Demanda Desconectable para el 5to Piso del Bloque 9 ...

Gómez et. al. (2015) 1

Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Universidad Pontificia Bolivariana

Gestión de la Demanda para el 5to

Piso del Bloque 9

Enfocada a la Micro Red UPB

Santiago GÓMEZ, Pablo PENAGOS, Gabriel LÓPEZ

Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Universidad Pontificia Bolivariana; Cir.1 #70-01, B11, Medellín,

Colombia.

[email protected]

Resumen: En este artículo se presentan, la descripción de la aplicación y funcionamiento de un dispositivo

gestionador de demanda comercial instalado en el 5to

piso del bloque 9, capaz de manipular cargas no esenciales. Se

presentan las mediciones de consumo eléctrico, se plantea un modelo de incentivos y cobros aplicable a la realidad

del mercado eléctrico nacional colombiano para esquemas de respuesta a la demanda (RD) y se muestran los

estándares de comunicación utilizados por él. Copyright © 2015 UPB

Palabras claves: Gestionador de demanda, potencia eléctrica, respuesta a la demanda y mercado eléctrico.

Abstract: In this paper are presented the description of the application and performance of a demand side

management device installed in the 5th

floor of UPB’s block 9 that is capable of manipulate non-essential loads.

Also, are shown the electrical consumption measurement, it is propose an incentive and payments model applicable

to the actuality of the Colombian electricity market for demand response (DR) schemes and are described the

communication standards used by the device.

Key words: Demand side management system, electric power, demand response and electricity market

s2015-04-16, r2015-05-20, a2015-05-21



1. INTRODUCCIÓN

La respuesta de la demanda es una forma de integrar al

consumidor con el sistema de potencia, por medio de métodos y

estrategias para reducir el consumo de energía eléctrica en puntos

críticos de operación de la red. Uno de los métodos para modificar

el comportamiento del usuario final con respecto al consumo de

energía es la gestión de demanda, la cual consiste en aprovechar

la desconexión de cargas no esenciales de forma estratégica, con

el fin subsanar problemas en el sistema de potencia y gestionar

generación distribuida (Indian Power Market, 2013).

Existen dos metodologías principales para realizar acciones RD,

una por manipulación indirecta, la cual consiste en modificar los

precios de la energía, con el fin de provocar cambios en el

comportamiento de los consumidores y suavizar la curva de

demanda. Y la otra, por manipulación directa de las cargas del

consumidor, demanda, pudiendo estas cargas actuar como una

energía extra disponible para casos de operación del sistema en

condición de emergencia.

Ahora, los esquemas de manipulación directas de demanda,

generan en el sistema eléctrico de potencia cambios significativos

en su operatividad debido a la modificación de variables

eléctricas, estas modificaciones pueden estar encaminadas a

recuperar el sistema por medio de la utilización de esquemas RD,

cuando este está en estado de saturación o inestabilidad. La

reducción de demanda se ve reflejada directamente en el mercado

eléctrico y a medida que el consumo de energía eléctrica pueda

disminuir, su costo también podrá ser ajustable.

En virtud de lo anterior, se inicia la implementación de un

proyecto piloto en Medellín que presente los beneficios de un

gestionador de demanda a las empresas involucradas en la

prestación de los servicios de energía eléctrica en Colombia,

abriendo la posibilidad a que dichas empresas inviertan e

impulsen de forma vehemente el consumo consciente y eficiente

de los recursos energéticos para el bien general de la sociedad.

Es por esto que es creado en el bloque 9 un laboratorio escalable

para las pruebas de un dispositivo de gestión de demanda

comercial, dicho dispositivo donado por la empresa Innovari es

llamado el agente de energía (EA por sus siglas en ingles), siendo

capaz de conectar y desconectar cargas no esenciales además de

reducir el funcionamiento de los aires acondicionados para lograr

un cambio en la curva de demanda en momentos de congestión de

la red eléctrica. El dispositivo fue instalado en el quinto piso del

bloque 9, como programa piloto para la evaluación de la

viabilidad de tecnologías enfocadas a la RD. A continuación se

presenta una descripción del funcionamiento del dispositivo por

medio en la sección 2, seguido del análisis de la actuación del

dispositivo EA mediante simulaciones de una red ejemplo y un

modelo de desconexión sobre la curva de demanda en la

sección 3, además se propone una forma de incentivos y cobros

para la retribución económica de las estrategias RD en Colombia

en la sección 4 y por último se describen los componentes de

comunicaciones presentes en el dispositivo EA en la sección 5.



