ES2963095T3 - Sistema de control de microrredes anidadas - Google Patents

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Junho Hong
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Dmitry Ishchenko
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Abstract

Sistemas, métodos, técnicas y aparatos singulares de un sistema de control de red eléctrica. Una realización ejemplar es un sistema de microrred anidada que comprende una primera microrred que incluye un controlador de red, una segunda microrred, una tercera microrred, una primera ruta de restauración acoplada selectivamente entre una segunda porción de la primera microrred y la segunda microrred, y una segunda ruta de restauración selectivamente acoplado entre la segunda porción de la primera microrred y la tercera microrred. El controlador de red está configurado para aislar la primera porción de la primera microrred de la segunda porción de la primera microrred, calcular factores de ponderación para las rutas de restauración primera y segunda, seleccionar la primera ruta de restauración usando el primer factor de ponderación y el segundo factor de ponderación, y acoplar la segunda parte de la primera microrred a la segunda microrred utilizando el primer camino de restauración. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de control de microrredes anidadas
Referencia cruzada a la solicitud relacionada
Esta solicitud reivindica la prioridad según 35 U.S.C. 119(e) de la solicitud de patente provisional de EE. UU. número 62/492.680, presentada el 1 de mayo de 2017, titulada ''Nested Microgrid Control System"; la solicitud de patente no provisional de EE. UU. número 15/665.657, presentada el 1 de agosto de 2017, titulada "Power Restoration in Nested Microgrids''; y la solicitud de patente no provisional de EE. UU. número 15/655.378, presentada el 20 de julio de 2017, titulada "Fault Detection and Location in Nested Microgrids".
Antecedentes
La presente descripción se refiere en general a sistemas de control de detección y ubicación de fallas para una red eléctrica. La detección y el aislamiento de fallas son cruciales para mantener una red eléctrica saludable. La exposición prolongada a corrientes de falla puede dañar los componentes de la red eléctrica. La incorporación de recursos energéticos distribuidos (DER) a la red eléctrica requiere nuevos medios de detección y aislamiento de fallas. Aunque las redes eléctricas existentes con una estructura de distribución radial solo tendrían corrientes de falla circulando en una dirección, una red eléctrica con DER puede tener corrientes de falla circulando en múltiples direcciones desde diferentes fuentes de energía. Los sistemas de control de redes eléctricas existentes adolecen de una serie de deficiencias y desventajas. Siguen existiendo necesidades no satisfechas que incluyen una mayor capacidad de respuesta a fallas, una mayor fiabilidad del sistema y una disminución del tiempo de inactividad de la red. Por ejemplo, la presencia de corrientes de falla de múltiples fuentes de energía puede causar que los sistemas de control de corriente malinterpreten la magnitud y dirección de la corriente de falla y, por lo tanto, la ubicación o existencia de una falla. Además, la detección y el aislamiento de fallas inexactos reducen la vida útil de los DER. Existe una necesidad importante de los aparatos, métodos, sistemas y técnicas únicos descritos en la presente memoria.
La presente descripción también se refiere en general a sistemas de control de restauración de fallas para una red eléctrica. La detección, el aislamiento y la restauración de fallas son cruciales para mantener una red eléctrica saludable. La incorporación de recursos energéticos distribuidos (DER) a la red eléctrica significa que existen fuentes de energía adicionales disponibles para restaurar partes saludables de la red que se aíslan en respuesta a la detección de una falla. Los DER permiten reestructurar la red eléctrica para formar un sistema de microrredes, cada una capaz de funcionar de forma independiente, si es necesario. Los sistemas de control de redes eléctricas existentes adolecen de una serie de deficiencias y desventajas. Siguen existiendo necesidades no satisfechas que incluyen una mayor capacidad de respuesta a fallas, una mayor fiabilidad del sistema y una disminución del tiempo de inactividad de la red. Por ejemplo, las partes saludables de una microrred aisladas durante una falla experimentan tiempos de inactividad innecesarios mientras se repara la falla. De hecho, la parte saludable podría conectarse a otra microrred con capacidad suficiente para soportar las cargas existentes. Existe una necesidad importante de los aparatos, métodos, sistemas y técnicas únicos descritos en la presente memoria.
El documento US 2013/085624 A1 da a conocer sistemas y métodos para integrar la respuesta a la demanda con la restauración del servicio en un sistema de distribución eléctrica. El sistema de distribución eléctrica comprende una pluralidad de regiones, zonas y áreas que pueden usarse para suministrar energía a un área de restauración. El sistema también incluye una pluralidad de cargas en respuesta a la demanda configuradas para aislarse selectivamente del sistema de distribución eléctrica en respuesta a una señal de deslastre de carga.
Del documento US 2013/015703 A1 se conoce una microrred que es una parte de una red eléctrica configurada para una gestión y control separados en comparación con el resto de la red y con atributos que pueden adaptarse para satisfacer necesidades específicas, incluidas las necesidades de los consumidores de energía eléctrica de la microrred.
Descripción de realizaciones ilustrativas
Con el fin de describir de forma clara, concisa y exacta realizaciones ilustrativas no limitativas de la descripción, la manera y el proceso de producción y uso de las mismas, y para permitir la práctica, producción y uso de las mismas, a continuación, se hará referencia a ciertas realizaciones ilustrativas, incluidas las ilustradas en las figuras, y se usará lenguaje específico para describirlas. Sin embargo, se entenderá que con ello no se crea ninguna limitación del alcance de la presente descripción, y que la presente descripción incluye y protege dichas alteraciones, modificaciones y aplicaciones adicionales de las realizaciones ilustrativas que se le ocurrirían a un experto en la técnica con el beneficio de la presente descripción.
Sumario
Las realizaciones ilustrativas incluyen sistemas, métodos, técnicas y aparatos únicos para un sistema de control de microrredes. Otras realizaciones, formas, objetos, características, ventajas, aspectos y beneficios de la descripción resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción y dibujos.
Breve descripción de los dibujos
La Fig. 1 ilustra una red eléctrica ilustrativa.
La Fig. 2 es un diagrama de bloques que ilustra un controlador de red ilustrativo.
La Fig. 3 es un diagrama de flujo que ilustra un proceso de respuesta a fallas ilustrativo.
La Fig. 4 es un diagrama de flujo que ilustra un proceso de identificación de ubicación de fallas ilustrativo.
La Fig. 5 es una tabla que ilustra las designaciones topológicas usadas en el proceso de identificación de ubicación de fallas ilustrativo ilustrado en la Fig. 4.
Las Figs. 7-12 ilustran topologías de segmento y corrientes de falla usadas en el proceso de identificación de ubicación de fallas ilustrativo ilustrado en la Fig. 4.
La Fig. 13 es un diagrama de flujo que ilustra un proceso de recuperación ilustrativo.
La Fig. 14 ilustra otra red eléctrica ilustrativa.
Descripción detallada de realizaciones ilustrativas
Con referencia a la Fig. 1, se ilustra una red eléctrica ilustrativa 100. La red eléctrica 100 ilustrada es una red de servicio eléctrica que incluye una pluralidad de pequeñas redes de sistemas eléctricos interconectables, también conocidas como microrredes anidadas. Aunque la red 100 se ilustra con un diagrama unifilar, la red eléctrica 100 puede estructurarse para transmitir electricidad monofásica o multifásica. Se apreciará que la red 100 puede implementarse en una variedad de aplicaciones, incluyendo sistemas de transmisión de electricidad, sistemas de distribución de electricidad, microrredes conectadas a la red, microrredes anidadas aisladas, nanorredes, sistemas eléctricos marinos, sistemas eléctricos aeronáuticos y sistemas eléctricos de vehículos terrestres, por nombrar sólo algunos ejemplos. Aunque la red 100 es un sistema eléctrico de corriente alterna, otras realizaciones pueden incluir sistemas eléctricos de corriente continua, tales como un sistema de distribución eléctrico de CC. Además, se apreciará que la topología de la red 100 se ilustra con fines explicativos y no pretende ser una limitación de la presente descripción.
La red 100 incluye dos generadores de energía eléctrica principales 101a, 101b, cada uno estructurado para generar y transmitir electricidad de corriente alterna (CA) de alto voltaje. El generador 101 a está conectado por medio de una red de transmisión eléctrica a una subestación que incluye un transformador 103a. El generador 101b está conectado por medio de una red de transmisión eléctrica a una subestación que incluye un transformador 103b. El transformador 103a está conectado a un primer segmento de un embarrado 104a y el transformador 103b está conectado a un segundo segmento de un embarrado 104b. Se apreciará que los generadores 101a y 101b representan un ejemplo de una fuente de energía dentro de una red de servicio eléctrica no controlada por ninguno de los controladores de red. La topología ilustrada de la red de servicio eléctrica conectada a las microrredes anidadas de la red 100 no pretende ser una limitación de la realización.
Un disyuntor 105 está conectado entre los segmentos de embarrado 104a y 104b. El disyuntor 105 está estructurado para permitir selectivamente la circulación de corriente entre el segmento de embarrado 104a y el segmento de embarrado 104b en respuesta a una condición de falla eléctrica dentro de la red 100. Una condición de falla puede ser una falla de cortocircuito o una falla de circuito abierto. En ciertas realizaciones, el disyuntor 105 incluye un dispositivo electrónico inteligente estructurado para medir las características eléctricas de la electricidad que circula a través del disyuntor 105 y determinar que se está produciendo una falla usando las mediciones. En ciertas realizaciones, el disyuntor 105 está estructurado para recibir una señal o mediciones desde un controlador de red que indican que está ocurriendo una falla dentro de la red 101. El disyuntor 105 puede controlarse de forma remota mediante un controlador de red. En otras realizaciones, el disyuntor 105 se puede reemplazar por otro tipo de dispositivo de protección. Como se ilustra, el disyuntor 105 está normalmente abierto. Se apreciará que cualquiera o todas las características anteriores del disyuntor 105 también pueden estar presentes en los conmutadores u otros disyuntores descritos en la presente memoria.
