ES2569431A1

ES2569431A1 - Metodología para el cálculo y predicción de la ampacidad en líneas eléctricas aéreas, según la elección de los emplazamientos críticos

Info

Publication number: ES2569431A1
Application number: ES201600022A
Authority: ES
Inventors: Mario Mañana Canteli; Alberto ARROYO GUTIÉRREZ; Pablo Bernardo CASTRO ALONSO; Ramón LECUNA TOLOSA; Rafael MÍNGUEZ MATORRAS; Antonio GONZÁLEZ DIEGO; Ramsés GARROTE GARCÍA; Raquel MARTÍNEZ TORRE; Alberto LASO PÉREZ; Rodrigo DOMINGO FERNÁNDEZ
Original assignee: Viesgo Distribucion Electrica; Universidad de Cantabria
Current assignee: Viesgo Distribucion Electrica; Universidad de Cantabria
Priority date: 2015-12-29
Filing date: 2015-12-29
Publication date: 2016-05-10
Anticipated expiration: 2035-12-29
Also published as: ES2569431B1

Abstract

Método para el cálculo y predicción de la ampacidad en líneas eléctricas aéreas, que permite aumentar la capacidad de transporte eléctrico de los cables conductores de las líneas aéreas, y que comprende las etapas de: - seleccionar las líneas más susceptibles de ver aumentada su capacidad de transporte eléctrico; - realizar un estudio microclimático, permitiendo así identificar las zonas de la línea donde se pueda producir menor refrigeración del cable conductor; - disponer en un punto de aquellas zonas obtenidas mediante el estudio microclimático, estaciones meteorológicas y sensores de corriente y temperatura del conductor; - transcurrido al menos un año, realizar los estudios estadísticos tanto de los registros de temperatura del conductor como de: viento efectivo, temperatura ambiente y radiación solar, obteniendo así las secciones críticas; - calcular la ampacidad estimada mediante normativa, y aplicar a dicha ampacidad una corrección debida a la máxima flecha de la línea, y a la aparamenta existente en la línea; - calcular la temperatura superficial en el cable conductor estimada mediante normativa; - medir la temperatura superficial en el cable conductor con al menos un sensor de temperatura; - realizar un estudio de las diferentes correlaciones que existen entre el error en la estimación de la temperatura del conductor y las variables que afectan al cálculo, y obtener las correlaciones más críticas: - calcular la temperatura corregida para cada variable y condición de aplicación; - predecir las variables meteorológicas para el cálculo de la predicción de la ampacidad a corto y medio plazo.

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

conductor nos dira cuan de cargada se encuentra la llnea. que es dual a comparar la temperatura maxima que soporte el conductor con la temperatura instantanea del conductor.

De este modo, la determination de la temperatura superficial del conductor se puede realizar bien de manera estimada (segun normativa), o bien mediante su monitorizacion medida con un sensor de temperatura (de contacto directo o de contacto indirecto).

La primera de las opciones, estima la temperatura superficial del conductor monitorizando las condiciones meteorologicas del entorno donde se encuentra emplazada la llnea aerea y utilizando los balances termicos estimados de las normativas.

Para la medicion de las variables meteorologicas es necesaria la colocation de una serie de estaciones meteorologicas que nos permitan monitorizar datos como el viento (velocidad y direction), la radiation solar, la humedad, la temperatura ambiente, etc. Mediante dichas mediciones y conociendo la corriente que circula por el cable se puede determinar la temperatura que alcanza la superficie del cable.

Este metodo de calculo esta normalizado, siendo las principales normas a seguir la "Technical Brochure 601, Guide for thermal rating calculation of overhead lines, Cigre. December 2014" y la "IEEE Standardfor calculating the current-temperature of bare overhead conductors. IEEE Std 738-2012 (Revision of IEEE STD 738-1993)".

Dichas normas proponen dos analisis diferentes para la estimation de la temperatura del cable: un analisis en estado estacionario y un analisis en estado no estacionario. El primero de ellos consiste en un estudio estacionario de las condiciones ambientales y en consecuencia de la temperatura del mismo. De este modo, conociendo las variables ambientales cada cierto tiempo y utilizando el balance termico estacionario de las normativas se puede calcular la temperatura permanente que alcanzarla el conductor si se mantuviese indefinidamente bajo esas condiciones ambientales, y se utiliza esa nueva temperatura como punto de partida para el siguiente conjunto de valores ambientales. Sin embargo, se intuye que este metodo no es lo suficientemente preciso puesto que las variables ambientales son cambiantes con el tiempo.

Por este motivo las normativas proponen una alternativa, realizar un balance termico no estacionario que tenga en cuenta la inercia termica del cable. Este nuevo metodo estima la temperatura que tendrla el cable en cada periodo de muestreo y utiliza esa nueva temperatura como punto de partida para el siguiente conjunto de valores ambientales.

Sin embargo, estos metodos (estacionario y no estacionario) introducen una determinada incertidumbre debido a factores como el error en la medicion de las variables meteorologicas (viento, radiacion, etc.) ["Guide for the Selection of Weather Parameters for Bare Overhead Conductor Ratings", CIGRE 82-12 Brochure (Ref No. 299), 2006], [Drager HJ. Hussels D. Puffer R. "Development and Implementation of a Monitoring System to lncrease the Capacity of Overhead Lines". 42nd CIGRE Session, Paris, August 2008"] [G.M. Beers, S. R. Gilligan, H. W LIS, J. M. Schamberger: "Transmission Conductor Ratings", lEE Transactions Power Apparatus and Systems, Vol. Pas-82. PP. 767-75, 1963], la localization de los puntos mas calientes en la llnea, la zona que pueda mitigar el viento, etc.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

La segunda de las opciones, es la monitorizacion de la temperatura medida con un sensor de contacto directo o indirecto. Esta forma de determinar la temperatura superficial del conductor se hace necesaria para comparar los resultados medidos con los valores estimados segun normativa, de tal manera que la coincidencia o no de ambos valores permiten al operario corroborar o no la validez de sus calculos. [Modelling precipitation cooling of overhead conductors. Pytlak, P.; Musilek, P. Electric Power Systems Research, 2011], [Development and improvement of an intelligent cable monitoring system for underground distribution networks using distributed temperature sensing. Cho. J; Kim. J; Hak-Ju, L.: Ju-Yong, K.; Il-Keun. S.; Joon-Ho. C. Energies. 2014] [Simulation and measurement of the steady-state temperature in multi-core cables. Holyk, C.: Liess, H. D.: Grondel, S.: Kanbach, H.; Loos, F Electric Power Systems Research, 2014]. No obstante, al igual que ocurre en el caso de la temperatura estimada, existe una determinada incertidumbre debido a los sensores, generalmente instalados en el conductor.

Por otro lado, es importante destacar que, asl como la medida directa con un sensor de temperatura nos permite monitorizar la temperatura superficial del conductor, en el caso de la normativa, ademas de obtener la temperatura superficial estimada del conductor, es posible obtener la ampacidad estimada. En el caso de la temperatura estimada, y tal y como se comento anteriormente, es necesario conocer las condiciones meteorologicas asl como la corriente que circula por el conductor, mientras que en el caso de la ampacidad estimada, es suficiente con conocer las condiciones meteorologicas.

De este modo, conociendo la temperatura del conductor y los datos meteorologicos del emplazamiento se puede realizar la gestion dinamica de la llnea, bien comparando dicha temperatura con la maxima que soporte el conductor en cuestion, o bien calculando la corriente que circula por el cable para posteriormente poder ser cotejada con la ampacidad [Dynamic thermal line ratings. Part l. Dynamic ampacity rating algorithm". S.O. Foss, S.H. Lin. R.A. Fernandes, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. 102, No. 6, pp. 1858-64. 1983].