2. FUNCIONAMIENTO Y REGISTRO DE DATOS

2.1. Descripción del funcionamiento

El dispositivo EA es un sistema de respuesta a la demanda que

utiliza el control directo de carga para instalaciones industriales,

tiene la capacidad de realizar manipulación continua y discreta de

la demanda para diferentes procesos, posee la funcionalidad de

realizar gestión de generación distribuida para atender la carga

desconectada y como valor agregado puede ser utilizado como un

equipo para la automatización de edificios. Físicamente, el EA

consta de 2 tableros descritos a continuación:

Un tablero de relés auxiliares normalmente cerrados usados para

la conexión y desconexión de cargas el cual es instalado al inicio

de la instalación justo después de los interruptores de las cargas

en el tablero de distribución. Los relés auxiliares son normalmente

cerrados con el objetivo de ser transparente para la instalación en

caso de falla del dispositivo, evitando así la interrupción del

suministro de energía eléctrica por desconexión del EA.

Y un tablero de control central en el cual se encuentra la unidad

de procesamiento principal con sus periféricos de

comunicaciones, memoria y alimentación. Para la alimentación,

este tablero cuenta con un circuito de poder que permite mantener

su funcionamiento durante aproximadamente un minuto en caso

de desconexión, esto en busca de realizar una última orden

recibida y reportar su estado al centro de control remoto. Para las

comunicaciones posee diferentes módulos que le permiten

controlar el tablero de relés auxiliares, controlar dispositivos

externos y conectarse a la red para diversos propósitos.

Para la toma de medidas con el equipo en funcionamiento se hizo

uso de la programación de un horario semanal teniendo en cuenta

la ocupación diaria de la instalación para no interferir con las

clases y el transcurso normal de la jornada estudiantil. En la

Figura 1 se observa la programación en su aplicativo web.

Figura 1. Horario definido para la actuación del EA,

elaboración propia

2.2. Registro de datos

Con el objetivo de evaluar y analizar el comportamiento de la

demanda de potencia eléctrica en la instalación, piso 5 bloque 9

UPB, se instaló un analizador de red en el ramal de iluminación



del piso 5 y se realizó la toma de datos en dos semanas ,en la

primera semana desactivó el equipo EA para adquirir los datos de

la instalación en funcionamiento normal, EA sin actuación, y en la

segunda semana se procedió a la activación del EA con el

esquema horario presentado en la Figura 1, las gráficas de dichos

resultados se muestran a continuación.

Medidas de potencia sin actuación del EA. En la Figura 2 se

observa la demanda de la iluminación del 5to

piso bloque 9

durante el periodo definido, sin operación del dispositivo EA.

Figura 2. Demanda iluminación 5to

piso sin actuación

EA, elaboración propia

En la gráfica anterior se observan valores máximos de hasta

6,95 kW y valores mínimos de hasta 50 W.

Medidas de potencia con actuación del EA. En la Figura 3 se

observa la demanda de la iluminación del 5to

piso bloque 9

durante el periodo definido., con actuación del dispositivo EA.

Figura 3. Demanda iluminación 5to piso con actuación

EA, elaboración propia

En esta figura se observan valores máximos de hasta 6,03 kW y

valores mínimos de hasta 50 W.

2.2.1. Cálculos de eficiencia

Se obtiene un valor promedio de reducción final, el cual

determina el ahorro del consumo energético para una semana de

funcionamiento del dispositivo. En la Figura 4 se presenta la

diferencia de consumos de potencia eléctrica para la iluminación

del 5to

piso, con respecto a la actuación del sistema de RD EA.



Figura 4. Diferencia del consumo de potencia

iluminación 5to piso, elaboración propia

El promedio total de reducción de consumo para la iluminación

del 5to

piso, comparando las 2 semanas de medición, es de

alrededor de 404 W.

3. MODELO DEL SISTEMA

3.1. Modelamiento y simulación

Con los datos del modelo IEEE 39 barras (Athay, Podmore, &

Virmani, 1979; Pai, 1989), se realizó la afinación de la red en el

programa DigSILENT Power Factory (DIgSILENT GmbH,

2011) para incluir fuentes de generación no convencionales de

energía renovable. En la Figura 5 se observa la red IEEE 39 barras

modelada.

