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Regional Seminar Series. Quito, Ecuador. Proyecto CBM usando herramientas PI en Subestaciones de CFE - México. Raúl López Jefe de Información y Tecnología - Transmisión Comisión Federal de Electricidad, México. Feb 2011. Agenda. Proyección “ SMART GRID “ Visión Mundial de la Energía - PowerPoint PPT Presentation
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Empowering Business in Real Time. © Copyright 2010, OSIsoft LLC. All rights Reserved.
Proyecto CBM usando herramientas PI en Subestaciones de CFE - MéxicoRaúl López Jefe de Información y Tecnología - TransmisiónComisión Federal de Electricidad, MéxicoFeb 2011
Regional Seminar SeriesQuito, Ecuador
2 Empowering Business in Real Time. © Copyright 2010, OSIsoft LLC. All rights Reserved.
Agenda
Proyección “ SMART GRID “ Visión Mundial de la Energía Sistema Eléctrico de la CFE y Crecimiento CFE Objetivos, metas e iniciativas Estándares Visión Futura y Estrategia de Implementación Proyecto CBM en CFE Conclusiones y Beneficios
3 Empowering Business in Real Time. © Copyright 2010, OSIsoft LLC. All rights Reserved.
¿ Qué es SMART GRID ?
Es la integración de una gran variedad de tecnologías, dispositivos y sistemas que proporcionan y utilizan información digital, comunicaciones y controles para optimizar la eficiencia, la entrega confiable, segura y la garantía del abastecimiento de la energía eléctrica
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Proyectos de Smart Grid
Un objetivo común de los proyectos es la reducción de la demanda máxima de potencia; administración de picos agudos como resultado del consumo ineficaz de la energía; la subutilización de las instalaciones del sistema eléctrico.
Sin embargo, cada proyecto utiliza diferentes tecnologías redes inteligentes, dispositivos y sistemas.
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Iniciativas de Smart Grid
EL MODELO PROPONE LAS SIGUIENTE MÉTRICAS DE VALOR, EN LAS SIGUIENTES CATEGORÍAS:
EFICIENCIA DEL SISTEMA • Pérdidas en el sistema eléctrico• Relación de la carga promedio – máxima• Duración de la congestión de carga en Líneas de transmisión > 90%
ECONÓMICO • Precios máximos y promedio, por región • Costos de congestión en la transmisión • El costo de las interrupciones y calidad de las perturbaciones eléctricas• Costo total de energía suministrada ó transmitida
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Iniciativas de Smart Grid
CONFIABILIDAD • Duración de la interrupción y la frecuencia • Frecuencia de las interrupciones momentáneas • Fuente de métricas de calidad
SEGURIDAD • Relación de la generación distribuida de la Generación total• Número de consumidores que participan en los mercados energéticos
AMBIENTAL • Relación entre la generación de energía renovable para la generación total • Las emisiones por MWh entregado
SEGURIDAD • Las lesiones y las muertes de los trabajadores y público
7 Empowering Business in Real Time. © Copyright 2010, OSIsoft LLC. All rights Reserved.
Descripción de Smart Grid
Descripciones de la visión de una Smart Grid incluye y compila muchas de las tecnologías que la red inteligente va a usar…
8 Empowering Business in Real Time. © Copyright 2010, OSIsoft LLC. All rights Reserved.
Visión Mundial de la Energía
9 Empowering Business in Real Time. © Copyright 2010, OSIsoft LLC. All rights Reserved.
Inversión en el Sistema de Potencia
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NTE
NOR
NES
OCC
CEN
OTE
PEN
STE
BC
CFE Proyección del Sistema de Transmisión
LÍNEAS Y SUBESTACIONES ELÉCTRICAS
SUBESTACIONES 361MVA´s EN OPERACIÓN
153,396
TOTAL de MVA´s 177,827TRANSFORMADORES
6,874
INTERRUPTORES 2,708CUCHILLAS DESCONECTADORAS
15,336
TRANSFORMADORES de INSTRUMENTOS
35,334
APARTARRAYOS 10,673LINEAS DE TRANSMISIÓN
858
TOTAL DE LÍNEAS KM
55,592
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Activos 2009 2010CRECIMIENTO
%
SUBESTACIONES 355 361 1.66
TOTAL MVA´s 145,954 153,396 4.85
TOTAL de LINEAS EN
KILOMETROS 54,322 56,094 3.15
LÍNEAS DE TRANSMISIÓN 830 973 14.69
CFE Crecimiento de los Activos de Transmisión
12 Empowering Business in Real Time. © Copyright 2010, OSIsoft LLC. All rights Reserved.
Escenario Eléctrico
13 Empowering Business in Real Time. © Copyright 2010, OSIsoft LLC. All rights Reserved.
Sistemas Eléctricos de Hoy
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El Dilema de la Integración
RTU
Meter RTU Recloser Breaker TransformerDiff.