La patente americana US 8386198 B2 describe una metodologla para el calculo de la ampacidad utilizando una monitorizacion en tiempo real de las variables meteorologicas. Dicha metodologla consiste en recibir los datos de la llnea y las condiciones meteorologicas, calcular la ampacidad dinamica, o lo que es lo mismo la maxima corriente que puede circular en funcion de las variables meteorologicas, compararla con la ampacidad estatica, es decir, la que se proporciona en la hoja de especificaciones del conductor y que se calcula con condiciones meteorologicas muy restrictivas, y trasladar estos datos a campo. Dicha metodologla no contempla ni la selection de las llneas mas crlticas dentro del mallado de la red ni la seleccion de los lugares crlticos de la llnea donde por motivos ambientales u orograficos las condiciones de calentamiento/ refrigeration del conductor pueden ser muy distintas a las del resto de la llnea.

Adicionalmente la patente indica como unica restriction de la ampacidad dinamica, la maxima flecha (distancia conductor al suelo) que puede presentar la llnea. Sin embargo existen otros criterios como transformadores, seccionadores, empalmes, punto calientes y demas aparamenta de la llnea.

Por otro lado, en el metodo de calculo de la ampacidad de la patente mencionada no se contempla el error cometido por los algoritmos implementados. En la literatura tecnica estan ampliamente definidos los procedimientos de obtencion de la ampacidad y los

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

errores en los que incurre ["Guide for the Selection of Weather Parameters for Bare Overhead Conductor Ratings", CIGRE 82-12 Brochure (Ref No. 299), 2006).

Finalmente, la patente tampoco tiene en cuenta la necesaria prediction de la ampacidad para la correcta y viable operation del sistema electrico. Es necesario entender que el operador de la lmea necesite de un tiempo de maniobra a corto y medio plazo para poder realizar modificaciones de carga en la misma.

Para que las normativas te permitan obtener a corto y medio plazo una prediccion de la temperatura del conductor es necesaria la prediccion de las variables meteorologicas. Para ello se utilizan modelos numericos de prediccion meteorologica que permiten, partiendo de un estado inicial con unas caracteristicas atmosfericas dadas, simular la evolution atmosferica mediante la traduction, a traves de metodos numericos, de las leyes de la mecanica de fluidos y de la termodinamica. Existen diferentes metodos de prediccion de las variables meteorologicas, como son los Metodos deterministas [Prediction of overhead transmission line ampacity by stochastic and determinislic models. Hall. J.F.; Deb. A.K. Transactions on Power Delivery, IEEE, 1988] y los metodos probabilisticos [A method for determining probability based allowable current ratings for BPA's transmission fines. Reding. J L. Transactions on Power Delivery, IEEE. 1994].

Los metodos deterministas introducen unas condiciones iniciales unicas, lo que da como resultado un solo valor para los diferentes factores (viento, radiation, etc.) que, basicamente, se usa para la prediccion a corto plazo. Sin embargo, los metodos probabilisticos modifican las condiciones iniciales por diferentes y complejos procedimientos dando lugar a multiples predicciones meteorologicas. A continuation se compara la frecuencia con que coinciden los multiples resultados obtenidos con la prediccion determinista y se expresan lo resultados en terminos de porcentaje de probabilidad de ocurrencia. Este procedimiento se utiliza, basicamente, para medio plazo.

En la literatura se encuentran antecedentes de prediccion meteorologica para el calculo de la ampacidad a corto y medio plazo:

- "Dynamic line rating and ampacity forecasting as the keys to optimise power line assets with the integration of RES. the European project twenties demonstration inside central western Europe". Huu-Minh Nguyen; Lilien, J.-L.; Schell, P., Electricity Distribution (CIRED 2013) trata sobre la prediccion meteorologica mediante modelos numericos de prediccion global, los cuales simulan la dinamica de la atmosfera en un tiempo determinado, a traves de la resolution de complejas ecuaciones diferenciales. Estas ecuaciones expresan diferentes principios y leyes de la Fisica: segunda ley de Newton, primer principio de la Termodinamica, principio de conservation de la masa de aire y del agua en la atmosfera, ecuacion hidrostatica y ecuacion de estado del aire. El sistema de ecuaciones necesita de modelos numericos aproximados para resolverlos. La principal limitation de este metodo es que los modelos matematicos son muy complejos y las empresas distribuidoras deberian externalizar el servicio para un correcto funcionamiento de los mismos, suponiendo un coste elevado.

- "Prediction of overhead transmission fine ampacity by stochastic and deterministic models. Transactions on Power Delivery", IEEE. Hall, J.F.: Deb, A.K. y "Prediction of transmission-line rating based on thermal overload probability using weather models". Kim, D.-M and Kim, J-O. Euro. Trans. Electr. Power, 20:534-544 (2010).

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

utilizan algoritmos estocasticos/determinlsticos basados en series temporales para la prediction de las variables meteorologicas. Una serie temporal o cronologica es un conjunto ordenado de observaciones obtenidas en intervalos regulares de tiempo. La caracterlstica principal es la dependencia operacional: el valor de una variable en un determinado instante de tiempo depende de los valores de la propia variable en instantes anteriores. Este metodo aunque presenta modelos mas sencillos incurre en mayores errores que los metodos matematicos.

- "Probabilistic ampacity forecasting for overhead lines using weather forecast ensembles". Ringelband. T.; Schafer, P. & Moser, A. Electrical Engineering, Springer- Verlag, 2013, 95, 99-107, se basa en la prediccion a largo plazo de la ampacidad a traves de funciones de probabilidad. Este metodo esta indicado para predicciones a largo plazo con errores bastante considerables.

Description de la invention

La presente invencion trata de resolver los inconvenientes mencionados anteriormente mediante un metodo para el calculo y prediccion de la ampacidad en llneas electricas aereas, segun la election de los emplazamientos crlticos de las estaciones meteorologicas y de los sensores de temperatura y corriente, que permite aumentar la capacidad de transporte electrico de los conductores de las llneas aereas.

Concretamente, en un primer aspecto de la presente invencion, se proporciona un metodo para el calculo y prediccion de la ampacidad en llneas electricas aereas, que permite aumentar la capacidad de transporte electrico de los cables conductores de las llneas aereas, y que comprende las etapas de:

- seleccionar las llneas, dentro del conjunto de la red, mas susceptibles de ver aumentada su capacidad de transporte electrico;

- para cada llnea, realizar un estudio micro climatico en el que se analizan los gradientes de viento, temperatura ambiente y radiation, y la orografla y las peculiaridades de diversas zonas de la llnea bajo estudio, permitiendo as! identificar las zonas de la llnea donde se pueda producir menor refrigeration del cable conductor, tal que cada zona comprende al menos una section de la llnea electrica;

- para cada llnea, disponer en un punto de aquellas zonas de menor refrigeracion obtenidas mediante el estudio micro climatico, estaciones meteorologicas - configuradas para medir parametros ambientales, tales como: velocidad y direction del viento, radiacion solar, humedad temperatura ambiente, presion atmosferica, cantidad de lluvia, etc. - y sensores de comente y temperatura del conductor, tal que dicho punto se encuentra situado en una de las secciones que comprende la zona;

- transcurrido al menos un ano, y para comprobar la veracidad del estudio previo micro climatico en relation a las zonas de menor refrigeracion, realizar, mediante las estaciones meteorologicas y los sensores de comente y temperatura ya instalados, los estudios estadlsticos tanto de los registros de temperatura del conductor como de los parametros: viento efectivo, temperatura ambiente y radiacion solar, obteniendo asilas secciones criticas;

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

- para cada llnea, y en aquellas secciones criticas, calcular la ampacidad estimada mediante normativa, y aplicar a dicha ampacidad una correction debida a la maxima flecha de la llnea, y a la aparamenta existente en la llnea, como transformadores, interruptores, contactores, celdas y seccionadores;

- para cada llnea, y en aquellas secciones criticas, calcular la temperatura superficial en el cable conductor estimada mediante normativa;

- para cada llnea, y en aquellas secciones criticas, medir la temperatura superficial en el cable conductor con al menos un sensor de temperatura;

-realizar un estudio de las diferentes correlaciones que existen entre el error en la estimation de la temperatura del conductor (diferencia entre la temperatura medida y la estimada) y las variables que afectan al calculo (intensidad, viento, temperatura ambiente y radiation), y obtener las correlaciones mas criticas, es decir, las variables que afectan en mayor medida al error de la temperatura, y las condiciones de aplicacion en las que se producen.

