Sistema de control de red de potencia (100), que comprende:

una red de transmisión y distribución de potencia eléctrica que presenta una pluralidad de islas de malla (106),

presentando las islas de malla una pluralidad de cargas lineales (112) y no lineales (114, 116, 118);

una pluralidad de sensores (122) de control en comunicación con la red de potencia para monitorizar las características eléctricas de la red de potencia;

una pluralidad de relés (120) controlados en comunicación eléctrica con la pluralidad de cargas no lineales;

un sistema de almacenamiento de energía por batería (124) en comunicación eléctrica con una fuente (104) de potencia principal y una isla de malla; y

un primer controlador (102) de restauración en comunicación eléctrica con la pluralidad de sensores de control, con los relés controlados y con el sistema de almacenamiento de energía por batería, recibiendo el primer controlador de restauración señales de control procedentes de la pluralidad de sensores de control, y en respuesta a la detección de una irregularidad en la red de potencia, accionando automáticamente el sistema de almacenamiento de energía por batería para mantener la tensión y frecuencia nominales en las cargas lineales, y desconectando los relés controlados seleccionados para desconectar la potencia a un porcentaje calculado de las cargas no lineales.

Sistema y procedimientos para una red autorreparable que usa técnicas de gestión de lado de demanda y almacenamiento de energía 5

Campo técnico

La presente descripción se refiere a redes de potencia autorreparables, y más específicamente, al uso de técnicas de gestión de lado de demanda con almacenamiento de energía por batería para reparar una red de manera

inteligente.

El documento US 2003/042794 A1 proporciona procedimientos y aparatos que son operativos para acoplar la potencia de reserva a determinadas cargas no críticas que implementan una reducción de carga para ayudar a las empresas de servicio público a evitar la escasez de potencia y el apagón resultante. Un conmutador de transferencia

secundario, denominado conmutador de transferencia de reducción de carga (LRTS) , está conectado entre una fuente de potencia o generador de reserva o secundaria/o y las cargas no críticas seleccionadas pueden hacerse funcionar de manera segura mediante la fuente de potencia o generador secundaria/o.

Breve descripción de los dibujos

Las presentes formas de realización se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la siguiente descripción y las reivindicaciones adjuntas, tomadas junto con los dibujos adjuntos. Entendiendo que los dibujos adjuntos sólo ilustran formas de realización típicas y, por tanto, no deben considerarse que limitan el alcance de la descripción, las formas de realización se describirán y explicarán de manera específica y en detalle haciendo referencia a los dibujos

adjuntos en los que:

la figura 1 es un diagrama de circuitos de una forma de realización de una red autorreparable que usa control de gestión de lado de demanda y almacenamiento de energía;

la figura 2 es un diagrama de circuitos de una forma de realización de división de islas de malla de una red de potencia conectada en malla;

la figura 3 es un diagrama de flujo de una forma de realización de un procedimiento para decidir sobre las acciones correctivas eficaces para la autorreparación de una red de potencia a partir de una irregularidad identificada, para

incluir el uso de técnicas de gestión de lado de demanda y almacenamiento de energía; y

la figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra una forma de realización de un procedimiento para optimizar continuamente la potencia eléctrica a una red.

Descripción detallada de las formas de realización preferidas

Se entenderá fácilmente que los componentes de las formas de realización tal como se describen e ilustran generalmente en las figuras en la presente memoria pueden disponerse y diseñarse en una amplia variedad de configuraciones diferentes. Por tanto, no se pretende que la siguiente descripción más detallada de diversas formas

45 de realización, tal como se representan en las figuras, limite el alcance de la invención, según se reivindica, sino que es meramente representativa de diversas formas de realización. Mientras que diversos aspectos de las formas de realización se presentan en los dibujos, los dibujos no están dibujados necesariamente a escala a menos que se indique específicamente.

50 Las expresiones “conectado a, ” “acoplado a, ” y “en comunicación con” se refieren a cualquier forma de interacción entre dos o más entidades, incluyendo la interacción mecánica, eléctrica, magnética, electromagnética, de fluido, y térmica. Dos componentes pueden acoplarse entre sí aunque no estén en contacto directo entre sí. El término “adyacente” se refiere a elementos de malla que están en comunicación eléctrica entre sí, y en una sección cercana de una red eléctrica. La expresión “en comunicación eléctrica con” no debe interpretarse como que requiere un

55 acoplamiento o conexión física, sino sólo la coordinación de señal eléctrica o la capacidad de “hablar” eléctricamente entre componentes a través de un circuito o malla.

