Sistemas, procedimientos y dispositivos para la monitorización de una batería de condensadores.

Un procedimiento de monitorización de al menos una batería de condensadores que tiene una pluralidad depasos,

comprendiendo el procedimiento:

recibir (601) mediciones indicativas de voltajes o corrientes o ambas en unas líneas eléctricas respectivas acopladasoperativamente a la pluralidad de pasos (120) de la batería de condensadores (118) por contactorescorrespondientes (122);

recibir (603) información de estado indicativa de los respectivos estados de los contactores;marcar temporalmente (timestamping) (605) las mediciones y la información de estado de contactores;almacenar (607) las mediciones marcadas temporalmente junto con la correspondiente información de estado decontactores marcada temporalmente;

para al menos algunas de las mediciones y estados de contactores marcados temporalmente almacenados,determinar (609) una tasa de variación de un parámetro indicativo o derivado de al menos las mediciones asociadascon al menos uno de la pluralidad de pasos de la batería de condensadores;

comparar (611) la tasa de variación determinada con una tasa de variación de referencia (baseline rate of change)para producir una desviación;

determinar si la desviación satisface un criterio; y

en respuesta a la desviación que satisface el criterio, indicar (613) que la desviación ha satisfecho el criterio.

Sistemas, procedimientos y dispositivos para la monitorización de una batería de condensadores.

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere en general a sistemas de distribución de servicios públicos (utilities) y sistemas de monitorización de servicios públicos. Más particularmente, la presente invención se refiere a sistemas, procedimientos y dispositivos para la monitorización de una o más baterías de condensadores.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las redes de servicios públicos convencionales suministran servicios públicos con fines comerciales, residenciales e industriales. En un sistema típico de distribución eléctrica, por ejemplo, la energía eléctrica es generada por un proveedor de electricidad o compañía de servicios públicos y distribuida a los consumidores a través de una red de distribución de energía. La red de distribución de energía es a menudo una red de cables de distribución eléctrica (más comúnmente conocidos como "líneas de transmisión eléctrica") que enlazan el proveedor eléctrico con sus consumidores. Dispositivos adicionales, tales como barras colectoras (bars) , conmutadores (por ejemplo, interruptores o seccionadores) , transformadores de potencia, y transformadores de instrumento, que normalmente están dispuestos en parques y/o celdas de distribución, están automatizados para el control, protección, medición y monitorización de subestaciones.

Por lo general, la electricidad procedente de un servicio público (utility) es suministrada desde una estación principal a través de un cable de distribución a varias subestaciones locales. En las subestaciones locales, el suministro es transformado por transformadores de distribución de un voltaje relativamente alto en el cable distribuidor a un voltaje más bajo que es el que se suministra al consumidor final. A partir de las subestaciones locales, la energía es suministrada a usuarios industriales a través de una red de energía distribuida que suministra energía a diferentes cargas. Tales cargas pueden incluir, por ejemplo, diversas máquinas eléctricas, de iluminación, sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC systems) , etc.

Algunas redes de distribución eléctrica, como las redes de corriente alterna de múltiples fases (AC alternating current) , sufren unas cargas más fuertes cuando grandes cargas reactivas se conectan y desconectan repetidamente a/de la línea de distribución. Estas variaciones en la circulación de la energía pueden resultar en una baja eficiencia del sistema y grandes pérdidas de energía. Por ejemplo, se pueden producir pérdidas de energía cuando grandes cargas inductivas están conectadas a las líneas de distribución, las cuales pueden producir una cantidad excesiva de corriente reactiva de retardo en la línea.

En general, el factor de potencia de un sistema de energía eléctrica de corriente alterna es la ratio de la potencia real (o "activa") usada en un circuito en relación a la potencia aparente utilizada por el circuito. La potencia real, que normalmente se expresa en vatios (W) o kilovatios (kW) , es la capacidad que tiene el circuito de realizar el trabajo en un momento determinado, mientras que la potencia aparente, que normalmente se expresa en voltiosamperios (VA) o kilo voltios-amperios (kVA) , es el producto de la corriente y el voltaje del circuito. A menudo es deseable aumentar el factor de potencia de un sistema.