- calcular la temperatura corregida para cada variable y condition de aplicacion:

^corregida Testimada ^

Tn,m

- a partir de los registros de viento, temperatura ambiente y radiacion solar monitorizados por las estaciones meteorologicas y sensores de temperatura e intensidad ubicados en las secciones criticas obtenidas, predecir las variables meteorologicas para el calculo de la prediction de la ampacidad a corto y medio plazo, de tal forma que dichas variables meteorologicas predichas permiten el calculo de la ampacidad corregida en funcion de la aparamenta as! como de la temperatura corregida correspondiente a dicha ampacidad.

Preferentemente, la selection de las llneas mas susceptibles de ver aumentada su capacidad de transporte electrico comprende las etapas de: realizar una simulation de la red electrica con diferentes escenarios respecto a los datos de generation y consumo electrico de la red; definir los tipos de las llneas de transporte; obtener la distribution de los flujos de carga - corriente - a traves de las llneas que conforman la red y realizar el estudio de las llneas que estan mas cargadas. En una posible realization, tambien se realiza el estudio de escenarios alternativos que se puedan producir debido a diversas contingencias, tales como el fallo de una llnea o su mantenimiento.

Preferentemente, las zonas identificadas mediante el estudio micro climatico son aquellas en las cuales se cumple al menos uno de los siguientes requisitos:

- el valor de velocidad de viento es inferior al 85% de los valores del estudio micro climatico;

- el valor de temperatura ambiente es superior al 50% de los valores del estudio micro climatico;

- el valor de radiacion solar es superior al 50% de los valores del estudio micro climatico;

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

- los valores de velocidad de viento y temperatura ambiente estan comprendidos entre el 15% y el 50% de los valores de velocidad de viento y temperatura ambiente del estudio micro climatico respectivamente;

- los valores de velocidad de viento y radiacion solar estan comprendidos entre el 15% y el 50% de los valores de velocidad de viento y radiacion solar del estudio micro climatico respectivamente;

- los valores de temperatura ambiente y radiacion solar estan comprendidos entre el 15% y el 50% de los valores de temperatura ambiente y radiacion solar del estudio micro climatico respectivamente.

En una posible realization, en el caso de que al menos dos zonas resultantes del estudio micro climatico pertenezcan a una misma section, se disponen las estaciones meteorologicas y sensores de temperatura y corriente en aquella zona con un valor mas restrictivo, siendo el orden de selection: menores valores de viento, mayores valores de temperatura ambiente, mayores valores de radiacion, y combinaciones de: menores valores de viento y mayores valores de temperatura ambiente, menores valores de viento y mayores valores de radiacion solar y mayores valores de temperatura ambiente y mayores valores de radiacion solar.

Preferentemente, para la obtencion de las secciones crlticas mediante el estudio estadlstico de los registros de temperatura del conductor por medio de sensores de temperatura y corriente, el metodo comprende las etapas de: analizar estadlsticamente los registros de temperatura del cable conductor medidos por cada sensor en cada estacion del ano; obtener una relation de los sensores que registran un mayor numero de veces la temperatura maxima de la llnea; establecer como secciones crlticas aquellas secciones monitorizadas por los sensores que han registrado, con un porcentaje de ocurrencia superior al 5%, un mayor numero de veces la temperatura maxima de la llnea.

Preferentemente, para la obtencion de las secciones crlticas mediante el estudio estadlstico de los registros de viento por medio de estaciones meteorologicas, el metodo comprende las etapas de: analizar estadlsticamente los registros de viento medidos por cada estacion meteorologica en cada estacion del ano; obtener los valores de viento efectivo para cada seccion donde se encuentra la estacion meteorologica; ordenar para cada seccion y estacion del ano los valores de viento efectivo, extraer del listado el 20% de los valores de vientos efectivos mas bajos; asignar al mayor de estos valores, el valor efectivo mlnimo, el cual presenta un 80% de nivel de confianza; seleccionar como secciones criticas aquellas secciones que poseen el 15% de los valores efectivos mlnimos mas bajos.

Preferentemente, para la obtencion de las secciones criticas mediante el estudio estadlstico de los registros de temperatura ambiente por medio de estaciones meteorologicas, el metodo comprende las etapas de: analizar estadlsticamente los registros de temperatura ambiente medidos por cada estacion meteorologica en cada estacion del ano; calcular su valor medio; seleccionar como secciones crlticas aquellas secciones monitorizadas por las estaciones meteorologicas cuya temperatura ambiente media se encuentra por encima del valor de la temperatura media de la estacion menos critica mas un 15%.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Preferentemente, para la obtencion de las secciones criticas mediante el estudio estadlstico de los registros de radiacion solar por medio de estaciones meteorologicas, el metodo comprende las etapas de: analizar estadlsticamente los registros de radiacion solar medidos por cada estacion meteorologica en cada estacion del ano; calcular la radiacion solar media de las horas de sol; calcular la media de la radiacion solar maxima diaria; seleccionar como secciones criticas aquellas secciones monitorizadas por las estaciones meteorologicas cuya radiacion solar media y cuya radiacion solar maxima diaria media se encuentra por encima del valor de la radiacion solar media y de la radiacion solar maxima diaria media de la estacion menos crltica mas un 10% respectivamente.

En una posible realization, el metodo comprende ademas la etapa de eliminar las estaciones meteorologicas y los sensores de corriente y temperatura los cuales monitorizan secciones de la llnea que, tras los estudios estadlsticos tanto de los registros de temperatura del conductor como de los parametros, no se consideran criticas.

Preferentemente, para aplicar a la ampacidad una correction debida a la aparamenta existente en la llnea, el metodo comprende la etapa de comprobar los elementos de la llnea que provoquen un aumento de temperatura mas restrictivo, siendo estos elementos los que limiten el aumento de corriente en la llnea;

Preferentemente, las correlaciones mas criticas se muestran en forma de recta de correlation del error (ETn,m) por cada una de las variables (Xn) y condiciones de aplicacion

(Ca n,m):

n.m ~ An,m

+ B„.m V C

an.m

donde:

n = numero de variables correlacionadas con el error.

m = numero de condiciones de aplicacion para cada variable (Xn).

An,m y Bn,m = los parametros de la recta de correlacion asociadas a cada variable (Xn) y a cada condition de aplicacion (Ca n,m).

Preferentemente, la prediction de las variables meteorologicas para el calculo de la prediction de la ampacidad a corto y medio plazo se lleva a cabo por medio de redes neuronales, y comprende las etapas de: definir los horizontes de prediccion necesarios para la operation optima de los gestores de la red; definir las variables principales a predecir, siendo estas la temperatura ambiente, la velocidad y direction del viento y la radiacion; definir las posibles variables explicativas para cada variable principal; entrenar las redes neuronales para cada variable principal combinandola con sus posibles variables explicativas; realizar la prediccion con cada una de las redes neuronales entrenadas y obtener el error cuadratico medio de la prediccion respecto al medido; utilizar para la prediccion de la ampacidad las combinaciones de variables principales y explicativas con menor error cuadratico medio, realizar la prediccion en tiempo real. Preferentemente, para la prediccion en tiempo real, el metodo comprende las etapas de: definir nr matrices de entrada a utilizar por cada una de las redes neuronales entrenadas; implementar las redes neuronales con las matrices de entrada; obtener nr valores de salida que se corresponden con los valores predichos de las variables principales;

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

obtener la ampacidad predicha en el horizonte definido para cada estacion meteorologica; utilizar la ampacidad predicha para la gestion dinamica de la llnea por parte del operador.