RelayO.C.Relay
SOE
RTU
Meter RTU Recloser Breaker TransformerDiff.
RelayO.C.Relay
SOE
RTU
Meter RTU Recloser Breaker TransformerDiff.
RelayO.C.Relay
SOE
RTU
Meter RTU Recloser Breaker TransformerDiff.
RelayO.C.Relay
SOE
RTU
Meter RTU Recloser Breaker TransformerDiff.
RelayO.C.Relay
SOE
RTU
Meter RTU Recloser Breaker TransformerDiff.
RelayO.C.Relay
SOE
RTU
Meter RTU Recloser Breaker TransformerDiff.
RelayO.C.Relay
SOEMeter RTU Recloser Breaker TransformerDiff.
RelayO.C.Relay
SOE
RTU
DMS CIS EMS/SCADA OMS
GIS WOM MaintVSAToo Complex
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Objetivos• Crear una base de infraestructura de la empresa mediante un amplio conjunto de normas en un modelo de integración impulsado por la iniciativa de SMART GRID.
• Establecer una arquitectura orientada a servicios que pueden ser utilizados para recolectar, integrar, relacionar, analizar y visualizar datos de fuentes diferentes de datos en la subestación
• Desarrollar técnicas para extraer los datos calculados o parámetros para la evaluación de los parámetros de rendimiento
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•Rendimiento de los activos al máximo con el menor coste del ciclo de vida.
•Reducir el mantenimiento correspondiente y O & M de gastos.
•Despacho hábiles para problemas técnicos específicos.
•Manejo de respuestas a problemas para minimizar los costes.
•Maximiza la utilización de los equipos y la fiabilidad.
•Reemplazo de la estrategia de optimización de activos.
•Rendimiento de los activos al máximo con el menor coste del ciclo de vida.
•Reducir el mantenimiento correspondiente y O & M de gastos.
•Despacho hábiles para problemas técnicos específicos.
•Manejo de respuestas a problemas para minimizar los costes.
•Maximiza la utilización de los equipos y la fiabilidad.
•Reemplazo de la estrategia de optimización de activos.
Metas
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Common Information ModelCommon Information Model
N Transformations
Application wrapper
GIS
Asset/WorkManagement
DMS/SCADA
CMSPortal
Standard Service
Standard Service
Standard Service
Standard Service
Standard Service
Standard Service
Data Warehouse
Enterprise Service Bus
(ESB)
Visión del Modelo General
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Proyecto de Iniciativas .
• Instalación de equipos y sistema de Mantenimiento Basado en Condiciones de Operación (CBM), INTEGRACIÓN de Aplicaciones.
• Equipo de aplicaciones centradas en CBM para analizar el funcionamiento actual de los equipos individuales en función de los parámetros del equipo y los datos del sensor, para la toma de decisiones sobre la salud de los equipos actuales.
• Sistema de aplicaciones centradas en CBM para analizar la información actual e histórica, IMPLICA INFORMACIÓN de familias de equipo para comparar el rendimiento real de los equipos con los objetivos corporativos.
• Los datos relativos a los equipos y las aplicaciones CBM HABILITAN el acceso a través de una única y unificada CBM Aplicación del tipo Server / Portal.
.
• Instalación de equipos y sistema de Mantenimiento Basado en Condiciones de Operación (CBM), INTEGRACIÓN de Aplicaciones.
• Equipo de aplicaciones centradas en CBM para analizar el funcionamiento actual de los equipos individuales en función de los parámetros del equipo y los datos del sensor, para la toma de decisiones sobre la salud de los equipos actuales.
• Sistema de aplicaciones centradas en CBM para analizar la información actual e histórica, IMPLICA INFORMACIÓN de familias de equipo para comparar el rendimiento real de los equipos con los objetivos corporativos.
• Los datos relativos a los equipos y las aplicaciones CBM HABILITAN el acceso a través de una única y unificada CBM Aplicación del tipo Server / Portal.
