ES2824841T3

ES2824841T3 - Procedimiento para hacer funcionar una red de suministro de energía eléctrica y un equipo de control para controlar equipos de una red de distribución eléctrica

Info

Publication number: ES2824841T3
Application number: ES18162232T
Authority: ES
Inventors: Wiebke Fröhner; Thomas Werner
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2018-03-16
Filing date: 2018-03-16
Publication date: 2021-05-13
Anticipated expiration: 2038-03-16
Also published as: EP3540911A1; US10923913B2; CA3035523C; CA3035523A1; EP3540911B1; US20190288508A1

Abstract

Procedimiento para hacer funcionar una red (10) de suministro de energia electrica que, en una estacion (11) de conexion, esta conectada con una red (12) de distribucion de nivel inferior, en donde el funcionamiento de la red (10) de suministro de energia se controla por medio de un sistema (13) de mando de red, y en donde el procedimiento presenta las siguientes etapas: - registrar valores de medicion que indican un estado electrico de la red (10) de suministro de energia y/o de la red (12) de distribucion en la estacion (11) de conexion con un equipo (14) de control local de la red (12) de distribucion; - averiguar una desviacion del estado operativo actual de la red (10) de suministro de energia de un estado operativo requerido y determinar medidas de control que son adecuadas para restablecer el estado operativo requerido con el sistema (13) de mando de red; - transferir datos de control desde el sistema (13) de mando de red al equipo (14) de control local, en donde los datos de control indican, al menos, una parte de las medidas de control que debe llevarse a cabo mediante equipos de la red (12) de distribucion; - averiguar comandos de control para uno o varios de los equipos de la red (12) de distribucion por medio del equipo de (14) control local empleando los datos de control recibidos, en donde los comandos de control son adecuados para controlar los equipos, de tal modo que la red (12) de distribucion con respecto a la red (10) de suministro de energia, lleva a cabo la parte requerida de las medidas de control; - determinar datos de control estimados por medio del equipo (14) de control local empleando los valores de medicion; - monitorizar la conexion (15) de comunicacion entre el equipo (14) de control local y el sistema (13) de mando de red; y - averiguar los comandos de control empleando los datos de control estimados en lugar de los datos de control recibidos en caso de un fallo de la conexion (15) de comunicacion.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para hacer funcionar una red de suministro de energía eléctrica y un equipo de control para controlar equipos de una red de distribución eléctrica

La invención se refiere a un procedimiento para hacer funcionar una red de suministro de energía eléctrica que está conectado a una estación de conexión con una red de distribución de nivel inferior, en donde el funcionamiento de la red de suministro de energía se controla por medio de un sistema de mando de red. La invención se refiere también a un equipo de control para controlar equipos de la red de distribución eléctrica.

Uno de los objetivos más importantes de las empresas explotadoras de redes de suministro de energía es la seguridad y mejora de la fiabilidad de suministro. Las redes de suministro de energía se subdividen, a este respecto, habitualmente en varios planos de tensión, por ejemplo, en un plano de alta tensión (por encima de, aproximadamente, 30kV), a través del cual tiene lugar una transmisión de corriente a través de largas distancias, un plano de media tensión (aproximadamente, de 1 kV a 30kV), para la distribución de energía eléctrica y para la conexión de instalaciones industriales, y un plano de tensión baja (por debajo de 1 kV) para la distribución de la energía eléctrica en los consumidores finales. A este respecto, las redes de suministro de energía de los distintos planos de tensión no se hacen funcionar obligatoriamente por las mismas empresas explotadoras.

Mientras que se monitorizan, controlan y protegen redes de suministro de energía situadas habitualmente en el plano de alta tensión y de media tensión por medio de instalaciones de automatización en las redes de baja tensión, que también se denominan redes locales, no se presenta ninguna medida de automatización, o solo de forma escasa. El flujo de energía unidireccional en la red de suministro de energía desde el generador central a los consumidores distribuidos, hasta el momento, no ha requerido, en general, una automatización, por ejemplo, una gestión de carga en las redes de baja tensión necesarias para la distribución.

Sin embargo, el número creciente de instalaciones de generación descentralizadas, acumuladores y vehículos eléctricos en el plano de baja tensión requiere, entre tanto, un cambio en la gestión de la explotación de las redes locales. Para el cumplimiento de las restricciones técnicas y para el apoyo de los modelos de negocio actuales y futuros en la explotación de redes y en el mercado energético, es necesario, por tanto, poder intervenir, en caso de demanda, en el funcionamiento de las instalaciones conectadas.

Con frecuencia, para ello, se recomienda llevar a cabo la monitorización y control o regulación de las instalaciones en las redes de baja tensión con ayuda de sistemas descentralizados, inteligentes que se encuentran en las estaciones de red local. En este contexto, por ejemplo, por el documento EP 3 107 174 A1 se conoce prever en una estación de red local un equipo de control que estima el estado eléctrico de la red de baja tensión empleando menos valores de medición eléctricos y valores de estado externos (por ejemplo, temperatura).

Una ventaja del control automatizado de redes locales consiste, además, en que, por ello, pueden prestarse los así llamados servicios de redes de suministro para la red de media tensión de nivel superior. Se consideran servicios de redes de suministro en este contexto, por ejemplo, el cumplimiento de bandas de tensión, el cumplimiento de la frecuencia de red y el equilibrio de alimentación y consumo de energía eléctrica. Los medios para llevar a cabo servicios de redes de suministro pueden consistir, por ejemplo, en la alimentación o extracción con un fin determinado de potencia reactiva para la optimización de tensión-potencia reactiva (Voltage VAr Control), la alimentación o extracción con un fin determinado o de potencia activa, así como en la conexión o desconexión de generadores o consumidores. Para la prestación de los servicios de sistema, los equipos de la red de distribución, por ejemplo, generadores y consumidores, acumuladores, equipos de conmutación, baterías de condensador, bobinas de inductancia y conmutadores escalonados de transformadores, deben controlarse de manera correspondiente.