Figura 5. Red IEEE 39 barras con generación

distribuida, elaboración propia

Para las simulaciones de estado estacionario se realizaron

esquemas de desconexión de carga, para los casos en donde existe

o no generación en la barras 15, casos en donde la carga se

desconecta del sistema pero es atendida por los generadores

eólicos o casos en donde las cargas desconectadas son atendidas

por el banco de baterías. También, se simulan contingencias de

línea, las más severas para el sistema en cercanías de la barra 15,

y para cada contingencia se analizan los casos en donde existe



desconexión de cargas siendo estas alimentadas por los

generadores eólicos.

En cuanto a la curva de demanda, con las mediciones realizadas

en la iluminación del piso 5 del bloque 9, se utilizó el programa

Simulink de MatLab (MathWorks, 2012) con el objetivo de

simular la actuación del EA sobre esta curva. Los modelos de

desconexión son basados en la capacidad nominal de los ramales

de iluminación del 5to

piso y esquemas basados en diferentes

niveles de impacto. En la Figura 6, se presenta la curva de

demanda utilizada para las simulaciones del EA.

Figura 6. Curva demanda de iluminación para un día,

elaboración propia

3.2. Análisis de resultados simulación

A continuación, en la Figura 7 a la Figura 9 se presentan los

resultados de las simulaciones para estado estacionario.

Para los análisis de flujo de cargas en operación normal, se puede

concluir:

En el caso de actuación del esquema RD y la generación eólica

atendiendo las cargas desconectadas, no se presentan violaciones

en los rangos de operación permitidos en ninguno los equipos de

la red, permitiendo el aislamiento de la carga con respecto al

sistema de potencia y la atención de dicha carga por generación

distribuida.

Figura 7. FC caso con RD y atención eólica de carga,

elaboración propia

Para los análisis de flujo de cargas en contingencia N-1, se puede

concluir:

PowerFactory 14.1.3

Micro Red Universidad Pontificia Bolivariana

Demanda Desconectable 5to Piso Bloque 9 UPB Red IEEE 39 barras generación no convencional

Esquemas de desconexión de carga

Project:

Graphic: IEEE 39 Barras

Date: 3/8/2015

Annex:

