Estudio e implementación de protecciones adaptativas para micro-red de laboratorio ante cambios topológicos definidos

Abstract

Las micro-redes han tenido un aumento en su utilización, debido a que representan una solución económica, que permite la incorporación de las energías renovables y que es capaz de abastecer de energía eléctrica a sectores remotos como islas o zonas rurales. Sin embargo, grandes desafíos se han planteado entorno a ellas en materias de estabilidad, economía y protecciones. Es precisamente en este último tópico en el cual se enfoca el presente trabajo de título. Una protección es un dispositivo destinado a desenergizar un sistema, circuito o artefacto cuando en ellos se alteran las condiciones normales de funcionamiento. Es necesario generar estrategias y esquemas de protección que se ajusten a los requerimientos de cada tipo de sistema a proteger. Tal es el caso de las micro-redes, las cuales no suelen utilizar protecciones convencionales de grandes SEP debido al bajo aporte de corrientes de falla por parte de los recursos distribuidos, la variabilidad del recurso renovable, los flujos bidireccionales y el constante cambio topológico que experimentan estos sistemas de baja o media tensión. En base a lo expresado en los párrafos anteriores, se plantea como objetivo el estudio y desarrollo de una estrategia de protección adaptativa sobre la micro-red presente en el Laboratorio de energía y accionamientos de la Universidad de Chile. Este laboratorio fue seleccionado dada la versatilidad que ofrece, pues permite experimentar con técnicas como la estrategia adaptativa dentro de un ambiente seguro y controlado. En cuanto al sistema de protección propuesto, éste incorpora tres dispositivos de lectura y/o protección integrados a un servidor común llamado OPC. Mediante un programa computacional basado en Python, se ejecuta una solicitud de mediciones al servidor OPC y, en base a ellas, se identifica la topología imperante en la micro-red, para luego seleccionar una configuración que garantice la seguridad y protección del sistema. Dicha selección se realiza mediante Lookup Table. Por un lado, el presente trabajo incorpora nuevas herramientas de operación a la microred como botoneras, almacenamiento de datos en SQL, configuración continua de curvas de protección en un relé utilizado y la selección discreta de uno de seis Setting Group disponibles. Por otro lado, se introduce una metodología y un avance en la configuración de los sistemas de protección y/o medición, pudiendo ser un ejercicio replicable a futuro para otros dispositivos, abriendo nuevas posibilidades de investigación. Un ejemplo de ello sería realizar una optimización entera-mixta para seleccionar la mejor configuración de las protecciones o agregar nuevos elementos que compartan protocolo MODBUS o serial. Finalmente, se comprueba la operación y el correcto funcionamiento de las herramientas y procedimientos realizados. Lo anterior se realiza mediante la emulación de dos fallas consecutivas, producidas con el arranque de un motor de inducción, sobre dos barras de la micro-red. Se observa la acción del sistema de protección ante dichas fallas mediante un Event Recorder propio del relé utilizado, comprobando una adaptación de las protecciones en 14[s] para la primera falla y 16[s] en el caso de la segunda contingencia.