DETECCION DE FALLOS EN SISTEMAS DE ENERGIA.

Un método para detectar un fallo en un sistema de energía, que comprende

- medir repetidamente una magnitud del sistema dinámico (y) del sistema de energía,

- actualizar de forma recursiva, cada vez que se mide un nuevo valor (y(k)) de la magnitud del sistema dinámico (y) y basado en el nuevo valor (y(k)), un valor de un parámetro físico de frecuencia no selectiva (Z; R, X) de un modelo físico de tiempo discreto de un sistema de energía, y

- analizar el valor actualizado del parámetro físico de frecuencia no selectiva (Z; R, X) para detectar un fallo en el sistema de energía

Detección de fallos en sistemas de energía.

Campo de la invención

La invención se refiere al campo de transmisión y distribución de energía eléctrica. Trata de una detección de fallos rápida y precisa en sistemas de energía.

Antecedentes de la invención

Los sistemas de energía comprenden redes de transmisión y distribución de energía eléctrica que conectan generadores y cargas en regiones separadas geográficamente, así como subestaciones para transformar tensión y para interrumpir conexiones entre diferentes líneas de la red. La protección del sistema de energía trata de la detección de fallos u otras eventualidades en el sistema de energía y la elaboración de una reacción apropiada. Una cuestión clave en la protección del sistema de energía es la rapidez y precisión de un dispositivo de protección para detectar un fallo y responder al mismo. Los algoritmos convencionales para protección se basan en magnitudes del fasor de tensión y corriente, a partir de los cuales se calculan la impedancia, resistencia y/o reactancia reales de una línea para evaluar las características de funcionamiento reales. Los algoritmos de esta clase se implementan, por ejemplo, en relés digitales para la protección de la línea a distancia con la tarea de desconectar una línea de transmisión protegida cuando el punto de funcionamiento como se caracteriza por los valores calculados de resistencia y reactancia de la línea infringe un intervalo admisible o un área predefinida de funcionamiento seguro.

Las magnitudes del fasor mencionadas se obtienen transformando una señal muestreada definida en el dominio temporal, tal como la tensión u(k) o corriente i(k) en el relé digital, en una señal en el dominio de frecuencia mediante la transformada de Fourier discreta (FT). La FT utiliza información acerca de la frecuencia fundamental o de la línea (50 Hz o 60 Hz) y la frecuencia de muestreo, que ambas se suponen son constantes y conocidas a priori. De la misma manera, la amplitud de la señal periódica durante el intervalo de evaluación se supone constante, básicamente excluyendo elementos transitorios en el sistema de energía durante el cálculo de la FT. La FT se caracteriza por el hecho de que un ciclo entero (de por ejemplo 20 ms) de muestras de datos se requiere después de un fallo para que cualquier comportamiento transitorio de la FT converja de forma fiable. Esto también es cierto para frecuencias de muestreo mayores. Por lo tanto, un soporte físico más potente, en términos tanto de capacidad de procesamiento computacional como de adquisición de la señal, para relés digitales o dispositivos de protección, no llevará automáticamente a un rendimiento aumentado de este dispositivo. Las respuestas ligeramente más rápidas con la FT pueden obtenerse cuando se aplica un intervalo más corto. Sin embargo, el precio a pagar por la velocidad ligeramente aumentada es una sensibilidad al ruido mucho mayor y una menor precisión de los parámetros estimados.

La patente US 4455612 propone un remedio para los inconvenientes de la FT al volver a un cálculo recursivo de los fasores a la frecuencia fundamental, es decir, el primer armónico, de la señal posterior al fallo. En particular, en lugar de la FT, se usa la estimación directa del parámetro en el dominio temporal mediante técnicas de Filtrado de Kalman (KF) para estimar los fasores de tensión y corriente. La naturaleza recursiva del método permite hacer una estimación actualizada de los fasores utilizando la última muestra individual de datos de tensión y la estimación previa, utilizando así toda la información en todos las muestras previas posteriores a fallo. La señal medida se supone que es de una cierta forma para lo que se define un modelo de espacio de estado estocástico donde los estados son variables gausianas aleatorias e independientes que juntas proporcionan el fasor de la señal en la frecuencia fundamental o de la línea, f = 50 Hz o 60 Hz, es decir, una estimación de forma de onda sinusoidal de corriente o tensión. A partir de los fasores, como en el enfoque de la FT anterior, se evalúa la impedancia

con f = Hz o 60 Hz. De un análisis de la resistencia de la línea R finalmente, puede obtenerse una distancia al fallo y/o una resistencia de fallo.