Según Electricity Technology Roadmap del Electric Power Research Institute (EPRI) , “en el 2020, la demanda de potencia de alta calidad, que se está desarrollando en este momento, será dominante en todo sector de la 60 economía”. Las estimaciones del EPRI preliminares indican que la proporción de electricidad estadounidense que requiere una fiabilidad de 9 nueves (potencia disponible del 99, 9999999% del tiempo) ascenderá desde el 0, 6% del consumo actual hasta casi el 10% en el 2020, y que la proporción que requiere una fiabilidad de 6 nueves ascenderá desde aproximadamente el 8-10% hasta casi el 60%. Por el contrario, la fiabilidad promedio de la potencia actual “en el enchufe” sólo es aproximadamente de 3 nueves. Por tanto, las redes de potencia estadounidenses necesitan

65 mucha mejora en la próxima década para cumplir con las demandas elevadas futuras de fiabilidad.

En el caso de un fallo en la red del sistema, ya sea por condiciones basadas en la carga o por fuerzas externas tales como tormenta, viento o nieve, el desplazamiento por la malla y los clientes están sometidos a cortes de duración variable dependiendo de donde se produce el fallo y cómo de difícil es de reparar. En sistemas radiales, todas las cargas aguas abajo de un fallo están afectadas igualmente. Para reducir la duración de un corte, puede emplearse alguna forma de generación o suministro de potencia local de una fuente de potencia almacenada después de garantizar que primero se ha aislado la red. Esto último impide que la generación o el suministro se realimente a la malla total. Sin embargo, sería también útil predecir una irregularidad antes de que se produzca, y proporcionar un arreglo en la red para impedir un fallo del sistema.

Una red inteligente y autorreparable puede automatizar el proceso anterior de restaurar o estabilizar de manera eficaz la potencia a una red o sección de red. La automatización del proceso permite un flujo de potencia más eficaz y sensible. También puede mejorar la fiabilidad mientras proporciona el servicio al cliente durante los periodos de corte, así como reducir los costes operativos y de mantenimiento mientras aumenta el rendimiento global en las líneas existentes. Una red autorreparable también puede aumentar la seguridad de red en respuesta a una amenaza terrorista porque eliminaría la necesidad de intervención humana para restaurar la estabilidad a una red de potencia.

Para conseguir estos beneficios, una red autorreparable puede, entre otras cosas, tratar de optimizar dinámica y continuamente el rendimiento y la robustez del sistema, reaccionar rápidamente a perturbaciones o irregularidades de tal manera que minimice el impacto, y restaurar rápidamente el sistema a una zona de funcionamiento estable, tal como para mantener los niveles nominales de tensión y frecuencia. Los efectos de la presente invención se consiguen mediante el sistema de control de red de potencia según se reivindica en la reivindicación 1.

La figura 1 muestra una forma de realización para ejemplificar un sistema autorreparable de red 100 de la descripción, incluyendo una pluralidad de controladores 102 de restauración de red (o “controlador de restauración”) . Cada controlador 102 de restauración puede controlar el suministro de potencia desde una fuente 104 de potencia principal hasta una red de isla de malla separada 106 que presenta una pluralidad de tipos de carga, incluyendo lineales y no lineales. Los controladores 102 de restauración de red pueden implementar técnicas de gestión de lado de demanda (“DSM”) , que se explicarán. Una isla definida eléctricamente de una red de potencia puede denominarse en la presente memoria de manera variable como “una isla”, una “isla de malla, ” o como una “isla de red” 106. La configuración de las islas de red 106 se tratará con referencia a la figura 2.

