Método y sistema para controlar el flujo de energía a través de una línea de transmisión de energía eléctrica.

Un método para controlar la energía que fluye a través de un conjunto de líneas de transmisión de energíaeléctrica,

que comprende:

seleccionar las posiciones de una colocación preferida para una pluralidad de monitores de campos magnéticos(302, 304, 306, 307) mediante (a) la determinación de una configuración de los conductores y de un flujo deenergía del conjunto de líneas de transmisión (324) en una ubicación a lo largo del conjunto de líneas detransmisión (324), y (b) la determinación de las posiciones en un área sustancialmente plana (322) que estransversal a dicho conjunto de líneas de transmisión (324) en dicha ubicación donde un cambio predeterminadoen dicho flujo de energía da como resultado un cambio máximo en el campo magnético en las posiciones;colocar dichos monitores de campos magnéticos (302, 304, 306, 307) en dichas posiciones seleccionadas pararecoger los datos de campo magnético;

realizar un análisis de cálculo de dichos datos de campo magnético para determinar un flujo de energía a travésde dicho conjunto de líneas de transmisión (324); y

comunicar dicho flujo de energía a un usuario final;

donde dicha sub-etapa de determinar la configuración de los conductores y el flujo de energía del conjunto delíneas de transmisión (324) incluye:

obtener distancias horizontal y vertical entre cada conductor (340) y una pluralidad de puntos de medición(326, 328, 330, 332, 334, 336, 338) a través del área sustancialmente plana (322) para determinar laconfiguración de los conductores del conjunto de líneas de transmisión (324);

obtener valores de campo magnético medidos en dichos puntos de medición (326, 328, 330, 332, 334, 336,338);

generar, a través de los cálculos realizados en un ordenador digital, valores de campo magnéticopronosticados en cada punto de medición (326, 328, 330, 332, 334, 336, 338) para una serie de flujos deenergía del conjunto de líneas; y

seleccionar el flujo de energía del conjunto de líneas donde los valores pronosticados tienen un mejor ajustecon los valores obtenidos.

Método y sistema para controlar el flujo de energía a través de una línea de transmisión de energía eléctrica

Antecedentes de la invención A. Campo de la invención La presente invención se refiere al control de la energía que fluye a través de líneas de transmisión de energía eléctrica. Más particularmente, la invención se refiere a un método y sistema para seleccionar las posiciones para una colocación preferida de una pluralidad de monitores de campos magnéticos donde un cambio en la energía que fluye a través de la línea de transmisión resultará en un cambio máximo en el campo magnético en las posiciones.

B. Descripción de la técnica relacionada La información sobre la energía que fluye a través de las líneas de transmisión de energía eléctrica y la salida de las instalaciones de generación de energía eléctrica es útil y valiosa para las empresas dedicadas al negocio de compra y venta de energía eléctrica en el mercado abierto. Los productores de energía eléctrica no liberan actualmente esta información a los demás participantes en el mercado.

Una línea aérea de transmisión típica consiste en tres haces de conductores, separados entre sí en una configuración espacial y que discurren entre torres de líneas de transmisión. Cada haz de conductores lleva una fase diferente de la energía transmitida a través de la línea, y la energía total que fluye a través de la línea de transmisión es la suma de la energía que fluye a través de cada uno de los tres haces de conductores. Los haces conductores consisten normalmente en 2 a 4 conductores en un haz. Para mayor comodidad, los haces de conductores serán referidos en lo sucesivo como "conductores", lo que debe entenderse que hace referencia al medio de una línea de transmisión que lleva las fases de la energía que fluye a través de la línea de transmisión. Los conductores que componen cada línea de transmisión llevan corriente alterna (CA) a una frecuencia específica (60Hz en los Estados Unidos, 50Hz en Europa) . Las corrientes que fluyen en una línea de transmisión generan campos magnéticos y las tensiones elevadas (normalmente en el intervalo de 12kV a 1000kV) generan campos eléctricos. Los campos eléctricos y magnéticos netos que rodean una línea de transmisión son una superposición de los campos creados por las corrientes y tensiones asociadas con cada conductor individual. Tanto los campos eléctricos como magnéticos son más grande cerca de los conductores y caen rápidamente a medida que se alejan de los conductores.

