MÉTODO Y DISPOSITIVO PARA PREDECIR UN ESTADO DE UN SISTEMA ELÉCTRICO DE POTENCIA EN EL DOMINIO TEMPORAL.

Método para predecir un estado del sistema eléctrico de potencia,

que comprende la etapa de realizar una Transformada Rápida de Fourier sobre muestras de una señal de forma de onda periódica (Φ) para determinar un espectro de frecuencias (S(Φ)) de la señal de forma de onda periódica (Φ), en el que la señal de forma de onda periódica (Φ) se deriva de al menos una magnitud eléctrica medible de un sistema eléctrico de potencia y es representativa del estado del sistema eléctrico de potencia, caracterizado por - la determinación de las frecuencias (fi) y las amplitudes complejas (Ai) relacionadas en picos seleccionados en el espectro de frecuencias (S(Φ)) y el almacenamiento de las frecuencias (fi) y amplitudes (Ai) junto con una marca de tiempo (t0), - la determinación y almacenamiento de uno o más valores predichos (Φp, Φpj) de la señal de forma de onda periódica (Φ) en el dominio del tiempo en uno o más tiempos de predicción (tp, tpj) mediante el cálculo de una suma de señales senoidales en los tiempos de predicción correspondientes (tp, tpj), estando cada una de las señales senoidales caracterizadas por una de las frecuencias determinadas (fi) y sus amplitudes complejas (Ai) relacionadas así como con la marca de tiempo (t0), - la comparación de uno o más valores predichos (Φp, Φpj) con un valor medido (Φm, Φmj) derivado de una medición de la al menos una magnitud eléctrica del sistema eléctrico de potencia, en la que los uno o más tiempos de predicción (tp, tpj) son iguales cada uno al punto en el tiempo en el que se tomó la correspondiente medición, y - la notificación de un cambio inesperado en el estado del sistema eléctrico potencia si cada uno de un número predeterminado de diferencias entre los uno o más valores predichos (Φp, Φpj) y los valores medidos (Φm, Φmj) correspondientes exceden un límite (Φlim) predeterminado

La invención se refiere a un método y un dispositivo para predecir un estado de un sistema eléctrico de potencia mediante la realización de una Transformada Rápida de Fourier sobre muestras de una señal de forma de onda periódica para determinar un espectro de frecuencia de la señal de forma de onda periódica, en donde la señal de forma de onda periódica se derivó de al menos una magnitud eléctrica medible del sistema eléctrico de potencia y es representativa del estado del sistema eléctrico de potencia. En el dispositivo, la Transformada Rápida de Fourier se realiza por al menos una unidad de procesamiento que recibe las muestras de la señal de forma de onda periódica desde al menos una unidad de almacenamiento.

El término sistema eléctrico de potencia comprende la generación de potencia así como sistemas de transmisión y distribución de potencia y sus componentes de potencia relacionados, tales como generadores de potencia, transformadores de potencia, interruptores, líneas de transmisión y distribución, etc. Actualmente, se supervisa continuamente el funcionamiento del sistema eléctrico de potencia para recoger datos sobre el estado funcional del sistema y para ser capaz de reaccionar rápidamente ante desviaciones del estado de funcionamiento normal y especialmente ante faltas. Los datos recogidos se pueden almacenar adicionalmente para usarlos en un momento posterior para propósitos de evaluación. La supervisión se basa normalmente en mediciones de magnitudes eléctricas del sistema eléctrico de potencia. Como resultado, actualmente la supervisión significa detectar eventos solamente después de que éstos han ocurrido.

En desarrollos recientes, la supervisión se suplementó mediante el aspecto de la predicción de una falta en un sistema eléctrico de potencia para superar el problema de que la supervisión convencional sólo permite una reacción ante una falta después de que ha ocurrido la falta y el posible daño se materializó. En el documento US 6.917.888 B2, se describe un método para detectar faltas en redes de líneas eléctricas en donde se anticipan las faltas basándose en los datos de frecuencia. En el documento US 2007/0052426 A1, se describe un método de predicción de fallos para un transformador de potencia que usa una función de transferencia en el dominio de la frecuencia del transformador para estimar el estado del transformador. La función de transferencia en el dominio de la frecuencia se puede calcular usando una Transformada Rápida de Fourier (TRF) de las formas de onda medidas de la entrada y salida del transformador.

En ambos documentos solamente se acomete el aspecto de la predicción del fallo y en ambos métodos, la predicción del fallo se realiza en el dominio de la frecuencia.