382

2,5

81

,03

1,9

0

29

34

8,3

61

,01

-5,2

1

24348 ,351 ,01-5 ,22

16348 ,341 ,01-5 ,22

15348 ,341 ,01-5 ,22

21348 ,351 ,01-5 ,22

3623,401 ,062 ,88

23348 ,361 ,01-5 ,21

3523,081 ,05-0 ,32

22348 ,361 ,01-5 ,21

3321,941 ,00-0 ,06

3422,271 ,01-0 ,10

20348 ,321 ,01-5 ,21

19348 ,331 ,01-5 ,21

14348 ,341 ,01-5 ,22

10348 ,341 ,01-5 ,22

12348 ,331 ,01-5 ,22

13348 ,341 ,01-5 ,2211

348 ,341 ,01-5 ,22

273

48

,35

1,0

1-5

,22

17348 ,351 ,01-5 ,22

26348 ,361 ,01-5 ,22 28

348 ,361 ,01-5 ,21

BL9

345 ,001 ,000 ,00

3221,630 ,982 ,31

1348 ,421 ,01-5 ,22 3

348 ,361 ,01-5 ,22

8348 ,351 ,01-5 ,22

7348 ,341 ,01-5 ,22

6348 ,341 ,01-5 ,22

3121,600 ,980 ,00

3722,611 ,031 ,68

25348 ,381 ,01-5 ,22

2348 ,381 ,01-5 ,22

3023,051 ,05-2 ,77

Parque Solar22,231 ,01-4 ,41

9348 ,411 ,01-5 ,22

18348 ,351 ,01-5 ,22

5348 ,341 ,01-5 ,22

39348 ,451 ,01-5 ,22

4348 ,341 ,01-5 ,22

LT 26-29

19

2,4

7-1

6,2

73

8,4

3

-192 ,4716,1738,43

G ~ G9

83

0,0

01

19

,14

96

,94

TRF 29-38

-82

4,6

7-1

5,2

29

4,4

3

83

0,0

01

19

,14

94

,43

0

Carga Barra 29

28

3,5

02

6,9

0

LT 28-29

-348 ,70-4 ,6171,44

34

8,7

04

,59

71

,44

LT 16-24

-42,97-170 ,4648,56

42,97170 ,4548,56

LT 16-17

220 ,66-188 ,5437,41

-220 ,65188 ,5337,41

LT

15-

16

-331 ,42-127 ,1698,06

331 ,42127 ,1598,06

Carga Barra 16

329 ,0032,30

LT 16-21

331 ,2484,6287,99

-331 ,24-84,6487,99

Carga Barra 21

274 ,00115 ,00

LT 21-22

-605 ,24-199 ,6296,82

605 ,24199 ,6496,82

Carga Barra 24

308 ,60-92,00

LT 23-24

-351 ,57-78,4599,50

351 ,5778,4599,50

G~G7

560 ,00239 ,2687,00

TR

F 2

3-3

6

-558 ,36-150 ,0998,73

560 ,00239 ,2698,73

0

Carga Barra 23

247 ,5084,60

LT 22-23

40,7112,9311,80

-40,71-12,9511,80

G~G6

650 ,00277 ,3088,33

TR

F 2

2-3

5

-645 ,95-212 ,5798,03

650 ,00277 ,3098,03

0

Carga Barra 20

628 ,00103 ,00

G~G5

508 ,0012,2884,69

TR

F 2

0-3

4

-505 ,7433,0098,81

508 ,0012,2898,81

0

G~G4

632 ,00-89,9897,61

TFR

19

-33

-629 ,13148 ,1798,49

632 ,00-89,9898,49

0LT

19-

20

122 ,26136 ,0033,68

-122 ,26-136 ,0033,68

LT

16-

19

-506 ,86284 ,1973,41

506 ,87-284 ,1773,41

LT 14-15

-11,4210,7113,00

11,42-10,7613,00

LT 13-14

236 ,54-93,3570,25

-236 ,5493,3470,25

Biodigestor

45,0033,7556,25

LT 10-13

248 ,11-52,4970,06

-248 ,1152,4970,06

Carga Barra 12

7 ,5088,00

LT 12-13

11,5740,8714,08

-11,57-40,8614,08

LT

11-

12

-4 ,0747,1415,68

4 ,07-47,1415,68

LT 4-14

-292 ,9670,2999,87

292 ,96-70,3099,87

LT 17-18

-216 ,96133 ,6570,39

216 ,96-133 ,6670,39

LT 26-27

277 ,30130 ,3137,01

-27

7,3

0-1

30

,33

37

,01

LT 17-27

3 ,70-54,867 ,67

-3,7

05

4,8

37

,67

Carga Barra 27

28

1,0

07

5,5

0

Carga Barra 26

139 ,0017,00

LT 26-28-142 ,7022,9139,93

142 ,70-22,9939,93

Carga Barra 28

206 ,0027,60

G~

Gen Viento 2

70,00-19,7218,18

Cmp BL9

-0 ,00-15,09

5

BESS

0 ,000 ,000 ,00

Seccionador BL9

BL9_12

10,000 ,00

BL9_11

10,000 ,00

BL9_10

10,000 ,00

BL9_9

10,000 ,00

BL9_8

10,000 ,00

BL9_7

10,000 ,00

BL9_6

10,000 ,00

BL9_5

10,000 ,00

BL9_4

10,000 ,00

BL9_3

10,000 ,00

BL9_2

10,000 ,00

BL9_1

20,000 ,00

Gen Viento

60,0019,72100 ,00

Carga Barra 15_BL9

320 ,00153 ,00

Carga Barra 3

322 ,002 ,40

Carga Barra 18

158 ,0030,00

G~G3

650 ,00-87,8890,47

TR

F 1

0-3

2

-650 ,00176 ,9092,03

650 ,00-87,8892,03

0

G~

G1

1000,001227,4093,13

LT

7-8

151 ,61-226 ,5250,20

-151 ,61226 ,5150,20

LT

3-1

8

-58,96163 ,6357,66

58,96-163 ,6557,66

LT

3-4

116 ,36236 ,4566,48

-116 ,36-236 ,4766,48

LT

2-3

379 ,41402 ,4992,97

-379 ,41-402 ,4892,97

Carga Barra 8

522 ,00176 ,00

LT

8-9

-79,67-577 ,6086,05

79,67577 ,6686,05

LT

5-8

290 ,72-175 ,1062,50

-290 ,72175 ,1062,50

Carga Barra 7

233 ,8084,00

LT

6-7

-385 ,41142 ,5275,67

385 ,41-142 ,5275,67

LT

10-

11

-401 ,89124 ,4189,63

401 ,89-124 ,4189,63

LT

6-1

1

-405 ,95171 ,5489,19

405 ,96-171 ,5489,19

TR

F 6

-31

-360 ,86128 ,2755,95

360 ,86-92,3055,95

0

LT

5-6

-381 ,41157 ,2956,98

381 ,41-157 ,2956,98

G~G2

360 ,86-92,3054,94

LT

4-5

-90,68-17,8225,53

90,6817,8125,53

LT 25-26

81,14186 ,3356,15

-81,14-186 ,3856,15

Carga Barra 25

224 ,0047,20

LT

2-2

5

-233 ,15201 ,3572,01

233 ,15-201 ,3672,01

G~

G8

540 ,0098,2997,32

TR

F 2

5-3

7

540 ,0098,2994,69

-538 ,29-32,1794,69

0

TR

F 2

-30

250 ,00223 ,6230,79

-250 ,00-205 ,0630,79

0

LT

1-2

-103 ,73398 ,7574,55

103 ,74-398 ,7774,55

G~

G10

250 ,00223 ,6232,25

Static Ge..

