Identificación automática de múltiples redes de energía eléctrica utilizando sincronización de datos.

Un método de identificación automática de una serie de redes eléctricas independientes

(304, 306) en un sistema de suministro público que incluye una serie de dispositivos electrónicos inteligentes (IEDs M1-M10) conectados comunicativamente con un controlador maestro (310) en el sistema de suministro público, que comprende:

comunicar desde el controlador maestro (310) una instrucción a cada uno de los dispositivos electrónicos inteligentes (IEDs M1-M10) en un orden secuencial en un intervalo de tiempo predeterminado (a) para comenzar a almacenar datos de variación indicativos de variaciones de una característica eléctrica en una señal monitorizada de corriente o de tensión correspondiente que está siendo monitorizada mediante unos respectivos de los dispositivos electrónicos inteligentes (IEDs M1-M10), y (b) almacenar un punto en la señal como un valor de indicador periódico;

recibir desde cada uno de los dispositivos electrónicos inteligentes (IEDs M1-M10) los datos de variación y el correspondiente valor de indicador periódico;

para una serie de combinaciones de pares de los dispositivos electrónicos inteligentes (IEDs M1-M10), correlacionar automáticamente, mediante el controlador maestro (310), los respectivos datos de variación de cada una de las combinaciones de pares a efectos de producir una serie de primeros valores de correlación y determinar, en respuesta a la correlación automática, mediante el controlador maestro (310), si se satisface un criterio de correlación para cada una de las combinaciones de pares, en el que cada uno de los primeros valores de correlación está asociado con un correspondiente primer valor de desajuste de indicador periódico, en el que el primer valor de desajuste de indicador periódico corresponde a la diferencia entre los respectivos valores de indicador periódico para la combinación de par; y

en función de que el criterio de correlación no se satisfaga para una combinación, marcada, de las combinaciones de pares, almacenar una indicación de que los dispositivos electrónicos inteligentes (IEDs M1-M10) correspondientes a la combinación de par marcada están en redes eléctricas diferentes.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2010/040530.

Solicitante: Schneider Electric USA, Inc.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 1415 S. Roselle Road Palatine, Illinois 60067 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: BICKEL,JON A, CARTER,RONALD W.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > CIRCUITOS O SISTEMAS PARA LA ALIMENTACION O DISTRIBUCION... > H02J3/00 (Circuitos para redes principales o de distribución, de corriente alterna)

PDF original: ES-2495771_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Identificación automática de múltiples redes de energía eléctrica utilizando sincronización de datos

Campo de la invención

Los aspectos dados a conocer en esta memoria se refieren, en general, a sistemas de monitorización de energía, y más en particular, a métodos para identificar automáticamente múltiples redes eléctricas utilizando métodos de 5 sincronización automatizada de datos e identificación automatizada de redes.

Antecedentes

La capacidad de sincronizar datos (tensión, corriente, tiempo, eventos, etc.) en un sistema de monitorización de la energía es una herramienta valiosa para los usuarios finales. Sincronizar información de los dispositivos de sistemas de energía, denominados dispositivos electrónicos inteligentes (IEDs, intelligent electronic devices) , no es tan 10 importante desde el punto de vista temporal (aunque se puede utilizar para sincronizar los relojes) como lo es sincronizar datos desde todos los IEDs al mismo instante de tiempo en que se ha producido de hecho un evento en un sistema de energía. Aunque los IEDs pueden registrar datos simultáneamente, es más difícil y costoso sincronizar entre sí los datos de los IEDs debido a que cada IED tiene su propio reloj que se utiliza para realizar la marca de tiempo cuando se obtienen los datos. Debido a que los relojes de los IEDs funcionan independientemente 15 entre ellos, la marca de tiempo para un evento será diferente para cada IED. El usuario final tiene que sincronizar manualmente los eventos cuando analiza los datos, lo que requiere un nivel avanzado de cualificación. Se pueden utilizar sistemas temporales de satélites de posicionamiento global (GPS, Global positioning satellite) , pero el usuario final tiene que comprar e instalar equipamiento físico adicional y líneas de datos para conectar los IEDs entre ellos y al sistema de satélites. Existen asimismo ciertas limitaciones para la sincronización de datos con sistemas de tiempo 20 GPS debido a latencias de tiempo asociadas con otros equipamientos físicos del sistema, limitaciones de compatibilidad del equipamiento físico, pérdida de la señal de los satélites, y configuración compleja del sistema de energía.