El documento US 6.597.999 B1 describe un método para predecir los cruces por cero de intensidades de falta, usando las transformadas de Fourier. El documento US 5.966.675 A describe el uso de valores en el dominio de la frecuencia para la supervisión de faltas.

Es un objetivo de la presente invención proporcionar un método y un dispositivo del tipo descrito anteriormente que permita la predicción de un estado de un sistema eléctrico de potencia para usarlo para más que solamente finalidades de predicción del fallo.

Este objetivo se consigue mediante un método de acuerdo con la reivindicación 1 y un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 19 para realizar el método.

De acuerdo con la invención, el espectro de frecuencias de la señal de forma de onda periódica se usa para determinar las frecuencias y las amplitudes complejas relacionadas en picos seleccionados en el espectro de frecuencias. Las frecuencias y las amplitudes complejas correspondientes se almacenan junto con una marca de tiempo. Para una señal senoidal ideal solamente se han de determinar una frecuencia y una amplitud compleja, mientras que para las señales de forma de onda periódica de la vida real en un sistema eléctrico de potencia, tales como la tensión, intensidad, potencia activa

o reactiva, se puede extraer una lista de varias frecuencias y amplitudes complejas correspondientes. La lista de frecuencias y amplitudes complejas se usa en la siguiente etapa para determinar un valor predicho de la señal de forma de onda periódica en el dominio del tiempo. Por lo tanto se elige un momento de predicción y se calcula una suma de señales senoidales en el momento de predicción, en el que cada una de las señales senoidales se caracteriza por una de las frecuencias determinadas y sus amplitudes complejas relacionadas así como la marca de tiempo.

En la realización preferida, el valor predicho se determina en base a la ecuación

⎡ 2π fi ( t − t ) ⎤

p 0

φp = Re ⎢∑ (Ai ⋅ e )⎥,⎣ i ⎦

en la que φp es el valor predicho, i es un índice para numerar consecutivamente las frecuencias fi y sus amplitudes complejas correspondientes Ai determinadas, t0 es la marca del tiempo en que se determinaron las frecuencias fi y amplitudes Ai y tp es el tiempo de la predicción.

En una realización, las frecuencias y las amplitudes complejas relacionadas se determinan a partir de aquellos picos en el espectro de frecuencias cuya amplitud exceda un límite de amplitud predeterminado. Adicional o alternativamente, las frecuencias y las amplitudes complejas relacionadas se pueden determinar después de que el espectro de frecuencias se haya filtrado con un filtro de frecuencia.

Mediante la predicción de un valor de la señal de forma de onda periódica en el dominio del tiempo llega a ser posible determinar, cuándo exactamente la señal de forma de onda periódica alcanza una cierta amplitud o ángulo de fase en condiciones de funcionamiento normales. Tal información se puede usar para activar una cierta acción de control en el sistema eléctrico de potencia.

Dado que las acciones de control normalmente requieren que la información en la que se basa la decisión de control se determine con fiabilidad y con el retardo de tiempo más corto posible, se sugiere en una realización realizar el método en un dispositivo de ordenador con un sistema operativo en tiempo real y realizar la etapa de la determinación del valor predicho simultáneamente con las etapas de realización de la Transformada Rápida de Fourier y de la determinación de las frecuencias y las amplitudes complejas relacionadas.

Para determinar el punto en el tiempo en el que la señal de forma de onda periódica alcanza una cierta amplitud o ángulo de fase predeterminado, se prefiere en una realización determinar una secuencia consecutiva de valores de predicción en momentos de predicción consecutivos y determinar el tiempo de los tiempos de predicción consecutivos en el que las secuencias de valores

predichos alcanza la amplitud o ángulo de fase predeterminado.

Se puede iniciar entonces una acción de control en el sistema eléctrico de potencia en el punto en el tiempo más adecuado, por ejemplo cuando los efectos colaterales negativos de la acción de control sean los mínimos o cuando el impacto de la acción de control sea la máxima. Dependiendo del tiempo de reacción del sistema eléctrico de potencia ante la acción de control, la acción de control se puede iniciar o bien cuando el tiempo real alcanza con precisión el punto en el tiempo predeterminado o se puede iniciar un cierto tiempo antes del punto en el tiempo predeterminado, en el que este cierto tiempo se elige dependiendo de un retardo esperado en la reacción del sistema eléctrico de potencia a la acción de control.