Mediante la prestación de servicios de sistema para la red de media tensión la red local puede contribuir a estabilizar el funcionamiento de la red de media tensión y reducir la necesidad de ampliación de la red de media tensión. La determinación de los servicios de redes de suministro requeridos requiere, habitualmente, una observación de la situación de flujo de carga de toda la red de media tensión.

Esto va a explicarse en el siguiente ejemplo. La creciente alimentación descentralizada en el plano de baja tensión y las posibilidades de controlar centralmente cargas eléctricas llevan a las empresas explotadoras de redes locales a prever como refuerzo, una automatización. Con el ascenso en el número de los generadores pequeños y medianos (fuentes) de energías renovables, por ejemplo, corriente de energía solar, corriente de centrales térmicas de biomasa o aerogeneradores, se produce cada vez con más frecuencia, concretamente, un flujo de energía bidireccional en la red de baja tensión, por lo que pueden provocarse, por ejemplo, oscilaciones de tensión. Estas oscilaciones de tensión que aparecen cada vez con más frecuencia obligan a las empresas explotadoras de red a contrarrestarlas, en este caso, o a intervenir de manera reguladora o controladora. Para poder mantener el nivel de tensión en redes de baja tensión dentro de las bandas de tensión prescritas, las empresas explotadoras de red implantan como refuerzo procedimientos para la optimización de tensión-potencia reactiva que, por ejemplo, recurren a transformadores regulables o baterías de condensadores. Estos procedimientos se organizan y regulan, en general, mediante el sistema de mando de red. En el concepto jerárquico de la prestación de servicios de redes deseado en la red local digital, en este caso, a modo de ejemplo, deben transmitirse a las estaciones de red local, por tanto, los valores teóricos calculados mediante la optimización de tensión -potencia reactiva del sistema de mando de red en la red de media tensión.

En general, las empresas explotadoras de red hacen funcionar redes de comunicación privadas muy fiables que llegan desde los centros de mando de red hasta las subestaciones transformadoras. Una continuación de estas redes de comunicación hasta las estaciones de red local es compleja y cara, debido al gran número de estaciones de red local y su distribución. Un sistema así se da a conocer en el documento EP 2533398 A2. Los servicios de comunicación públicos como, por ejemplo, telefonía móvil, representan una posibilidad alternativa para la transmisión de datos a la estación de red local, pero no presentan una fiabilidad muy alta, necesaria. En caso de interrupciones en la comunicación la información necesaria para el control de la red local no puede transmitirse.

Por tanto, partiendo de esto, el experto en la materia se plantea el objetivo, en el presente caso, de poder prestar de manera segura servicios de sistema para la red de suministro de energía también en caso de un fallo de la conexión de comunicación.

Este objetivo se resuelve mediante un procedimiento para hacer funcionar una red de suministro de energía eléctrica en el que la red de suministro de energía (por ejemplo, una red de media tensión) está conectada en una estación de conexión (por ejemplo, una estación de red local) con una red de distribución de nivel inferior (por ejemplo, una red local o una red de baja tensión), en donde el funcionamiento de la red de suministro de energía se controla por medio de un sistema de mando de red. Una estación de conexión así presenta, habitualmente, un transformador, así como dado el caso, una barra colectora y equipos de conmutación y de protección. Los equipos de protección pueden ser aparatos de protección eléctricos y/o fusibles.

De acuerdo con la invención se registran valores de medición que indican un estado eléctrico de la red de suministro de energía y/o de la red de distribución en la estación de conexión con un equipo de control local de la red de distribución y averigua una desviación del estado operativo actual de la red de suministro de energía de un estado operativo requerido. Con el sistema de mando de red se determinan medidas de control que son adecuadas para restablecer el estado operativo requerido. A este respecto se transfieren datos de control desde el sistema de mando de red al equipo de control local, indicando los datos de control, al menos, una parte de las medidas de control que deben llevarse a cabo por equipos de la red de distribución. Se averiguan comandos de control para uno o varios de los equipos de la red de distribución por medio del equipo de control local, empleando los datos de control recibidos, siendo los comandos de control adecuados para controlar los equipos de tal modo que la red de distribución, con respecto a la red de suministro de energía, lleva a cabo la parte requerida de las medidas de control. Además, se determinan datos de control estimados por medio del equipo de control local empleando los valores de medición. La conexión de comunicación entre el equipo de control local y el sistema de mando de red se monitoriza y los comandos de control se determinan en caso de un fallo de la conexión de comunicación empleando los datos de control estimados, en lugar de los datos de control recibidos.

Por ello, puede conseguirse ventajosamente que la red de distribución, también en caso de un fallo de comunicación, pueda prestar los servicios de sistema para la red de suministro de energía. En general, concretamente, el sistema de mando de red para cada situación de carga concreta de la red de suministro de energía de nivel superior determina los servicios de redes de suministro, que deben ser respaldados por la red de distribución. Esta información se transmite a través de una conexión de comunicación al equipo de control local de la red de distribución. Éste determina entonces los comandos de control para la prestación del servicio de redes de suministro que deben facilitarse por los actores conectados en la red de baja tensión y transmite estos comandos a través de procedimientos de comunicación locales (por ejemplo, Power Line Communication) a los actores.

El cálculo de los servicios de redes de suministro necesarios en la red de suministro de energía se inicia, por ejemplo, cuando los estados operativos varían significativamente en la red de suministro de energía, por ejemplo, mediante variaciones de la situación de alimentación o carga. Esto significa que la transmisión de estos requisitos en el equipo de control local debe realizarse espontáneamente. Como consecuencia de esto, la conexión de comunicación tendría que ser muy alta, que, como ya se ha explicado anteriormente, no siempre puede garantizarse. En correspondencia con el procedimiento de acuerdo con la invención mediante el equipo de control local, mediante observaciones locales y autárquicas, se estiman los requisitos de prestación de sistema de la red de suministro de energía de nivel superior en la red de distribución, de modo que, en caso de un fallo de comunicación, puede recurrirse a los datos de control estimados.