Tener sincronizados los datos de los IEDs y estar en conocimiento de la jerarquía del sistema de energía proporciona los requisitos básicos para muchos tipos de análisis sofisticados de datos, que anteriormente eran muy 25 costosos y complejos. Esta información se puede utilizar para la resolución de problemas, la ampliación del equipamiento y el rendimiento del sistema, la mejora de la seguridad y el ahorro económico. Se dan a conocer técnicas automatizadas de sincronización de datos en la solicitud de patente U.S.A., en tramitación con la presente, número 11/174.099, presentada el 1 de julio de 2005, titulada "Automated Precision Alignment of Data in a Utility Monitoring System" (número de expediente SPL-0057/247181- 298USPT) . 30

Todas las señales eléctricas del mundo real en los sistemas de energía experimentan cambios sutiles en su frecuencia y amplitud en el tiempo. La modulación de la frecuencia y de la amplitud de una señal eléctrica son indeterminadas y únicas con respecto al tiempo. Cada IED situado en la misma red eléctrica experimentará simultáneamente las mismas fluctuaciones de frecuencia durante condiciones de carga en régimen estacionario. Los IEDs que están conectados directamente entre ellos en su jerarquía respectiva observarán una correlación más 35 fuerte en su modulación de amplitud. La modulación de la frecuencia y/o de la amplitud de la señal se puede utilizar para sincronizar con precisión los datos de un IED con respecto a otro IED (o para todos los IEDs entre ellos) .

La necesidad de sincronizar datos a través de múltiples sistemas de monitorización de la energía aumenta a medida que evolucionan la sofisticación y la sensibilidad de los sistemas de energía. Sincronizar los datos de los sistemas de monitorización permite a los usuarios finales determinar cómo se ha propagado un evento a través de su sistema 40 de energía, cómo ha afectado a su equipamiento y potencialmente cómo mitigar sus repeticiones.

Los sistemas que utilizan grandes suministros de alimentación ininterrumpida (UPSs, uninterruptible power supplies) , tales como centros de datos, parques de servidores, etc., tienen por lo menos dos o más redes independientes: la red eléctrica de un proveedor del suministro público de electricidad y una o varias redes de UPS. Debido a que estas redes están deliberadamente aisladas entre ellas y funcionan habitualmente de manera independiente entre ellas, la 45 sincronización de datos supone un reto. Si bien se ha descrito una solución para alinear datos de múltiples redes eléctricas o de energía eléctrica en la solicitud de patente U.S.A. de titularidad compartida, en tramitación con la presente, US2010/0111112 A1, presentada el 31 de octubre de 2008, titulada "Automated Synchronization of Data Between Electrical Grids", actualmente no existe ninguna solución para identificar y ubicar automáticamente los IEDs en su red respectiva (hasta ahora, el usuario final tenía que identificar a qué red eléctrica o de energía eléctrica 50 pertenecía cada IED específico) . La capacidad de identificar múltiples redes eléctricas y sus IEDs respectivos es una parte integral de una solución automatizada para usuarios finales.

Si bien los algoritmos de alineación/sincronización de datos, descritos en la solicitud de patente U.S.A. US2007/0014313 A1, presentada el 1 de julio de 2005, titulada "Automated Precision Alignment of Data in a Utility Monitoring System" (número de expediente SPL-0057/247181-298USPT) se diseñaron originalmente para 55 sincronizar datos en una red eléctrica uniforme, se han encontrado métodos para determinar la existencia de múltiples redes eléctricas y la ubicación de IEDs específicos en su red eléctrica respectiva. Esta descripción da a conocer asimismo capacidades adicionales de comprobación de errores, tanto para resultados de sincronización de datos como para datos de alineación espacial.

Por lo tanto, lo que se necesita es un método para identificar automáticamente múltiples redes eléctricas en un sistema de monitorización de la energía. La presente descripción está dirigida a solucionar estas y otras necesidades. 5

Breve compendio

Un método de identificación automática de una serie de redes eléctricas independientes en un sistema de suministro público que incluye una serie de dispositivos electrónicos inteligentes (IEDs) conectados comunicativamente a un controlador maestro en el sistema de suministro público, incluye: comunicar desde el controlador maestro una instrucción a cada uno de los IEDs en orden secuencial en un intervalo de tiempo predeterminado (a) para comenzar 10 a almacenar datos de variación indicativos de variaciones de una característica eléctrica en una correspondiente señal monitorizada de corriente o de tensión que está siendo monitorizada mediante unos respectivos de los IEDs, y (b) almacenar un punto en la señal como un valor de indicador periódico; recibir desde cada uno de los IEDs los datos de variación y el correspondiente valor de indicador periódico; para una serie de combinaciones de pares de los IEDs, correlacionar automáticamente, mediante el controlador maestro, los respectivos datos de variación desde 15 cada una de las combinaciones de pares para producir una serie de primeros valores de correlación y determinar, en respuesta a la correlación automática, mediante el controlador maestro, si se satisface un criterio de correlación para cada una de las combinaciones de pares, en el que cada uno de los primeros valores de correlación está asociado con un primer valor de desajuste de... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un método de identificación automática de una serie de redes eléctricas independientes (304, 306) en un sistema de suministro público que incluye una serie de dispositivos electrónicos inteligentes (IEDs M1-M10) conectados comunicativamente con un controlador maestro (310) en el sistema de suministro público, que comprende:

comunicar desde el controlador maestro (310) una instrucción a cada uno de los dispositivos electrónicos 5 inteligentes (IEDs M1-M10) en un orden secuencial en un intervalo de tiempo predeterminado (a) para comenzar a almacenar datos de variación indicativos de variaciones de una característica eléctrica en una señal monitorizada de corriente o de tensión correspondiente que está siendo monitorizada mediante unos respectivos de los dispositivos electrónicos inteligentes (IEDs M1-M10) , y (b) almacenar un punto en la señal como un valor de indicador periódico;

recibir desde cada uno de los dispositivos electrónicos inteligentes (IEDs M1-M10) los datos de variación y el 10 correspondiente valor de indicador periódico;

para una serie de combinaciones de pares de los dispositivos electrónicos inteligentes (IEDs M1-M10) , correlacionar automáticamente, mediante el controlador maestro (310) , los respectivos datos de variación de cada una de las combinaciones de pares a efectos de producir una serie de primeros valores de correlación y determinar, en respuesta a la correlación automática, mediante el controlador maestro (310) , si se satisface un criterio de 15 correlación para cada una de las combinaciones de pares, en el que cada uno de los primeros valores de correlación está asociado con un correspondiente primer valor de desajuste de indicador periódico, en el que el primer valor de desajuste de indicador periódico corresponde a la diferencia entre los respectivos valores de indicador periódico para la combinación de par; y en función de que el criterio de correlación no se satisfaga para una combinación, marcada, de las combinaciones 20 de pares, almacenar una indicación de que los dispositivos electrónicos inteligentes (IEDs M1-M10) correspondientes a la combinación de par marcada están en redes eléctricas diferentes.

2. El método según la reivindicación 1, en el que el criterio de correlación consiste en que para la combinación de par no existe ningún valor de correlación de pico que exceda una cantidad predeterminada.

3. El método según la reivindicación 1, en el que el criterio de correlación consiste en si un valor de correlación de 25 pico de los primeros valores de correlación excede los otros primeros valores de correlación en una cantidad predeterminada.

4. El método según la reivindicación 2 ó 3, en el que:

dicha cantidad predeterminada es por lo menos un 25% mayor que el siguiente valor de mayor correlación para la combinación de par, cuando dicho criterio de correlación consiste en que para la combinación de par no existe 30 ningún valor de correlación de pico que exceda una cantidad predeterminada; y dicha cantidad predeterminada es por lo menos un 25% mayor que el siguiente valor de mayor correlación, cuando dicho criterio de correlación consiste en si un valor de correlación de pico de los primeros valores de correlación excede los otros primeros valores de correlación en una cantidad predeterminada.

5. El método según la reivindicación 1, en el que el criterio de correlación consiste en si el valor absoluto del más 35 negativo de los primeros valores de correlación no excede el valor absoluto del mayor de los primeros valores de correlación, en más de un 25%.

6. El método según la reivindicación 1, en el que determinar si se satisface el criterio de correlación incluye:

determinar si un valor de correlación de pico asociado con una primera combinación de par de los dispositivos electrónicos inteligentes (IEDs M1-M10) se produce antes que un valor de correlación de pico asociado con la 40 segunda combinación de par de los dispositivos electrónicos inteligentes (IEDs M1-M10) ; y en función de que el valor de correlación de pico asociado con la primera combinación de par se produzca después del valor de correlación de pico asociado con la segunda combinación de par, determinar que no se satisface el umbral de correlación.

7. El método según la reivindicación 6, en el que determinar si se satisface el criterio de correlación incluye: 45

en respuesta a que los datos de variación estén siendo almacenados, comunicar desde el controlador maestro (310) una instrucción a cada uno de un primer par de dispositivos electrónicos inteligentes (IEDs M1-M10) en un orden secuencial en un intervalo de tiempo, para comenzar a almacenar los segundos datos de variación indicativos de la característica eléctrica en la correspondiente señal monitorizada de corriente o de tensión que está siendo monitorizada mediante respectivos dispositivos del primer par de dispositivos electrónicos inteligentes (IEDs M1-M10) ; 50

recibir desde cada uno del primer par de dispositivos electrónicos inteligentes (IEDs M1-M10) los segundos datos de variación;

determinar cuál de los primeros valores de correlación para el primer par de dispositivos electrónicos inteligentes (IEDs M1-M10) tiene un valor máximo para producir un primer valor de correlación de pico, y en el que el primer valor de desajuste de indicador periódico correspondiente al primer valor de correlación de pico es un primer valor de desajuste de indicador periódico de pico;