La predicción de la amplitud o el ángulo de fase de la señal de forma de onda periódica se puede aplicar por ejemplo a la conmutación de un interruptor de potencia. Un interruptor se debería idealmente conmutar con intensidad cero a través del interruptor, de forma que no se interrumpa la intensidad durante la operación de conmutación lo que conduciría a un desgaste más elevado de los contactos del interruptor. En consecuencia, es ventajoso predecir el cruce por cero de la intensidad del interruptor mediante la determinación del punto en el tiempo en el que la intensidad del interruptor se supone que alcanza cero amperios e iniciar la conmutación del interruptor para que tenga lugar exactamente en el cruce por cero de la intensidad para reducir el desgaste del interruptor.

Se ha descrito hasta el momento cómo el valor predicho de una señal de forma de onda...

1. Método para predecir un estado del sistema eléctrico de potencia, que comprende la etapa de realizar una Transformada Rápida de Fourier sobre muestras de una señal de forma de onda periódica (φ) para determinar un espectro de frecuencias (S(φ)) de la señal de forma de onda periódica (φ), en el que la señal de forma de onda periódica (φ) se deriva de al menos una magnitud eléctrica medible de un sistema eléctrico de potencia y es representativa del estado del sistema eléctrico de potencia, caracterizado por

• la determinación de las frecuencias (fi) y las amplitudes complejas (Ai) relacionadas en picos seleccionados en el espectro de frecuencias (S(φ)) y el almacenamiento de las frecuencias (fi) y amplitudes (Ai) junto con una marca de tiempo (t0),

• la determinación y almacenamiento de uno o más valores predichos (φp, φpj) de la señal de forma de onda periódica (φ) en el dominio del tiempo en uno o más tiempos de predicción (tp, tpj) mediante el cálculo de una suma de señales senoidales en los tiempos de predicción correspondientes (tp, tpj), estando cada una de las señales senoidales caracterizadas por una de las frecuencias determinadas (fi) y sus amplitudes complejas (Ai) relacionadas así como con la marca de tiempo (t0),

• la comparación de uno o más valores predichos (φp, φpj) con un valor medido (φm, φmj) derivado de una medición de la al menos una magnitud eléctrica del sistema eléctrico de potencia, en la que los uno o más tiempos de predicción (tp, tpj) son iguales cada uno al punto en el tiempo en el que se tomó la correspondiente medición, y

• la notificación de un cambio inesperado en el estado del sistema eléctrico potencia si cada uno de un número predeterminado de diferencias entre los uno o más valores predichos (φp, φpj) y los valores medidos (φm, φmj) correspondientes exceden un límite (φlim) predeterminado.

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el valor predicho se

⎡ 2π fi (t −t ) ⎤

p 0

determina basándose en la ecuación φp = Re⎢∑(Ai ⋅ e )⎥, en la que φp es ⎣ i ⎦

el valor predicho, i es un índice para numerar consecutivamente las frecuencias determinadas fi y sus amplitudes complejas correspondientes Ai, t0 es la marca del tiempo en que se determinaron las frecuencias fi y amplitudes Ai y tp es el tiempo de la predicción.

3. Método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que las frecuencias (fi) y las amplitudes complejas (Ai) relacionadas se determinan a partir de aquellos picos en el espectro de frecuencias (S(φ)) cuya amplitud excede una amplitud límite (Alim) predeterminada.

4. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que las frecuencias (fi) y las amplitudes complejas (Ai) relacionadas se determinan después de que se haya filtrado el espectro de frecuencias (S(φ)).

5. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el método se realiza en un dispositivo de ordenador con un sistema operativo en tiempo real y en el que la etapa de la determinación del valor predicho (φp) se realiza simultáneamente con las etapas de la realización de la Transformada Rápida de Fourier y la determinación de las frecuencias (fi) y las amplitudes complejas (Ai) relacionadas.

6. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el método se realiza en línea y en donde los valores medidos (φmj) se derivan constantemente y se comparan con los correspondientes de los múltiples valores predichos (φpj) tan pronto como se realizan las mediciones.

7. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el estado es la ausencia de cortocircuitos en el sistema eléctrico de potencia.

8. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el sistema eléctrico de potencia es una red de potencia y en donde el estado es la disponibilidad de una línea de transmisión de potencia en la red.

9. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el

que el sistema eléctrico de potencia comprende un transformador de potencia con un cambiador de tomas y donde el estado es la calidad de funcionamiento del cambiador de tomas.

10. Dispositivo para predecir un estado de un sistema eléctrico de potencia que comprende al menos una unidad de procesamiento y al menos una unidad de almacenamiento adaptadas para realizar el método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.