Una isla puede ubicarse directamente fuera de una fuente 104 de potencia principal, tal como las tres islas superiores 106 en la figura 1. Una isla también puede estar conectada en serie cuando se ubica en una sección distante de una red, como en la isla derecha inferior 106 en la figura 1. Inicialmente puede pasar la potencia eléctrica, para cada isla 106 o bifurcación de islas 106, a través de un transformador 108 de potencia principal para garantizar... [Seguir leyendo]

1. Sistema de control de red de potencia (100) , que comprende:

una red de transmisión y distribución de potencia eléctrica que presenta una pluralidad de islas de malla (106) , presentando las islas de malla una pluralidad de cargas lineales (112) y no lineales (114, 116, 118) ;

una pluralidad de sensores (122) de control en comunicación con la red de potencia para monitorizar las características eléctricas de la red de potencia;

una pluralidad de relés (120) controlados en comunicación eléctrica con la pluralidad de cargas no lineales;

un sistema de almacenamiento de energía por batería (124) en comunicación eléctrica con una fuente (104) de potencia principal y una isla de malla; y

un primer controlador (102) de restauración en comunicación eléctrica con la pluralidad de sensores de control, con los relés controlados y con el sistema de almacenamiento de energía por batería, recibiendo el primer controlador de restauración señales de control procedentes de la pluralidad de sensores de control, y en respuesta a la detección de una irregularidad en la red de potencia, accionando automáticamente el sistema de almacenamiento de energía por batería para mantener la tensión y frecuencia nominales en las cargas lineales, y desconectando los relés controlados seleccionados para desconectar la potencia a un porcentaje calculado de las cargas no lineales.

2. Sistema de control según la reivindicación 1, en el que el primer controlador (102) de restauración devuelve la red de potencia (100) a una configuración normal después de tratarse la irregularidad.

3. Sistema de control según la reivindicación 2, en el que la irregularidad es un disyuntor (110) de aislamiento disparado o un conmutador, y en el que el primer controlador (102) de restauración detecta la estabilización de red y a continuación, usa el control de sincronización para cerrar el disyuntor de aislamiento disparado.

4. Sistema de control según la reivindicación 3, en el que el primer controlador (102) de restauración, tras la restauración del disyuntor (110) de aislamiento disparado, vuelve a conectar los relés (120) controlados desconectados y seleccionados para devolver la potencia a las cargas no lineales desconectadas.

5. Sistema de control según la reivindicación 1, en el que el sistema de almacenamiento de energía por batería

(124) es una batería redox de vanadio.

6. Sistema de control según la reivindicación 1, que comprende además un segundo controlador de restauración en comunicación eléctrica con el primer controlador (102) de restauración para coordinar la respuesta a la irregularidad entre dos islas de malla (106) .

7. Sistema de control según la reivindicación 1, en el que la pluralidad de islas de malla (106) están definidas según una simulación por ordenador de datos de carga de la red de potencia (100) que se hace coincidir con un conjunto de prioridades de suministro de potencia específicas.

8. Sistema de control según la reivindicación 1, en el que el primer controlador (102) de restauración detecta la estabilización de red y a continuación, recarga el sistema de almacenamiento de energía por batería (124) .

9. Sistema de control según la reivindicación 1, en el que las cargas no lineales incluyen unos motores (116) de bomba, un climatizador de aire, un compresor (118) , o una carga de potencia todavía comparativamente alta a corto plazo, no crítica.

10. Procedimiento de control de red de potencia, que comprende:

monitorizar (302) las características eléctricas, incluyendo componentes eléctricos críticos, de una pluralidad de islas de una red de potencia, presentando las islas una pluralidad de cargas lineales y no lineales;

estimar (306) el estado y la topología de las islas con las características eléctricas monitorizadas mediante la simulación por ordenador del flujo de potencia a través de la red de potencia;

detectar (308) una irregularidad en una isla afectada; y

suministrar (402) potencia eléctrica a cada isla basándose en el estado y la topología estimados, o en respuesta a la irregularidad detectada, ajustando automáticamente (404) la cantidad de potencia adicional disponible mediante un sistema de almacenamiento de energía por batería en comunicación eléctrica con la isla afectada para mantener la tensión y frecuencia nominales en las cargas lineales, y desconectar la potencia a un porcentaje calculado de las cargas no lineales.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que el sistema de almacenamiento de energía por batería es una batería redox de vanadio.

12. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que la pluralidad de islas están definidas (304) según una simulación por ordenador de datos de carga de la red de potencia que se hace coincidir con un conjunto de prioridades de suministro de potencia específicas.