correlacionar automáticamente los segundos datos de variación para producir una serie de segundos valores de 5 correlación, en el que cada uno de los segundos valores de correlación está asociado con un correspondiente segundo valor de desajuste de indicador periódico;

en respuesta a la correlación automática de los segundos datos de variación:

determinar cuál de los segundos valores de correlación para el primer par de dispositivos electrónicos inteligentes (IEDs M1-M10) tiene un valor máximo, a efectos de producir un segundo valor de correlación de pico, y en el que el 10 segundo valor de desajuste de indicador periódico correspondiente al segundo valor de desajuste de correlación de pico es un segundo valor de desajuste de indicador periódico de pico; y determinar si la diferencia absoluta entre el primer valor de desajuste de indicador periódico de pico y el segundo valor de desajuste de indicador periódico de pico excede un umbral predeterminado; y en función de que la diferencia absoluta exceda el umbral predeterminado, determinar que el criterio de correlación 15 no se satisface.

8. El método según la reivindicación 1, en el que el valor de indicador periódico es un cómputo de ciclos que corresponde al número de ciclos completos o semiciclos de la señal monitorizada de corriente o de tensión, en el que cada uno de los ciclos indica un cruce periódico por cero voltios o amperios mediante la señal monitorizada de corriente o de tensión. 20

9. El método según la reivindicación 1, que comprende además:

en respuesta a que los datos de variación estén siendo almacenados, comunicar desde el controlador maestro (310) una instrucción a cada uno de un primer par de dispositivos electrónicos inteligentes (IEDs M1-M10) en un orden secuencial en un intervalo de tiempo, para comenzar a almacenar los segundos datos de variación indicativos de la característica eléctrica en la correspondiente señal monitorizada de corriente o de tensión que está siendo 25 monitorizada mediante dispositivos respectivos del primer par de dispositivos electrónicos inteligentes (IEDs M1-M10) ;

recibir desde cada uno del primer par de dispositivos electrónicos inteligentes (IEDs M1-M10) los segundos datos de variación;

determinar cuál de los primeros valores de correlación para el primer par de dispositivos electrónicos inteligentes (IEDs M1-M10) tiene un valor máximo para producir un primer valor de correlación de pico, y en el que el primer valor 30 de desajuste de indicador periódico correspondiente al primer valor de correlación de pico es un primer valor de desajuste de indicador periódico de pico;

correlacionar automáticamente los segundos datos de variación para producir una serie de segundos valores de correlación, en el que cada uno de los segundos valores de correlación está asociado con un correspondiente segundo valor de desajuste de indicador periódico; 35

en respuesta a la correlación automática de los segundos datos de variación:

determinar cuál de los segundos valores de correlación para el primer par de dispositivos electrónicos inteligentes (IEDs M1-M10) tiene un valor máximo a efectos de producir un segundo valor de correlación de pico, y en el que el segundo valor de desajuste de indicador periódico correspondiente al segundo valor de desajuste de correlación de pico es un segundo valor de desajuste de indicador periódico de pico; y 40

determinar si la diferencia absoluta entre el primer valor de desajuste de indicador periódico de pico y el segundo valor de desajuste de indicador periódico de pico excede un umbral predeterminado; y en función de que la diferencia absoluta exceda el umbral predeterminado, determinar que el criterio de correlación no se satisface.

10. El método según la reivindicación 1, en función de que se satisfaga el criterio de correlación para una 45 combinación marcada de las combinaciones de pares, almacenar una indicación de que los dispositivos electrónicos inteligentes (IEDs M1-M10) correspondientes a la combinación de par marcada están en la misma red eléctrica.

11. El método según la reivindicación 10, en el que el umbral predeterminado es cero o menor que la diferencia absoluta entre el primer y el segundo valores de indicador periódico de pico.

12. El método según la reivindicación 1, en el que el controlador maestro es uno de los dispositivos electrónicos 50 inteligentes (IEDs M1-M10) .

13. El método según la reivindicación 1, en el que los datos de variación son indicativos de variaciones de frecuencia o variaciones de amplitud en la señal monitorizada de corriente o de tensión, y en el que la característica eléctrica consiste en la frecuencia o la amplitud de la señal monitorizada de corriente o de tensión.

14. El método según la reivindicación 3, que comprende además determinar un nivel de simetría de los primeros valores de correlación con respecto al valor de correlación de pico, como una función de los primeros valores de 5 desajuste de indicador periódico, y en función de que dicho nivel satisfaga un criterio, determinar que se satisface el criterio de correlación.

15. El método según la reivindicación 14, en el que el nivel de simetría se determina mediante aplicar una función de correlación a los primeros valores de correlación para producir un valor de correlación de simetría, incluyendo dicho criterio si el valor de correlación de simetría excede aproximadamente 0, 75. 10