Una forma de realización ventajosa del procedimiento de acuerdo con la invención prevé que la determinación de los datos de control estimados se lleve a cabo con un sistema de autoaprendizaje.

Como sistema de aprendizaje puede emplearse, a este respecto, por ejemplo, una red neuronal artificial. Las redes neuronales artificiales son estructuras de la tecnología de la información que pueden "aprender" una relación funcional entre señales de entrada (por ejemplo, un vector de entrada E) y señales de salida (por ejemplo, un vector de salida A).

A = f (E) .

Una red neuronal artificial consta, a este respecto, de varias neuronas que están conectadas entre sí. Las neuronas están dispuestas habitualmente en varias capas. Una primera capa se forma, a este respecto, por una capa de entrada por neuronas en la que se colocan los elementos individuales de las señales de entrada; a cada neurona de la capa de entrada se alimenta, a este respecto, habitualmente un elemento de la señal de entrada. En el lado de salida, la red neuronal artificial presenta una capa de salida cuyas neuronas representan, en cada caso, elementos individuales de las señales de salida. Entre la capa de entrada y la capa de salida están situadas una o varias capas de las denominadas "neuronas ocultas" ("hidden layers" o "hidden neurons"). Las neuronas de la capa de entrada están conectadas con todas o neuronas escogidas de la primera capa de neuronas ocultas. Éstas están conectadas, a su vez, con todas o con las neuronas seleccionadas de una posible segunda capa de neuronas ocultas, etc. La última capa de neuronas ocultas está conectada, finalmente, con las neuronas de la capa de salida. El comportamiento de una red neuronal, y con ello, la respuesta de las neuronas de la capa de salida también a las señales colocadas en las neuronas de la capa de entrada se define mediante parámetros de entrenamiento. Estos son, por ejemplo, valores umbral a partir de los cuales una neurona emite una señal a una neurona siguiente, y/o factores de ponderación para la probabilidad de una transmisión de señales entre dos neuronas consecutivas. Como alternativa a una red neuronal artificial pueden emplearse también una llamada Support Vector Machine (máquinas de vectores de soporte) u otros módulos funcionales del aprendizaje automático.

Por tanto, una idea esencial de la solución propuesta en la presente memoria consiste en averiguar datos de control estimados con el equipo de control local. Para ello, se propone utilizar como clasificadores redes neuronales artificiales o procedimientos comparables que aprenden una relación entre los valores de medición registrados en la estación de conexión, por ejemplo, valores de medición de corriente y tensión, así como mediciones de frecuencia, y los requisitos de servicios de redes de suministro de la red de suministro de energía de nivel superior. Con ello, el equipo de control local en la estación de conexión es capaz de organizar, también sin comunicación con el sistema de mando de red, los servicios de redes de suministro en la red de distribución, de modo que respaldan el funcionamiento de la red de suministro de energía.

En relación con la forma de realización ventajosa anteriormente mencionada, puede estar previsto, concretamente, que para instruir el comportamiento del sistema de autoaprendizaje se empleen datos de entrenamiento, que comprenden parejas de valores de medición y datos de control recibidos correspondientes.

Para la instrucción (también denominada "entrenamiento") existen, en general, varios métodos conocidos per se por el experto en la materia. De acuerdo con el método llamado "Multilayer-Perceptrorí' (perceptrón multicapa), a la red neuronal se presentan inicialmente una serie de vectores de entrada y vectores de salida de los cuales se sabe que se ajustan a los vectores de entrada. Estos vectores de salida se han calculado o con un procedimiento externo o proceden de mediciones en el objeto técnico real. Los vectores de salida calculados por la red neuronal se comparan con los vectores de salida especificados. Las desviaciones entre los valores calculados y los esperados se evalúan y se utilizan para modificar los parámetros del algoritmo de cálculo de la red neuronal (también denominado "Backpropagation" (propagación hacia atrás). El entrenamiento finaliza tan pronto como los resultados de cálculo de la red neuronal coinciden con los valores esperados con la suficiente exactitud.

Mediante la utilización de una red neuronal artificial que se ha entrenado para averiguar, a partir de tales valores de medición (vector de entrada), que indican un estado eléctrico de la red de suministro de energía y/o de la red de distribución en la estación de conexión, datos de control estimados (vector de salida) correspondientes que indican al vector de entrada las medidas de control adoptadas que deben llevarse a cabo por los equipos de la red de distribución para reestablecer un estado operativo requerido de la red de suministro de energía, puede renunciarse, por un lado, a cálculos complejos por parte del equipo de control local. Con ello, en el equipo de control no necesitan ejecutarse algoritmos complejos; una implementación de una red neuronal artificial sencilla ya no exige a un procesador hoy en día ningún requisito especial.

Por ejemplo, en este contexto, puede estar previsto que la instrucción del sistema de autoaprendizaje se lleve a cabo mediante el equipo de control local.

Sin embargo, alternativamente a esto, puede estar previsto también que, para la instrucción del sistema de autoaprendizaje, los datos de entrenamiento se transmitan a un equipo de procesamiento de datos externo y, con el equipo de procesamiento de datos externo en un proceso de aprendizaje, se generen parámetros de sistema que, tras el proceso de aprendizaje, se transfieran al sistema de autoaprendizaje y sean recibidos por este.

La ventaja especial de esta forma de realización consiste en que el proceso de entrenamiento no necesita efectuarse por el propio equipo de control local. Más bien, el entrenamiento se lleva a cabo mediante un equipo de procesamiento de datos externo a éste, que puede ser más eficiente que el propio equipo de control local. Este equipo de procesamiento de datos puede ser, por ejemplo, un ordenador de un centro de control de la red o un servicio en la nube ofrecido por otro proveedor de servicios correspondiente.

