CBM Project using the PI tools in the CFE Substations

Empowering Business in Real Time. © Copyright 2010, OSIsoft LLC. All rights Reserved.

CBM Project using the PI tools in the CFE SubstationsRaul López Chief of Information and Technology in TransmissionCFE - MEXICO

June 29, 2010

Regional Seminar Series

San José, Costa Rica

2 Empowering Business in Real Time. © Copyright 2010, OSIsoft LLC. All rights Reserved.

Agenda

Proyección “ SMART GRID “ Visión Mundial de la Energía Sistema Eléctrico de la CFE y Crecimiento CFE Objetivos, metas e iniciativas Estándares Visión Futura y Estrategia de Implementación

Proyecto CBM en CFE Conclusiones y Beneficios


¿ Qué es SMART GRID ?

Es la integración de una gran variedad de tecnologías, dispositivos y sistemas que proporcionan y utilizan información digital, comunicaciones y controles para optimizar la eficiencia, la entrega confiable, segura y la garantía del abastecimiento de la energía eléctrica


Proyectos de Smart Grid

Un objetivo común de los proyectos es la reducción de la demanda máxima de potencia; administración de picos agudos como resultado del consumo ineficaz de la energía; la subutilización de las instalaciones del sistema eléctrico.

Sin embargo, cada proyecto utiliza diferentes tecnologías redes inteligentes, dispositivos y sistemas.


Iniciativas de Smart Grid

EL MODELO PROPONE LAS SIGUIENTE MÉTRICAS DE VALOR, EN LAS SIGUIENTES CATEGORÍAS:

EFICIENCIA DEL SISTEMA • Pérdidas en el sistema eléctrico• Relación de la carga promedio – máxima• Duración de la congestión de carga en Líneas de transmisión > 90%

ECONÓMICO • Precios máximos y promedio, por región • Costos de congestión en la transmisión • El costo de las interrupciones y calidad de las perturbaciones eléctricas• Costo total de energía suministrada ó Transmitida


Iniciativas de Smart Grid

CONFIABILIDAD • Duración de la interrupción y la frecuencia • Frecuencia de las interrupciones momentáneas • Fuente de métricas de calidad

SEGURIDAD • Relación de la generación distribuida de la Generación total• Número de consumidores que participan en los mercados energéticos

AMBIENTAL • Relación entre la generación de energía renovable para la generación total • Las emisiones por MWh entregado

SEGURIDAD • Las lesiones y las muertes de los trabajadores y público


Descripción de Smart Grid

Descripciones de la visión de una Smart Grid incluye y compila muchas de las tecnologías que la red inteligente va a usar…

Las tecnologías entran dentro de los cinco principales áreas de tecnología, como se ilustra en la figura, CI representa las Comunicaciones Integradas, que constituyen la plataforma sobre la cual las otras cuatro áreas clave de tecnología descansan


Visión Mundial de la Energía


Inversión en el Sistema de Potencia


NTE

NOR

NES

OCC

CEN

OTE

PEN

STE

BC

CFE Proyección del Sistema de Transmisión

ELECTRICAL SUBSTATIONS & LINES

SUBSTATIONS 353

MVA´s IN OPERATION 143,151

MVA´s TOTAL 165,361

TRANSFORMERS 2,549

BREAKERS 6,604

DISCONNECTORS 14,867INSTRUMENTAL TRANSFORMERS 33,860

ARRESTERS 10,561

LINES 830

STRUCTURES 138,385

LÍNES TOTAL KM 54,322.49


CFE Crecimiento de los Activos de Transmisión

CFE Asset 2008 2009 GROWTH%

# SUBSTATIONS 353 438 24.07

MEGA VOLT - AMPERE TOTAL 166,132 192,028 15.58

TOTAL LINES IN KILOMETERS 54,322 56,094 3.26

# TRANSMISSION LINES 830 973 17.22

FIBER OPTICS IN KILOMETERS 21,411 28,794 34.48


Escenario Eléctrico


Sistemas Eléctricos de Hoy


El Dilema de la Integración

RTU

Meter RTU Recloser Breaker TransformerDiff.

RelayO.C.Relay

SOE

RTU


RelayO.C.Relay

SOE

RTU


RelayO.C.Relay

SOE

RTU


RelayO.C.Relay

SOE

RTU


RelayO.C.Relay

SOE

RTU


RelayO.C.Relay

SOE

RTU


RelayO.C.Relay

SOEMeter RTU Recloser Breaker TransformerDiff.

RelayO.C.Relay

SOE

RTU

DMS CIS EMS/SCADA OMS

GIS WOM MaintVSAToo Complex


Objetivos

• Para crear una base de infraestructura de la empresa mediante un amplio conjunto de normas para el modelo de integración impulsada por la subestación inteligentes.

• Para establecer una arquitectura orientada a servicios que pueden ser utilizados para recolectar, integrar, relacionar, analizar y visualizar datos de fuentes diferentes de datos de la subestación

• Para desarrollar técnicas para extraer los datos calculados o parámetros para la evaluación de los parámetros de rendimiento


• Rendimiento de los activos al máximo con el menor costo del ciclo de vida.

