Estimación de estados y detección de fallas en un microrred utilizando un filtro de partículas sensible al riesgo

Abstract

Los sistemas eléctricos, en particular los de potencia, son el conjunto de equipos y dispositivos que permiten la generación, transmisión y distribución de la energía eléctrica en condiciones adecuadas de tensión, frecuencia y disponibilidad de suministro. Esto define un modo de operación normal el cual está sujeto a incertidumbres y perturbaciones que pueden cambiar este modo de operación a uno de alerta o falla, activando protecciones y políticas de control de restauración. En este contexto, la estimación de estados es una herramienta útil de monitoreo de sistema, y en particular, el filtro de partículas sensible al riesgo, es una solución que permite monitorear estados particulares, como los de alerta y fallas, para su temprana detección. En esta memoria de título se presenta el estudio y desarrollo de un esquema de detección de dos tipos de fallas de un sistema eléctrico, usando la información de un proceso de filtrado con partículas, en su variante sensible al riesgo. Los modos de falla en estudio son la degradación de las propiedades eléctricas del polietileno reticulado (XLPE) de un cable expuesto a humedad y una falla de circuito abierto en uno de lo transistores bipolares de compuerta aislada (IGBT) de un inversor trifásico. De estos sólo en el primer modo de falla se genera un modelo de degradación para pronóstico de vida útil del cable dañado. El trabajo se divide en dos etapas. La primera consiste en modelar un sistema eléctrico, en este caso una microrred de tipo residencial operando en modo aislado, en un software de simulación. Junto con ello, se modelan los modos de falla seleccionados. La segunda etapa consiste en implementar un estimador sensible al riesgo que considera el desbalance provocado por la falla de circuito abierto en IGBT. Mediante la estimación completa de la red se estudian los cambios en la resistencia en derivación en el modelo T de la línea, provocado por la degradación del aislante XLPE ante humedad. %Para ambos casos se obtienen modelos de evolución y observación. Los resultados obtenidos permiten observar una detección de falla de circuito abierto en un IGBT con tiempos de reacción entre 7.5 y 12.8 milisegundos, una vez iniciada la falla. El detector de este particular modo falla presenta algunos falsos negativos ante condiciones iniciales muy alejadas del estado real y durante cambios de puntos de operación. Para una falla en el aislante del cable, se realiza un estudio de las condiciones para su detección mediante una integral temporal de variables calculadas con observaciones de tensión y corriente. Simulaciones bajo distintos niveles de incertidumbre revelan una posibilidad de detección cuando el cable acumula al menos 3 años de degradación, y las pérdidas son cercanas a los 60 W.