Breve descripcion de las figuras

Con objeto de ayudar a una mejor comprension de las caracterlsticas de la invention, de acuerdo con un ejemplo preferente de realization practica del mismo, y para complementar esta descripcion, se acompana como parte integrante de la misma, un juego de dibujos, cuyo caracter es ilustrativo y no limitativo. En estos dibujos:

La figura 1 muestra un esquema de una realizacion concreta de la invencion.

La figura 2 muestra un esquema de una realizacion concreta de la invencion, para la selection de las llneas susceptibles de ser gestionadas dinamicamente y del emplazamiento de los sensores de medida dentro de la llnea a monitorizar.

La figura 3 muestra un esquema de una realizacion concreta de la invencion, para corregir el error cometido por los algoritmos de las normativas durante la estimation de la temperatura del conductor.

La figura 4 muestra un esquema de una realizacion concreta de la invencion, con los pasos a seguir durante la implementation de las redes neuronales durante el entrenamiento y la prediccion respectivamente.

Descripcion detallada de la invencion

En este texto, el termino "comprende" y sus variantes no deben entenderse en un sentido excluyente, es decir, estos terminos no pretenden excluir otras caracterlsticas tecnicas, aditivos, componentes o pasos.

Ademas, los terminos "aproximadamente", "sustancialmente", "alrededor de", "unos", etc. deben entenderse como indicando valores proximos a los que dichos terminos acompanen, ya que por errores de calculo o de medida, resulte imposible conseguir esos valores con total exactitud.

Ademas, se entiende por apoyo o torre a la estructura encargada de soportar algunos de los elementos que componen una llnea electrica aerea (tales como aisladores, conductores y otros componentes) para mantenerlos separados entre ellos y del terreno unas distancias establecidas por reglamento tecnico.

Ademas, se entiende por vano la zona entre dos apoyos.

Ademas, se entiende por conductor, cable conductor o cable al elemento con baja resistencia a la conduction electrica y principal encargado en las llneas electricas del transporte de la intensidad electrica.

Ademas, se entiende por llnea o llnea de transporte y/o distribution de energla electrica el medio flsico encargado de la transmision de energla electrica, constituida por los elementos necesarios (apoyos, crucetas, cables de fase, cables de guarda, aisladores...) para transportar la energla electrica hasta los puntos de consumo y a traves de grandes

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

distancias. Cuando los cables de fase de la llnea estan instalados por encima del suelo, la llnea se denomina llnea aerea de transporte de energla electrica.

Ademas, se entiende por flecha a la distancia vertical medida desde un punto de un cable hasta la llnea recta imaginaria que une los dos puntos de sujecion del cable.

Ademas, se entiende por flecha maxima cuando el punto del cable es el mas alejado de la llnea recta imaginaria que une los dos puntos de sujecion. En el caso de llneas electricas, el cable es un cable conductor, y los puntos de sujecion son los amarres.

Ademas, se entiende por medicion directa de la temperatura a aquella medicion realizada por un termometro y que calcula la temperatura a partir de una ecuacion de estado expllcita, sin necesidad de introducir otras variables dependientes de la temperatura (termometros primarios: p. ej. termometro de gas, acustico o de radiation total) o bien aquella medicion realizada por un termometro y que obtiene la temperatura a partir de alguna otra propiedad (llamada variable termometrica) que tiene una relation conocida con la temperatura (termometros secundarios o practicos: p. ej. termometro de mercurio o alcohol, termometros de resistencia y termopares o termometros de infrarrojos).

Ademas, se entiende por medicion indirecta de la temperatura aquella medicion en la cual no se emplea un termometro, si no que se mide una propiedad y se relaciona con la temperatura, pero sin un instrumento de medida que relacione ambas directamente sobre una escala de temperatura (p. ej. inclinometro).

Ademas se entiende por temperatura medida aquella que es monitorizada mediante un sensor de temperatura bien de contacto directo o indirecto.

Ademas, se entiende por gestion dinamica aquella gestion que permite controlar a corto y medio plazo la maxima corriente o ampacidad que puede circular por un conductor sin que este sufra danos. Ademas, se entiende que dentro de la gestion dinamica se determina la temperatura superficial del conductor de manera estimada (segun normativa), y mediante su monitorizacion medida con un sensor de temperatura (de contacto directo o de contacto indirecto), y se lleva a cabo la prediction.

Ademas, se entiende por secciones las partes de llnea que son uniformes en cuanto a direction, es decir, forman parte de una misma section los vanos consecutivos que no tengan cambios de direcciones apreciables a lo largo de la llnea. Es decir, una llnea esta dividida en secciones y cada seccion engloba un numero determinado de vanos. Cada seccion posee vanos consecutivos que no tienen cambios de direccion apreciables a lo largo de la llnea.

Ademas, se entiende por aparamenta a todos aquellos elementos asociados a la red de transporte como: seccionadores, interruptores, transformadores, aisladores, etc.

Las caracterlsticas del metodo de la invention, as! como las ventajas derivadas de las mismas, podran comprenderse mejor con la siguiente description, hecha con referencia a los dibujos antes enumerados.

Las siguientes realizaciones preferidas se proporcionan a modo de ilustracion, y no se pretende que sean limitativas de la presente invencion. Ademas, la presente invencion cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aqul

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

indicadas. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y caracterlsticas de la invention se desprenderan en parte de la description y en parte de la practica de la invention.

A continuation se describe el metodo para el calculo y prediction de la ampacidad en llneas electricas aereas, segun la election de los emplazamientos crlticos de las estaciones meteorologicas y de los sensores de temperatura y corriente, que permite aumentar la capacidad de transporte electrico de los conductores de las llneas aereas. La figura 1 muestra un esquema de las etapas que comprende el metodo de la invencion.

En primer lugar, se seleccionan las llneas a gestionar dinamicamente dentro del conjunto de la red, con el fin de conocer que llneas son las mas susceptibles de ver aumentada su capacidad de transporte electrico. Es por esto que se hace necesario realizar un estudio de los flujos de carga de la llnea.

Para ello, preferentemente se realiza una simulation de la red electrica con diferentes escenarios que se den en la realidad. Los diferentes escenarios que se simulan, abarcan un gran numero de combinaciones. Por ejemplo, un parametro a variar es la potencia generada. Un experto en la materia entendera que los valores maximos y mlnimos de la potencia depende en gran medida de su fuente de generation: en parques eolicos la potencia sufre una gran variacion, mientras que en centrales nucleares la potencia permanece mas constante. Ademas de simular diferentes escenarios con respecto a los datos de generacion y consumo electrico de la red, se definen los tipos de las llneas de transporte y, a continuacion se simula y se obtiene la distribution de los flujos de carga (corriente) a traves de las !aneas que conforman la red. Una vez obtenida la corriente que circula por las llneas para cada escenario, se realiza el estudio de las llneas que estan mas cargadas. Ademas, en una posible realization se prueban escenarios alternativos que se puedan producir, por ejemplo, debido al fallo de una llnea o bien por su mantenimiento, siendo necesario en estos casos evacuar la energla de la llnea por el resto de llneas. Con toda esta metodologla, se obtienen las llneas mas cargadas, e incluso saturadas, y las que en caso de contingencia, son mas susceptibles de ser sobrecargadas.