• Reducir el mantenimiento correspondiente y O & M de gastos.

• Despacho hábiles para problemas técnicos específicos.

• Manejo de respuestas a problemas para minimizar los costos.

• Maximiza la utilización de los equipos y la confiabilidad.

• Reemplazo de la estrategia de optimización de activos.

Metas


Common Information ModelCommon Information Model

N Transformations

Application wrapper

GIS

Asset/WorkManagement

DMS/SCADA

CMSPortal

Standard Service

Standard Service

Standard Service

Standard Service

Standard Service

Standard Service

Data Warehouse

Enterprise Service Bus

(ESB)

Visión del Modelo General


.

• Instalación de equipos y sistema de Mantenimiento Basado en Condiciones de Operación (CBM), aplicaciones.

• Equipo de aplicaciones centradas en CBM analizar el actual funcionamiento de los equipos individuales en función de los parámetros del equipo y los datos del sensor para tomar decisiones sobre la salud de los equipos actuales.

• Sistema de aplicaciones centradas en CBM analizar la información actual e histórica para los juegos de equipo para comparar el rendimiento real de los equipos con los objetivos corporativos.

• Los datos relativos a los equipos y aplicaciones CBM sistema es el acceso a través de una única y unificada CBM Application Server / Portal.

Proyecto de Iniciativas


CFE Enfoque - Proyección

• Pensar a nivel de empresa integrando al mismo tiempo a nivel de la subestación

• Observar al sistema desde una vista de alto nivel para permitir una mayor confiabilidad y menor costo

• No se requiere emprender un proyecto de gran envergadura que requiera de muchos años para completarse

• Necesidad de una estrategia de integración a largo plazo en toda la empresa para que un proyecto pequeño no se convierta en otra isla de automatización

• Para un plan a largo plazo, la arquitectura tiene que abordar el problema de la integración en un enfoque por etapas


IEC 61970/61968Energy Management Systems and Distribution

Management Systems

IEC 61850 for Field Automation Real Time Distributed Energy Resources (DER) and Transmission

Estándares

IEEE C37.118

/ IEC 61850 for

PMU’s


IED IED IED

Driver 1 Driver 2 Driver 3

SCADA

Tag Data Base

LegacyElectroMech.

RTU

?

Substationapplicationsunaware of

device models

Estándares Relevantes


Brand Y: Differential RelayBrand X: Instantaneous Overcurrent Relay

Relay 1

PIOC MeasurementsMMXU1.MX

SG CO A PhV

Relay 2

PDIF MeasurementsMMXU1.MX

SG CO A PhV

MMXU1.MX.PhV.phsA.cVal.mag.f

phsA

cVal

mag

f

phsA

cVal

mag

f

Clases de Datos (Data Types)


61850 Network

61850IED

61850IED

61850IED

Substation Applications aware of device models

IEC 61850 SCL


Central Generating

Station

Step-Up

Transformer

DistributionSubstation

ReceivingStation



Commercial

Industrial Commercial

Gas Turbine

RecipEngine

Cogeneration

RecipEngine

Fuel cell

Micro-turbine

Flywheel

Residential

Photovoltaics

Batteries

UML – Unified Modeling Language

IEC 61970 Modelo General de Información


Terminals

Breaker

ConductingEquip.

XFMRWinding

Substation

Transformer

VoltageLevel

Measurements

Has

SuperClass of

Has

Has

Has

Associated with

Associated with

CIM Modelo General de Información


Breaker

Equipment Container

Power System Resource (logical)

Asset(Physical)

Substation

Conducting Equipment

Location

SuperClass of

Has

Has

Associated with

Associated with

SuperClass of

Map

Document

OutageReport

Inspection Schedule

EquipmentList

WorkOrder

SuperClass of

Has

Crew

Associated with

Person

Associated with

Has

Fuente de Información del Sistema de Potencia


XFMRWinding

Substation

Transformer

VoltageLevels

Measurement

Has

SuperClass of

Has

Has

Associated with

Power System Resource (logical)

SuperClassof

Equipment Container

Conducting Equipment

SuperClass of

Relationship

Object Type

Airport

13KV

Has

PopulatedBy

PopulatedBy

Object Instance Information (CIM data)

X-123Has

Has

PopulatedBy

W-ABC

T-567

PopulatedBy

PopulatedBy

Views are typically exposed

at a service interface

Path: Airport/13kKV/X-123/W-ABC/T-567

Object type information (CIM)