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CFE Enfoque - Proyección
• Pensar a nivel de empresa integrando al mismo tiempo a nivel de la subestación
• Observar al sistema desde una vista de alto nivel para permitir una mayor confiabilidad y menor costo
• No se requiere emprender un proyecto de gran envergadura que requiera de muchos años para completarse
• Necesidad de una estrategia de integración a largo plazo en toda la empresa para que un proyecto pequeño no se convierta en otra isla de automatización
• Para un plan a largo plazo, la arquitectura tiene que abordar el problema de la integración en un enfoque por etapas
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Estándares
IEEE C37.118
/ IEC 61850 for
PMU’s
IEEE C37.118
/ IEC 61850 for
PMU’s
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IED IED IED
Driver 1 Driver 2 Driver 3
SCADA
Tag Data Base
LegacyElectroMech.
RTU
?
Substationapplicationsunaware of
device models
Estándares Relevantes
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Brand Y: Differential RelayBrand X: Instantaneous Overcurrent Relay
Relay 1
PIOC MeasurementsMMXU1.MX
SG CO A PhV
Relay 2
PDIF MeasurementsMMXU1.MX
SG CO A PhV
MMXU1.MX.PhV.phsA.cVal.mag.f
phsA
cVal
mag
f
phsA
cVal
mag
f
Clases de Datos (Data Types)
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61850 Network
61850IED
61850IED
61850IED
Substation Applications aware of device models
IEC 61850 SCL
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Central Generating
Station
Step-Up
Transformer
DistributionSubstation
ReceivingStation
DistributionSubstation
DistributionSubstation
Commercial
Industrial Commercial
Gas Turbine
RecipEngine
Cogeneration
RecipEngine
Fuel cell
Micro-turbine
Flywheel
Residential
Photovoltaics
Batteries
UML – Unified Modeling Language
IEC 61970 Modelo General de Información
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Terminals
Breaker
ConductingEquip.
XFMRWinding
Substation
Transformer
VoltageLevel
Measurements
Has
SuperClass of
Has
Has
Has
Associated with
Associated with
CIM Modelo General de Información
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Breaker
Equipment Container
Power System Resource (logical)
Asset(Physical)
Substation
Conducting Equipment
Location
SuperClass of
Has
Has
Associated with
Associated with
SuperClass of
Map
Document
OutageReport
Inspection Schedule
EquipmentList
WorkOrder
SuperClass of
Has
Crew
Associated with
Person
Associated with
Has
Fuente de Información del Sistema de Potencia
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XFMRWinding
Substation
Transformer
VoltageLevels
Measurement
Has
SuperClass of
Has
Has
Associated with
Power System Resource (logical)
SuperClassof
Equipment Container
Conducting Equipment
SuperClass of
Relationship
Object Type
Airport
13KV
Has
PopulatedBy
PopulatedBy
Object Instance Information (CIM data)
X-123Has
Has
PopulatedBy
W-ABC
T-567
PopulatedBy
PopulatedBy
Views are typically exposed
at a service interface
Path: Airport/13kKV/X-123/W-ABC/T-567
Object type information (CIM)
Activos
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AMS/WMSDMS/GIS
Enterprise Service Bus Enterprise Service Bus
CIM/ OPC UA
CIM/ OPCUA
OPC UA
EnterpriseGateway
DNP/61850 Gateway
DNPIED
DNPIED
DNPIED
Legacy Devices wrapped using IEC61850
LogicalDevice
LogicalDevice
LogicalDevice
61850 Network
61850IED
61850IED
61850IED
DNPIED
DNPIED
DNPIED
Legacy Devices
At the OPC UA interface all devices are unified using
CIM/61850 based views
From the point of view
of O&M applications, all devices
appear to be IEC61850 compliant even if the IEC61850
protocol is not always used
DNP Protocol
IEC61850 Protocol
O&M application
CIM/ OPC UA
DMS/GIS and AMS/WMS
provide data for the construction of power system
and asset oriented views
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CFE Requerimientos de Tecnología y Telecomunicaciones
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TransformerMonitor
BreakerMonitor
Other IED
Backhaul
Substation
Back Office
CFE WAN
CBM AnalyticsCBM Hisorian
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Visión Futura
Y
Estrategia de Implementación
Proyecto CBM en CFE
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POWERPLANTs
POWERPLANTs
. . . . . . . . . . . . . . . .
EMS
ICCP
PI
Primary Control Center
México DF EMS
ICCP
Backup
Control Center
Puebla
EMS
SCADA
PIEMS
SCADA
PIEMS
SCADA
PIEMS
SCADA
PI
SCADA PI SCADA
ICCP ICCP
SUBSTAT ION
SUBSAREAS
AREAS
NATIONAL
CONTROL
CENTER
(8)
SUBSTAT ION
SUBSTAT ION
SUBSTAT ION
(29). . . . . . . . .