A continuacion, y una vez identificadas las llneas susceptibles de ser gestionadas dinamicamente, para cada llnea se determinan las zonas en donde se pueda producir menor refrigeration del cable conductor, debido a sus particularidades ambientales y/u orograficas. Entiendase que la dimension de una zona depende de las particularidades mencionadas, por lo que una zona puede comprender 1 o mas secciones.

Para ello, se realiza un estudio previo micro climatico en el que se analizan los gradientes de viento, temperatura ambiente y radiation, y la orografla y las peculiaridades de las zonas de la llnea bajo estudio. Estos estudios identifican las zonas mas crlticas de la llnea, desde el punto de vista del efecto meteorologico en la ampacidad. Estas zonas mas criticas seran las que por sus condiciones ambientales y orograficas refrigeren menos al conductor. Este estudio se realiza con historicos de variables meteorologicas que son captadas en zonas cercanas al emplazamiento de la llnea pero no directamente en el propio emplazamiento de la misma.

Un experto en la materia entendera que los parametros que conllevan una menor refrigeracion del conductor son: valores menores de velocidades de viento, valores mayores de temperatura ambiente y valores mayores de radiacion solar. Por ello, el

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

metodo de la invention propone preferentemente definir como zonas de menor refrigeration, aquellas zonas donde se cumple al menos uno de los siguientes requisitos:

- el valor de radiation solar es superior al 50% de los valores del estudio micro climatico;

- los valores de temperatura ambiente y radiacion solar estan comprendidos entre el 15% y el 50% de los valores de temperatura ambiente y radiacion solar del estudio micro climatico respectivamente;

Las zonas de menor refrigeracion resultantes del estudio micro climatico, son las elegidas para instalar estaciones meteorologicas - configuradas para medir parametros ambientales, tales como: velocidad y direction del viento, radiacion solar, humedad temperatura ambiente, presion atmosferica, cantidad de lluvia, etc. - y sensores de corriente y temperatura del conductor. Un experto en la materia entendera que ante la imposibilidad de monitorizar las variables meteorologicas de la llnea de manera continua, se deben instalar estaciones meteorologicas que permitan adquirir suficientes datos meteorologicos para caracterizar lo mas posible toda la llnea. Ademas, un experto en la materia entendera que es suficiente con instalar un unico sensor de intensidad, pues esta permanece constante a lo largo de la llnea.

Ademas, preferentemente el metodo de la invencion establece que cada section comprendida en cada llnea debe tener como mucho una estacion meteorologica y un sensor de temperatura y corriente, pudiendo haber varias secciones que se encuentren monitorizadas por una misma estacion meteorologica y un mismo sensor. Es por ello que, en el caso de que al menos dos zonas resultantes del estudio micro climatico pertenezcan a una misma seccion, el metodo de la invencion propone instalar las estaciones meteorologicas y sensores de temperatura y corriente, en aquella zona con un valor mas restrictivo, siendo el orden de selection el establecido en la etapa anterior: menores valores de viento, mayores valores de temperatura ambiente, mayores valores de radiacion, y combinaciones de: menores valores de viento y mayores valores de temperatura ambiente, menores valores de viento y mayores valores de radiacion solar y mayores valores de temperatura ambiente y mayores valores de radiacion solar.

Un experto en la materia entendera que dentro de cada zona resultante del estudio micro climatico se debe seleccionar un punto, situado en una de las secciones que comprende la zona, para instalar las estaciones meteorologicas y sensores de corriente y

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

temperatura, debido a que flsicamente dichos instrumentos deben tener un emplazamiento puntual.

Una vez instaladas las estaciones meteorologicas y los sensores, se obtienen datos mas locales, y por lo tanto mas precisos, que definen claramente los gradientes de temperatura ambiente, viento y radiacion a lo largo de la llnea, lo que permite identificar de forma directa cuales de aquellas zonas con menor refrigeracion resultantes del estudio micro climatico lo son en la realidad, y por lo tanto son mas susceptibles de ser monitorizadas.

Por ello, y para comprobar la veracidad del estudio previo micro climatico en relacion a las zonas con menor refrigeracion, transcurrido al menos un ano, para al menos haber monitorizados todas las estaciones (primavera, verano, otono e invierno), se realizan, mediante las estaciones meteorologicas y los sensores de corriente y temperatura ya instalados, los estudios estadlsticos tanto de los registros de temperatura del conductor como de los parametros citados anteriormente (viento efectivo, temperatura ambiente y radiacion solar), obteniendo as! las secciones crlticas. Este estudio conjunto de las temperaturas del conductor y de las variables meteorologicas para obtener una vision global de las secciones mas susceptibles de ser monitorizadas, se hace necesario debido a la incertidumbre de la medida del sensor de temperatura. Ademas, es aconsejable realizarlo cuando los sensores estan situados proximos entre si.

En el caso de los sensores de corriente y temperatura, el metodo de la invention propone utilizar los registros de temperatura del conductor obtenidos durante el tiempo de analisis (al menos un ano). Un experto en la materia entendera que cuantos mas sensores de temperatura hayan sido instalados, mas precision se obtiene en la localizacion de las secciones crlticas. El valor de temperatura del conductor se obtiene para cada uno de los sensores, pudiendo un unico sensor englobar la monitorizacion de varias secciones, de este modo el valor de la temperatura del conductor coincide en todas las secciones que monitoriza. Para ello, preferentemente se analizan estadlsticamente los valores de temperatura agrupados por sensores y estaciones del ano. El estudio se realiza obteniendo el histograma de ocurrencia de temperatura maxima de la llnea por sensor, por lo que se obtiene una relacion de los sensores que registran un mayor numero de veces la temperatura maxima en la llnea. En este caso las secciones mas criticas son las situadas dentro de la zona monitorizada por aquellos sensores que estadlsticamente tienen temperaturas del conductor mas altas. El metodo de la invencion establece como secciones criticas aquellas que presentan un porcentaje de ocurrencia de temperatura del conductor maxima superior al 5%.

Por otro lado, es necesario, junto con el analisis de la temperatura del conductor, un estudio de las variables meteorologicas (viento efectivo, temperatura ambiente y radiacion solar) a lo largo de la llnea. Preferentemente, el metodo de la invencion propone utilizar los registros de las estaciones meteorologicas obtenidos durante el tiempo de analisis (al menos un ano).

El viento, considerado a priori como la variable que mas afecta al balance termico, se establece en terminos efectivos debido a que su magnitud no es representativa por si misma en relacion a la ampacidad de la llnea, ya que se hace necesario tener en cuenta el angulo de incidencia del viento sobre la llnea.

5

10

15

20

25

30

35

40

El viento efectivo se define como la magnitud de viento que si fuera perpendicular a la llnea producirla la misma refrigeracion que el viento (modulo y direction) medido por la estacion meteorologica. El calculo de viento efectivo depende de factores como la velocidad y direccion del viento, la rugosidad del conductor, el numero de Reynolds, la direccion de la llnea, etc. De este modo, se calcula el viento efectivo como:

imagen1

Donde V es la velocidad del viento medida, n un parametro que depende del numero de Reynolds Re y de la rugosidad del conductor Rs (Tabla 1) y coefMorgan es el coeficiente de Morgan que se puede obtener a traves de las ecuaciones (2) y (3)

Tabla 1

imagen2

Conductors sin rugosidad: Conductor rugoso Rs<=0.05 Conductor rugoso Rs>0.05

Re: n Re n Re n

35-5000: 0.471 100-2650 0.471 100-2650 0.471

5000-50000: 0.633 2650-5000 0.633 2650-5000 0.800

50000-200000: 0.814

Y,

coefMorgan = 0.42 + O^BsinC^)10fi V S ^ 24e (2)

coefM0rgan = 0.42 + 0.58sin(£)° 9 V S > 24s (3)

Siendo 5 el angulo de incidencia del viento en la llnea.