La red 100 incluye microrredes 110, 120 y 130. Las microrredes de la red 100 están dispuestas en una estructura anidada, lo que significa que las microrredes pueden conectarse entre sí cerrando dispositivos de conmutación dentro de la red 100. Las microrredes 110 y 120 son redes de distribución de media tensión. Cada microrred está estructurada para recibir electricidad de una fuente de energía externa, tal como los generadores 101a o 101b, pero también puede desconectarse del resto de la red 100 y operar de forma independiente usando recursos energéticos distribuidos (DER) como fuentes de energía. Cada uno de los DER incluye un controlador estructurado para comunicarse con un controlador de red para transmitir datos y recibir órdenes. Cada DER puede ser un sistema fotovoltaico, un banco de baterías u otro dispositivo de almacenamiento de energía, una fuente de energía hidroeléctrica, un sistema de turbina eólica, un generador diésel, un generador de gas natural u otro sistema estructurado para transmitir energía a la microrred. Un DER puede estructurarse para limitar la corriente de salida a un porcentaje de salida de corriente nominal, tal como el 150% de la corriente nominal.
La microrred 110 incluye un relé de protección 113, una pluralidad de disyuntores 115, una pluralidad de conmutadores 117 y una pluralidad de DER 119. La microrred 110 está conectada al embarrado 104a y la microrred 120. Específicamente, una línea de distribución 112, también conocida como alimentador, está conectada entre el segmento de embarrado 104a y un conmutador de conexión 107. El disyuntor 115a, también conocido como disyuntor de alimentador, está conectado a la línea 112. Un relé de protección 113 está conectado operativamente a la línea 112 entre el disyuntor 115a y el embarrado 104a. El relé 113 está estructurado para medir características eléctricas, tales como voltaje y corriente, de la electricidad que circula entre el embarrado 104a y el disyuntor 115a. En respuesta a detectar una medición que excede un valor de umbral, el relé de protección 113 transmite una señal de detección de falla. El relé 113 está estructurado para recibir órdenes del controlador de red 111 para modificar la configuración del relé 113, tal como valores de umbral, también conocidos como valores de activación. Se apreciará que cualquiera o la totalidad de las características anteriores del relé 113 también pueden estar presentes en los otros relés descritos en la presente memoria.
Los conmutadores 117a-d están conectados a la línea 112 entre el disyuntor 115a y el conmutador de conexión 107. Cada conmutador está estructurado para abrirse y cerrarse de modo que interrumpa selectivamente la circulación de corriente a través de una parte de la línea 112. Cada conmutador también puede medir las características eléctricas de línea 112 y transmitir mediciones. Por ejemplo, cada conmutador puede incluir un indicador de falla direccional (DFI) interno estructurado para identificar la dirección de una corriente de falla con respecto al conmutador y transmitir un mensaje de indicación de falla direccional. Cada conmutador puede comunicarse con otros dispositivos, tal como un controlador de red, usando protocolos de comunicación, tal como IEC 61850 o DNP 3.0, como se analiza con más detalle a continuación. Por ejemplo, cada conmutador puede transmitir mediciones analógicas y digitales a otros dispositivos de la red 100 y puede recibir órdenes de apertura/cierre desde un controlador de red. En ciertas realizaciones, cada conmutador puede ser un disyuntor, un reconectador, un conmutador de fallas, un detector de fallas o un disyuntor de línea de conexión. Se apreciará que cualquiera o la totalidad de las características anteriores de los conmutadores 117a-d también pueden estar presentes en los otros conmutadores o disyuntores descritos en la presente descripción.
En ciertas realizaciones, la red 100 puede incluir una pluralidad de unidades externas (DFI). Cada unidad DFI está estructurada para detectar condiciones de falla y sobrecorriente y transmitir datos que indican la localización de fallas, tal como la dirección de una corriente de falla. Cada DFI puede transmitir los datos o recibir comandos con respecto a un conmutador o un controlador de red correspondiente de la red 100.
El DER 119a está conectado a la línea 112 entre el conmutador 117a y 117b. El disyuntor 115b está conectado entre el DER 119a y la línea 112. El DER 119b está conectado a la línea 112 entre el conmutador 117b y el conmutador 117c. El disyuntor 115c está conectado entre el DER 119b y la línea 112. Como se ilustra, los disyuntores y los conmutadores de la microrred 110 están normalmente cerrados. El conmutador de conexión 107 está normalmente abierto.
La microrred 120 incluye un relé de protección 123, una pluralidad de disyuntores 125, una pluralidad de conmutadores 127 y una pluralidad de DER 129. La microrred 120 está conectada al segmento de embarrado 104b y la microrred 110. Específicamente, una línea de distribución 122 está conectada entre el segmento de embarrado 104b y el conmutador de conexión 107. El disyuntor 125a está conectado a la línea 122. Un relé de protección 123 está conectado operativamente a la línea 122 entre el disyuntor 125a y el segmento de embarrado 104b.
Los conmutadores 127a-d están conectados a la línea 122 entre el disyuntor 125a y el conmutador de conexión 107. Cada conmutador está estructurado para abrirse y cerrarse para interrumpir selectivamente la circulación de corriente a través de una parte de la línea 122. El DER 129a está conectado a la línea 122 entre conmutador 127a y 127b. El disyuntor 125b está conectado entre el DER 129a y la línea 122. El DER 129b está conectado a la línea 122 entre el conmutador 127c y el conmutador 127d. El disyuntor 125c está conectado entre el DER 129b y la línea 122. Como se ilustra, los disyuntores y los conmutadores de la microrred 120 están normalmente cerrados.
La microrred 130 es una red de distribución de baja tensión conectada a la microrred 120 mediante un disyuntor 141 normalmente cerrado y un transformador eléctrico 143. Un relé de protección está conectado operativamente al transformador 143 y está estructurado para medir las características eléctricas de la electricidad que circula a través del transformador 143. La microrred 130 incluye dos líneas de distribución 134, 136 conectadas a un embarrado 132. La microrred 130 también incluye un par de relés de protección 133, una pluralidad de disyuntores 135, una pluralidad de conmutadores 137 y un DER 139.
La línea 134 está conectada entre el embarrado 132 y un conmutador de conexión 137d. El disyuntor 135a está conectado a la línea 134. Un relé de protección 133a está conectado operativamente a la línea 134 entre el disyuntor 135a y el embarrado 132. Los conmutadores 137a-c están conectados a la línea 134 entre el disyuntor 135a y el conmutador de conexión 137d. Cada conmutador está estructurado para abrirse y cerrarse con el fin de interrumpir selectivamente la circulación de corriente a través de una parte de la línea 134.
La línea 136 está conectada entre el embarrado 132 y un conmutador de conexión 137d. El disyuntor 135b está conectado a la línea 136. Un relé de protección 133b está conectado operativamente a la línea 136 entre el disyuntor 135b y el embarrado 132. Los conmutadores 137e-g están conectados a la línea 136 entre el disyuntor 135b y el conmutador de conexión 137d. Cada conmutador está estructurado para abrirse y cerrarse con el fin de interrumpir selectivamente la circulación de corriente a través de una parte de la línea 136. El DER 139 está conectado a la línea 136 entre el disyuntor 135b y 137e. El disyuntor 135c está conectado entre el DER 139 y la línea 136. Como se ilustra, los disyuntores y los conmutadores de la microrred 120 están normalmente cerrados, con la excepción del conmutador de conexión 137d.
Las microrredes 110, 120 y 130 incluyen controladores de red 111, 121 y 131, respectivamente. Cada controlador de red está estructurado para comunicarse con los relés de protección, disyuntores, DER y conmutadores de su respectiva microrred. Cada controlador de red está estructurado para calcular la ubicación de una falla sin volver a conectar segmentos saludables de la microrred a la falla durante el proceso de ubicación de fallas. Por lo tanto, cada controlador de red evita exponer un DER a una corriente de falla cuando los voltajes del sistema están fuera de rango. Por ejemplo, el controlador de red 111 está estructurado para recibir mediciones de las características eléctricas de la microrred 110, determinar que está ocurriendo una falla dentro de la microrred 110, abrir el disyuntor 115a de punto de interconexión (POI), determinar la ubicación de la falla dentro de la microrred 110, aislar la falla de la parte saludable de la microrred abriendo los conmutadores proximales, monitorear el estado de la falla y volver a conectar la parte o partes saludables de la microrred a fuentes de energía disponibles dentro de la microrred 110 o dentro de otras microrredes vecinas. El controlador de red 111 no requiere un modelo de red completo de la red 100 ni capacidad de análisis de cortocircuito. En ciertas realizaciones, un controlador de red puede asumir el control de una segunda microrred si otro controlador de red no funciona correctamente. Por ejemplo, el controlador de red 111 puede realizar las mismas funciones descritas anteriormente con respecto a la microrred 110 para la microrred 120 en respuesta a la determinación de que el controlador de red 121 no funciona correctamente. Se apreciará que cualquiera o la totalidad de las características anteriores de la red 100 también pueden estar presentes en la otra red eléctrica y componentes de red eléctrica descritos en la presente descripción.
Con respecto a la Fig. 2, se muestra un diagrama de bloques que ilustra una red de comunicación ilustrativa 200. Se entenderá que el término controlador de red se refiere a una variedad de implementaciones de sistemas de control de microrredes y no debe interpretarse como limitado a una implementación o dispositivo particular, a menos que se indique lo contrario. La red 200 incluye un controlador de red 210 en comunicación con una pluralidad de dispositivos externos 220 que incluyen otros controladores de red 221, conmutadores controlables remotamente 223, relés de protección 225, dispositivos de protección 227, DER 229 y cargas controladas 231. La pluralidad de dispositivos externos 220 pueden incluir cualquier tipo de dispositivo que permita transferir datos hacia o desde el controlador de red 210. Por ejemplo, la pluralidad de dispositivos externos 220 pueden incluir un sensor, un dispositivo de sincronización horaria, un dispositivo móvil, un dispositivo lector, equipo, un ordenador portátil, una herramienta de diagnóstico, un controlador, un ordenador, un servidor, una impresora, una pantalla, una alarma, un indicador de estado, un teclado, un ratón o una pantalla táctil.