80,000 ,0080,00

TR

F P

arq

ue S

ola

r -

9

-79,941 ,1315,58

80,000 ,0015,58

0

LT

9-3

9

0 ,27-578 ,7985,41

-0 ,27578 ,7185,41

Carga Barra 4

500 ,00184 ,00

Carga Barra 39

1104,00250 ,00

LT

1-3

9

-103 ,73398 ,6968,27

103 ,73-398 ,7568,27

DIg

SIL

EN

T



En el caso 1, contingencia en la línea B15-B16, sin actuación del

EA, se presentan sobre cargas en las líneas de transmisión hacia la

barra 14-4 y 15-16, por redistribución del flujo de potencia.

Figura 8. Contingencia línea B15-B14, sin RD,

elaboración propia

En el caso 2, contingencia en la línea B15-B14, actuación de los

esquemas RD y la carga de las barra 15 al 100% de su capacidad

instalada, no necesaria la manipulación de esta carga, se observa

una reducción total en los problemas generados por dicha

contingencia, evidenciando las ventajas que estos esquemas traen

a los sistemas de potencia en momentos de emergencia.

Figura 9. Contingencia línea B15-B14, con RD,

elaboración propia

En la Figura 10 y Figura 11 se muestra los resultados en estado

transitorio.

Para los análisis de estabilidad transitoria, se puede concluir:

La desconexión súbita de carga genera un aumento en la

frecuencia de las máquinas de unos 0,18 Hz, aumento que persiste

hasta el estado estacionario.

Las tensiones de las barras cercanas a la desconexión sufre un

aumento que alcanza un pico de 1.01 p.u.

PowerFactory 14.1.3




Project:


Date: 3/8/2015

Annex:

38

22

,58

1,0

30

,01

29

34

8,3

61

,01

-7,1

0

24348 ,341 ,01-7 ,11

16348 ,341 ,01-7 ,11

15348 ,341 ,01-7 ,11

21348 ,341 ,01-7 ,11

3623,401 ,060 ,98

23348 ,351 ,01-7 ,10

3523,081 ,05-2 ,22

22348 ,351 ,01-7 ,10

3321,941 ,00-1 ,96

3422,271 ,01-1 ,99

20348 ,321 ,01-7 ,11

19348 ,331 ,01-7 ,11

14348 ,341 ,01-7 ,11

10348 ,341 ,01-7 ,11

12348 ,331 ,01-7 ,11

13348 ,341 ,01-7 ,1111

348 ,341 ,01-7 ,11

27

34

8,3

51

,01

-7,1

1

17348 ,351 ,01-7 ,11

26348 ,351 ,01-7 ,11 28

348 ,351 ,01-7 ,11

BL9

348 ,341 ,01-7 ,11

3221,630 ,980 ,42

1348 ,421 ,01-7 ,11 3

348 ,361 ,01-7 ,11

8348 ,351 ,01-7 ,11

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LT 26-29

19

2,4

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6,2

53

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3

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G ~ G9

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01

19

,19

96

,94

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5,2

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4,4

4

83

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01

19

,19

94

,44

0

Carga Barra 29

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02

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0

LT 28-29

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,61

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,44

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LT 16-17

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Carga Barra 21

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LT 21-22

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Carga Barra 24

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F 2

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TR

F 2

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,71

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Carga Barra 28

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G~

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5

BESS

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BL9_3

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BL9_1

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Gen Viento

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G~

G1

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G~

G8

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F 2

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TR

F 2

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G~

G10

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Static Ge..