Es importante destacar que por cada valor de viento registrado en una estacion meteorologica situada en una zona, habra tantos valores de viento efectivo como secciones comprenda la zona. Esto es debido a que el viento efectivo depende del angulo de incidencia en la llnea, y al existir un angulo de direccion de la llnea diferente para cada section existe un viento efectivo por cada section. Es por ello que la division de la llnea en secciones es importante, puesto que ante un mismo valor de viento no refrigera igual una seccion paralela al mismo que una perpendicular.

Para ello, se obtienen los historicos de vientos efectivos para todas las secciones de la llnea y se realiza el analisis estadlstico de los mismos. A continuation, se agrupan estos valores por seccion y por estacion del ano para establecer las secciones mas criticas estadlsticamente, es decir, aquellas que cuentan con una refrigeracion, debida al viento, baja. Para ello se establece un nivel de confianza del 80% como indicador de los niveles de vientos efectivos mlnimos, evitando con ello los posibles valores atlpicos. El procedimiento de calculo se basa en ordenar para cada seccion y estacion del ano los valores de viento efectivo. A continuacion se extrae del listado el 20% de los valores de

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

vientos efectivos mas bajos, siendo el mayor de estos el valor efectivo mlnimo el cual presenta un 80% de nivel de confianza. Este proceso se repetira para cada seccion y estacion del ano. Una vez calculados los valores efectivos mlnimos de todas las secciones se determinan cuales son las secciones crlticas. Para ello, se eligen como secciones criticas aquellas secciones que posean el 15% de los valores efectivos mlnimos mas bajos.

Una vez establecidas las secciones que estadlsticamente son mas crlticas debido al viento efectivo, es necesario realizar un analisis estadlstico de la temperatura ambiente.

La estadlstica de la temperatura ambiente se obtiene para cada una de las estaciones meteorologicas, y como cada estacion meteorologica puede monitorizar varias secciones, el valor de la temperatura ambiente coincide en todas las secciones monitorizadas por dicha estacion meteorologica. Preferentemente, se calcula la temperatura ambiente media (entendida en invierno como la temperatura ambiente media y en el resto de estaciones del ano como la media de la temperatura ambiente maxima diaria). Se agrupan los datos por estacion meteorologica y estacion del ano. En este caso las secciones mas criticas son las situadas dentro de la zona monitorizada por las estaciones meteorologicas que estadlsticamente tienen temperaturas medias mas altas. En concreto, se establece como secciones criticas aquellas secciones monitorizadas por las estaciones meteorologicas cuya temperatura ambiente media se encuentra por encima del valor de la temperatura media de la estacion menos critica mas un 15%.

Por ultimo, el metodo de la invention propone estudiar, como tercer parametro, la radiation solar. La estadlstica de la radiation solar se obtiene para cada una de las estaciones meteorologicas, y como cada estacion meteorologica puede monitorizar varias secciones, el valor de la radiacion solar coincide en todas las secciones monitorizadas por dicha estacion meteorologica. En las llneas electricas pueden existir zonas que por su orografica se encuentran en zonas de sombra, por lo que esas zonas seran menos criticas en cuanto a la ampacidad. El metodo de la invencion propone preferentemente realizar un analisis estadlstico en el que se obtiene la radiacion media de las horas de sol (sin incluir las horas de noche) y la media de la radiacion maxima diaria. Los datos se agrupan por estacion meteorologica y estacion del ano. En concreto, se establecen como secciones criticas las que tienen valores de radiacion media y de radiacion maxima diaria media por encima del valor de la radiacion media y de la radiacion maxima diaria media de la estacion menos critica mas un 10% respectivamente.

Un experto en la materia entendera que una vez terminado este estudio, el numero de estaciones colocadas en la llnea puede ser reducido ya que pueden existir estaciones meteorologicas situadas en zonas que por sus caracterlsticas no son crlticas, y del mismo modo retiradas para su futura utilization en otras llneas. De la misma manera que las estaciones meteorologicas, los sensores de temperatura y de intensidad instalados en la llnea pueden ser suprimidos ya que existen datos suficientes para tener una comparativa entre los datos medidos y los calculados.

La metodologla de los pasos explicados anteriormente se encuentra en la figura 2.

A continuation, una vez establecidas las secciones crlticas se procede al calculo de la ampacidad estimada mediante, por ejemplo, los algoritmos mostrados en el estado del arte [Technical Brochure 601, Guide for thermal rating calculation of overhead lines, Cigre, December 2014], [IEEE Standard for calcularing the current-temperature of bare

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

overhead conductors, IEEE Std 738-2012 (Revision oflEEE STD 738-1993)], es decir, se estima la maxima corriente que puede circular por el cable con las condiciones meteorologicas (valores de velocidad y direccion del viento, radiacion, temperatura ambiente) de cada momento y la temperatura maxima que soporta el cable.

Para ello, el metodo de la invencion propone el estudio de la aparamenta existente en la llnea, con el fin de evitar que el aumento de corriente que supone seguir la ampacidad dinamica, dane equipos de la llnea como transformadores, seccionadores, uniones, etc. Para ello se debe comprobar los elementos de la llnea que provoquen un aumento de temperatura mas restrictivo, siendo estos elementos los que limiten el aumento de corriente en la llnea. Este punto es de vital importancia puesto que si como en la patente americana US 8386198 B2 se indica, solo se comprobara la maxima flecha ("maximum sag"), esto podrla provocar el dano de otros elementos de la llnea. La comprobacion de los equipos mas limitantes se hace necesaria para poder prever su funcionamiento ante aumentos de corriente y sustituirlos por otros de mayor capacidad antes de su fallo. Cada elemento de la aparamenta tiene sus propias limitaciones:

- transformadores: el incremento de corriente a traves de la llnea de manera continua, no debe superar su corriente maxima.

Ampacidad < Ima* nominal (4)

No obstante, un experto entendera que existe el concepto de intensidad de servicio, cuyo valor puede ser superior a la lmax nominal del transformador, durante un tiempo de duracion determinado.

- interruptores, contactares, celdas y seccionadores: cada uno de los cuales tiene un poder de corte y si la corriente sube en exceso, podrlan no abrirse ante un fallo. La Intensidad nominal maxima de cada uno de estos elementos es muy variable.

Es decir, el metodo de la invencion propone, ademas de comprobar la maxima flecha de la llnea. estudiar la aparamenta existente, obteniendo as! un valor de ampacidad mas preciso que los obtenidos en las metodologlas convencionales.

Ademas, en aquellas secciones criticas, el metodo de la invencion propone el calculo de la temperatura estimada mediante, por ejemplo, los algoritmos mostrados en el estado del arte [Technical Brochure 601, Guide for thermal rating calculalion of overhead fines, Cigre, December 2014], [IEEE Standard for calculating the current-temperature of bare overhead conductors, IEEE Std 738-2012 (Revision oflEEE STD 738-1993)], es decir, se estima la temperatura que presenta el conductor con las condiciones meteorologicas (valores de velocidad y direccion del viento, radiacion y temperatura ambiente) y de corriente en cada momento.

Revisando el estado de la tecnica, la patente americana US 8386198 B2 no plantea el calculo de la estimacion de la temperatura mediante la normativa, centrandose unicamente en el calculo de la ampacidad dinamica. Ademas, los algoritmos de calculo presentan dos tipos de incertidumbres, la primera de ellas derivada de las mediciones de los parametros ambientales debido a los equipos de medicion y la segunda de ellas de las propias ecuaciones de los algoritmos de las normativas. Son las propias normativas las que ellas mismas se ponen limitaciones de uso. Por ejemplo, valores de viento que den lugar a un numero de Reynolds superior a 4000 no permitirlan su uso. Es por

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

limitaciones como esta por las que se deben plantear soluciones con el fin de corregir la temperatura estimada por los algoritmos.