A menudo, las torres de líneas de transmisión llevarán diversas líneas de transmisión, lo que será referido en el presente documento como un "conjunto de líneas" o un "conjunto de líneas de transmisión". Para mayor comodidad, se entenderá que las expresiones "conjunto de líneas" y "conjunto de líneas de transmisión" incluyen también configuraciones donde solo una sola línea de transmisión está presente. Los campos eléctricos y magnéticos netos que rodean el conjunto de líneas de transmisión son una superposición de los campos creados por los conductores individuales de cada línea de transmisión. Cada línea de transmisión puede llevar a un flujo de energía que se diferencia en magnitud y en dirección de cualquier otra línea de transmisión en el conjunto de líneas de transmisión. Por ejemplo, un conjunto de líneas de transmisión puede tener una primera línea de transmisión que lleva 100 megavatios (MW) en una dirección, y una segunda línea de transmisión que lleva 300MW en la dirección opuesta.

La "configuración de los conductores" es la disposición real, geométrica de los conductores en el conjunto de líneas de transmisión. Diversas configuraciones ejemplares se muestran de la Figura 1a -Figura 1f, incluyendo: paralela vertical (Figura 1a) ; paralela horizontal (Figura 1b) ; paralela triangular (Figura 1c) ; individual vertical (Figura 1d) ; individual horizontal (Figura 1E) , e individual triangular (Figura 1f) . Lo más probable es que la configuración espacial general del conjunto de líneas de transmisión (por ejemplo paralela vertical, paralela horizontal, paralela triangular, etc.) sea consistente a lo largo de grandes intervalos del conjunto de líneas de transmisión. Sin embargo, la disposición geométrica real de las líneas variará de área transversal a área transversal a lo largo de la línea como consecuencia de variaciones en la tensión y se hundirán en los conductores individuales. Adicionalmente, el hundimiento del conductor individual afectará también a las distancias a tierra de las líneas individuales de forma 55 continua a lo largo del conjunto de líneas de transmisión.

Los conjuntos de líneas de transmisión están diseñados para funcionar a valores de tensión fijos y una capacidad máxima de energía/corriente. Estos valores se pueden obtener a partir de recursos de asignación de las líneas de energía disponibles (tales como Platts Power Map, de Platts, Colorado) .

Las relaciones entre las corrientes y tensiones asociadas con el conjunto de líneas de transmisión y los campos eléctricos y magnéticos resultantes se caracterizan por modelos matemáticos bien conocidos (principalmente la ley de Maxwell y la Ley de Biot-Savart) . Por lo tanto, los campos eléctricos y magnéticos contienen la información necesaria para determinar las corrientes y tensiones (es decir, la energía) que los producen. La Patente de Estados 65 Unidos Nº 6.771.058, incorporada aquí por referencia, describe un aparato y un método para la medición y control de la energía eléctrica que fluye a lo largo de un conjunto de líneas de transmisión de energía eléctrica de alta tensión, que incluye un método de determinación de la energía que fluye a través de un conjunto de líneas de transmisión eléctrica a partir de los datos medidos de los campos eléctricos y magnéticos.

La cantidad de energía que fluye a través de un conjunto de líneas de transmisión se determina por la multiplicación de la corriente por la tensión, como se muestra en la ecuación (1) .

donde VL es la tensión de la línea,

es la suma de las corrientes a través de cada conductor, y ! es la diferencia entre la fase de la tensión de línea y la fase de la corriente de línea. Debido a que la tensión de un conjunto de líneas de transmisión es fija, la cantidad de energía que fluye a través de esa línea en cualquier momento particular, se puede medir mediante la determinación de la corriente a través de la línea. La corriente produce el campo magnético mencionado anteriormente, cuya magnitud medida, cuando se analiza a la luz de la configuración de los conductores y de la distancia del punto de medición de cada uno de los conductores, determina la cantidad de energía a través de la línea.

El campo magnético asociado con un conjunto de líneas de transmisión aéreo se considera generalmente en términos del vector de densidad de flujo magnético, B, en Tesla rodeando a las líneas, lo que es directamente proporcional a las corrientes conductoras Ii como se muestra en la ecuación (2) e inversamente proporcional a la distancia ri desde el centro de cada conductor hasta el punto de medición.

El vector de densidad de flujo magnético, B, se encuentra a lo largo del plano XY perpendicular o transversal al eje longitudinal (Z) de los conductores y a los puntos de acuerdo con la "regla de la mano derecha", ya sea en sentido horario o antihorario dependiente de la dirección de flujo de la corriente. Este vector se puede resolver en componentes horizontales y verticales Bx y By, respectivamente. Como se usa aquí, la expresión "campo magnético" se refiere al vector de densidad de flujo magnético, incluyendo pero no limitado a la magnitud y a la orientación del campo magnético y de sus componentes.