Por tanto, de acuerdo con esta forma de realización se diferencia entre los dos componentes siguientes: el equipo de control local que ya explicado, como se ha descrito anteriormente, por medio de un sistema de autoaprendizaje, por ejemplo, una red neuronal artificial, lleva a cabo una determinación de datos de control estimados. Además, existe un equipo de procesamiento de datos externo que puede ser un ordenador individual, o una agrupación local o distribuida de varios ordenadores o un sistema de ordenadores. El equipo de procesamiento de datos externo se utiliza para el entrenamiento de la red neuronal. Para ello, en el equipo de procesamiento de datos externo, está implementado, igualmente, un sistema de autoaprendizaje, por ejemplo, una red neuronal artificial ("segunda red neuronal"), cuya estructura coincide con la estructura de la red neuronal artificial del equipo de control local. Esta segunda red neuronal se entrena con ayuda de los datos de entrenamiento almacenados en forma de los valores de medición registrados y de los datos de control correspondientes calculados por el sistema de mando de red de la red de suministro de energía. Los parámetros de entrenamiento generados a este respecto, por ejemplo, valores umbral de las neuronas individuales y/o factores de ponderación para conexiones entre neuronas individuales se transmiten, a continuación, a la red neuronal del equipo de control local y allí se implementan para el funcionamiento.

En concreto, puede estar previsto que se empleen valores de medición de, al menos, una de las siguientes magnitudes de medición:

- valores trifásicos de la corriente eléctrica alterna en la zona de la estación de conexión, que se registran en el lado de la red de suministro de energía (por ejemplo, red de media tensión) y/o en el lado de la red de distribución (por ejemplo, red de baja tensión o red local);

- valores trifásicos de la tensión alterna eléctrica en la zona de la estación de conexión, que se registran en el lado de la red de suministro de energía (por ejemplo, red de media tensión) y/o en el lado de la red de distribución (por ejemplo, red de baja tensión o red local);

- frecuencia de la corriente alterna;

- temperatura ambiente en la zona de la estación de conexión;

- radiación solar incidente en la zona de la estación de conexión;

- intensidad del viento en la zona de la estación de conexión.

Las magnitudes de medición mencionadas son adecuadas individualmente o combinadas para deducir el estado operativo de la red de suministro de energía de nivel superior. Las magnitudes de medición, que indican datos meteorológicos, pueden registrarse a este respecto, localmente en la zona de la estación de conexión (por ejemplo, por medio de sensores correspondientes de una estación de red local) y/o recibirse de sistemas externos (por ejemplo, servicios meteorológicos).

Si, por ejemplo, se encuentran generadores de energía regenerativos en forma de instalaciones fotovoltaicas o centrales eólicas en la red de suministro de energía o en la red de distribución, su alimentación de energía eléctrica depende del tiempo actual, por ejemplo, radiación solar incidente (para energía fotovoltaica) y dirección de viento e intensidad del viento (para centrales eólicas). Esta información puede alimentarse al equipo de control local. La red neuronal se ha entrenado, en este caso, mediante registros meteorológicos pasados para estimar, empleando los valores de medición en forma de temperatura, intensidad del viento y/o radiación solar incidente, los datos de control influidos por las situaciones de alimentación diferentes en la red de suministro de energía y/o en la red de distribución.

De acuerdo con una forma de realización ventajosa adicional del procedimiento de acuerdo con la invención está previsto que, por medio del equipo de control local, los datos de control recibidos se comparen con los datos de control estimados, y, en caso de una desviación inaceptable, el comportamiento del sistema de autoaprendizaje se instruya de nuevo.

De este modo, en el funcionamiento normal del sistema, es decir, en una conexión de comunicación en funcionamiento entre el equipo de control local y el sistema de mando de red, la calidad de los datos de control estimados puede averiguarse continuamente. Para ello, éstos se comparan con los datos de control averiguados por el sistema de mando de red mediante cálculos. Si se producen desviaciones mayores situadas por encima de un valor umbral fijado, para ello, puede iniciarse otro nuevo proceso de aprendizaje del sistema de autoaprendizaje.

Además, también puede estar previsto que los valores de medición se transmitan desde el equipo de control local al sistema de mando de red de la red de suministro de energía.

De este modo, los valores de medición no se emplean solo para los cálculos del equipo de control local, sino que pueden utilizarse también para funciones de control de red del sistema de mando de red. El equipo de control local, a este respecto, puede llevar cabo la función de una interfaz Merging Unit o de un concentrador de datos.

Una situación especial predomina en caso de arranque autónomo de la red de suministro de energía. Este se presenta tras un corte de corriente completo de la red de suministro de energía cuando el suministro de corriente se restablece paso a paso. Un caso así es difícil de dominar para un sistema de autoaprendizaje, de modo que debería realizarse una detección correspondiente. Por tanto, una forma de realización ventajosa adicional del procedimiento de acuerdo con la invención prevé que por medio del equipo de control local se registre la frecuencia de la corriente en el lado de la red de suministro de energía de la estación de conexión, y en caso de un fallo de la conexión de comunicación, en lugar de los datos de control estimados, se empleen datos de control claramente especificados, cuando la frecuencia se sitúa fuera de una banda de frecuencia especificada.

De este modo, para el caso de arranque autónomo, que puede detectarse en la frecuencia de la red de suministro de energía, se llevan a cabo medidas anteriormente establecidas. Los datos de control estimados se desestiman, en este caso, en favor de los datos de control claramente especificados hasta que la red de suministro de energía haya retomado de nuevo su funcionamiento normal.