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TR

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LT 1

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80,39-405 ,4568,49

DIg

SIL

EN

T

PowerFactory 14.1.3




Project:


Date: 3/8/2015

Annex:

38

22

,58

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31

,90

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34

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,01

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BL9

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LT 26-29

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G ~ G9

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01

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,15

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,94

TRF 29-38

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3

83

0,0

01

19

,15

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,43

0

Carga Barra 29

28

3,5

02

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0

LT 28-29

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,60

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LT 16-17

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LT 1

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Carga Barra 16

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Carga Barra 21

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LT 21-22

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Carga Barra 24

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F 2

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TR

F 2

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Carga Barra 20

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G~G5

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TR

F 2

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G~G4

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TFR

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LT 1

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LT 26-27

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,79

36

,89

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25

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,04

Carga Barra 27

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Carga Barra 26

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Carga Barra 28

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G~

Gen Viento 2

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Cmp BL9

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5

BESS

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Seccionador BL9

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BL9_11

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BL9_10

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BL9_9

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BL9_8

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BL9_7

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BL9_6

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BL9_5

10,000 ,00

BL9_4

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BL9_3

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BL9_2

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BL9_1

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Gen Viento

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Carga Barra 3

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G~

G1

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-289 ,98174 ,3862,31

Carga Barra 7

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1

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399 ,06-121 ,6588,88

LT 6

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TR

F 6

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-6

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G8

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F 2

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TR

F 2

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LT 1

-2

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G~

G10

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Static Ge..

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TR

F P

arq

ue

So

lar

- 9

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0

LT 9

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Carga Barra 39

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LT 1

-39

-105 ,49400 ,3568,61

105 ,49-400 ,4068,61

DIg

SIL

EN

T



Figura 10. Generadores durante desconexión,

elaboración propia

Figura 11. Tensiones barras durante desconexión,

elaboración propia

Para la simulación del EA, se definen esquemas de desconexión

con diferentes niveles de impacto a la instalación con el objetivo

de obtener una reducción de un orden mayor. En la Tabla 1 se

observa la propuesta de impactos a analizar.

Tabla 1. Propuesta niveles de impacto EA, elaboración

propia

Escenarios de impacto Cargas desconectables

Consecuencia Baja

Circulación 1

Aulas 515-516

Aulas 519-520

Consecuencia Media

Circulación 1

Aulas 515-516

Aulas 519-520

Sala Estudio Norte

Sala Estudio Sur

Consecuencia Alta

Circulación 1

Circulación 2

Aulas 515-516

Aulas 519-520

Sala Estudio Norte

Sala Estudio Sur

Emergencia red Todos los ramales

En la Figura 12, Figura 13 y Figura 14 se presentan las curvas de

demanda de iluminación del 5to

piso, para los niveles de

desconexión bajo, medio y alto propuestos, respectivamente.

99,99279,97359,95539,93719,918-0,1000 [s]

0,20

0,15

0,10

0,05

0,00

-0,05

Gen Viento 2: Desviación de velocidad [Hz]

Biodigestor: Desviación de velocidad [Hz]

Gen Viento: Desviación de velocidad [Hz]

99,99279,97359,95539,93719,918-0,1000 [s]

-3,00

-5,00

-7,00

-9,00

-11,00

-13,00

Gen Viento 2: Desviación ángulo rotor [°]

Biodigestor: Desviación ángulo rotor [°]

Gen Viento: Desviación ángulo rotor [°]

Micro Red Universidad Pontif icia Bolivariana ES_RD_Generadores

Demanda desconectable 5to piso bloque 9 Desconexión total cargas barra 15 Red IEEE 39 barras

Date: 2/25/2015

Annex: ES_RD_Gen /1

DIg

SIL

EN

T

99,99279,97359,95539,93719,918-0,1000 [s]

1,0114

1,0110

1,0106

1,0102

1,0098

1,0094

14: Magnitud de voltaje [p.u.]



Micro Red Universidad Pontif icia Bolivariana ES_RD_Barras

Demanda desconectable 5to piso bloque 9 Desconexión total cargas barra 15 Red IEEE 39 barras

Date: 2/25/2015

Annex: ES_RD_Gen /2

DIg

SIL

EN

T



Figura 12. Acción del EA para consecuencia baja

impacto propuesto, elaboración propia

Figura 13. Acción del EA para consecuencia media


Figura 14. Acción del EA para consecuencia alta


La potencia disponible para la desconexión, teniendo como base

la capacidad instalada de los ramales de iluminación y usando los

niveles de consecuencias propuestos para la actuación del EA, son

aproximadamente 2 kW, 3 kW y 4 kW, para consecuencia baja,

media y alta respectivamente.

4. PROPUESTA MODELO INCENTIVOS Y COBROS

Partiendo de los programas presentados en (Charles River

Associates, 2005; US Department of Energy, 2006), se realiza una

propuesta para remunerar las contribuciones RD.