13. Procedimiento según la reivindicación 10, que comprende además implementar (406) un algoritmo dinámico que

usa el sistema de almacenamiento de energía por batería para compensar (408) la tensión frente a una pluralidad de puntos de ajuste alimentados al algoritmo a partir de una pluralidad correspondiente de ubicaciones en la isla de red.

14. Procedimiento según la reivindicación 10, que comprende además implementar (410) un algoritmo iterativo para

ajustar continuamente (412) la salida del sistema de almacenamiento de energía por batería determinando una hora 15 y una duración para cargar y descargar el sistema de almacenamiento de energía por batería.

15. Procedimiento según la reivindicación 10, que comprende además:

identificar (310) la naturaleza de la irregularidad;

evaluar (312) la gravedad y las consecuencias potenciales de la irregularidad;

identificar (314) acciones correctivas con simulaciones de la irregularidad extrapolada en toda la red de potencia;

decidir (318) una acción correctiva eficaz; y

emplear (322) técnicas de control de gestión de lado de demanda automatizadas para desconectar la potencia a un porcentaje calculado de cargas no lineales de la isla afectada y para estabilizar el suministro de potencia a las cargas conectadas restantes, prolongando de este modo la duración del funcionamiento en isla.

16. Procedimiento según la reivindicación 15, que comprende además implementar automáticamente (316) la acción correctiva eficaz tras la identificación de la acción correctiva.

17. Procedimiento según la reivindicación 15, en el que la irregularidad (310) detectada es un disyuntor de

aislamiento disparado, que aísla la isla de una fuente de potencia principal, y en el que emplear (322) técnicas de control de gestión de lado de demanda automatizadas incluye además encender automáticamente (324) el sistema de almacenamiento de energía por batería para sustituir temporalmente la fuente de potencia principal.

18. Procedimiento según la reivindicación 17, que comprende además detectar (328) la estabilización de isla 40 afectada y emplear el control (330) de sincronización para cerrar el disyuntor de aislamiento disparado.

19. Procedimiento según la reivindicación 18, que comprende además volver a conectar la potencia (332) a las cargas no lineales desconectadas.

45 20. Procedimiento según la reivindicación 15, que comprende además, en respuesta a la detección (328) de la restauración y estabilización de la isla afectada con una fuente de potencia principal, recargar (334) el sistema de almacenamiento de energía por batería.

21. Procedimiento según la reivindicación 10, para el control de red de potencia de una red de potencia que presenta 50 cargas lineales y no lineales, comprendiendo el procedimiento:

en respuesta a la detección (308) de una irregularidad de red de potencia, automáticamente:

identificar (310) la naturaleza de la irregularidad;

55 evaluar (312) la gravedad y las consecuencias potenciales de la irregularidad;

identificar (316) acciones correctivas con simulaciones de la irregularidad extrapolada dentro de una parte afectada de la red de potencia;

60 decidir (318) una acción correctiva eficaz; y

encender (324) un sistema de almacenamiento de energía por batería para sustituir una fuente de potencia principal desconectada o aumentar una fuente de potencia principal interrumpida.

22. Procedimiento según la reivindicación 21, en el que la detección (308) de una irregularidad de red de potencia incluye anticipar una irregularidad de red de potencia antes de que se produzca la irregularidad.

23. Procedimiento según la reivindicación 21, que comprende además emplear (322) técnicas automatizadas de

control de gestión de lado de demanda para desconectar (326) la potencia a un porcentaje calculado de cargas no lineales de la parte de red afectada y estabilizar el suministro de potencia a una pluralidad de cargas conectadas restantes.

24. Procedimiento según la reivindicación 23, en el que en respuesta a la detección de la estabilización de red de

potencia, el procedimiento comprende además volver a conectar (332) la potencia a las cargas no lineales desconectadas.

25. Procedimiento según la reivindicación 21, en el que la irregularidad es un disyuntor de aislamiento disparado,

comprendiendo además el procedimiento detectar (328) la estabilización de red de potencia y emplear el control 15 (330) de sincronización para cerrar el disyuntor de aislamiento disparado.

26. Programa de ordenador que cuando se ejecuta en un ordenador realiza las etapas según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 25.

27. Programa de ordenador según la reivindicación 26, que se almacena en un medio legible por ordenador.