LA EVOLUCIÓN DE LAS UNIDADES DE MEDICIÓN FASORIAL By Virgilio Centeno, Virginia Tech Octubre 9, 2015 Tegucigalpa, Honduras

E d ¿Que es un Phasor Measurement Unit (PMU)? Un PMU es un equipo de medición que utiliza señales de tiempo de alta precisión (< 1 µSegundo) como referencia para medir diferencias angulares de Voltajes y Corrientes en una red eléctrica. E 1 d 2 -

1988: Primera Implementación Practica Reloj GPS $20k Microcontrolador Canales de entrada Computadora Local 4800 Baud Modems

1990: Primeros Equipos Comerciales Los algoritmos eran similares Innovaciones en el “hardware” - - Reloj GPS interno - 30 canals de entrada con un A/D por canal Innovación más destacada: Separación del micro- controlador de la función de sincronización Macrodyne 1690

1992: Primera Prueba de Medición de Area Amplia TVA Duke Power Vogtle Hatch Thalmann Alabama Power Duval Generacion Martin Sub-estacion

1993 Protección de respaldo para perdida de sincronismo Georgia Florida Perdida de Sincronismo Modems a 9600 Baud conectados a una línea telefónica Principal Limitante: Comunicación Alto costo Retraso

Plan de Validación de Modelos con PMUs (Mexico 1994) Fácil Implementación 2 PMUs Habilidad de instalar PMUs en sub-estaciones claves Generación de Datos Esperar a que un evento ocurra Operaciones de interrupción en líneas de alto voltaje Análisis de Datos Determinar condiciones iniciales Calcular flujos relacionados Asegurarse que flujos son similares Evaluación exhaustiva de las oscilaciones Creación de biblioteca de errores

IEEE standard 1344-1995 “IEEE Standard for Synchrophasors for Power Systems” [1] [1] [1] IEEE 1344-1995 IEEE Standard for Synchrophasors for Power systems Requerimientos de sincronización limitados Cambio más importante: “Para señales de estado estable a una frecuencia ω1, diferente a la frecuencia nominal, la medición del fasor con etiqueta de tiempo correspondiente al instante del 1 PPS debe ser 𝑉 𝑒 𝑗 𝜔1𝑡0+𝜑 .”

Pruebas de comparación, Mayo 2003 Test Compliance Results

Gran Apagón del 2003 en el Noreste de EEUU Unas pocas PMUs claves para la investigación “A valuable lesson from the August 14 blackout is the importance of having time-synchronized system data recorders. The Task Force’s investigators labored over thousands of data items…that process would have been significantly faster and easier if there had been wider use of synchronized data recording devices.” [1] Apagón del Suroeste 2011 “…the data available through the PMUs proved especially valuable to the inquiry in forming an accurate picture of the event and state of the system at particular points in time throughout the disturbance.” [2] [1] NERC Final Report on the August 14, 2003 Blackout in the United States and Canada [2] FERC, NERC Report on Arizona Southern California Outages September 8, 2011

IEEE C37.118-2005 Estándar para Sincrofasores Solamente para Estado Estable Recomendaciones de comportamiento Dinámico Define 2 clases de PMU Clase 0: Requerimientos relajados Clase 1: Requerimientos “estándar” Mejor definición de requerimientos de sincronización Errores se miden en término de un error vectorial (TVE) [4] IEEE C37.118-2005 IEEE Standard for Synchrophasors

2009 Inversión en Infraestructura para estimular economía $4,500 millones para projectos de redes inteligentes $400 millones (50% costo compartido) para la instalación de PMUS e infraestructuras relacionadas [5] DOE Synchrophasor Report 08 09 2013

2008-2009 ONS y NIST Utilizan el Nuevo Estándar NIST desarrolla primeros equipos de prueba para PMUs basados en el estándar del 2005 ONS contrata a NIST para probar 8 deferentes PMUs Ningún Equipo logra pasar todas las pruebas Cambios en el standard surgen a raíz de las pruebas de ONS

IEEE C37.118.1-2011 Estándar para Sincrofasores Añade: Error en frecuencia y pruebas correspondientes Error en taza de cambio de frecuencia Define requerimientos dinámicos Redefine dos clases de PMU: Clase M para PMU de medición Clase P para PMU para protección Separa el estándar en: IEEE C37.118.1-2011 para señales IEEE C37.118.2-2011 para comunicación [ref] IEEE C37.118-2011 IEEE Standard for Synchrophasors

En el 2013 Dominon Virginia Power instalo un estimador trifásico en su red de 500kV usando solo datos de PMU El estimador recibe datos 30 veces por segundo y los muestra a los operadores en varios formatos Esta es la aplicación más avanzada y completa de mediciones de Área Amplia. 2013

Futuro Cercano: Aplicaciones de Minado de Datos Propósito: Extraer conocimientos o reglas de comportamiento de patrones regulares en los datos ¿Datos? Datos de PMU obtenidos de miles de simulaciones de operaciones normales y simulaciones de disturbios en la red ¿Reglas o Conocimiento? Partición Binaria recursiva o Arboles de decisión Arboles de Decisión revelan Donde instalar los equipos Que señales se deben monitorear Arboles de decisión son desarrollados en laboratorio pero las mediciones se aplican en tiempo real

Figura A: Mediciones de PMUs de disturbios que estresan el Sistema (rojo) y mediciones de disturbios o cambios que no causan ningún estrés (azul). Figure A Figura B: Ejemplo de una primera partición excepcional obtenida del minado de la Figura A

Aplicación a Futuro más distante: Amortiguamiento de oscilaciones El amortiguamiento de oscilaciones es un problema con en estructuras grandes como rascacielos y estaciones espaciales. Se ha demostrado que conceptos usados en edificios y estaciones espaciales pueden ser aplicados a redes eléctricas con la ayuda de PMUs y minado de datos para seleccionar los parámetros de control y utilizando estabilizadores de generadores (PSS) existentes. La limitantes existente es el alto grado de complejidad en los cálculos. 18 18

- Varios laboratorios de pruebas - Equipos de pruebas comerciales PMUs en el 2015: - Estándar maduro - Varios laboratorios de pruebas - Equipos de pruebas comerciales - Equipos instalados > 2400 China > 2000 EEUU > 1800 India - > 20 Fabricantes Después de mas de 25 años las PMUs han evolucionado de ser equipo de investigación a convertirse en un equipo esencial en las redes inteligentes alrededor del mundo. La contribución Latinoamericana a estos logros ha sido muy importante. NASPI 2015 Mapa de PMUs instalados