El Uso de Agentes Virtuales para Implementar la Automatización de Distribución Inteligente
Douglas M. Staszesky, Socio deI IEEE
Sinopsis― La automatización de la distribución se ha aplicado desde hace mucho para mejorar la confiabilidad de los circuitos de distribución. Su aplicación típica ha sido para implementar el control supervisorio del sistema en una forma u otra. Lamentablemente, los esquemas de control tan centralizados carecen de la flexibilidad y la adaptabilidad que se necesitan para satisfacer las necesidades cada vez mayores del usuario de la energía eléctrica. Las empresas de distribución de energía eléctrica necesitan dar el siguiente paso―la Automatización de Distribución Inteligente (IDA). La IDA aprovecha los avances en la tecnología computacional y de comunicación para acercar más la inteligencia a los problemas que necesitan resolverse. Pero, para distribuir la inteligencia se necesitan estrategias nuevas de comando y control para garantizar que los diferentes dispositivos inteligentes compartan la información con efectividad y ofrezcan un resultado consistente y útil para el sistema de distribución eléctrica. Los agentes virtuales son el método ideal para implementar este control. El presente documento revisa ejemplos prácticos del uso de dichos agentes y le da al lector una idea más clara, a nivel técnico, de cómo se está llevando a cabo en el mundo real―actualmente.
Términos de Referencia―Automatización de Circuitos, Automatización de Distribución, Inteligencia Distribuida, Control Distribuido, Administración de Equipo, Confiabilidad del Sistema Eléctrico, Automatización de Distribución Inteligente
I. INTRODUCCION
Las empresas de distribución de energía eléctrica con frecuencia se enfrentan con el reto de ofrecerles el nivel adecuado de calidad en el servicio a los usuarios que tienen necesidades cada vez mayores de energía confiable y de alta calidad. En el pasado, esto significaba que se tenía que dirigir un alimentador adicional, con suficiente capacidad para satisfacer la exigencia del usuario, hacia la instalación del cliente―a un costo considerable. O, se tenía que reservar capacidad en las líneas existentes―comprometiendo una valiosa capacidad de la línea.
Luego el usuario de la energía eléctrica se enfrentaba a mayores costos por el servicio, los cuales lo pueden llevar a buscar otro lugar para su planta que satisfaga mejor los requisitos de su empresa―a veces fuera del territorio de la suministradora de energía.
Por otro lado, la empresa suministradora podría ofrecer ese mayor nivel en el servicio―pero con un impacto negativo en la administración de los equipos. El creciente uso de la microelectrónica ha causado mayor sensibilidad a las fluctuaciones de energía por parte del cliente. Pero la electrónica avanzada también les da a las empresas de distribución eléctrica la capacidad de ofrecer el nivel adecuado de servicio con un impacto mínimo para los recursos disponibles a través de la aplicación de inteligencia avanzada y distribuida para la automatización del sistema de distribución eléctrica.
La inteligencia distribuida permite un uso más efectivo de todos los alimentadores de distribución que estén cerca de un cliente no sólo para satisfacer las necesidades de los usuarios delicados―sino para mejorar en general la confiabilidad y el servicio a todo el vecindario. Al utilizar monitoreo de la carga en tiempo real como parte del algoritmo de restablecimiento, y aprovechando el acceso a varias fuentes de energía, la empresa suministradora ya puede ofrecer, de manera realista, un servicio significativamente mejorado―sin la necesidad de reservar o dirigir la capacidad adicional que se necesita para cualquiera de los clientes. Y, ya que la inteligencia distribuida no requiere inversiones importantes en los sistemas de control central, los beneficios se pueden concretizar en el momento y el lugar en que se les necesite. Sin importar que se trate de una aplicación táctica de menor escala en un área pequeña, o la implementación en todo el sistema con integración completa al sistema SCADA ya existente, la empresa de distribución de energía eléctrica puede obtener el máximo beneficio con una inversión mínima.
La sección siguiente explica la tecnología fundamental y en seguida se da un ejemplo de un caso práctico.