En la solicitud de patente EP 1489714, se muestrea una magnitud o señal del sistema dinámico tal como, por ejemplo, la amplitud o el ángulo de la tensión o corriente en un nodo seleccionado de la red, es decir, se mide a intervalos de tiempo discretos, y se genera una serie que comprende varios de los valores medidos de dicha magnitud del sistema. A partir de esta serie, se estiman los parámetros de un modelo paramétrico que representa el comportamiento dinámico de un sistema de transmisión de energía, o un aspecto particular del mismo. Este proceso se realiza de una manera adaptativa, es decir, cada vez que se mide un nuevo valor de la magnitud del sistema, los parámetros del modelo se actualizan de forma recursiva mediante técnicas de mínimos cuadrados recursivos (RLS) o de Filtrado de Kalman adaptativo (KF). Finalmente, como los parámetros estimados y actualizados per se así como el modelo paramétrico no tienen importancia física, se calculan magnitudes adicionales tales como oscilación y amortiguación de los modos de oscilación del sistema de energía de una manera no recursiva a partir de los mismos. Este proceso posibilita un análisis casi instantáneo del estado oscilatorio del sistema de energía comparado con un proceso de identificación no adaptativo que depende del análisis de los datos muestreados recogidos durante un intervalo temporal de varios minutos y evaluado sólo al final de este intervalo temporal.

El modelo paramétrico usado en este caso tiene un orden dinámico n igual al número de parámetros a estimar, donde el orden dinámico se selecciona para el propósito de revelar de forma óptima los fenómenos de oscilación. Esto da como resultado una ecuación diferencial lineal que contiene sólo n parámetros y que es adecuada para representar espectros de frecuencia con picos estrechos.

Descripción de la invención

Un objetivo de la invención es posibilitar una respuesta más rápida y una mayor precisión en la protección del sistema de energía. Este objetivo se logra mediante un método y un dispositivo para detectar un fallo en un sistema de energía de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 6. Las realizaciones preferidas adicionales son evidentes a partir de las reivindicaciones de patente dependientes.

De acuerdo con la presente invención, un fallo, inestabilidad u otra eventualidad que requiera potencialmente alguna acción protectora, tal como desconexión de la línea o adaptación de la carga, se detecta en una forma rápida y precisa mediante el seguimiento de una evolución de frecuencia no selectiva de un parámetro físico en el dominio temporal. Volviendo a un parámetro físico que tiene una importancia física inminente, no se requiere un análisis adicional para revelar un fallo o eventualidad, por lo tanto, la velocidad de detección de fallos aumenta. Debido al efecto superficial en conductores eléctricos, un análisis temporal que cubre un intervalo amplio de frecuencias incluye más información que un análisis limitado a la frecuencia fundamental o de la línea, por lo tanto aumenta la precisión de la detección del fallo.

En particular, el método comprende medir o muestrear repetidamente una magnitud del sistema dinámico y del sistema de energía, tal como la amplitud o ángulo de la tensión o corriente en un nodo seleccionado, y generar una serie de valores medidos y muestreados de la magnitud del sistema dinámico. Se estima un sistema de frecuencia de entrada selectiva o parámetro del circuito, tal como una impedancia Z, una resistencia R, una reactancia X o una inductancia L de una línea de transmisión de energía particular del sistema de energía, y el valor del parámetro estimado se actualiza de forma recursiva basándose en el valor adquirido más recientemente de la magnitud del sistema dinámico. En otras palabras, se estima directamente el parámetro del sistema físico, perteneciente a un modelo de tiempo discreto motivado físicamente para el sistema de energía o parte de éste. Un análisis del parámetro físico finalmente estimado o actualizado, tal como una comparación del umbral o una presentación de tendencia, permite entonces identificar fallos e iniciar acciones de protección.