Activos


AMS/WMSDMS/GIS

Enterprise Service Bus Enterprise Service Bus

CIM/ OPC UA

CIM/ OPCUA

OPC UA

EnterpriseGateway

DNP/61850 Gateway

DNPIED

DNPIED

DNPIED

Legacy Devices wrapped using IEC61850

LogicalDevice

LogicalDevice

LogicalDevice

61850 Network

61850IED

61850IED

61850IED

DNPIED

DNPIED

DNPIED

Legacy Devices

At the OPC UA interface all devices are unified using

CIM/61850 based views

From the point of view

of O&M applications, all devices

appear to be IEC61850 compliant even if the IEC61850

protocol is not always used

DNP Protocol

IEC61850 Protocol

O&M application

CIM/ OPC UA

DMS/GIS and AMS/WMS

provide data for the construction of power system

and asset oriented views


CFE Requerimientos de Tecnología y Telecomunicaciones


TransformerMonitor

BreakerMonitor

Other IED

Backhaul

Substation

Back Office

CFE WAN

CBM AnalyticsCBM Hisorian

Backoffice - CBM


Visión Futura

Y

Estrategia de Implementación

Proyecto CBM en CFE


POWERPLANTs

POWERPLANTs

. . . . . . . . . . . . . . . .

EMS

ICCP

PI

Primary Control Center

México DF EMS

ICCP

Backup

Control Center

Puebla

EMS

SCADA

PIEMS

SCADA

PIEMS

SCADA

PIEMS

SCADA

PI

SCADA PI SCADA

ICCP ICCP

SUBSTAT ION

SUBSAREAS

AREAS

NATIONAL

CONTROL

CENTER

(8)

SUBSTAT ION

SUBSTAT ION

SUBSTAT ION

(29). . . . . . . . .

. . . . . . . .

POWERPLANTs

POWERPLANTs

ICCP ICCP. . . . . . . . . . .

PIPI

WAMS Applications (1)

HA

PI

HA

PI

HA

PI PI PI SCADA PI SCADAPI PI PI

PI

HA

PI

HA

PI

HA

PMU

s

PMU

s

PMU

s

PMU

s

HA-High Availability

Multiple Broadcasting

HA HA HAHA

Applications (2)All Control Centers using PI

SubstationData

Server

Substation Network

IED IED

SubstationData

Server

Substation Network

IED IED

SubstationData

Server

. . . . . . . . .

SubstationData

Server

. . . . . . . .

SUB AREA SUB AREA SUB AREA SUB AREA

TRANSMISSION

HIGH

SPEED

BUS

HIGH

SPEED

BUS


Substation LAN

Operations LAN

SCADA

SCADAPI

Server

CBM Application

Server/Portal

CBMPI

Server

PI to PI

Substation Data Server

IEDIED IED

Modelo base CBM


LAN - Subestación

• Datos del mantenimiento relacionados con interruptores y transformadores en las subestaciones se pondrá en el servidor de datos de la Subestación

• Si los datos están disponibles a través del protocolo UCA ó por IEC61850 entonces será cargado a través del producto SISCO AX-S4 MMS

• Si los datos están disponibles a través de otro protocolo de entonces será cargado a través de una interfaz estándar de OSIsoft


Servidor de Datos de la Subestación

• Puede ser en cada subestación• Proporciona alta disponibilidad de almacenamiento

y acceso a los datos de la subestación• Es utilizado como un sistema de gestión de datos

de la subestación• Organiza y proporciona acceso a los datos de la

subestación a través de los modelos CIM - IEC61970 e IEC6185


Servidor CBM

• Proporciona una plataforma de integración y desarrollo de aplicaciones

• Organiza y facilita el acceso a los datos empresariales a través de CIM- IEC 61970 CIM, SAP y modelos IEC 61850

• También sirve como Modelo de Negocio para el modelado del EMS del sistema de potencia y los datos de SAP de gestión de activos


Central Generating

Station

Step-Up

Transformer


ReceivingStation



Commercial

Industrial Commercial

Gas Turbine

RecipEngine

Cogeneration

RecipEngine

Fuel cell

Micro-turbine

Flywheel

Residential

Photovoltaics

Batteries

UML – Unified Modeling Language

De la Red de Potencia al UML - CIM


Armonía entre IEC 61850 y CIM


Del CIM al PI AF


IEC 61850 en AF y en AF XML


Conclusiones

y

Beneficios


Ejemplos de Aplicaciones CBM

• Circuit Outage Summaries• Transformer Alarms• Transformer Loads (time in 100-105%, 105-115% and > 115% of rated MVA)• Transformer LTC (counts, max and min)• Transformer Completed Work Orders• Transformer Overloads (counts/durations since last overhaul)• Bus Voltage Performance• Transformer Tap Changer Operations• Active Work orders• Circuit Repetitive Demand Maintenance• Transformer Repetitive Demand Maintenance• Circuit Overloads (counts/durations)


Beneficios del modelo

Abrir el medio ambiente para el desarrollo de aplicaciones

Fácil de desarrollar aplicaciones personalizadas Herramientas estándar de desarrollo

Operaciones, activos, y mantenimiento Integrar los datos de operación y mantenimiento Integrar las operaciones y los modelos de activo Establecer una empresa bajo el modelo estándar UML – CIM

Aplicación basada en modelos y sistemas de integración

Fácil para una futura expansión y la integración de la empresa

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