Para superar estos inconvenientes, el metodo de la invention comprende la etapa de correction operativa del error, que consiste en corregir las desviaciones de la estimation de la temperatura en base al error cometido en las mediciones historicas mediante sensores de temperatura e intensidad ya instalados. La correccion del error se realiza obteniendo la recta de regresion lineal del error cometido por la estimacion en el historico. A traves de esta recta de regresion se puede estimar el error que se va a cometer y corregirlo.

Para ello, en primer lugar, se mide la temperatura superficial del cable conductor con al menos un sensor de temperatura.

A continuation, se realiza un estudio de las diferentes correlaciones que existen entre el error en la estimacion de la temperatura del conductor (diferencia entre la temperatura medida y la estimada) y las variables que afectan al calculo (intensidad, viento, temperatura ambiente y radiation). Adicionalmente se puede dividir cada correlation en rangos de valores de cada variable, dando lugar cada variable a diferentes condiciones de aplicacion. De este estudio se obtienen las correlaciones mas criticas, es decir, las variables (Xn) que afectan en mayor medida al error de la temperatura, y las condiciones de aplicacion en las que se producen (Ca n,m). Las correlaciones se muestran en forma de recta de correlacion. De esta manera se tiene una recta de correlacion del error (ETn,m) por cada una de las variables (Xn) y condiciones de aplicacion (Ca n,m).

‘Tn.m

=v

m

&n.m‘ ^n

VC

an.m

donde:

n = numero de variables correlacionadas con el error.

m = numero de condiciones de aplicacion para cada variable (Xn).

Para el calculo de la temperatura corregida (Tcorregida) se introduce en la recta de correlacion correspondiente a cada variable y a cada condicion de aplicacion, el valor de la variable a corregir en cada instante (Xn), obteniendose el error cometido en cada instante en dicha variable bajo esa condicion de aplicacion.

El valor de la temperatura corregida para cada variable y condicion de aplicacion se calcula como:

^corregida ~ ^ estimada ETn,m

La metodologla se representa en el diagrama de flujo de la figura 3.

Finalmente, el metodo de la invencion propone, a partir de los registros de viento, temperatura ambiente y radiacion solar monitorizados por las estaciones meteorologicas

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

y sensores de temperatura e intensidad ubicados en las secciones criticas obtenidas, la prediction de las variables meteorologicas para el calculo de la prediction de la ampacidad a corto y medio plazo, de tal forma que dichas variables meteorologicas predichas permiten el calculo de la ampacidad corregida en funcion de la aparamenta asl como de la temperatura corregida correspondiente a dicha ampacidad.

La metodologla de calculo de la prediccion cuenta con diferentes etapas para conseguir una ampacidad optima a corto y medio plazo.

En primer lugar, es necesario definir los horizontes de prediccion necesarios para la operation optima de los gestores de la red. Un experto en la materia entendera horizonte de prediccion como el tiempo para el cual se hace la prediccion. Para los operadores es interesante contar con una prediccion a corto plazo de entre 1 a 6 horas. Con estos horizontes de prediccion se permite la operacion segura de la red dinamicamente. Los horizontes de prediccion a medio plazo, 24 horas, son utiles para la planificacion de las operaciones de red.

A continuation, se definen las variables principales o variables a predecir. En el caso del calculo de la ampacidad las variables principales a tener en cuenta son la temperatura ambiente, la velocidad y direction del viento y la radiation.

La utilization de series temporales, y en concreto de redes neuronales, permite la utilization de variables explicativas para la prediccion. Un experto en la materia entendera como variables explicativas aquellas variables auxiliares de las que depende la principal y cuyo conocimiento permite mejorar la precision de la prediccion. Se da el caso que una variable principal puede ser variable explicativa de otra variable principal. Para definir las variables explicativas correspondientes a cada una de las variables principales se debe realizar un proceso previo de analisis en el que se entrenan las redes neuronales para cada variable principal combinandola con diferentes variables explicativas. De este modo, se definen las variables que mejor explican a cada una de las variables principales.

Una vez entrenadas todas las redes neuronales posibles, se realiza la prediccion con cada una de ellas y se obtiene el error cuadratico medio de la prediccion respecto al medido. Las combinaciones de variables explicativas con menor error cuadratico medio para cada uno de las variables meteorologicas seran las utilizadas para la prediccion de la ampacidad.

El numero de redes neuronales a generar sera igual a:

imagen3

Donde:

nv = numero de variables principales a predecir. nh = numero de horizontes de prediccion. ne = numero de estaciones meteorologicas.

Una vez definidas las redes neuronales correspondientes a cada una de las variables principales (nr), horizontes de prediction y estaciones meteorologicas se realiza la prediction en tiempo real. Para ello en cada instante de adquisicion de datos se crean nr matrices de entrada, una para cada red neuronal. Cada matriz esta formada por el vector 5 de la variable principal y por los vectores de las variables explicativas. Las salidas de este procedimiento seran las variables meteorologicas predichas correspondientes a cada una de las redes neuronales, es decir, se obtendran nr valores de salida correspondientes a cada variable principal, horizonte de prediccion y estacion meteorologica. Estos valores se agrupan por estacion meteorologica y horizonte de prediccion y, a traves del

10 procedimiento de calculo de ampacidad definido por la normativa, se obtiene la ampacidad predicha para todas las estaciones y horizontes de prediccion. Finalmente el operador cuenta con los valores de prediccion en tiempo real en los diferentes horizontes de prediccion que le permite operar de manera eficiente y segura.

15 Un experto en la materia entendera que la prediccion de la ampacidad es basica puesto que el operario de la llnea necesita de un tiempo de maniobra para poder realizar modificaciones sobre la misma.

La metodologla se representa en la figura 4.

20

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

1. Metodo para el calculo y prediction de la ampacidad en llneas electricas aereas, que permite aumentar la capacidad de transporte electrico de los cables conductores de las llneas aereas, caracterizado por que comprende las etapas de:

- para cada llnea, disponer en un punto de aquellas zonas de menor refrigeracion obtenidas mediante el estudio micro climatico, estaciones meteorologicas - configuradas para medir parametros ambientales, tales como: velocidad y direction del viento, radiacion solar, humedad temperatura ambiente, presion atmosferica, cantidad de lluvia, etc. - y sensores de corriente y temperatura del conductor, tal que dicho punto se encuentra situado en una de las secciones que comprende la zona;

- transcurrido al menos un ano, y para comprobar la veracidad del estudio previo micro climatico en relation a las zonas de menor refrigeracion, realizar, mediante las estaciones meteorologicas y los sensores de corriente y temperatura ya instalados, los estudios estadlsticos tanto de los registros de temperatura del conductor como de los parametros: viento efectivo, temperatura ambiente y radiacion solar, obteniendo as! las secciones criticas;

- para cada llnea, y en aquellas secciones criticas, calcular la ampacidad estimada mediante normativa, y aplicar a dicha ampacidad una correction debida a la maxima flecha de la llnea, y a la aparamenta existente en la llnea, como transformadores, interruptores, contactares, celdas y seccionadores;

- para cada llnea, y en aquellas secciones criticas. medir la temperatura superficial en el cable conductor con al menos un sensor de temperatura;

- realizar un estudio de las diferentes correlaciones que existen entre el error en la estimation de la temperatura del conductor (diferencia entre la temperatura medida y la estimada) y las variables que afectan al calculo (intensidad, viento, temperatura ambiente y radiacion), y obtener las correlaciones mas criticas, es decir, las variables que afectan en mayor medida al error de la temperatura, y las condiciones de aplicacion en las que se producen.