En este contexto, puede, por ejemplo, estar previsto que, en caso de una frecuencia situada por encima de la banda de frecuencia especificada, los datos de control especificados provoquen comandos de control que llevan a un aumento del consumo de potencia activa mediante la red de distribución, y en el caso de una frecuencia situada por debajo de la banda de frecuencia especificada, los datos de control provoquen comandos de control que llevan a una reducción del consumo de potencia activa mediante la red de distribución.

De este modo, mediante heurísticas establecidas la nueva puesta en marcha de la red de suministro de energía puede respaldarse mediante control correspondiente de los equipos de la red de distribución.

El objetivo anteriormente mencionado se resuelve también mediante un equipo de control para el control de equipos de una red de distribución eléctrica. Para ello, está previsto que el equipo de control presente un equipo de registro de valores de medición para el registro de valores de medición y un equipo de comunicación para la recepción de datos de control mediante un sistema de mando de red de una red de suministro de energía de nivel superior a la red de distribución, en donde los datos de control indican medidas de control que deben llevarse a cabo mediante equipos de la red de distribución. El equipo de control presenta, además, una unidad de control para averiguar comandos de control para uno o varios de los equipos de la red de distribución empleando los datos de control recibidos, siendo los comandos de control adecuados para controlar los equipos de tal modo que la red de distribución lleva a cabo las medidas de control. El equipo de control presenta un equipo de estimación para determinar datos de control estimados empleando los valores de medición y una unidad de monitorización para monitorizar la conexión de comunicación entre el equipo de comunicación y el sistema de mando de red. A este respecto, la unidad de control está configurada para averiguar los comandos de control empleando los datos de control estimados en lugar de los datos de control recibidos cuando la conexión de comunicación falla.

En cuanto al equipo de control de acuerdo con la invención, se aplican todas las realizaciones efectuadas previamente y, a continuación, sobre el procedimiento de acuerdo con la invención y en correspondencia a la inversa, en particular, el equipo de control de acuerdo con la invención está configurado para llevar a cabo el procedimiento de acuerdo con la invención en cada forma de realización discrecional o en una combinación de formas de realización discrecionales. También en cuanto a las ventajas del equipo de control de acuerdo con la invención se remite a las ventajas descritas en cuanto al procedimiento de acuerdo con la invención.

La invención se explica con más detalle a continuación, mediante un ejemplo de realización. La configuración específica del ejemplo de realización para la configuración general del procedimiento de acuerdo con la invención y el equipo de acuerdo con la invención no ha de entenderse, de ningún modo, como limitadora; más bien las características de diseño individuales del ejemplo de realización pueden combinarse entre sí discrecionalmente y con las características que se han descrito previamente.

Para ello, muestran

la figura 1 una vista esquemática de una red de suministro de energía a la que está conectada una red de distribución en una estación de conexión;

la figura 2 una vista esquemática de una estación de conexión; y

la figura 3 una vista esquemática de un equipo de control local.

La figura 1 muestra, en representación esquemática, una red 10 de suministro de energía esbozada únicamente a modo de ejemplo que puede ser, por ejemplo, una red de media tensión. A una estación 11 de conexión, por ejemplo, una estación de red local está conectada la red 10 de suministro de energía con una red 12 de distribución de orden inferior. Con la red de distribución pueden estar conectados equipos como consumidores generadores, acumuladores, pero también convertidores, bobinas de inductancia y condensadores, así como equipos de conmutación y transformadores con conmutadores escalonados.

Además de la red 12 de distribución con la red 10 de suministro de energía, pueden estar conectadas redes 12a de distribución adicionales en estaciones de conexión 11a.

El funcionamiento de la red 10 de suministro de energía se controla a través de un sistema 13 de mando de red. Este sirve, en particular, para mantener en límites especificados el estado operativo de la red 10 de suministro de energía. Tales límites pueden indicar, por ejemplo, intervalos de tensión y de frecuencia que han de mantenerse en el funcionamiento de la red de suministro de energía. El mantenimiento de estos límites especificados representa la realización de las llamadas prestaciones de servicios de sistema. Las medidas para llevar a cabo las prestaciones de servicios de sistema son, por ejemplo, la alimentación o toma de potencia activa y/o potencia reactiva para influir en la tensión y/o frecuencia de la red de suministro de energía.

Con un número creciente de equipos activos (instalaciones fotovoltaicas, centrales eólicas, acumuladores etc.) en las redes de distribución aumenta la necesidad de prestar tales servicios de sistema, al menos, parcialmente también en la red de distribución y, con ello, contribuir a la estabilidad del funcionamiento de la red de suministro de energía y de la red de distribución.

Entre otros, para este fin en la estación 11 de conexión, se encuentra un equipo 14 de control local. El equipo 14 de control local en una manera que va a describirse con más detalle más adelante, se ocupa de que se presten los servicios de sistema requeridos por la red de distribución.

Los equipos 14a de control locales correspondientes están previstos también en las estaciones 11a de conexión adicionales.

Con el sistema 13 de mando de red el estado operativo de la red 10 de suministro de energía se monitoriza. Si se producen modificaciones de un estado operativo especificado, por ejemplo, una variación de la frecuencia o de la tensión en la red de suministro de energía, mediante el sistema de mando de red, se averiguan medidas de control que son adecuadas para reestablecer el estado operativo requerido de la red de suministro de energía. Para ello, el sistema de mando de red lleva a cabo cálculos de flujo de carga habitualmente complejos. Por ejemplo, en el caso de una desviación de tensión detectada, tales medidas de control pueden indicar un valor de la potencia reactiva que debe alimentarse en la red de suministro de energía 10 para regular la tensión retrocediendo al valor teórico.