La relación de fase entre la corriente y la tensión en la línea determina el factor de energía (o más en general, la dirección del flujo de energía) . Esta relación de fase se traslada a las fases de los campos magnéticos y eléctricos resultantes, por lo que la relación de fase de estos campos en cualquier punto de medición se puede utilizar para determinar la dirección del flujo, una vez ajustada de manera similar a la geometría de la línea y otros factores. De este modo, es posible determinar la cantidad y la dirección de la energía que fluye a través de un conjunto de líneas de transmisión (el " flujo de energía " del conjunto de líneas de transmisión) mediante la medición de los campos eléctricos y magnéticos asociados con el conjunto de líneas y el procesamiento de la información de manera adecuada. (Véase la Patente de Estados Unidos Nº 6.771.058) .

En la práctica,... [Seguir leyendo]

1. Un método para controlar la energía que fluye a través de un conjunto de líneas de transmisión de energía eléctrica, que comprende:

seleccionar las posiciones de una colocación preferida para una pluralidad de monitores de campos magnéticos (302, 304, 306, 307) mediante (a) la determinación de una configuración de los conductores y de un flujo de energía del conjunto de líneas de transmisión (324) en una ubicación a lo largo del conjunto de líneas de transmisión (324) , y (b) la determinación de las posiciones en un área sustancialmente plana (322) que es transversal a dicho conjunto de líneas de transmisión (324) en dicha ubicación donde un cambio predeterminado en dicho flujo de energía da como resultado un cambio máximo en el campo magnético en las posiciones; colocar dichos monitores de campos magnéticos (302, 304, 306, 307) en dichas posiciones seleccionadas para recoger los datos de campo magnético; realizar un análisis de cálculo de dichos datos de campo magnético para determinar un flujo de energía a través de dicho conjunto de líneas de transmisión (324) ; y comunicar dicho flujo de energía a un usuario final; donde dicha sub-etapa de determinar la configuración de los conductores y el flujo de energía del conjunto de líneas de transmisión (324) incluye:

obtener distancias horizontal y vertical entre cada conductor (340) y una pluralidad de puntos de medición (326, 328, 330, 332, 334, 336, 338) a través del área sustancialmente plana (322) para determinar la configuración de los conductores del conjunto de líneas de transmisión (324) ; obtener valores de campo magnético medidos en dichos puntos de medición (326, 328, 330, 332, 334, 336, 338) ;

generar, a través de los cálculos realizados en un ordenador digital, valores de campo magnético pronosticados en cada punto de medición (326, 328, 330, 332, 334, 336, 338) para una serie de flujos de energía del conjunto de líneas; y seleccionar el flujo de energía del conjunto de líneas donde los valores pronosticados tienen un mejor ajuste con los valores obtenidos.

2. El método de la reivindicación 1, donde la sub-etapa de seleccionar el flujo de energía del conjunto de líneas incluye:

sumar el valor absoluto de las diferencias entre cada valor de campo magnético medido y el correspondiente valor de campo magnético pronosticado para determinar un error total para cada flujo de energía del conjunto de líneas; y seleccionar el flujo de energía del conjunto de líneas con el menor error total ya que se ajusta mejor con los valores medidos.

3. El método de la reivindicación 2, donde dicha sub-etapa de determinar las posiciones donde un cambio en el flujo de energía del conjunto de líneas da como resultado un cambio máximo en el campo magnético en las posiciones incluye:

obtener los valores de campo magnético pronosticados en cada punto de medición (326, 328, 330, 332, 334,

336, 338) para el flujo de energía determinado del conjunto de líneas de transmisión (324) ; obtener los valores de campo magnético pronosticados en cada punto de medición (326, 328, 330, 332, 334, 336, 338) para un flujo de energía del conjunto de líneas de transmisión donde el flujo de energía determinado ha cambiado en una cantidad predeterminada; determinar las diferencias entre los valores pronosticados para el flujo de energía cambiado y los valores pronosticados para el flujo de energía determinado para el campo magnético en cada punto de medición (326, 328, 330, 332, 334, 336, 338) ; y seleccionar los puntos de medición (326, 328, 330, 332, 334, 336, 338) que tienen las diferencias máximas como las posiciones donde un cambio en el flujo de energía del conjunto de líneas (324) da como resultado un cambio máximo en el campo magnético en las posiciones.