El controlador de red 210 incluye un dispositivo de entrada/salida 211, un dispositivo de memoria 213 y un dispositivo de procesamiento 215. El dispositivo de entrada/salida 211 permite que el controlador de red 210 se comunique con la pluralidad de dispositivos externos 220 por medio de un canal de comunicación por cable o inalámbrico. Los datos transferidos entre el controlador de red 210 y los dispositivos 220 pueden ser analógicos o digitales. Por ejemplo, el dispositivo de entrada/salida 211 puede ser un adaptador de red, una tarjeta de red, una interfaz o un puerto (p. ej., un puerto USB, un puerto serie, un puerto paralelo, un puerto analógico, un puerto digital, VGA, DVI, HDMI, FireWire, CAT 5, o cualquier otro tipo de puerto o interfaz), por nombrar sólo algunos ejemplos. El dispositivo de entrada/salida 210 puede transferir entre el controlador de red 210 y la pluralidad de dispositivos externos 220 mapeando datos a uno o más protocolos de comunicación, que incluyen, entre otros, protocolos IEC 61850 (valores de muestreo (SV), evento de subestación orientado a objetos genérico (GOOSE), especificación de mensaje de fabricación (MMS)); protocolo de red distribuida (DNP 3.0); Modbus; y protocolos IEC 60870. El dispositivo de entrada/salida 211 puede comprender hardware, software y/o firmware. Se contempla que el dispositivo de entrada/salida 211 incluya más de uno de estos adaptadores, tarjetas o puertos.
La memoria 213 puede ser de uno o más tipos, tal como de estado sólido, electromagnética, óptica o una combinación de estas formas. Además, la memoria 213 puede ser volátil, no volátil o una combinación de estos tipos, y parte o la totalidad de la memoria 213 puede ser portátil, tal como un disco, cinta, tarjeta de memoria o cartucho, por nombrar sólo algunos ejemplos. Además, la memoria 213 puede almacenar datos e instrucciones de programación ejecutables usando el dispositivo de procesamiento 215. Por ejemplo, la memoria 213 puede almacenar instrucciones que, al ejecutarse mediante el dispositivo de procesamiento 215, realizan funciones de ciberseguridad, tal como encriptar o autenticar datos usando los estándares IEC 62351. Las instrucciones también pueden realizar funciones de recuperación de mediciones, funciones de detección de fallas, funciones de aislamiento de fallas, funciones de restauración de microrredes o funciones de sincronización horaria, por nombrar sólo algunos ejemplos.
El dispositivo de procesamiento 215 puede ser de tipo programable, una máquina de estado dedicada y cableada, o una combinación de lo anteriormente descrito; y puede incluir además múltiples procesadores, unidades aritméticológicas (ALU), unidades centrales de procesamiento (CPU), procesadores de señales digitales (DSP), matriz de puertas programables en campo (FPGA) o similares. Para formas de dispositivo de procesamiento 215 con múltiples unidades de procesamiento, se puede utilizar procesamiento distribuido, canalizado y/o paralelo, según resulte adecuado. El dispositivo de procesamiento 215 puede dedicarse a realizar solo las operaciones descritas en la presente descripción o puede utilizarse en una o más aplicaciones adicionales. En la forma representada, el dispositivo de procesamiento 215 es de una variedad programable que ejecuta algoritmos y procesa datos según las instrucciones de programación (tales como software o firmware) almacenadas en la memoria 213. El dispositivo de procesamiento 215 puede comprender uno o más componentes de cualquier tipo adecuados para procesar las señales recibidas desde el dispositivo de entrada/salida 211 o cualquier otro lugar, y suministrar las señales de salida deseadas. Dichos componentes pueden incluir circuitos digitales, circuitos analógicos o una combinación de ambos.
Con referencia a la Fig. 3, se ilustra un proceso ilustrativo 300 para hacer funcionar una microrred dentro de una red eléctrica. La siguiente descripción del proceso 300 se realiza con referencia a la microrred 110 de la red eléctrica 100 ilustrada en la Fig. 1. Debe entenderse, sin embargo, que el proceso 300 puede usarse en combinación con otras formas de microrredes dentro de redes eléctricas, tales como las descritas anteriormente con referencia a las Figs. 1, 6 y 14.
El proceso 300 comienza con la operación de inicio 301 y continúa a la operación 303, en donde los dispositivos de conmutación, los controladores DER y el relé de la microrred 110 transmiten datos al controlador de red 111. Los datos pueden incluir mediciones de voltaje, mediciones de corriente y estado del conmutador. Los datos pueden transferirse al controlador de red 111 en respuesta a una solicitud del controlador de red 111. Los datos también pueden enviarse periódicamente, tal como cada 10 milisegundos. También se pueden enviar datos al controlador de red 111 en respuesta a cambios repentinos en las mediciones, tal como cambios repentinos en la magnitud de la corriente o el voltaje. El controlador de red 111 monitorea la microrred 110 en busca de condiciones de falla usando los datos recibidos de los conmutadores y el relé. Al usar datos de todos los dispositivos en la microrred 110, el controlador de red 111 puede detectar una condición de falla que podría no ser detectada por un solo dispositivo.
El proceso 300 continúa al condicional 305. Mientras no ocurra una falla dentro de la microrred 110, el proceso regresa a la operación 303. Una vez que ocurre una falla, el proceso 300 continúa a la operación 307.
Durante la operación 307, la microrred 110 detecta y responde a una falla que ocurre dentro de la microrred 110. Una falla puede ser detectada por el relé de protección 113 o el controlador de red 111. Por ejemplo, un controlador de red 111 puede usar datos de los controladores DER, tales como una medición de voltaje que excede un valor de umbral, para detectar una falla dentro de la microrred 110. En ciertas realizaciones, el controlador de red 111 determina que está ocurriendo una falla comparando los datos recibidos en la operación 303 con valores de umbral. En respuesta a la detección de una falla, el controlador de red 111 ordena al relé de protección 113 que notifique a cada conmutador dentro de la microrred 110 transmitiendo una señal de notificación. El relé 113 también transmite una señal de desconexión al disyuntor 115a de POI. En respuesta a la señal de desconexión, el disyuntor 115a puede abrirse para aislar la microrred 110 durante la secuencia de ubicación de fallas posterior. En otras realizaciones, el controlador de red 111 transmite una señal de notificación a cada conmutador de la microrred 110.
El proceso 300 continúa a la operación 309, en donde los conmutadores de la microrred 110 transmiten un indicador de falla direccional y mediciones posteriores a la falla al controlador de red 111 u otro dispositivo dentro de la red 100 en respuesta a recibir la señal de notificación. La señal de notificación puede incluir el estado del disyuntor, mediciones de voltaje de relé de protección y mediciones de corriente de relé de protección. El indicador de falla direccional identifica la dirección de la corriente que circula a través del conmutador de transmisión.
El proceso 300 continúa a la operación 311, en donde el controlador de red 111 calcula la ubicación de la falla detectada usando los datos transmitidos en la operación 309. Luego, el controlador de red 111 aísla la falla transmitiendo órdenes de apertura a los conmutadores proximales de la microrred 110. Aislar la falla puede crear una parte saludable de la microrred 110 que ya no está conectada a la red de servicio eléctrica, también conocida como isla. El proceso de cálculo de la ubicación de la falla se describe con más detalle a continuación.
El proceso 300 continúa a la operación 313, en donde los DER ubicados en la parte de falla aislada de la microrred 110 son aislados de la falla. Si el DER no ha detectado una falla debido a una corriente de falla baja, el controlador de red 111 aísla cualquier DER que funcione dentro de la parte de falla aislada de la microrred 110 transmitiendo una orden de apertura al disyuntor correspondiente al DER. La orden de apertura puede transmitirse usando un protocolo de comunicación GOOSE.
Una vez que la falla se aísla de las partes saludables de la red 100, el proceso 300 intenta conectar cualquier parte aislada de la microrred 110 a otra microrred de la red 100 para reducir el efecto del aislamiento de fallas en las cargas que reciben electricidad de la microrred 110. La parte del proceso 300 en relación con la reconexión de partes aisladas de la microrred 110 a la red 100 comienza cuando el proceso 300 continúa a la operación 315.
Durante la operación 315, el controlador de red 111 reconecta una parte de la microrred 110 a la red 100 cerrando el disyuntor 115a, siempre que la falla no esté ubicada en el segmento de la línea 112 directamente en conexión con el disyuntor 115a.
El proceso 300 continúa a la operación 317, en donde la viabilidad de cualquier parte aislada de la microrred 110 es evaluada por el controlador de red 111. Específicamente, el controlador de red 111 calcula la generación de energía agregada de los DER dentro de la parte aislada de la microrred 110 y la demanda de energía agregada de las cargas dentro de la parte aislada de la microrred 110.
El proceso continúa al condicional 319, en donde se comparan los valores calculados de la operación 317. Si la generación de energía agregada excede la demanda de energía agregada, el proceso 300 continúa al condicional 321. De lo contrario, el proceso 300 continúa al condicional 323.
En el condicional 321, el controlador de red 111 determina si los DER de la parte aislada de la microrred 110 pueden soportar las cargas de la parte aislada de la microrred 110. Este análisis puede incluir determinar la producción de energía actual y la producción de energía máxima de cada DER. Por ejemplo, la energía de una batería puede ser de carga, pero es capaz de generar suficiente energía para soportar las cargas. En otro ejemplo, un DER, tal como un DER hidroeléctrico, podría controlarse para aumentar la producción de energía. Si los DER pueden soportar las cargas de la isla, la isla opera independientemente de la red eléctrica y el proceso 300 continúa a la operación 335, en donde se envía un equipo de campo a la ubicación física de la ubicación de la falla para la restauración total del sistema. De lo contrario, el proceso 300 continúa al condicional 323.
En el condicional 323, el controlador de red 111 se comunica con los otros controladores de red de la red 100 para determinar si la parte aislada de la microrred 110 se puede conectar a una de las otras microrredes. Si una o más de las otras microrredes tienen suficiente capacidad de energía de exceso para suministrar energía a la parte aislada de la microrred 110, el proceso 300 continúa al condicional 329. De lo contrario, el proceso 300 continúa a 325.