La corrección del factor de potencia (PFC - Power factor correction) se puede lograr, por ejemplo, conectando o desconectando baterías (o bastidores - racks) de condensadores. Una batería de condensadores se compone típicamente de un número de pasos discretos que se pueden activar y desactivar. Cada paso se compone de un número de condensadores individuales que están conectados en paralelo (o serie, dependiendo del sistema) , y suman en conjunto para proporcionar la capacitancia total del paso. Un dispositivo convencional que se utiliza para controlar la conexión y desconexión de las baterías de condensadores a/de las líneas de distribución son controladores del factor de potencia. El dispositivo controlador puede conmutar la conectividad de la batería de condensadores según sea necesario a fin de corregir el factor de potencia para la carga detectada en cualquier momento dado. Los controladores del factor de potencia convencionales conectan y desconectan la batería de condensadores a/de la línea eléctrica en base a un número de parámetros medibles, tales como la corriente reactiva, tensión, tiempo, temperatura, etc.

Los condensadores de potencia son naturalmente propensos a efectos de envejecimiento que pueden cambiar sus características eléctricas (por ejemplo, capacitancia, resistencia equivalente, etc.) , que a su vez pueden reducir su eficacia. Dependiendo de los materiales utilizados, el tipo de diseño, y los detalles de fabricación, por ejemplo, algunos condensadores pueden ser propensos a diferentes tipos de fallos si sus características eléctricas cambian a un ritmo más rápido de lo esperado en relación a su envejecimiento normal. En algunos casos, estos fallos pueden ser mitigados por un mecanismo de auto-protección, que se activa, por ejemplo, ante un exceso de presión, exceso de temperatura, y/o exceso de corriente, retirando el condensador del circuito. Otros casos pueden conducir a un fallo en el que el mecanismo de auto-protección deja de funcionar.

Hoy en día es común que las instalaciones de batería de condensadores tengan a su disposición una monitorización y diagnóstico muy limitados o nulos, debido en parte a los gastos asociados con la monitorización del estado de los pasos individuales dentro de una batería de condensadores. Como resultado de este control y diagnóstico limitados, es muy difícil detectar problemas de funcionamiento antes de que ocurran con el fin de mitigar fallos operacionales y reducir al mínimo la interrupción del servicio por medio de esfuerzos regulares de mantenimiento. US 6 671 635 B1 (FORTH J BRADFORD ET AL) divulga un sistema de medición de energía eléctrica basado en un dispositivo electrónico inteligente que es capaz de aplicar curvas características de datos medidos.

DESCRIPCIÓN RESUMIDA DE LA INVENCIÓN

De acuerdo con un aspecto de la presente descripción, se presenta un procedimiento para la monitorización de por lo menos una batería de condensadores que tiene una pluralidad de pasos. El procedimiento incluye: recibir mediciones indicativas de voltajes o corrientes o ambas en unas líneas eléctricas respectivas que están acopladas operativamente a la pluralidad de pasos de la batería de condensadores por medio de unos contactores correspondientes; recibir información de estado indicativa de los respectivos estados de los contactores; marcar temporalmente (timestamping) las mediciones y la información del estado de los contactores; almacenar las mediciones marcadas temporalmente (timestamped) junto con la correspondiente información del estado de los contactores marcada temporalmente (timestamped) ; para al menos algunas de las mediciones y estados de los contactores marcados temporalmente almacenados, determinar una tasa de variación de un parámetro indicativo o derivado de al menos las mediciones asociadas con al menos uno de la pluralidad de pasos de la batería de condensadores; comparar la tasa de variación determinada con una tasa de variación de referencia (baseline rate of change) para producir una desviación; determinar si la desviación satisface un criterio; y, en respuesta a la desviación que satisface el criterio, indicar que la desviación ha satisfecho el criterio.