II. EL FUTURO ES AHORA
En el 2003, S&C Electric Company presentó el Sistema de Restablecimiento Automático IntelliTEAM II®. El IntelliTEAM II es un sistema patentado para restablecimiento automático de la energía que usa inteligencia distribuida en forma de agentes virtuales y comunicación de par a par para seccionar y aislar una sección de línea que tenga falla, y restablecerles la energía a las secciones de la línea que no tengan fallas.
El IntelliTEAM II utiliza enlaces con varios circuitos, lo que permite una amplia serie de configuraciones de circuito, para aumentar al máximo el potencial de restablecimiento. Los agentes virtuales realizan varias tareas importantes:
- Evitar sobrecargas en la línea durante el restablecimiento del circuito.
- Ejecutar convenios de carga para evitar sobrecargas en las fuentes durante el restablecimiento.
- Administrar las prioridades de restablecimiento configuradas por el usuario.
- Administrar la información que se comparte entre los dispositivos.
- Administrar las negociaciones de agente a agente.
- Administrar el proceso de regreso del sistema de distribución a la configuración normal.
III. TEORIA DE FUNCIONAMIENTO DEL INTELLITEAM II
El IntelliTEAM II rastrea, de forma dinámica, las condiciones de sistema en los sistemas de distribución aérea y subterránea, y ofrece un aislamiento de fallas y un restablecimiento del servicio totalmente automáticos.
La unidad de operación básica del IntelliTEAM II es un segmento de línea rodeado por puntos de seccionamiento inteligente. La combinación del segmento de la línea y los puntos de seccionamiento inteligente se denomina “equipo”. Cada equipo puede estar rodeado por dos y hasta ocho interruptores automatizados, cada uno de los cuales puede representar una fuente de energía distinta. Cada equipo tiene un agente virtual que administra el compartimiento de información interno entre los equipos y las tareas operacionales.
A. Proceso de Restablecimiento
Si sucede algún corte o falla en la línea, la lógica de control local determina si se debe abrir algún interruptor. Luego, el agente de cada equipo afectado usa datos en tiempo real, incluyendo los datos de voltaje y de corriente que se reunieron antes del evento en el sistema, para desarrollar una estrategia de restablecimiento de las secciones que no tengan fallas. Entonces los agentes de los equipos adyacentes trabajan con el agente de restablecimiento general para implementar las estrategias que maximicen el restablecimiento del circuito según las reglas de priorización definidas por el usuario.
También se pueden incorporar interruptores automáticos (disyuntores) y restauradores como integrantes del equipo con la adición de un módulo que se interconecta con el relevador o control electrónico que opera el disyuntor o restaurador. La Figura 1 ilustra el concepto de equipo.
El agente distribuye los datos y coordina la operación de los interruptores automatizados, de los restauradores y de los disyuntores. En caso de que haya una pérdida de comunicación, se puede inhibir el restablecimiento del servicio; pero un interruptor automatizado, restaurador, o disyuntor aún puede aislar una falla basándose en la lógica del software de detección de fallas locales y aislamiento.
Al inicio de un evento de falla o corte, cualquier integrante del equipo que detecte el evento se comunicará con todos los demás integrantes del equipo a través del agente―informándoles de la hora, el tipo de evento, identificación del reporte, etc. El agente también monitorea las condiciones de cada dispositivo ― asegurándose de que todos estén en la posición correcta de apertura o de cierre para permitir el progreso hacia el siguiente paso del restablecimiento.
Para cerrar un interruptor, los agentes de los equipos adyacentes deben negociar y otorgar el permiso basándose en las condiciones del circuito, la ubicación de la falla y en una evaluación de las condiciones de la carga. Cuando se cumplen todas las condiciones apropiadas, se puede cerrar el interruptor para restablecerle el servicio a un segmento del alimentador. Este proceso se repite, a su vez, en cada segmento. Conforme se cierran los interruptores, el sistema IntelliTEAM II actualiza la capacidad disponible de los alimentadores que se usaron para restablecer el servicio―lo que garantiza el máximo restablecimiento del servicio incluso a carga pico máxima.