Durante la operación 325, el controlador de red 111 identifica cargas críticas en la parte aislada de la microrred 110 e intenta restaurar las cargas críticas conectando las cargas críticas a otra microrred de la red 100 mediante deslastre de carga parcial o deslastre de carga. Un operador del sistema puede clasificar una carga como crítica o no crítica. Al transferir las cargas críticas a otra microrred, cualquier DER en la isla se sincroniza con la frecuencia y el ángulo de fase de la otra microrred mediante el controlador de red 111. La operación 325 se describe con más detalle a continuación.
El proceso 300 pasa de la operación 325 a la operación 327, en donde cualquier DER dentro de la parte aislada de la microrred 110 que no puede soportar una carga se desconecta abriendo un disyuntor correspondiente. El proceso 300 continúa de la operación 327 a la operación 335.
En el condicional 329, el controlador de red 111 determina si algún DER está funcionando dentro de la isla de la microrred 110. Si es así, el proceso 300 continúa a la operación 333, en donde los DER se sincronizan con otras microrredes de la red 100 y la isla se conecta a otra microrred de la red 100. El proceso 300 continúa entonces de la operación 333 a la operación 335.
Si no existen DER funcionando dentro de la parte aislada de la microrred 110, el proceso 300 continúa del condicional 329 a la operación 331, en donde el controlador de red 111 conecta la isla de la microrred 110 a otra microrred de la red 100. El proceso 300 luego continúa a la operación 335. El proceso 300 continúa de la operación 335 a la operación de finalización 337.
Se apreciará además que se contemplan una serie de variaciones y modificaciones en el proceso 300, incluyendo, por ejemplo, la omisión de uno o más aspectos del proceso 300, la adición de condicionales y operaciones adicionales y/o la reorganización o separación de operaciones y condicionales en procesos separados.
Con referencia a la Fig. 4, se ilustra un proceso ilustrativo 400 para ubicar y aislar una falla dentro de una microrred. La siguiente descripción del proceso 400 se hace con referencia a la microrred 110 de la red eléctrica 100 ilustrada en la Fig. 1. Sin embargo, debe entenderse que el proceso 400 puede usarse en combinación con otras formas de microrredes dentro de redes eléctricas, tales como las descritas anteriormente con referencia a las Figs. 1,6 y 14.
El proceso 400 comienza en la operación de inicio 401 y continúa a la operación 403, en donde el controlador de red 111 recibe mediciones de las características eléctricas de la microrred 110. Las mediciones pueden ser enviadas por todos los dispositivos de conmutación y controladores DER de la microrred 110. Las mediciones pueden incluir el estado de apertura/cierre del conmutador, magnitudes de corriente y dirección de corriente, por nombrar sólo algunos ejemplos. Cada dispositivo de conmutación puede enviar mediciones periódicamente o en respuesta a una solicitud del controlador de red 111. Cada dispositivo de conmutación también puede transmitir mediciones en respuesta a la detección de cambios repentinos en la dirección o magnitud de la corriente.
El proceso 400 continúa al condicional 405. Si ocurre una falla en la microrred 110, el proceso 400 continúa a la operación 407, en donde el controlador de red 111 abre el disyuntor de POI 115a y comienza a ubicar la falla identificando clasificaciones topológicas y de proximidad para cada segmento de línea de distribución de la microrred 110. De lo contrario, el proceso 400 vuelve a la operación 403 desde el condicional 405.
Con referencia a la Fig. 5, se muestra una tabla 500 que ilustra las clasificaciones topológicas ilustrativas para cada segmento de microrred 110. Cada parte de línea 112 dividida por dos dispositivos, tales como un conmutador o un disyuntor, se considera un segmento de microrred 110. Cada segmento se clasifica en función de los componentes conectados al segmento. Por ejemplo, el segmento que conecta la microrred 110 a la red eléctrica durante el funcionamiento normal se clasifica como tipo 1. Un segmento con un DER conectado se clasifica como tipo 2. Un segmento con una carga conectada o sin dispositivos conectados se clasifica como tipo 3. Un segmento con una carga y DER conectados se clasifica como tipo 4. Un segmento con un transformador se clasifica como tipo 5. La clasificación topológica de cada segmento puede cambiar dinámicamente. Por ejemplo, un banco de baterías puede pasar de un estado de descarga a un estado de carga. En este caso, el banco de baterías pasa de un DER a una carga, lo que provoca que la clasificación topológica del segmento conectado cambie de tipo 2 a tipo 3. En otro ejemplo, un DER puede desconectarse de un segmento con una carga, provocando que la clasificación topológica del segmento asociado cambie de tipo 4 a tipo 3.
Con respecto a la Fig. 6, se muestra un sistema eléctrico ilustrativo 600 que ilustra clasificaciones de proximidad. El sistema eléctrico 600 incluye una línea de distribución 625 conectada entre un generador de energía principal 627 y un conmutador de conexión abierto 618. Un disyuntor 611 y unos conmutadores 612-617 están conectados a la línea 625, formando una pluralidad de segmentos de línea. La clasificación topológica de cada segmento se identifica sobre el segmento. El segmento entre el disyuntor 611 y el conmutador 612 es de tipo 1, ya que no está conectado a una carga o a un DER y es el segmento más cercano a la red 627. El segmento entre el conmutador 612 y el conmutador 613 es de tipo 2, ya que un DER 619a está conectado al segmento. El segmento entre el conmutador 613 y el conmutador 614 es de tipo 3, ya que una carga 621a está conectada al segmento. El segmento entre el conmutador 614 y el conmutador 615 es de tipo 2, ya que un DER 619b está conectado al segmento. El segmento entre el conmutador 615 y el conmutador 616 es de tipo 3, ya que una carga 621 b está conectada al segmento. El segmento entre el conmutador 616 y el conmutador 617 es de tipo 4, ya que un DER 619c y una carga 621c están conectados al segmento. El segmento entre el conmutador 617 y el conmutador 618 es de tipo 3, ya que una carga 621d está conectada al segmento.
Además de una clasificación topológica, cada segmento recibe una clasificación de proximidad. Las cajas 601 y 603 ilustran el proceso para recibir una clasificación de proximidad. El propósito de la clasificación de proximidad es identificar las posibles direcciones desde las cuales una corriente de falla procedente de una fuente de energía puede entrar en un segmento. Por ejemplo, la caja 601 ilustra que la corriente puede entrar en cada segmento alejándose de un punto de interconexión (POI) designado, tal como un disyuntor 611, ya que el generador de energía principal 627 puede suministrar energía a cada segmento a través del disyuntor 611. El POI representa la parte de la microrred conectada directamente a la red de servicio eléctrica. Es importante señalar que, si un segundo segmento de línea 625 se conectase a un conmutador abierto 618, el segmento no podría recibir una corriente de falla desde el POI. La caja 603 ilustra que algunos segmentos pueden recibir una corriente de falla que se mueve hacia el POI en virtud de los DER 619a-619c. Por ejemplo, cada segmento entre el disyuntor 611 y el conmutador 617 puede recibir una corriente de falla desde el DER 619c. Sin embargo, el segmento entre los conmutadores 617 y 618 no puede recibir una corriente de falla que se mueve hacia el POI. Cada segmento que puede recibir una corriente de falla desde cualquier dirección se clasifica como tipo 1. Para microrredes conectadas a redes, tal como el sistema 600, cada segmento que solo puede recibir una corriente de falla en alejamiento con respecto al POI se clasifica como tipo 2. En otras realizaciones, en donde el sistema 600 funciona como una isla, el POI no es relevante. Por lo tanto, cada segmento que sólo puede recibir una corriente de falla en una dirección se clasifica como tipo 2 o tipo 3, dependiendo de la dirección de la corriente de falla con respecto a un punto de referencia. Por ejemplo, un segmento que puede recibir una corriente de falla desde la izquierda puede ser de tipo 2, mientras que otro segmento que solo puede recibir una corriente de falla desde la derecha puede ser de tipo 3.
A lo largo de esta descripción, la clasificación topológica y la clasificación de proximidad de cada segmento se pueden representar como "tipo Z-Y", en donde "Z" representa la clasificación topológica e "Y" representa la clasificación de proximidad. Se entenderá que "Z" puede usarse como marcador de posición para significar cualquier tipo de clasificación topológica, "Y" puede usarse como marcador de posición para significar cualquier tipo de clasificación de proximidad, y "tipo X" puede usarse para representar cualquier secuencia de segmentos de línea sin segmentos de línea. En algunos casos, "Tipo Z" puede representar un segmento con cualquier tipo de clasificación de proximidad. Por ejemplo, un segmento clasificado como tipo Z-1 es un segmento de cualquier disposición topológica en donde la corriente de falla puede entrar en el segmento acercándose y alejándose con respecto al POI.
Haciendo referencia de nuevo a la Fig. 4, una vez que a los segmentos de microrred 110 se les asignan clasificaciones topológicas y de proximidad, el controlador de red 111 identifica todos los segmentos de tipo Z-1 para su análisis. El proceso 400 continúa al condicional 409, en donde el controlador de red 111 identifica cualquier segmento de tipo Z-1 en donde una corriente posterior a la falla entra en el segmento en ambas direcciones.
Con referencia a la Fig. 7, se ilustra un segmento 700 de tipo Z-1 antes de una condición de falla y durante la misma. Como se muestra en el segmento 701, la corriente se mueve a través del segmento antes de que se detecte una falla. Sin embargo, como se muestra en el segmento 703, la corriente sale del segmento durante una condición de falla. En respuesta a la corriente observada en los conmutadores conectados al segmento 703, un controlador de red no realizará ninguna acción de conmutación.
Con referencia a la Fig. 9, se ilustra un segmento de línea 900 de tipo Z-1 antes y durante una condición de falla. Antes de una condición de falla, la corriente circula a través del segmento 900, tal como se ilustra en el segmento 901a. Durante una condición de falla, la corriente circula al segmento 900 desde ambas direcciones, tal como se ilustra en el segmento 901b. Dado que la corriente circula al segmento 900 desde ambas direcciones durante una falla, el controlador de red abrirá elementos de conmutación en cada lado del segmento para aislar la falla con respecto al resto de la microrred.