. . . . . . . .
POWERPLANTs
POWERPLANTs
ICCP ICCP. . . . . . . . . . .
PIPI
WAMS Applications (1)
HA
PI
HA
PI
HA
PI PI PI SCADA PI SCADAPI PI PI
PI
HA
PI
HA
PI
HA
PMU
s
PMU
s
PMU
s
PMU
s
HA-High Availability
Multiple Broadcasting
HA HA HAHA
Applications (2)All Control Centers using PI
SubstationData
Server
Substation Network
IED IED
SubstationData
Server
Substation Network
IED IED
SubstationData
Server
. . . . . . . . .
SubstationData
Server
. . . . . . . .
SUB AREA SUB AREA SUB AREA SUB AREA
TRANSMISSION
HIGH
SPEED
BUS
HIGH
SPEED
BUS
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34 Empowering Business in Real Time. © Copyright 2010, OSIsoft LLC. All rights Reserved.
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Substation LAN
Operations LAN
SCADA
SCADAPI
Server
CBM Application
Server/Portal
CBMPI
Server
PI to PI
Substation Data Server
IEDIED IED
Modelo base CBM
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LAN - Subestación
• Datos del mantenimiento relacionados con interruptores y transformadores en las subestaciones se pondrá en el servidor de datos de la Subestación
• Si los datos están disponibles a través del protocolo UCA ó por IEC61850 entonces será cargado a través del producto SISCO AX-S4 MMS
• Si los datos están disponibles a través de otro protocolo de entonces será cargado a través de una interfaz estándar de OSIsoft
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Servidor de Datos de la Subestación
• Puede ser en cada subestación• Proporciona alta disponibilidad de
almacenamiento y acceso a los datos de la subestación
• Es utilizado como un sistema de gestión de datos de la subestación
• Organiza y proporciona acceso a los datos de la subestación a través de los modelos CIM - IEC61970 e IEC6185
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Servidor CBM
• Proporciona una plataforma de integración y desarrollo de aplicaciones
• Organiza y facilita el acceso a los datos empresariales a través de CIM- IEC 61970 CIM, SAP y modelos IEC 61850
• También sirve como Modelo de Negocio para el modelado del EMS del sistema de potencia y los datos de SAP de gestión de activos
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Central Generating
Station
Step-Up
Transformer
DistributionSubstation
ReceivingStation
DistributionSubstation
DistributionSubstation
Commercial
Industrial Commercial
Gas Turbine
RecipEngine
Cogeneration
RecipEngine
Fuel cell
Micro-turbine
Flywheel
Residential
Photovoltaics
Batteries
UML – Unified Modeling Language
De la Red del Sistema de Potencia al UML - CIM
41 Empowering Business in Real Time. © Copyright 2010, OSIsoft LLC. All rights Reserved.
Armonía entre IEC 61850 y CIM
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Del CIM al PI AF
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IEC 61850 en AF y en AF XML
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Conclusiones y
Beneficios
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Ejemplos de Aplicaciones CBM• Bitácora de interrupción del circuito• Alarmas del transformador• Carga del Transformador (tiempo en 100-105%, 105-115% y>
115% del nominal MVA)• Transformador de corriente de línea de transmisión (conteos,
máximo y mínimo)• Transformador • Ordenes de Trabajo Completas • Sobrecargas del transformador (conteos / duraciones desde la
última revisión)• Tensión del Bus: desempeño más que rendimiento• Operaciones del cambiador de taps en el Transformador • Órdenes de trabajo activas• Circuito de Mantenimiento por la demanda repetitiva• Mantenimiento en el transformador por la demanda repetitiva• Sobrecargas del circuito (conteo / duración)
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Beneficios del modelo
Abrir el medio ambiente para el desarrollo de aplicaciones
Fácil de desarrollar aplicaciones personalizadas Herramientas estándar de desarrollo
Operaciones, activos, y mantenimiento Integrar los datos de operación y mantenimiento Integrar las operaciones y los modelos de activo Establecer una empresa bajo el modelo estándar UML – CIM
Aplicación basada en modelos y sistemas de integración
Fácil para una futura expansión y la integración de la
empresa
Thank youThank you
© Copyright 2010 OSIsoft, LLC.
777 Davis St., Suite 250 San Leandro, CA 94577