4. Un sistema para controlar la energía que fluye a través de un conjunto de líneas de transmisión de energía eléctrica, comprendiendo dicho sistema:

una pluralidad de monitores de campos magnéticos (302, 304, 306, 307) colocados en las posiciones seleccionadas en un área sustancialmente plana (322) que es transversal a dicho conjunto de líneas de transmisión (324) , dichas posiciones seleccionadas mediante:

la determinación de una configuración de los conductores y de un flujo de energía del conjunto de líneas de transmisión en el área sustancialmente plana al: (a) obtener distancias horizontal y vertical entre cada 65 conductor (340) y una pluralidad de puntos de medición (326, 328, 330, 332, 334, 336, 338) a través del área sustancialmente plana (322) para determinar la configuración de los conductores del conjunto de líneas de transmisión (324) ; (b) obtener valores de campo magnético medidos en dichos puntos de medición (326, 328, 330, 332, 334, 336, 338) ; (c) generar, a través de los cálculos realizados en un ordenador digital, los valores de campo magnético pronosticados en cada punto de medición (326, 328, 330, 332, 334, 336, 338) para una serie de flujos de energía del conjunto de líneas; y (d) seleccionar el flujo de energía del conjunto de líneas donde los valores pronosticados tienen un mejor ajuste con los valores obtenidos, y la determinación de posiciones en el área sustancialmente plana (322) donde un cambio predeterminado en el flujo de energía del conjunto de líneas da como resultado un cambio máximo en el campo magnético en las posiciones; y

una instalación de procesamiento central (308) en comunicación con dicha pluralidad de monitores de campos magnéticos (302, 304, 306, 307) para comunicar la determinación del flujo de energía a un usuario final.

5. El sistema de la reivindicación 4, donde las posiciones en el área sustancialmente plana (322) donde un cambio en el flujo de energía a través de la línea da como resultado un cambio máximo en el campo magnético en las 15 posiciones son determinadas mediante:

la obtención de valores de campo magnético pronosticados en cada punto de medición (326, 328, 330, 332, 334, 336, 338) para el flujo de energía determinado del conjunto de líneas de transmisión (324) ; la obtención de valores de campo magnético pronosticados en cada punto de medición (326, 328, 330, 332, 334, 336, 338) para un flujo de energía del conjunto de líneas de transmisión (324) donde el flujo de energía determinado ha cambiado en una cantidad predeterminada; la determinación de las diferencias entre los valores pronosticados para el flujo de energía cambiado y los valores pronosticados para el flujo de energía determinado en cada punto de medición (326, 328, 330, 332, 334, 336, 338) ; y

la selección de los puntos de medición (326, 328, 330, 332, 334, 336, 338) que tienen las diferencias máximas como las posiciones donde un cambio en el flujo de energía del conjunto de líneas (324) da como resultado un cambio máximo en el campo magnético en las posiciones.

6. El sistema de la reivindicación 4, donde las posiciones en el área sustancialmente plana (322) donde un cambio en el flujo de energía a través de la línea da como resultado un cambio máximo en el campo magnético en las posiciones son determinadas mediante:

la obtención de valores de campo magnético horizontal pronosticados y de valores de campo magnético vertical pronosticados en cada punto de medición (326, 328, 330, 332, 334, 336, 338) para el flujo de energía determinado del conjunto de líneas de transmisión (324) ; la obtención de valores de campo magnético horizontal pronosticados y de valores de campo magnético vertical pronosticados en cada punto de medición (326, 328, 330, 332, 334, 336, 338) para un flujo de energía del conjunto de líneas de transmisión (324) donde el flujo de energía determinado ha cambiado en una cantidad predeterminada; la generación de la curva de diferencia del campo magnético horizontal tomando la diferencia entre los valores de campo magnético horizontal pronosticados para el flujo de energía cambiado y los valores de campo magnético horizontal pronosticados para el flujo de energía determinado en cada punto de medición; la generación de una curva de diferencia del campo magnético vertical tomando la diferencia entre los valores de campo magnético vertical pronosticados para el flujo de energía cambiado y los valores de campo magnético 45 vertical pronosticados para el flujo de energía determinado en cada punto de medición (326, 328, 330, 332, 334, 336, 338) ; y la selección de los puntos máximos de la curva de diferencia del campo magnético horizontal y de la curva de diferencia del campo magnético vertical como las posiciones donde un cambio en el flujo de energía a través de la línea da como resultado un cambio máximo en el campo magnético en las posiciones.