Continuando con la referencia a las Figs. 4 y 9, si un segmento de línea, tal como el segmento de línea 900 en la Fig. 9, se identifica mediante el condicional 409 de la Fig. 4, el proceso 400 continúa a la operación 411, en donde la falla se aísla abriendo ambos elementos de conmutación a cada lado del segmento de línea. El proceso 400 continúa a la operación 441. Si todos los segmentos de línea de la microrred 110 de tipo Z-1 no tienen una corriente de falla que entra en el segmento desde ambos lados, tal como el segmento 700 de la Fig. 7, el proceso 400 continúa a la operación 413.
Durante la operación 413, el controlador de red 111 identifica el segmento en el extremo o extremos de la línea de distribución. El proceso 400 continúa al condicional 415, en donde el controlador de red 111 analiza la dirección de la corriente posterior a la falla.
Con referencia a la Fig. 8, se ilustran dos segmentos de línea 800 ubicados en el extremo de una línea de distribución antes de una condición de falla y durante la misma. Los segmentos 801 a y 803a de tipo Z-2 ilustran un segmento que recibe corriente antes de una condición de falla y emiten corriente durante una condición de falla. Los segmentos 801b y 803b de tipo Z-3 ilustran una corriente que circula a un segmento antes de una condición de falla y una salida de corriente durante una condición de falla. Dado que la corriente sale del segmento durante una condición de falla, el controlador de red no realizará ninguna acción de conmutación.
Con referencia a la Fig. 10, se ilustra un segmento de línea 1000 de tipo 4-2 ubicado en el extremo de una línea de distribución en donde la corriente entra en el segmento de línea durante una condición de falla. El segmento de línea 1000 también puede ser de tipo 2-2. El controlador de red aislará el segmento 1000 abriendo el conmutador cerrado, ya que la clasificación topológica es de tipo 2/tipo 4, el segmento se ubica en el extremo de la línea de distribución y la corriente entra en el segmento 1000 durante una condición de falla.
Continuando con la referencia a la Fig. 4, para cada segmento de línea identificado en la operación 413, si la corriente posterior a la falla sale del segmento de línea, tal como los segmentos 803a y 803b de la Fig. 8, el proceso 400 continúa a la operación 421. De lo contrario, el proceso 400 continúa al condicional 417.
En el condicional 417, si el segmento es del tipo 2-2 o tipo 4-2, tal como el segmento de línea 1000 de la Fig. 10, el proceso 400 continúa a la operación 419, en donde el conmutador que conecta el segmento de extremo con la otra parte de la línea de distribución se abre, aislando la falla en el extremo de la línea de distribución. El proceso 400 continúa a la operación de finalización 441. En el condicional 417, si ninguno de los segmentos de extremo es del tipo 2-2 o del tipo 4-2, el proceso 400 continúa a la operación 421.
Durante la operación 421, el controlador de red 111 identifica todos los segmentos de línea que no están en el extremo de la línea de distribución o de tipo Z-1. El proceso 400 continúa entonces a las operaciones 423, 425, 429 y 433.
Con referencia a la Fig. 11, se ilustra una primera pluralidad de segmentos de línea 1110 que incluyen un segmento de línea de tipo 2, un segmento de línea de tipo 3-2 y un segmento de marcador de posición "X" que incluye sólo segmentos de carga. La Fig. 11 también ilustra una segunda pluralidad de segmentos de línea 1120 que incluyen un segmento de marcador de posición "X" que incluye sólo segmentos de carga, un segmento de línea de tipo 3-3 y un segmento de línea de tipo 2. Si una falla no se ubica en un segmento de tipo Z-1, el controlador de red 111 abrirá el conmutador entre el segmento de línea con un DER y el primer segmento de línea de tipo 3-Y.
Con referencia a la Fig. 12, se ilustra una primera pluralidad de segmentos de línea 1210 que incluyen un segmento de línea de tipo Z, un segmento de línea de tipo 4-2 o tipo 2-2, y un marcador de posición de segmento de línea "X" que incluye solo segmentos de carga. La Fig. 12 también ilustra una segunda pluralidad de segmentos de línea 1220 que incluyen un marcador de posición de segmento de línea "X" que incluye solo segmentos de carga, un segmento de línea de tipo 2-3 o tipo 4-3, y un segmento de línea de tipo Z. Si una falla no se ubica en un segmento de tipo Z-1, el controlador de red 111 abrirá el conmutador entre el segmento de línea "Z" y el segmento de línea de tipo 2-Y o tipo 4-Y. El controlador de red 111 monitoreará el DER aislado. Si el voltaje o la frecuencia del DER no colapsa, el controlador de red volverá a conectar el segmento de línea, ya que la acción de conmutación anterior identificó incorrectamente la ubicación de la falla.
Continuando con la referencia a la Fig. 4, de la operación 421 a la operación 423, si el grupo o grupos identificados en la operación 421 incluyen una secuencia de tipo Z/tipo 2-2/tipo X, como se ilustra en la Fig. 12, el proceso 400 continúa a la operación 427. Para la operación 423, si el grupo o grupos identificados en la operación 421 incluyen una secuencia de tipo Z/tipo 4-2/tipo X, como se ilustra en la Fig. 12, el proceso 400 continúa a la operación 427.
El proceso 400 también continúa de la operación 421 a la operación 429. Si el grupo o grupos identificados en la operación 421 incluyen una de las siguientes secuencias, como se ilustra en la Fig. 11, el proceso 400 continúa a la operación 431: tipo 2-2/tipo 3-2 /tipo X o tipo 4-2/tipo 3-2/tipo X.
Para la operación 433, el controlador de red 111 identifica el grupo o grupos identificados en la operación 421 con secuencia tipo 3/tipo 3-2/tipo X, o todos los segmentos cerca del extremo de la línea de distribución sin DER. Para este grupo o grupos, el proceso 400 continúa a la operación 435, en donde no se realiza ninguna acción de conmutación. El proceso 400 continúa así a la operación de finalización 441.
Durante la operación 431, el controlador de red 111 abre el conmutador entre el primer y segundo segmentos de la secuencia, para separar el segmento con el DER del segmento con solo una carga.
Durante la operación 427, el controlador de red 111 abre el conmutador entre el primer y segundo segmentos de la secuencia, para aislar el segmento con el DER más alejado del POI. El proceso 400 continúa luego al condicional 437, en donde se monitorea la salida de voltaje y frecuencia del DER aislado en la operación 427. Si el voltaje y la frecuencia no colapsan, el proceso 400 continúa a la operación 439, en donde el segmento DER se reconecta al segmento adyacente. De lo contrario, el proceso 400 continúa a la operación de finalización 441.
Para ilustrar el proceso 400, supóngase que el controlador de red 111 está monitoreando la microrred 110 de la Fig. 1 mientras ocurre una falla en el segmento de línea entre el conmutador 117b y el conmutador 117c. El proceso 400 continúa de la operación de inicio 401 a la operación 403, en donde el controlador de red 111 recibe mediciones que indican que está ocurriendo una falla en la microrred 110. El proceso 400 continúa al condicional 405, en donde el controlador de red 111 detecta una falla usando las mediciones recibidas durante la operación 403. El proceso 400 continúa a la operación 407, en donde el controlador de red 111 identifica el segmento de línea entre el disyuntor 115a y el conmutador 117a, así como el segmento de línea entre el conmutador 117a y el conmutador 117b, como tipo Z-1. El proceso 400 continúa al condicional 409, en donde el controlador de red 111 determina que ninguno de los segmentos de tipo Z-1 tiene corriente entrante desde ambas direcciones. El proceso continúa a la operación 413, en donde el controlador de red 111 identifica el segmento de línea entre el conmutador 117d y el conmutador de línea de conexión 107 como el extremo de la línea de distribución. El proceso continúa al condicional 415, en donde el controlador de red 111 determina que la corriente circula a los segmentos. El proceso 400 continúa al condicional 417, en donde el controlador de red 111 determina que el segmento de línea entre el conmutador 117d y el conmutador de línea de conexión 107 no está conectado a un DER. El proceso 400 continúa a la operación 421, en donde el controlador de red 111 identifica los segmentos de línea entre los siguientes conmutadores como tipo Z-2: 117b y 117c, 117c y 117d, y 117d y 107. El proceso 400 continúa a las operaciones 423, 425, 429 y 433, en donde se analiza el grupo de segmentos de línea. Durante la operación 423, el controlador de red 111 identifica el segmento de línea entre los conmutadores 117b y 117c como tipo 2-2, y el segmento de línea entre los conmutadores 117a y 117b como tipo Z. El proceso 400 continúa a la operación 427, en donde se abre el conmutador 117b. El proceso 400 luego continúa al condicional 437, en donde el controlador de red 111 determina que el voltaje y la frecuencia del DER están colapsando. Antes de continuar a la operación de finalización 441, el controlador de red 111 abre el disyuntor 115c para aislar el DER 119b con respecto a la falla.
Durante la operación 425, el controlador de red 111 no identifica un segmento de línea de tipo 4-2, por lo que no se realiza ninguna acción de conmutación en respuesta a la operación 425. Durante la operación 429, el controlador de red 111 identifica el segmento de línea entre los conmutadores 117b y 117c como tipo 2, y los segmentos de línea entre los conmutadores 117c y 117d como tipo 3-2. El proceso 400 continúa a la operación 431, en donde el controlador de red 111 abre el conmutador 117c, aislando así los segmentos de carga del último DER. El proceso 400 continúa a la operación de finalización 441.
Durante la operación 433, el controlador de red 111 identifica el segmento de línea entre los conmutadores 117c y 117d como tipo 3 y el segmento de línea entre los conmutadores 117d y 107 como tipo 3-2. El proceso continúa a la operación 435, en donde no se realiza ninguna acción de conmutación, ya que los conmutadores 117d y 107 no están próximos a la falla. El proceso 400 continúa a la operación de finalización 441.
Durante el proceso 400, el conmutador 117b se abrió durante la operación 427 y el conmutador 117c se abrió durante la operación 431. La observación del DER conectado al segmento aislado confirmó la ubicación de la falla. El proceso 400 identificó la ubicación de la falla entre los conmutadores 117b y 117c.
