia de energización por áreas, depende de ciertas restricciones que son:
Cada subsistema debe tener capacidad de arranque autónomo suficiente para restaurar equipo crítico y en condiciones de baja carga.
Cada subsistema debe tener la capacidad de mantener su balance carga-generación para evitar grandes desviaciones de la frecuencia.
Cada subsistema debe tener un control adecuado de reactivos para mantener los perfiles de voltaje en valores adecuados.
Cada subsistema debe tener la capacidad de monitorear y controlar sus redes con el fin de garantizar su seguridad interna y coordinar maniobras.
Todos los puntos de frontera de los subsistemas deben tener la capacidad de medir la sincronización con los subsistemas adyacentes.
Se requiere que exista un excelente protocolo de comunicaciones para la maniobra de sincronización.
La forma de evaluar las tácticas de restablecimiento para escoger la más adecuada es la estimación del tiempo de restauración. Para encontrar el tiempo de restauración la literatura propone el método del camino crítico (CPM), el cual consiste en descomponer la restauración en actividades básicas y asignarles un tiempo de duración mínimo y máximo; esto sumado a métodos estadísticos, encuentra el tiempo probable de restablecimiento global [30].