Además, el sistema 13 de mando de red determina una parte de las medidas de control que ha de proporcionar la red 12 de distribución. Este requisito de prestación de servicios de sistema se transmite en forma de datos de control SD desde el sistema de mando de red a través de una conexión 15 de comunicación al equipo 14 de control local (y, dado el caso, los equipos de control 14a adicionales). Por medio del equipo 14 de control local se averiguan comandos de control SB empleando los datos SD de control recibidos que se transfieren a, al menos, uno de los equipos de la red de distribución, por ejemplo, a través de un procedimiento Power Line Communication. Estos comandos de control SB llevan a que la unidad correspondiente modifique su estado operativo, de modo que, al menos, una parte de las medidas de control requeridas mediante los datos de control SD. Por ejemplo, un convertidor puede controlarse de tal manera que alimenta una cantidad determinada de potencia reactiva a la red 12 de distribución.

Como resultado de la realización de todos los comandos de control SB transferidos a los equipos de la red de distribución, la red de distribución en la estación 11 de conexión proporciona las medidas de control requeridas por parte de la red 10 de suministro de energía para llevar a cabo la prestación de servicios de sistema.

Este modo de proceder se representa con más detalle en la figura 2 para una estación 11 de conexión. Con el equipo 14 de control local en distintos puntos de medición en la zona de la estación de conexión, por ejemplo, con sensores de una estación de red local se registran valores de medición de magnitudes de medición, como, por ejemplo, corrientes eléctricas I¹, I², I³y tensiones U¹, U², U³, así como de la frecuencia f. Además de magnitudes de medición eléctricas, pueden registrarse también magnitudes de medición que indican el tiempo en la zona de la estación 11 de conexión, por ejemplo, temperatura ambiente, radiación solar incidente, intensidad del viento, y pueden influir en generadores de energía regenerativos presentes en la red 12 de distribución. Estos valores de medición M pueden transferirse al sistema 13 de mando de red, de modo que el equipo de control local se presenta, a este respecto, como Merging Unit, Remóte Terminal Unit (unidad terminal remota) o concentrador de datos.

El sistema 13 de mando de red transfiere los datos SD de control con las medidas de control para llevar a cabo las prestaciones de servicio de sistema requeridas al equipo 14 de control local. Por el equipo 14 de control local sobre la base de los datos SD de control recibidos se generan comandos SB de control y se transmiten a actores 20 con los que se controlan los equipos de la red 12 de distribución.

La figura 3 muestra un equipo 14 de control local en una representación más detallada. El equipo 14 de control local comprende un equipo 30 de registro de valores de medición con el que pueden registrarse valores de medición para corriente I, tensión U, frecuencia f, así como temperatura T, radiación solar incidente a e intensidad del viento v. Además, el equipo 14 de control local comprende un equipo 32 de comunicación que está conectado a través de una conexión 15 de comunicación con el sistema 13 de mando de red y a través del cual, por un lado, se transmiten valores de medición M al sistema 13 de mando de red y, por otro lado, se reciben datos SD de control mediante el sistema 13 de mando de red.

El equipo 14 de control local presenta, además, una unidad 33 de control, por ejemplo, un microprocesador o un módulo funcional de cálculo de control programado para hardware (por ejemplo, FPGA, ASIC), que está conectado con una memoria 34. Además, está prevista una interfaz 35 de salida para la emisión de comandos SB de control a actores que pueden actuar de forma controladora en los equipos de la red de distribución. Finalmente, el equipo 14 de control comprende también un equipo 36 de estimación con un sistema 37 de autoaprendizaje en forma de una red neuronal artificial.

El equipo 14 de control local funciona de la siguiente manera: durante el funcionamiento de la red de distribución, el equipo 14 de control, a través del equipo 30 de registro de valores de medición, registra valores de medición, al menos, de una de las magnitudes de medición anteriormente mencionadas. Por ejemplo, estos pueden ser magnitudes de medición electrotécnicas en el lado de tensión primaria y de tensión secundaria de un transformador en la estación de conexión (compárese, por ejemplo, la figura 2), por ejemplo, corriente, tensión (en cada caso trifásicas) y frecuencia. Como alternativa o adicionalmente, pueden registrarse también magnitudes de medición exógenas como temperatura, radiación solar incidente, velocidad de viento o mediante mediciones locales directas o mediante una interfaz hacia un servicio IT central para recibir desde allí o valores de medición o pronósticos. Los valores de medición se depositan en la memoria 34. Desde allí, puede accederse a ellos por medio de la unidad 33 de control y transmitirse a través del equipo 32 de comunicación al sistema 13 de mando de red. Esto puede realizarse cíclicamente o de manera espontánea. A este respecto, los valores de medición pueden transferirse como datos crudos o según un procesamiento previo al sistema de mando de red. Bajo este aspecto, el equipo de control 14 percibe la función de una interfaz Merging Unit, una Remóte Terminal Unit o de un concentrador de datos.

El sistema de mando de red determina en el funcionamiento de la red de suministro de energía medidas de control - es decir, requisitos de prestaciones de servicio de sistema que deben proporcionarse a través de la red de distribución - y los comunica en forma de datos de control al equipo 14 de control local. Allí se reciben con el equipo 32 de comunicación y se transmiten a la unidad 33 de control. Con la unidad 33 de control a partir de los datos de control se generan comandos de control que se transmiten a la interfaz 35 de salida. Bajo este aspecto, el equipo 14 de control percibe la función del control directo de la red de distribución al evaluar requisitos del sistema de mando de red y transmitirlos a los equipos correspondientes de la red de distribución.

Los datos SD de control recibidos se depositan, además, en la memoria 34, de modo que allí se presentan parejas de valores de medición y datos de control correspondientes. A este respecto, puede considerarse un posible retardo dado que los datos de control habitualmente representan una reacción a un estado que se produce previamente de la red de suministro de energía y/o de la red de distribución, cuya generación exige un cierto tiempo. Por ejemplo, pueden formarse, a este respecto, también ranuras de tiempo, de modo que una pareja consta de, en cada caso, varios valores de medición y datos de control depositados en la memoria de datos, que pertenecen a un periodo de tiempo común. De este modo, se forman juegos de datos de entrenamiento para el equipo 36 de estimación.