Resumiendo lo anterior, el cliente del servicio de energía

participante en el programa de RD autoriza la manipulación de su

Gómez et. al. (2015) 10


carga 24 horas antes del suceso y dependiendo del tipo de contrato

acordado se establecen sus penalidades y descuentos. En dichos

acuerdos se establece la potencia disponible para los episodios de

RD y se plantean las siguientes opciones de facturación:

1. Descuentos solo en los momentos en que haya acción RD por

parte del usuario, y únicamente se cobran penalidades cuando este

con 24 horas de anticipación autorice el evento y lo impida en el

momento de ejecución.

2. Descuentos permanentes en su facturación debido a la

disponibilidad, pero se cobran penalidades cuando no autorice la

desconexión o reducción sin importar que la negativa sea 24 horas

antes del evento

5. COMUNICACIONES

El dispositivo EA cuenta en su estructura interna con dos tarjetas

RouterBoard RB450 y RB411UAHR para la interconexión y

comunicación con otros periféricos y los servidores de la empresa

Innovari. Dichas tarjetas poseen diferentes estándares de

comunicación mencionados a continuación:

La tarjeta RB450 posee cinco puertos Fast Ethernet

10/100 Mbit/s con auto-MDI/X, un puerto serial DB9 RS232C

asincrónico.

La tarjeta RB4UAHR posee un puerto miniPCI regular, un puerto

miniPCIe con conexión a un módem 3G celular el cual funciona

en conjunto con un puerto para tarjeta SIM, también posee un

puerto de conexión Ethernet, un puerto serial DB9 RS232C

asincrónico, conexión USB 2.0 y un módulo inalámbrico AR2417

con estándar 802.11b/g para comunicación Wifi.

El EA tiene la capacidad de comunicarse con otros dispositivos y

redes utilizando todos los protocolos basados en las tecnologías

presentes en sus tarjetas de comunicación; soporta todos los

protocolos basados en Ethernet, modelos de capas TCP/IP,

comunicación serial RS-232, USB, Modbus, BACnet, etc.

6. CONCLUSIONES

Para los esquemas RD que inician en el mercado colombiano, es

primordial la estandarización de los incentivos o cobros

utilizados, puesto que así se evitan abusos económicos y se

promueve de una forma centralizada la implementación de

mencionadas metodologías.

Los esquemas RD promueven mejoras al sistema eléctrico

nacional, previniendo posibles inestabilidades por falla,

contingencia o saturación, con una mínima inversión estructural.

Los niveles de consecuencias definidos para el EA, deben ser

acumulativos, dejando siempre para el máximo impacto las cargas

menos prescindibles.

Los efectos evidenciados por la actuación del dispositivo EA,

serán incrementados al introducir en un futuro la gestión de los

sistemas de aires acondicionados, al ser estos las mayores cargas

eléctricas que soporta una instalación convencional. Además,

Gómez et. al. (2015) 11


dichos efectos serán repotenciados con la inclusión de fuentes de

generación distribuida que atiendan las cargas manipuladas

durante los eventos de RD.

A futuro el dispositivo puede ser aprovechado al máximo

mediante la implementación de sistemas de medición inteligente a

través de sensórica que permita verificar variables eléctricas, de

despacho, demanda y condición física de las intalaciones, con el

objetivo de ser monitoreado y controlado desde el centro de

control de la Micro Red UPB.

La reducción de energía reflejada en la utilización del dispositivo

EA fue pequeña, debido a que solo se cuenta con la manipulación

de la iluminación de un piso del edificio y esta carga es la menos

representativa dentro de una instalación eléctrica, pero se debe

tener en cuenta que el objetivo de este dispositivo en la UPB es el

de crear un laboratorio escalable que permita a futuro la

integración de la demanda en la Micro Red UPB.

La modelación de un sistema de potencia ejemplo en el programa

DigSilent, permite analizar el efecto de esquemas de desconexión

de demanda sobre las redes externas a la instalación intervenida y

a los equipos más sensibles de la zona, permitiendo anticipar

posible problemas o mejoras introducidas por estas tecnologías. A

través de las simulaciones realizadas se encuentra que una

desconexión súbita de grandes cantidades de carga puede llegar a

afectar las tensiones en nodos cercanos a la instalación del usuario

final, afectando así los estándares de calidad de la potencia. Con

este mismo lineamiento, es necesario tener presenten las cargas a

desconectar, pues estas pueden ocasionar un desbalance de

circuitos en la instalación, afectando también dichos estándares de

calidad.