Se apreciará además que se contemplan una serie de variaciones y modificaciones en el proceso 400, incluyendo, por ejemplo, la omisión de uno o más aspectos del proceso 400, la adición de condicionales y operaciones adicionales y/o la reorganización o separación de operaciones y condicionales en procesos separados.
Con referencia a la Fig. 13, se ilustra un proceso ilustrativo 1300 para restaurar una parte aislada de una microrred dentro de una red eléctrica. La siguiente descripción del proceso 1300 se realiza con referencia a la microrred 1410 de la red eléctrica 1400 ilustrada en la Fig. 14. Sin embargo, debe entenderse que el proceso 1300 puede usarse en combinación con otras formas de microrredes dentro de redes eléctricas, tal como las descritas anteriormente con referencia a las Figs. 1,6 y 14.
El proceso 1300 comienza en la operación de inicio 1301 y continúa a la operación 1303, en donde el controlador de red 1411 recibe mediciones de los dispositivos de la microrred 1410 y genera un modelo de microrred 1410 usando las mediciones que representan valores tales como, aunque no de manera limitativa, ubicación DER y carga, impedancia de línea y estado actual del disyuntor. En determinadas realizaciones, el modelo es un modelo de red de grafos. En ciertas realizaciones, el controlador de red 1411 comparte el modelo generado de la microrred 1410 con los otros controladores de red en caso de que el controlador de red 1411 no funcione correctamente y uno de los otros controladores de red tenga que controlar la microrred 1410 como controlador de respaldo.
El proceso 1300 continúa a la operación 1305, en donde el controlador de red 1411 detecta, ubica y aísla una falla en la microrred 1410. El proceso 1300 continúa al condicional 1307, en donde el controlador de red 1411 identifica cualquier isla dentro de la microrred con falla 1410 creada por las funciones de aislamiento de la operación 1305. Si la operación 1305 no ha creado una isla, el proceso 1300 continúa a la operación de finalización 1327.
Si la operación 1305 crea una isla, el proceso 1300 continúa al condicional 1309, en donde la generación de energía total de los DER dentro de la isla se compara con la demanda de energía total de las cargas de la isla. Si la generación de energía total excede la demanda de energía total, el proceso 1300 continúa del condicional 1309 al condicional 1311. Si la generación de energía total no excede la demanda de energía total, el proceso 1300 continúa a la operación 1313.
En el condicional 1311, el controlador de red 1411 determina si la isla es estable. Por ejemplo, el controlador de red 1411 compara los voltajes del bus y las corrientes de línea de la isla con rangos aceptables para determinar si la isla es estable. En ciertas realizaciones, un análisis de estabilidad incluye determinar si se producirían oscilaciones de energía inseguras o un colapso en cascada adicional si la isla estuviera conectada a una microrred saludable. Si la isla es estable, el proceso 1300 continúa a la operación de finalización 1327 y la isla funciona de manera independiente.
Si la isla no es estable, el proceso 1300 continúa a la operación 1313, en donde el controlador de red 1411 intenta identificar otra microrred para conectarse a la isla con el fin de restaurar la isla a su funcionamiento normal. Cuando el controlador de red 1411 identifica más de una microrred para conectarse, el controlador de red 1411 se estructura para determinar la microrred óptima para conectarse a la isla, incluidos los DER y las cargas, usando un algoritmo de restauración de trayectoria más corta ponderada. El algoritmo tiene en cuenta los perfiles de voltaje de las microrredes saludables y estima posibles caídas de voltaje y circulación de corriente en caso de que la microrred saludable estuviera conectada a la isla. La adición de cargas interrumpidas durante la restauración puede causar que los voltajes del bus caigan aún más, lo que provocará problemas de subvoltaje. Por lo tanto, el algoritmo pretende identificar la microrred particular con el mayor voltaje por unidad en el extremo de su línea de distribución.
El controlador de red 1411 comienza recibiendo datos de otros controladores de red 1421, 1431 y 1441. Los datos pueden incluir capacidad de energía disponible, voltaje de salida del bus más cercano a la isla e impedancia de línea entre la microrred y la isla. El controlador de red 1411 calcula un factor de ponderación de cada trayectoria de restauración de la isla a la microrred usando la siguiente fórmula, en donde H//wG/es el peso calculado de la isla a la i-y M G i yMGi
ésima microrred,C Bes el voltaje de salida de la i-ésima microrred, yn ~ mes la impedancia de la trayectoria de restauración entre la i-ésima microrred y la isla.
( i )
El controlador de red 1411 determina la trayectoria de restauración óptima comparando los factores de ponderación. Usando teoría de grafos, el controlador de red 1411 puede determinar la trayectoria ponderada más corta para la restauración de la isla. En ciertas realizaciones, el controlador de red 1411 usa un algoritmo de Dijkstra para calcular la trayectoria de restauración óptima. El algoritmo de Dijkstra se basa en identificar una trayectoria para la restauración que tenga el menor peso no negativo.
Si el controlador de red 1411 no puede conectar toda la isla a otra microrred, el controlador de red 1411 intenta conectar las cargas críticas de la isla a otra microrred deslastrando las cargas no críticas de la isla. El controlador de red 1411 identifica cargas dentro de la isla designadas como cargas críticas. Una carga puede ser designada directamente como una carga crítica por un usuario o puede designarse indirectamente como una carga crítica aplicando un conjunto de reglas a las características de las cargas para identificar cargas de alta prioridad. En ciertas realizaciones, se pueden usar múltiples niveles de clasificación para designar la importancia de una carga, descomponiéndose una carga crítica y una carga no crítica en un espectro de clasificaciones.
Si el controlador de red 1411 ha encontrado alguna microrred con una capacidad de energía de exceso superior a la demanda de energía de la isla, el controlador de red 1411 realizará un análisis de estabilidad, tal como el análisis descrito con respecto al condicional 1311.
El proceso 1300 continúa al condicional 1315, en donde el controlador de red 1411 determina si la isla se puede conectar a otra microrred usando el análisis realizado en la operación 1313. Si se encuentra una solución de conexión, el proceso 1300 continúa a la operación 1317, en donde se ejecuta la solución y la isla se restaura. El proceso 1300 continúa a la operación de finalización 1327.
Si no se encuentra ninguna solución de conexión, el proceso 1300 continúa del condicional 1315 a la operación 1319, en donde el controlador de red 1411 intenta conectar la isla a otra microrred deslastrando cargas no críticas en la otra microrred. La operación 1319 también incluye realizar el algoritmo de restauración de trayectoria más corta ponderada descrito con respecto a la operación 1313, así como realizar un análisis de estabilidad.
El proceso 1300 continúa al condicional 1321, en donde el controlador de red 1411 determina si la isla se puede conectar a otra microrred usando el análisis realizado en la operación 1319. Si el controlador de red 111 identifica una solución, el proceso 1300 continúa a la operación 1325, en donde se ejecuta la solución y se alimentan las cargas críticas de la isla y la microrred. Si no se puede encontrar una solución, el proceso 1300 continúa del condicional 1321 a la operación 1323, en donde la isla no se reconecta. El proceso 1300 continúa a la operación de finalización 1327.
Se apreciará además que se contemplan una serie de variaciones y modificaciones en el proceso 1300, incluyendo, por ejemplo, la omisión de uno o más aspectos del proceso 1300, la adición de condicionales y operaciones adicionales y/o la reorganización o separación de operaciones y condicionales en procesos separados.
Con referencia a la Fig. 14, se muestra una red eléctrica ilustrativa 1400 en funcionamiento normal antes de responder a una condición de falla 1450. La red eléctrica 1400 incluye una pluralidad de microrredes. Cada una de las microrredes 1410, 1420, 1430 y 1440 incluye un controlador de red 1411, 1421, 1431 y 1441, respectivamente. Cada una de las microrredes 1410, 1420, 1430 y 1440 incluye un bus 1413, 1423, 1433 y 1443, respectivamente. La microrred 1420 se puede conectar a la microrred 1410 por medio de un disyuntor 1460. La microrred 1430 se puede conectar a la microrred 1410 por medio de un disyuntor 1470. La microrred 1440 se puede conectar a la microrred 1410 por medio de un disyuntor 1480.
Con el fin de ilustrar el proceso 1300 de la Fig. 13 usando la red 1400 de la Fig. 14, considérese el siguiente ejemplo, en donde se ha producido una falla 1450. El proceso 1300 comienza en la operación de inicio 1301 y continúa a la operación 1303, en donde el controlador de red 1411 recibe mediciones de los dispositivos de medición de la microrred 1410 en conexión con la fuente de energía principal 1417. El proceso 1300 continúa a la operación 1305, en donde la falla 1450 se aísla abriendo los disyuntores 1415 y 1419. El proceso 1300 continúa al condicional 1307, que determina que se creó una isla, que incluye la parte de la línea de distribución y todos los DER y cargas conectados entre el disyuntor 1415 y el bus 1413, durante la operación de aislamiento de fallas. Mientras se soluciona la falla, la isla normalmente estaría inactiva. La duración de la restauración puede ser larga dependiendo de la magnitud del daño y la disponibilidad del personal de equipo de campo. Si la duración de la interrupción es demasiado larga, las empresas de servicios públicos pueden ser penalizadas en forma de multas o índices de fiabilidad reducidos. En lugar de esperar a que se solucione la falla para reconectar la isla, el proceso 1300 intenta de autorrepararse o conectar la isla a una de las microrredes adyacentes.
El proceso 1300 continúa al condicional 1309, que determina que la energía generada por el DER de la isla es inferior a la demanda de energía de una carga crítica 1412 y cargas no críticas 1414 dentro de la isla. El proceso 1300 continúa a la operación 1313, en donde el controlador de red 1411 determina si las microrredes 1420, 1430 o 1440 podrían conectarse a la isla para restaurar la isla. Suponiendo que las microrredes 1420, 1430 o 1440 tienen una capacidad de exceso superior a la demanda de energía total de la isla, la operación 1313 considera los voltajes de salida de las microrredes, así como la caída de voltaje estimada entre la microrred y la isla. El controlador de red 1411 calcula el factor de ponderación para cada posible trayectoria de restauración usando la ecuación (1), los voltajes de salida obtenidos de los otros controladores de red y los valores de impedancia estimados. La trayectoria de restauración correspondiente al factor de ponderación más pequeño es la trayectoria de restauración óptima. La operación 1313 identifica la trayectoria de restauración óptima como la trayectoria entre la microrred 1440 y la isla; sin embargo, la isla solo puede conectarse a la microrred 1440 si las cargas no críticas 1414 se deslastran antes de conectar la isla y la microrred 1440. El análisis de estabilidad indica que conectar la isla a la microrred 1440 no sería seguro.