Los valores de medición se transfieren, además, al equipo 36 de estimación. Paralelamente a la recepción de datos SD de control mediante el sistema 13 de mando de red el equipo de control 14 por medio del equipo 36 de estimación, determina datos de control estimados a partir de los valores de medición aplicados. Para ello, el equipo 36 de estimación comprende un sistema de 37 autoaprendizaje, por ejemplo, una red neuronal artificial que está entrenada para establecer una relación entre valores de medición aplicados y los datos de control recibidos por el sistema de mando de red. Para ello, recurre a los conjuntos de datos de entrenamiento depositados en la memoria y los utiliza para entrenar el sistema 37 de autoaprendizaje. En este sentido, el equipo 36 de estimación aprende una relación entre los valores de medición registrados localmente (magnitudes de medición eléctricas y variables exógenas), así como los datos de control que indican las prestaciones de servicio de sistema requeridas por el sistema de mando de red. Como alternativa, puede estar previsto también dejar desarrollar este entrenamiento en un equipo 38 de procesamiento de datos externo, por ejemplo, en una nube de procesamiento de datos. Tras finalizar la fase de entrenamiento, el proceso de estimación para determinar los datos de control estimados funciona en paralelo a los procesos del funcionamiento normal descritos anteriormente. A este respecto, empleando los valores de medición, se generan datos de control estimados continuamente por medio del equipo 36 de estimación que indican los requisitos esperados de prestaciones de servicio de sistema. La unidad de control 33 compara, a este respecto continuamente los datos de control recibidos por el sistema de mando de red 13 con los datos de control estimados mediante el equipo de estimación. En el caso de que se produzcan, a este respecto, desviaciones mayores, se inicia una nueva fase de entrenamiento. De este modo, el sistema 37 de autoaprendizaje del equipo 36 de estimación se entrena constantemente para establecer la relación requerida entre el estado de sistema indicado mediante los valores de medición y los requisitos de prestación de servicios de sistema que resultan de estos.

Durante el funcionamiento, un equipo 39 de monitorización del equipo 14 de control monitoriza continuamente la comunicación con el sistema 13 de mando de red. Esto puede realizarse, por ejemplo, porque desde el sistema 13 de mando de red se transmite mensajes regulares ("heartbeat-signals"(señales de latido)) al equipo 14 de control. Tan pronto como ya no aparezcan estas señales, se deduce un fallo de la comunicación. Como alternativa, puede estar previsto también que el equipo 14 de control compruebe si en un espacio de tiempo que puede parametrizarse por el usuario se recibieron datos SD de control del sistema 13 de mando de red. Si este no fuera el caso, entonces, igualmente, se deduce un fallo de la comunicación. Tan pronto como se haya detectado un fallo de comunicación, el equipo 14 de control pasa a un funcionamiento localmente autónomo. En el funcionamiento localmente autónomo, en lugar de los datos de control que ya no pueden recibirse - debido al fallo de comunicación- por la unidad 33 de control, se consultan los datos de control estimados para determinar los comandos SB de control. Bajo este aspecto, el equipo de control 14 asume una función de control local directa para la red de distribución hasta que la comunicación con el sistema de mando de red se haya restablecido de nuevo.

Adicionalmente, el equipo 14 de control en este modo operativo localmente autárquico puede monitorizar también la frecuencia en el lado de tensión primaria del transformador de la estación de conexión para detectar si la red se encuentra, precisamente, en un estado de un nuevo arranque tras un arranque autónomo (avería en la red completa). En el caso de que la frecuencia se sitúe fuera de un cierto ancho de banda, la determinación de los comandos de control no se realiza mediante los datos de control estimados, sino empleando datos de control claramente especificados, que se han averiguado con un procedimiento heurístico. El motivo, para ello, es que las situaciones de arranque autónomo aparecen raras veces y, por ello, no se presenta ningún dato, o son insuficientes, para el entrenamiento del sistema de autoaprendizaje. Por ello, la heurística, cuando no se alcanza la frecuencia, intenta aumentar la generación y reducir cargas (aumento de alimentación de potencia activa); cuando se supera la frecuencia, se reduce en correspondencia la generación y se aumentan las cargas (disminución de alimentación de potencia activa).

El equipo de control descrito ofrece las ventajas siguientes: El equipo de control 14 también en caso de la pérdida de comunicación con el sistema 13 de mando de red, puede organizar los servicios de sistema en la red de distribución (red local), para respaldar la red de suministro de energía (red de media tensión) en su gestión de la explotación. Con ayuda del equipo 36 de estimación, en caso de una interrupción de la comunicación al sistema 13 de mando de red, se puede seguir trabajando de forma localmente autónoma. El equipo 36 de estimación para los requisitos de prestación de servicios de sistema no necesita modelos de la red, ni de la red de suministro de energía ni de la red de distribución conectada. Con ello, el equipo 14 de control propuesto puede ponerse de manera muy sencilla en funcionamiento (plug-and play, conectar y usar) y hacerse funcionar eficientemente con requisitos manejables en la potencia del proceso de cálculo. Como ya se ha explicado anteriormente, las redes de comunicación privadas actuales de las empresas explotadoras de red, en general, solo llegan hasta las subestaciones transformadoras delante de las estaciones de conexión. Para una gestión de la explotación activa de las redes de distribución, que en el futuro será cada vez más necesaria, el vacío de comunicación entre las subestaciones transformadoras y las estaciones de conexión (por ejemplo, estaciones de red local) representa un impedimento. El equipo 14 de control presente permite guiar activamente redes de distribución también en caso de una conexión de comunicación no fiable e incluye, de este modo, el vacío en los conceptos de gestión de la explotación futuros. Con ello, es posible hacer funcionar las redes de distribución en los límites de su alcance operacional sin tener que preocuparse de que, en caso de una interrupción de la comunicación entre el sistema de mando de red y el equipo de control, la red de suministro de energía se sobrecargue o se dañe debido a la falta de contribución a los servicios de sistema de las redes de distribución. La solución propuesta puede apoyar, además, a la empresa explotadora de red en el restablecimiento de la red tras un arranque autónomo al utilizar la flexibilidad de los medios de producción conectados en la red de distribución e instalaciones de consumidor final para reducir los desequilibrios de potencia que se producen en el restablecimiento sucesivo de la red.