7. Un medio legible por ordenador que tiene instrucciones ejecutables por ordenador para realizar un método para la selección de posiciones para una colocación preferida de una pluralidad de monitores de campos magnéticos (302, 304, 306, 307) para controlar el flujo de energía a través de un conjunto de líneas de transmisión de energía eléctrica (324) , comprendiendo dicho método:

determinar una configuración de los conductores y un flujo de energía del conjunto de líneas de transmisión (324) en una ubicación a lo largo del conjunto de líneas de transmisión (324) mediante:

la obtención de distancias horizontal y vertical entre cada conductor (340) y una pluralidad de puntos de medición (326, 328, 330, 332, 334, 336, 338) a través de un área sustancialmente plana (322) que es transversal al conjunto de líneas de transmisión (324) para determinar la configuración de los conductores detallada del conjunto de líneas de transmisión (324) en la ubicación a lo largo de la línea; la obtención valores de campo magnético en dichos puntos de medición (326, 328, 330, 332, 334, 336, 338) ; la generación de valores de campo magnético pronosticados en cada punto de medición (326, 328, 330, 332,

334, 336, 338) para una serie de flujos de energía del conjunto de líneas; y la selección del flujo de energía del conjunto de líneas donde los valores pronosticados tienen un mejor ajuste con los valores medidos; y

determinar las posiciones en un área sustancialmente plana (322) en la ubicación donde un cambio predeterminado en el flujo de energía a través del conjunto de líneas (324) da como resultado un cambio máximo 5 en el campo magnético en las posiciones, indicando de este modo la colocación preferida de los monitores (302, 304, 306, 307) .

8. El medio legible por ordenador de la reivindicación 7, donde las instrucciones ejecutables por ordenador para realizar dicha etapa de determinar las posiciones donde un cambio en el flujo de energía del conjunto de líneas da 10 como resultado un cambio máximo en el campo magnético en las posiciones, incluye:

obtener valores de campo magnético pronosticados en cada punto de medición (326, 328, 330, 332, 334, 336, 338) para el flujo de energía determinado del conjunto de líneas de transmisión (324) ; obtener valores de campo magnético pronosticados en cada punto de medición (326, 328, 330, 332, 334, 336,

338) para un flujo de energía del conjunto de líneas de transmisión (324) donde el flujo de energía determinado ha cambiado en una cantidad predeterminada; determinar las diferencias entre los valores pronosticados para el flujo de energía cambiado y los valores pronosticados para el flujo de energía determinado para los valores de campo magnético horizontal y los valores de campo magnético vertical en cada punto de medición (326, 328, 330, 332, 334, 336, 338) ; y

seleccionar los puntos de medición (326, 328, 330, 332, 334, 336, 338) que tienen las diferencias máximas como las posiciones donde un cambio en el flujo de energía del conjunto de líneas (324) da como resultado un cambio máximo en el campo magnético en las posiciones.

9. El medio legible por ordenador de la reivindicación 7, donde las instrucciones ejecutables por ordenador para realizar dicha etapa de determinar las posiciones donde un cambio en el flujo de energía del conjunto de líneas da como resultado un cambio máximo en el campo magnético en las posiciones incluye:

obtener valores de campo magnético horizontal pronosticados y de valores de campo magnético vertical pronosticados en cada punto de medición (326, 328, 330, 332, 334, 336, 338) para el flujo de energía determinado del conjunto de líneas de transmisión (324) ; obtener valores de campo magnético horizontal pronosticados y de valores de campo magnético vertical pronosticados en cada punto de medición (326, 328, 330, 332, 334, 336, 338) para un flujo de energía del conjunto de líneas de transmisión (324) donde el flujo de energía determinado ha cambiado en una cantidad predeterminada;

generar una curva de diferencia del campo magnético horizontal tomando la diferencia entre los valores de campo magnético horizontal pronosticados para el flujo de energía cambiado y los valores de campo magnético horizontal pronosticados para el flujo de energía determinado en cada punto de medición; generar una curva de diferencia del campo magnético vertical tomando la diferencia entre los valores de campo magnético vertical pronosticados para el flujo de energía cambiado y los valores de campo magnético vertical

pronosticados para el flujo de energía determinado en cada punto de medición (326, 328, 330, 332, 334, 336, 338) ; y seleccionar los puntos máximos de la curva de diferencia del campo magnético horizontal y de la curva de diferencia del campo magnético vertical como la colocación preferida para los monitores de campos magnéticos (302, 304, 306, 307) que miden el flujo de energía a través de un conjunto de líneas de transmisión de energía 45 eléctrica.