El proceso 1300 continúa al condicional 1315 antes de continuar a la operación 1319. Durante la operación 1319, el controlador de red 1411 recibe información con respecto a las clasificaciones de carga de los otros controladores de red. El controlador de red 1411 usa nuevamente el algoritmo de trayectoria más corta ponderada para determinar la trayectoria de restauración óptima, pero esta vez tiene en cuenta el deslastrado de cargas no críticas en las microrredes saludables y la isla. La operación 139 identifica la trayectoria de restauración entre la microrred 1430 y la isla como la trayectoria de restauración óptima. El proceso 1300 continúa al condicional 1321, en donde el controlador de red determina que la trayectoria de restauración óptima es una solución factible. El proceso 1300 continúa a la operación 1325, en donde el disyuntor 1470 se cierra para conectar la microrred 1430 a la isla, restaurando la isla antes de que el personal de equipo de campo solucione la falla 1450.
A continuación, se realizará una descripción escrita adicional de una serie de realizaciones ilustrativas. Una realización es una microrred que comprende una pluralidad de dispositivos de conmutación; una pluralidad de segmentos de línea de distribución, estando conectado cada segmento de línea de distribución a al menos un dispositivo de conmutación de la pluralidad de dispositivos de conmutación; una pluralidad de dispositivos de medición, correspondiendo cada dispositivo de medición a uno de la pluralidad de dispositivos de conmutación; y al menos un recurso energético distribuido (DER) conectado a uno de la pluralidad de segmentos de línea de distribución; un controlador de red configurado para recibir mediciones de la pluralidad de dispositivos de medición, determinar que está ocurriendo una falla dentro de la microrred usando las mediciones, asignar una clasificación de topología a cada uno de la pluralidad de segmentos de línea de distribución en función de si una carga o un DER está conectado al segmento de línea de distribución después de determinar que está ocurriendo una falla, asignar una clasificación de proximidad a cada uno de la pluralidad de segmentos de línea de distribución en función de si una corriente de falla puede circular a través del segmento de línea de distribución en una dirección o dos direcciones después de determinar que está ocurriendo una falla, determinar la ubicación de la falla usando la clasificación de topología y la clasificación de proximidad, y aislar la falla transmitiendo órdenes de apertura al menos uno de la pluralidad de dispositivos de conmutación más cerca de la falla.
En ciertas formas de la microrred anterior, cada uno de la pluralidad de dispositivos de medición comprende un indicador de falla direccional. En ciertas formas, cada uno de la pluralidad de dispositivos de medición está incorporado en un conmutador correspondiente de la pluralidad de dispositivos de conmutación. En ciertas formas, el controlador de red está configurado para recibir mediciones que incluyen un estado de conmutador de apertura/cierre para cada uno de la pluralidad de dispositivos de conmutación. En ciertas formas, el controlador de red está configurado para asignar una clasificación topológica determinando un estado operativo de cada DER conectado a la línea de distribución. En ciertas formas, el controlador de red está configurado para clasificar cada uno de la pluralidad de segmentos de línea de distribución en función de si una carga o un DER está conectado al segmento de línea de distribución incluye clasificar un segmento de línea como si no tuviera ni una carga conectada ni un DER conectado. En ciertas formas, el controlador de red determina la ubicación de la falla dentro de un segmento de línea con una clasificación de proximidad que indica que una corriente de falla puede circular al segmento de línea desde dos direcciones determinando que una corriente de falla está circulando al segmento de línea en dos direcciones. En ciertas formas, el controlador de red asigna una clasificación topológica a un segmento de línea de distribución de la pluralidad de segmentos de línea de distribución indicando que un DER está conectado al segmento de línea de distribución y el segmento de línea de distribución solo está conectado a un segmento de línea de distribución por medio de un dispositivo de conmutación de la pluralidad de dispositivos de conmutación, y en donde el controlador de red aísla la falla abriendo el dispositivo de conmutación en respuesta a determinar que la corriente está circulando al segmento de línea de la pluralidad de segmentos de línea. En ciertas formas, el controlador de red determina que las clasificaciones de proximidad de una parte de la pluralidad de segmentos de línea de distribución indican que la corriente de falla puede circular a través de la parte de la pluralidad de segmentos de línea de distribución en una dirección, determina que una clasificación de topología de la parte de la pluralidad de segmentos de línea de distribución indica que un DER está conectado a uno de los segmentos de líneas de distribución de la parte, y abre el dispositivo de conmutación entre el segmento de línea de distribución conectado al DER y los segmentos de línea de distribución restantes de la parte de la pluralidad de segmentos de línea de distribución. En ciertas formas, el controlador de red está configurado para recibir mediciones de una parte de la pluralidad de dispositivos de conmutación en correspondencia con una salida de energía del DER conectado a uno de los segmentos de líneas de distribución de la parte, y cerrar el dispositivo de conmutación entre el segmento de línea de distribución conectado al DER y los segmentos de línea de distribución restantes de la parte de la pluralidad de segmentos de línea de distribución en respuesta a la determinación de que un voltaje o frecuencia de energía de la salida de energía del DER no está colapsando. En ciertas formas, el controlador de red determina que las clasificaciones de proximidad de una parte de la pluralidad de segmentos de línea de distribución indica que una corriente de falla puede circular a través de la parte de la pluralidad de segmentos de línea de distribución en una dirección, determina que una clasificación de topología de la parte de la pluralidad de segmentos de línea de distribución indica que un DER está conectado a uno de los segmentos de líneas de distribución de la parte, y abre el dispositivo de conmutación entre el segmento de línea de distribución conectado al DER y los segmentos de línea de distribución restantes de la parte de la pluralidad de segmentos de línea de distribución.
Otra realización ilustrativa es un método para detectar y aislar una condición de falla en una microrred que comprende hacer funcionar una pluralidad de dispositivos de conmutación conectados entre una pluralidad de segmentos de línea con un controlador de red; recibir mediciones de la pluralidad de dispositivos de conmutación con el controlador de red; determinar que está ocurriendo una falla dentro de la microrred usando las mediciones con el controlador de red; asignar una clasificación de topología a cada uno de la pluralidad de segmentos de línea en función de si una carga o un recurso energético distribuido (DER) está conectado al segmento de línea; asignar una clasificación de proximidad a cada uno de la pluralidad de segmentos de línea en función de si una corriente de falla puede circular a través del segmento de línea en una dirección o en dos direcciones; determinar la ubicación de la condición de falla usando las clasificaciones de topología y las clasificaciones de proximidad de la pluralidad de segmentos de línea; y aislar la ubicación de la falla en respuesta a determinar la ubicación de la condición de falla con una parte de la pluralidad de dispositivos de conmutación.
En ciertas formas del método anterior, determinar la ubicación de la condición de falla incluye identificar cada segmento de línea con una clasificación de proximidad de corriente de dos direcciones; determinar si la corriente entra en el segmento de línea en dos direcciones; e identificar la ubicación de la condición de falla en respuesta a determinar que la corriente entra en el segmento de línea en dos direcciones. En ciertas formas, determinar la ubicación de la condición de falla incluye identificar cada segmento de línea con una clasificación de proximidad de corriente de una dirección, una clasificación de topología DER, en conexión sólo a uno de la pluralidad de dispositivos de conmutación; determinar si está entrando corriente en el segmento de línea; e identificar la ubicación de la condición de falla en respuesta a determinar la entrada de corriente en el segmento de línea. En ciertas formas, determinar la ubicación de la condición de falla incluye identificar cada segmento de línea con una clasificación de proximidad de corriente de una dirección y en conexión a al menos dos de la pluralidad de dispositivos de conmutación, y determinar si uno de los segmentos de línea tiene una clasificación de topología DER; y aislar la ubicación de la falla incluye abrir el dispositivo de conmutación conectado a la clasificación de topología DER a través de donde circula corriente al segmento. En ciertas formas, determinar la ubicación de la condición de falla incluye identificar cada grupo de dos segmentos de línea con clasificaciones de proximidad de corriente de una dirección, en conexión con al menos dos de la pluralidad de dispositivos de conmutación, e incluir un segmento de línea con una clasificación de topología DER; y en donde aislar la ubicación de la falla incluye abrir el dispositivo de conmutación conectado entre el segmento de línea con la clasificación de topología DER y el otro segmento de línea.
Una realización ilustrativa adicional consiste en un controlador de red que comprende un dispositivo de entrada/salida estructurado para comunicarse con una pluralidad de dispositivos de conmutación de una microrred que incluye una línea de distribución dividida en una pluralidad de segmentos de línea por la pluralidad de dispositivos de conmutación conectados operativamente a la línea de distribución; un dispositivo de procesamiento basado en microprocesador; y un dispositivo de memoria no transitoria estructurado para almacenar datos recibidos con el dispositivo de entrada/salida e instrucciones configuradas para realizar las siguientes funciones al ejecutarse mediante el dispositivo de procesamiento: recibir mediciones de la pluralidad de dispositivos de conmutación, determinar que está ocurriendo una falla dentro de la microrred usando las mediciones, asignar una clasificación de topología a cada uno de la pluralidad de segmentos de línea en función de si una carga o un recurso energético distribuido (DER) está conectado al segmento de línea, asignar una clasificación de proximidad a cada uno de la pluralidad de segmentos de línea en función de si una corriente de falla puede circular a través del segmento de línea en una dirección o en dos direcciones, determinar la ubicación de una condición de falla usando las clasificaciones de topología y las clasificaciones de topología de la pluralidad de segmentos de línea, y aislar la ubicación de la falla en respuesta a determinar la ubicación de la condición de falla transmitiendo una orden de apertura a una parte de la pluralidad de dispositivos de conmutación.