T'corregida ~ Testimada ^Tn,m

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

- a partir de los registros de viento, temperatura ambiente y radiacion solar monitorizados por las estaciones meteorologicas y sensores de temperatura e intensidad ubicados en las secciones crlticas obtenidas, predecir las variables meteorologicas para el calculo de la prediction de la ampacidad a corto y medio plazo, de tal forma que dichas variables meteorologicas predichas permiten el calculo de la ampacidad corregida en funcion de la aparamenta as! como de la temperatura corregida correspondiente a dicha ampacidad.
2. El metodo de la reivindicacion 1, donde la selection de las llneas mas susceptibles de ver aumentada su capacidad de transporte electrico comprende las etapas de: realizar una simulation de la red electrica con diferentes escenarios respecto a los datos de generation y consumo electrico de la red; definir los tipos de las llneas de transporte; obtener la distribution de los flujos de carga - corriente - a traves de las llneas que conforman la red y realizar el estudio de las llneas que estan mas cargadas.
3. El metodo de la reivindicacion 2, donde la seleccion de las llneas a gestionar dinamicamente comprende ademas la etapa de realizar el estudio de escenarios alternativos que se puedan producir debido a diversas contingencias, tales como el fallo de una llnea o su mantenimiento.
4. El metodo de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde las zonas identificadas mediante el estudio micro climatico son aquellas en las cuales se cumple al menos uno de los siguientes requisitos:

- el valor de velocidad de viento es inferior al 85% de los valores del estudio micro climatico;

- el valor de temperatura ambiente es superior al 50% de los valores del estudio micro climatico;

- el valor de radiacion solar es superior al 50% de los valores del estudio micro climatico;

- los valores de velocidad de viento y temperatura ambiente estan comprendidos entre el 15% y el 50% de los valores de velocidad de viento y temperatura ambiente del estudio micro climatico respectivamente;

- los valores de velocidad de viento y radiacion solar estan comprendidos entre el 15% y el 50% de los valores de velocidad de viento y radiacion solar del estudio micro climatico respectivamente;

- los valores de temperatura ambiente y radiacion solar estan comprendidos entre el 15% y el 50% de los valores de temperatura ambiente y radiacion solar del estudio micro climatico respectivamente.
5. El metodo de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde en el caso de que al menos dos zonas resultantes del estudio micro climatico pertenezcan a una misma section, disponer las estaciones meteorologicas y sensores de temperatura y corriente en aquella zona con un valor mas restrictivo, siendo el orden de seleccion: menores valores de viento, mayores valores de temperatura ambiente, mayores valores de radiacion, y combinaciones de: menores valores de viento y mayores valores de

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

temperatura ambiente, menores valores de viento y mayores valores de radiacion solar y mayores valores de temperatura ambiente y mayores valores de radiacion solar.
6. El metodo de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, el cual para la obtencion de las secciones criticas mediante el estudio estadistico de los registros de temperatura del conductor por medio de sensores de temperatura y corriente, comprende las etapas de: analizar estadisticamente los registros de temperatura del cable conductor medidos por cada sensor en cada estacion del ano; obtener una relacion de los sensores que registran un mayor numero de veces la temperatura maxima de la lmea; establecer como secciones criticas aquellas secciones monitorizadas por los sensores que han registrado, con un porcentaje de ocurrencia superior al 5%, un mayor numero de veces la temperatura maxima de la lmea.
7. El metodo de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, el cual para la obtencion de las secciones criticas mediante el estudio estadistico de los registros de viento por medio de estaciones meteorologicas, comprende las etapas de: analizar estadisticamente los registros de viento medidos por cada estacion meteorologica en cada estacion del afio; obtener los valores de viento efectivo para cada seccion donde se encuentra la estacion meteorologica; ordenar para cada seccion y estacion del ano los valores de viento efectivo, extraer del listado el 20% de los valores de vientos efectivos mas bajos; asignar al mayor de estos valores, el valor efectivo mmimo, el cual presenta un 80% de nivel de confianza; seleccionar como secciones criticas aquellas secciones que poseen el 15% de los valores efectivos mmimos mas bajos.
8. El metodo de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, el cual para la obtencion de las secciones criticas mediante el estudio estadistico de los registros de temperatura ambiente por medio de estaciones meteorologicas, comprende las etapas de: analizar estadisticamente los registros de temperatura ambiente medidos por cada estacion meteorologica en cada estacion del ano; calcular su valor medio; seleccionar como secciones criticas aquellas secciones monitorizadas por las estaciones meteorologicas cuya temperatura ambiente media se encuentra por encima del valor de la temperatura media de la estacion menos critica mas un 15%.
9. El metodo de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, el cual para la obtencion de las secciones criticas mediante el estudio estadistico de los registros de radiacion solar por medio de estaciones meteorologicas, comprende las etapas de: analizar estadisticamente los registros de radiacion solar medidos por cada estacion meteorologica en cada estacion del ano; calcular la radiacion solar media de las horas de sol; calcular la media de la radiacion solar maxima diaria; seleccionar como secciones criticas aquellas secciones monitorizadas por las estaciones meteorologicas cuya radiacion solar media y cuya radiacion solar maxima diaria media se encuentra por encima del valor de la radiacion solar media y de la radiacion solar maxima diaria media de la estacion menos critica mas un 10% respectivamente.
10. El metodo de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende ademas la etapa de eliminar las estaciones meteorologicas y los sensores de corriente y temperatura los cuales monitorizan secciones de la lmea que, tras los estudios estadisticos tanto de los registros de temperatura del conductor como de los parametros, no se consideran criticas.

5

10

15

20

25

30

35

40
11. El metodo de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde para aplicar a la ampacidad una correction debida a la aparamenta existente en la llnea, comprende la etapa de comprobar los elementos de la llnea que provoquen un aumento de temperatura mas restrictivo, siendo estos elementos los que limiten el aumento de corriente en la llnea;
12. El metodo de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde las correlaciones mas criticas se muestran en forma de recta de correlation del error (ETn,m) por cada una de las variables (Xn) y condiciones de aplicacion (Ca n,m):

JTn,m

= An m + B„ m.X„ V C

n.m-

*an,7n

donde:

n = numero de variables correlacionadas con el error.

m = numero de condiciones de aplicacion para cada variable (Xn).

An,m y Bn,m = los parametros de la recta de correlacion asociadas a cada variable (Xn) y a cada condition de aplicacion (Ca n,m).
13. El metodo de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la prediction de las variables meteorologicas para el calculo de la prediccion de la ampacidad a corto y medio plazo se lleva a cabo por medio de redes neuronales, y comprende las etapas de: definir los horizontes de prediccion necesarios para la operation optima de los gestores de la red; definir las variables principales a predecir, siendo estas la temperatura ambiente, la velocidad y direction del viento y la radiation; definir las posibles variables explicativas para cada variable principal; entrenar las redes neuronales para cada variable principal combinandola con sus posibles variables explicativas; realizar la prediccion con cada una de las redes neuronales entrenadas y obtener el error cuadratico medio de la prediccion respecto al medido; utilizar para la prediccion de la ampacidad las combinaciones de variables principales y explicativas con menor error cuadratico medio, realizar la prediccion en tiempo real.
14. El metodo de la revindication 13, donde para la prediccion en tiempo real, el metodo comprende las etapas de: definir nr matrices de entrada a utilizar por cada una de las redes neuronales entrenadas; implementar las redes neuronales con las matrices de entrada; obtener nr valores de salida que se corresponden con los valores predichos de las variables principales; obtener la ampacidad predicha en el horizonte definido para cada estacion meteorologica; utilizar la ampacidad predicha para la gestion dinamica de la llnea por parte del operador.

imagen1