El modelo de la actuación del dispositivo EA en Simulink, permite

observar los efectos de la reducción de demanda en la instalación

para encontrar los elementos desconectables más estratégicos a

usar en el dispositivo físico, esto sin tener que actuar sobre la

instalación eléctrica real y así evitar interrupciones indebidas de

los procesos asociados a las cargas eléctricas.

Se confirma que el dispositivo EA utiliza los estándares de

comunicaciones más usados a nivel mundial para sistemas que

intervienen en eventos de gestión de demanda, facilitando su

integración con Micro Redes inteligentes y sistemas paralelos de

control y automatización de edificios.

El dispositivo EA presenta la posibilidad de actualizar los

protocolos y tecnologías de comunicación utilizadas para

adaptarse a los requerimientos de infraestructuras de medición

inteligente, control y supervisión.

Además, el dispositivo EA cuenta con el uso de protocolos de

comunicación reconocidos internacionalmente por los distintos

fabricantes de dispositivos electrónicos.

El dispositivo EA presenta la capacidad de realizar funciones

iguales que un sistema de domótica e inmótica para el ahorro de

energía. Es de anotar, que el desarrollo del dispositivo EA fue

pensado con un enfoque hacia la gestión de las redes eléctricas de

Gómez et. al. (2015) 12


grandes ciudades, y no en el ahorro de los usuarios finales por lo

que su integración con sistemas automatizadores es un valor

agregado y no su principal función.

REFERENCIAS

Athay, T., Podmore, R., & Virmani, S. (1979). A Practical Method for the Direct

Analysis of Transient Stability. IEEE Transactions on Power Apparatus and

Systems, PAS-98(2), 573–584. http://doi.org/10.1109/TPAS.1979.319407

Charles River Associates. (2005). Primer on Demand-Side Management. Prepared

for The World Bank. Oakland, CA. DIgSILENT GmbH. (2011). DIgSilent PowerFactory. Gomaringen, Germany:

DIgSILENT GmbH. Retrieved from http://www.digsilent.de/

Indian Power Market. (2013). Demand response in Indian Power Market. Retrieved from http://www.indianpowermarket.com/2013/07/demand-

response-in-indian-power-market.html MathWorks. (2012). MatLab. Natick, Massachusetts, U.S.A: MathWorks.

Retrieved from http://www.mathworks.com/products/matlab/

Pai, M. A. (1989). Energy Function Analysis for Power System Stability. Boston/Dordrcht/London: Kluwer Academic Publishers. Retrieved from

http://books.google.com.co/books?id=iCQHpN0oNDoC&printsec=frontcover

&hl=es&source=gbs_ge_summary_r&cad=0#v=onepage&q&f=false US Department of Energy. (2006). Benefits of Demand Response in Electricity

Markets and Recommendations for Achieving Them - A Report to the United

States Congress Pursant to Section 1252 of the Energy Policy Act of 2005. Washington D.C.

AUTORES

Santiago GÓMEZ RESTREPO, Medellín,

Colombia; Egresado próximo a graduarse del

programa Ingeniería Electrónica y Eléctrica en la

Universidad Pontificia Bolivariana, Bachiller

egresado del colegio Universidad pontificia

bolivariana (2007), Estudiante nivel X de inglés

(UPB), 2009), Estudiante de nivel V Portugués (UPB, 2014), Auxiliar de

ingeniería en el área de estudios eléctricos para la compañía HMV

Ingenieros Ltda. (2015).

Pablo PENAGOS OCAMPO, Medellín, Colombia;

Egresado próximo a graduarse del programa

Ingeniería Electrónica y Eléctrica en la Universidad

Pontificia Bolivariana, Bachiller egresado del

colegio Instituto San Carlos de la Salle (2007),

Estudiante de conversación de inglés (UPB, 2008),

Estudiante de nivel Oberstufe de Alemán (UPB,

2011), Estudiante de nivel Premier Élémentaire de Francés (UPB, 2012),

Estudiante de nivel V Portugués (UPB, 2014), Auxiliar de ingeniería en

el área de estudios eléctricos para la compañía HMV Ingenieros Ltda.

(2015).

Gabriel LÓPEZ JIMÉNEZ, Medellín,

Colombia; Ingeniero Electricista, MSc.y PhD. de

la Universidad Pontificia Bolivariana, donde es

profesor titular de tiempo completo e investigador

en la Facultad de IEE. Laboró en la empresa

Unión Eléctrica. Realizó estancia investigativa en

XM S.A. E.S.P. Investigador invitado en la Univ. Kempten. (2015).

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