Los algoritmos de control distribuido del IntelliTEAM II pueden atender varias contingencias. Si un equipo se encuentra en el estado de reconfiguración y la fuente alterna experimenta un evento nuevo, el equipo puede buscar una fuente alterna diferente, si la hay, para abastecer su segmento de la línea. Siempre que haya una fuente alterna disponible, se puede restablecer cierta cantidad del servicio.
B. Agente Intermediario
En un sistema IntelliTEAM II de gran tamaño pueden ocurrir reconfiguraciones, simultáneamente, en más de un punto. Para evitar que se sobrecargue el circuito, la lógica de restablecimiento tiene una opción adicional de utilizar convenios para garantizar que no se absorban más segmentos de la línea de los que el circuito pueda abastecer. Los convenios se administran entre varios equipos por medio de un agente intermediario especializado para asegurar bien los recursos que se necesitan para energizar el segmento de la línea.
El agente intermediario trabaja con varios equipos, desde una fuente de carga común – normalmente un interruptor de alimentador – y se cerciora de ver si la carga de la fuente de carga común ha rebasado los límites configurados previamente. Este proceso es opcional ya que puede desacelerar el restablecimiento, y normalmente no se necesita si el sistema no tiene una bifurcación significativa que pudiera producir una conmutación por restablecimiento considerable e independiente que afectaría un punto en común de la línea. El ejemplo de la Figura 1 sería el interruptor S10.
Considerando ciertas condiciones de corte y contingencia, sería posible que el sistema realizara operaciones simultáneas de restablecimiento en los dos ramales del circuito que están aguas abajo del S10. En este caso, uno puede desear activar el agente intermediario para garantizar que el S10 (y también el alimentador mismo) no se sobrecargue.
C. Agente de Retorno a la Normalidad
Después de un evento de reconfiguración, y la subsiguiente reparación y restablecimiento de la sección de la línea que tuvo la falla, los integrantes del equipo pueden regresar a su estado normal. Una vez que se inicia el Retorno a la Normalidad, los agentes comienzan el proceso de regresar a cada equipo a su configuración normal. El proceso de Regreso a la Normalidad se inicia en el equipo que esté más cerca de la fuente normal, y avanza desde ahí―utilizando un método de transición abierta o bien, uno de transición cerrada, según lo haya definido el usuario. Un agente de regreso a la normalidad supervisa el proceso.
El agente de retorno a la normalidad también se asegura de que los circuitos (si está seleccionada la operación de transición cerrada), no estén puestos en paralelo durante mucho tiempo. También trabaja para evitar los enlaces entre varias subestaciones que podrían tener como consecuencia flujos de corriente inesperados.
IV. COMUNICACIÓN
Para dar soporte a la arquitectura de control distribuido del IntelliTEAM II, es esencial una red de comunicación de par a par y área extensa. A nivel comercial, sólo existen algunos sistemas de comunicación de área extensa. Normalmente, la comunicación del sistema IntelliTEAM II la proporcionan los radios de banda ancha UtiliNet de 900 Mhz. El sistema de radio UtiliNet transporta los datos utilizando una arquitectura de malla sin conexiones. Esta arquitectura le permite a cada radio de la red actuar tanto como un repetidor de radio y como un transceptor de datos para un interruptor automatizado. La red de radio es completamente escalable y elimina la necesidad de invertir en las altas torres de radio maestras que se acostumbran en la redes de radio de un punto a varios puntos.
Las redes de fibra óptica también se han utilizado en la comunicación de par a par a alta velocidad ― normalmente en aplicaciones subterráneas en las que se instala la fibra junto con la infraestructura de cables subterráneos.
En la siguiente edición trataremos el primero de dos ejemplos, del cuál les daremos un avance, para que sigan de cerca “El Uso de Agentes Virtuales para Implementar la Automatización de Distribución Inteligent”…
“…La empresa ENMAX Power Corporation, de Calgary, Alberta, Canadá, ha emprendido un proyecto de varios años para mejorar la confiabilidad de su sistema de distribución. ENMAX prevé automatizar 80 circuitos de su sistema de distribución…”
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