En un aspecto opcional, la comparación incluye la determinación de una diferencia entre la tasa de variación de referencia y la tasa de variación determinada, en la que la desviación satisface el criterio si la diferencia supera un umbral predeterminado. En este caso, la indicación incluye, en respuesta a la diferencia que supera el umbral predeterminado, mostrar una indicación de que el paso asociado tiene un problema potencial.

En otro aspecto opcional, el procedimiento comprende además la determinación de un nivel de confianza para cada uno de los pasos de la batería de condensadores, e indicar el nivel de confianza para cada uno de los pasos. El nivel de confianza indica la confianza de un problema potencial para cada uno de los pasos.

En otro aspecto opcional, el nivel de confianza incluye un nivel alto, un nivel medio y un nivel bajo. En este caso, el procedimiento comprende además: asignar el nivel alto de confianza a aquellos pasos respectivos cuando el paso respectivo, dentro de un período de observación, siempre produce una desviación entre la tasa de variación... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de monitorización de al menos una batería de condensadores que tiene una pluralidad de pasos, comprendiendo el procedimiento:

recibir (601) mediciones indicativas de voltajes o corrientes o ambas en unas líneas eléctricas respectivas acopladas operativamente a la pluralidad de pasos (120) de la batería de condensadores (118) por contactores correspondientes (122) ;

recibir (603) información de estado indicativa de los respectivos estados de los contactores;

marcar temporalmente (timestamping) (605) las mediciones y la información de estado de contactores;

almacenar (607) las mediciones marcadas temporalmente junto con la correspondiente información de estado de contactores marcada temporalmente;

para al menos algunas de las mediciones y estados de contactores marcados temporalmente almacenados, determinar (609) una tasa de variación de un parámetro indicativo o derivado de al menos las mediciones asociadas con al menos uno de la pluralidad de pasos de la batería de condensadores;

comparar (611) la tasa de variación determinada con una tasa de variación de referencia (baseline rate of change) para producir una desviación;

determinar si la desviación satisface un criterio; y

en respuesta a la desviación que satisface el criterio, indicar (613) que la desviación ha satisfecho el criterio.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la comparación (611) incluye determinar una diferencia entre la tasa de variación de referencia y la tasa de variación determinada, en el que la desviación satisface el criterio si la diferencia supera un umbral predeterminado, y en el que la indicación (613) incluye, en respuesta a la diferencia que supera el umbral predeterminado, mostrar una indicación de que el paso asociado (120) tiene un problema potencial.

3. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además:

determinar un nivel de confianza (501) para cada uno de los pasos (120) de la batería de condensadores (118) , indicando el nivel de confianza una confianza de un problema potencial para cada uno de los pasos; e indicar el nivel de confianza para cada uno de los pasos.

4. El procedimiento de la reivindicación 3, en el que el nivel de confianza (501) incluye un nivel alto, un nivel medio, y un nivel bajo, comprendiendo el procedimiento además:

asignar el nivel alto de confianza a aquellos pasos (120) respectivos cuando el paso respectivo, dentro de un período de observación, siempre produce una desviación entre la tasa de variación determinada para ese paso y la tasa de variación de referencia;

asignar el nivel medio de confianza a aquellos pasos respectivos en una combinación de dos pasos que produce una desviación para cualquiera de los pasos que no tenga asignado el nivel alto de confianza; y

asignar el nivel bajo de confianza a aquellos pasos respectivos en una combinación de pasos que no están asociados con ninguna desviación entre la tasa de variación determinada para ese paso y la tasa de variación de referencia.

5. El procedimiento de la reivindicación 4, que comprende además comunicar al menos una instrucción para provocar una desconexión de aquellos pasos (120) respectivos que tienen asignado el nivel alto de confianza.

6. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además desconsiderar aquellas medidas (601) respectivas que son inestables debido a un reciente cambio de estado de uno o más de los contactores (122) correspondientes.

7. El procedimiento de la reivindicación 6, en el que la desconsideración incluye descartar aquellas mediciones (610) respectivas obtenidas dentro de un intervalo predefinido posterior al reciente cambio de estado del uno o más contactores (122) correspondientes.