Aunque la invención se ha ilustrado y descrito con más detalle anteriormente mediante ejemplos de realización preferidos, la invención no está limitada a los ejemplos divulgados y el experto en la materia puede deducir, a partir de ellos, otras variaciones sin abandonar el alcance de protección de las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para hacer funcionar una red (10) de suministro de energía eléctrica que, en una estación (11) de conexión, está conectada con una red (12) de distribución de nivel inferior, en donde el funcionamiento de la red (10) de suministro de energía se controla por medio de un sistema (13) de mando de red, y en donde el procedimiento presenta las siguientes etapas:

- registrar valores de medición que indican un estado eléctrico de la red (10) de suministro de energía y/o de la red (12) de distribución en la estación (11) de conexión con un equipo (14) de control local de la red (12) de distribución;

- averiguar una desviación del estado operativo actual de la red (10) de suministro de energía de un estado operativo requerido y determinar medidas de control que son adecuadas para restablecer el estado operativo requerido con el sistema (13) de mando de red;

- transferir datos de control desde el sistema (13) de mando de red al equipo (14) de control local, en donde los datos de control indican, al menos, una parte de las medidas de control que debe llevarse a cabo mediante equipos de la red (12) de distribución;

- averiguar comandos de control para uno o varios de los equipos de la red (12) de distribución por medio del equipo de (14) control local empleando los datos de control recibidos, en donde los comandos de control son adecuados para controlar los equipos, de tal modo que la red (12) de distribución con respecto a la red (10) de suministro de energía, lleva a cabo la parte requerida de las medidas de control;

- determinar datos de control estimados por medio del equipo (14) de control local empleando los valores de medición;

- monitorizar la conexión (15) de comunicación entre el equipo (14) de control local y el sistema (13) de mando de red; y

- averiguar los comandos de control empleando los datos de control estimados en lugar de los datos de control recibidos en caso de un fallo de la conexión (15) de comunicación.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque

- la determinación de los datos de control estimados se lleva a cabo con un sistema (37) de autoaprendizaje.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque

- para la instrucción del comportamiento del sistema (37) de autoaprendizaje se emplean datos de entrenamiento que comprenden parejas de valores de medición y datos de control recibidos correspondientes.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque

- la instrucción del sistema (37) de autoaprendizaje se lleva a cabo mediante el equipo (14) de control local.

5. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque

- para la instrucción del sistema (37) de autoaprendizaje, los datos de entrenamiento se transmiten a un equipo (38) de procesamiento de datos externo y con el equipo (38) de procesamiento de datos externo en un proceso de autoaprendizaje se generan parámetros de sistema que, tras el proceso de autoaprendizaje, se transfieren al sistema (37) de autoaprendizaje y son recibidos por este.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque

- se emplean valores de medición, al menos, de una de las siguientes magnitudes de medición:

- corriente eléctrica alterna;

- tensión eléctrica alterna;

- frecuencia de la corriente alterna;

- temperatura;

- radiación solar incidente;

- intensidad del viento.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 3-6, caracterizado porque

- por medio del equipo (14) de control local se comparan los datos de control recibidos con los datos de control estimados; y

- en caso de una desviación inaceptable se instruye de nuevo el comportamiento del sistema (37) de autoaprendizaje.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque

- los valores de medición se transmiten desde el equipo (14) de control local al sistema (13) de mando de red de la red (10) de suministro de energía.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque

- por medio del equipo (14) de control local la frecuencia de la corriente se registra en el lado de la red de suministro de energía de la estación (11) de conexión; y

- en caso de un fallo de la conexión (15) de comunicación, en lugar de los datos de control estimados, se emplean datos de control claramente especificados, cuando la frecuencia se sitúa fuera de una banda de frecuencia especificada.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque

- en caso de una frecuencia situada por encima de la banda de frecuencia especificada, los datos de control especificados provocan comandos de control que llevan a un aumento del consumo de potencia activa mediante la red de distribución; y

- en caso de una frecuencia situada por debajo de la banda de frecuencia especificada, los datos de control especificados provocan comandos de control que llevan a una reducción del consumo de potencia activa mediante la red de distribución.

11. Equipo (14) de control local para el control de equipos de una red (12) de distribución eléctrica, con

- un equipo (31) de registro de valores de medición para el registro de valores de medición;

- un equipo (32) de comunicación para la recepción de datos de control mediante un sistema (13) de mando de red de una red (10) de suministro de energía de nivel superior a la red (12) de distribución, indicando los datos de control, medidas de control que deben llevarse a cabo mediante equipos de la red (12) de distribución; - una unidad de control (33) para averiguar comandos de control para uno o varios de los equipos de la red (12) de distribución empleando datos de control recibidos, en donde los comandos de control son adecuados para controlar los equipos, de tal modo que la red (12) de distribución lleva a cabo las medidas de control;

- un equipo (36) de estimación para determinar datos de control estimados empleando los valores de medición; - una unidad (39) de monitorización para monitorizar la conexión (15) de comunicación entre el equipo (32) de comunicación y el sistema (13) de mando de red; en donde

- la unidad (33) de control está configurada para averiguar los comandos de control empleando los datos de control estimados, en lugar de los datos de control recibidos, cuando la conexión (15) de comunicación ha fallado.