8. El procedimiento de la reivindicación 6, que comprende además:

comparar un conjunto de valores de información de estado procedente de un intervalo de medición anterior con un conjunto de valores de información de estado en un intervalo de medición actual, y

concluir (203) que las mediciones (601) son inestables si el conjunto anterior de valores de información de estado es diferente del conjunto actual de valores de información de estado.

9. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además:

normalizar (401) las mediciones frente a un parámetro de normalización.

10. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que determinar la tasa de variación incluye identificar pasos discretos en las mediciones, y eliminar los pasos discretos en la determinación de la tasa de variación.

11. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que determinar la tasa de variación incluye calcular una curva de mejor ajuste y medir la pendiente de la curva de mejor ajuste en un intervalo predefinido.

12. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además calcular un valor para un parámetro predeterminado a partir de las mediciones recibidas, en el que el cálculo del parámetro predeterminado y la recepción de la información de estado están sustancialmente sincronizados.

13. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además determinar la tasa de variación de referencia

(411) para una fase eléctrica de una medición de fase específica a partir de mediciones para al menos otras dos fases eléctricas.

14. Uno o más medios de almacenamiento legibles informáticamente no transitorios que incluyen instrucciones que, cuando son ejecutadas por uno o más procesadores, hacen que el uno o más procesadores realicen operaciones asociadas con un sistema de monitorización de batería de condensadores, comprendiendo las operaciones:

recibir (601) mediciones indicativas de voltajes o corrientes o ambas en líneas eléctricas respectivas acopladas operativamente a una pluralidad de pasos (120) de una batería de condensadores (118) por contactores correspondientes (122) ;

recibir (603) información de estado indicativa de los respectivos estados de los contactores;

marcar temporalmente (timestamping) (605) las mediciones y la información de estado de contactores;

almacenar (607) las mediciones marcadas temporalmente junto con la correspondiente información de estado de contactores marcada temporalmente;

para al menos algunas de las mediciones y estados de contactores marcados temporalmente almacenados, determinar (609) una tasa de variación de un parámetro indicativo o derivado de al menos las mediciones asociadas con al menos uno de la pluralidad de pasos de la batería de condensadores;

comparar (611) la tasa de variación determinada con una tasa de variación de referencia (baseline rate of change) para producir una desviación;

determinar si la desviación satisface un criterio; y en respuesta a la desviación que satisface el criterio, indicar (613) que la desviación ha satisfecho el criterio.

15. Un sistema de monitorización de batería de condensadores para monitorizar una pluralidad de baterías de condensadores, teniendo cada una de ellas una pluralidad de pasos, incluyendo cada uno de los pasos al menos un condensador, comprendiendo el sistema de monitorización:

uno o más procesadores; y uno o más dispositivos de memoria que almacenan instrucciones que, cuando son ejecutadas por el uno o más procesadores, hacen que el sistema de monitorización de batería de condensadores realice las siguientes operaciones: recibir (601) mediciones indicativas de voltajes o corrientes en unas líneas eléctricas respectivas acopladas

selectivamente por medio de unos correspondientes contactores (122) a la pluralidad de pasos de cada una de las baterías de condensadores (118) ; recibir (603) información de estado indicativa de un estado binario respectivo de cada uno de los contactores;

marcar temporalmente (timestamping) (605) las mediciones y la información de estado de contactores; almacenar (607) cada una de las mediciones marcadas temporalmente (timestamped) junto con una combinación correspondiente de la información de estado de contactores marcada temporalmente (timestamped) ;

para cada una de las combinaciones de estado de contactores, calcular (609) una tasa de variación indicativa de la

degradación de cada uno de los pasos de cada una de las baterías de condensadores; comparar (611) la tasa de variación calculada con una tasa de variación de referencia (baseline rate of change) para determinar si hay una desviación entre la tasa de variación de referencia y la tasa de variación calculada;

si hay una desviación, analizar la desviación para determinar si la desviación satisface un criterio; y si la desviación satisface un criterio, producir una notificación que indica (613) que la desviación satisface el criterio.