En ciertas formas del controlador de red anterior, la clasificación de proximidad indica si cada segmento de línea puede recibir corriente de falla desde una dirección o desde dos direcciones, y en donde la clasificación de topología indica si cada segmento de línea está conectado a un DER, una carga, un transformador, o está conectado a un dispositivo de conmutación conectado directamente a una red de servicio eléctrica. En ciertas formas, la línea de distribución incluye un segmento de línea de extremo conectado solo a otro segmento de línea, y en donde el controlador de red determina la ubicación de la falla determinando que la clasificación de topología indica que el segmento de línea de extremo incluye un DER y determinando que está entrando corriente en el segmento de línea de extremo. En ciertas formas, determinar la ubicación de una condición de falla incluye identificar cada segmento de línea con una clasificación de proximidad de corriente de una dirección y en conexión con al menos dos de la pluralidad de dispositivos de conmutación; y determinar si uno de los segmentos de línea tiene una clasificación de topología DER, y en donde aislar la ubicación de la falla incluye abrir el dispositivo de conmutación conectado al segmento de línea con la clasificación de topología DER a través de donde circula corriente al segmento.
A continuación, se proporcionarán otras realizaciones ilustrativas. Una realización consiste en un sistema de microrred anidada que comprende una primera microrred que incluye un controlador de red, una primera parte de una línea de distribución y una segunda parte de una línea de distribución que incluye un primer recurso energético distribuido (DER); una segunda microrred que incluye un segundo DER; una tercera microrred que incluye un tercer DER; una primera trayectoria de restauración conectada selectivamente entre la segunda parte de la línea de distribución y la segunda microrred; y una segunda trayectoria de restauración conectada selectivamente entre la segunda parte de la línea de distribución y la tercera microrred, en donde el controlador de red está configurado para recibir mediciones correspondientes a las características eléctricas de la primera microrred, determinar que está ocurriendo una condición de falla en la primera parte de la microrred usando las mediciones recibidas, aislar la primera parte de la línea de distribución con respecto a la segunda parte de la línea de distribución, determinar una demanda de energía de carga total de la segunda parte de la línea de distribución, determinar una primera capacidad de energía de exceso de la segunda microrred, determinar una segunda capacidad de energía de exceso para la tercera microrred, determinar que la primera capacidad de energía de exceso es superior a la demanda de energía de carga total, determinar que la segunda capacidad de energía de exceso es superior a la demanda de energía de carga total, calcular un primer factor de ponderación de la primera trayectoria de restauración, calcular un segundo factor de ponderación de la segunda trayectoria de restauración, seleccionar la primera trayectoria de restauración usando el primer factor de ponderación y el segundo factor de ponderación, y conectar la segunda parte de la línea de distribución a la segunda microrred usando la primera trayectoria de restauración.
En ciertas formas del sistema anterior, la demanda de energía de carga total es igual a la demanda agregada de una pluralidad de cargas conectadas a la segunda parte de la línea de distribución menos la generación de energía total del primer DER. En ciertas formas, la primera trayectoria de restauración comprende una segunda línea de distribución y un dispositivo de conmutación, y en donde el controlador de red está configurado para conectar la segunda parte de la línea de distribución a la segunda microrred transmitiendo una orden de cierre al dispositivo de conmutación. En ciertas formas, el primer factor de ponderación incluye un primer valor correspondiente a la impedancia de la primera trayectoria de restauración y un segundo valor correspondiente al voltaje de salida de la segunda microrred. En ciertas formas, el primer factor de ponderación contiene el primer valor dividido por el segundo valor. En ciertas formas, el controlador de red selecciona la primera trayectoria de restauración comparando el primer factor de ponderación con el segundo factor de ponderación usando un algoritmo de Dijkstra. En ciertas formas, el controlador de red está configurado además para determinar que la primera capacidad de energía de exceso es inferior a la demanda de energía de carga total, determinar que la segunda capacidad de energía de exceso es inferior a la demanda de energía de carga total, identificar una carga crítica conectada a la segunda parte de la línea de distribución, identificar una carga no crítica conectada a la segunda parte de la línea de distribución, determinar una demanda de energía de carga crítica, determinar que la primera capacidad de energía de exceso es superior a la demanda de energía de carga crítica, determinar que la segunda capacidad de energía de exceso es superior a la demanda de energía de carga total, y conectar la carga crítica, pero no la carga no crítica, a la segunda microrred usando la primera trayectoria de restauración seleccionada. En ciertas formas, la segunda microrred incluye un segundo controlador de red y la tercera microrred incluye un tercer controlador de red. En ciertas formas, el primer controlador de red está configurado además para determinar que la primera capacidad de energía de exceso es inferior a la demanda de energía de carga total, determinar que la segunda capacidad de energía de exceso es inferior a la demanda de energía de carga total, identificar una segunda carga crítica conectada a la segunda microrred, identificar una segunda carga no crítica conectada a la segunda microrred, determinar una tercera capacidad de energía de exceso para la segunda microrred, determinar que la tercera capacidad de energía de exceso es superior a la demanda de energía de carga crítica y conectar la carga crítica de la primera microrred, pero no la carga no crítica de la primera microrred, a la segunda microrred usando la primera trayectoria de restauración seleccionada; y el segundo controlador de red está configurado para deslastrar la segunda carga no crítica antes de que el primer controlador de red conecte la primera microrred a la segunda microrred en respuesta a una solicitud del primer controlador de red.
Una realización ilustrativa adicional es un método para hacer funcionar un sistema eléctrico que incluye una pluralidad de microrredes y una pluralidad de controladores de red, incluyendo cada microrred un controlador de red, comprendiendo el método hacer funcionar una primera microrred de la pluralidad de microrredes que incluye una primera carga crítica y una primera carga no crítica con un primer controlador de red de la pluralidad de controladores de red; hacer funcionar una segunda microrred de la pluralidad de microrredes que incluye una segunda carga crítica y una segunda carga no crítica con un segundo controlador de red de la pluralidad de controladores de red; hacer funcionar una tercera microrred de la pluralidad de microrredes con un tercer controlador de red de la pluralidad de controladores de red; aislar una parte de la primera microrred con el primer controlador de red; determinar una primera demanda de energía de carga crítica de la parte de la primera microrred con el primer controlador de red; determinar una primera capacidad de exceso de la segunda microrred con el segundo controlador de red; determinar una segunda capacidad de exceso de la tercera microrred con el tercer controlador de red; determinar que la primera capacidad de exceso y la segunda capacidad de exceso no pueden soportar cada una la primera demanda de carga crítica con el primer controlador de red; determinar una segunda demanda de energía de carga crítica de la segunda microrred con el segundo controlador de red y una tercera demanda de energía de carga crítica de la tercera microrred con el tercer controlador de red; calcular una tercera capacidad de exceso usando la segunda demanda de energía de carga crítica y una cuarta capacidad de exceso usando la tercera demanda de energía de carga crítica; determinar que la tercera capacidad de exceso y la cuarta capacidad de exceso, pueden soportar cada una la primera demanda de carga crítica; medir un primer conjunto de características eléctricas de una primera trayectoria de restauración conectada entre la primera microrred y la segunda microrred; medir un segundo conjunto de características eléctricas de una segunda trayectoria de restauración conectada entre la primera microrred y la tercera microrred; calcular un primer factor de ponderación usando el primer conjunto de características eléctricas y un segundo factor de ponderación usando el segundo conjunto de características eléctricas con el primer controlador de red; seleccionar la primera trayectoria de restauración usando el primer factor de ponderación y el segundo factor de ponderación con el primer controlador de red; deslastrar la primera carga no crítica con el primer controlador de red; deslastrar la segunda carga no crítica con el segundo controlador de red; y restaurar la parte aislada de la primera microrred usando la primera trayectoria de restauración y la segunda microrred.
En ciertas formas del método anterior, determinar que la primera capacidad de exceso y la segunda capacidad de exceso no pueden soportar cada una la primera demanda de carga crítica incluye determinar si el voltaje del bus y las corrientes de línea de la parte aislada de la primera microrred están dentro de valores de umbral. En ciertas formas, el primer conjunto de características eléctricas incluye la impedancia de la primera trayectoria de restauración y un voltaje de entrada de la primera trayectoria de restauración, y en donde el segundo conjunto de características eléctricas incluye la impedancia de la segunda trayectoria de restauración y un voltaje de entrada de la segunda trayectoria de restauración. En ciertas formas, calcular un primer factor de ponderación incluye dividir la impedancia del primer conjunto por el voltaje de salida del primer conjunto y seleccionar la primera trayectoria de restauración incluye determinar que el primer factor de ponderación es inferior al segundo factor de ponderación. En ciertas formas, cada microrred de la pluralidad de microrredes incluye al menos una carga y un recurso energético distribuido en conexión con una línea de distribución.
Una realización ilustrativa adicional consiste en un controlador de red para hacer funcionar una primera microrred en una disposición de microrred anidada que incluye una segunda microrred, una tercera microrred, una primera trayectoria de restauración y una segunda trayectoria de restauración, comprendiendo el controlador de red un dispositivo de entrada/salida estructurado para recibir mediciones desde una pluralidad de dispositivos de medición y transmitir órdenes a una pluralidad de dispositivos de conmutación; un dispositivo de procesamiento basado en microprocesador; y un dispositivo de memoria no transitoria estructurado para almacenar datos recibidos con el dispositivo de entrada/salida e instrucciones configuradas para realizar las siguientes funciones al ejecutarse mediante el dispositivo de procesamiento: aislar una primera parte de la primera microrred de una segunda parte de la primera microrred, determinar una demanda de energía de carga total de la segunda parte de la primera microrred, determinar una primera capacidad de energía en exceso de la segunda microrred y una segunda capacidad de energía de exceso para la tercera microrred, determinar que la primera capacidad de energía de exceso y la segunda capacidad de energía de exceso son superiores a la demanda de energía de carga total, calcular un primer factor de ponderación de una primera trayectoria de restauración y un segundo factor de ponderación de una segunda trayectoria de restauración, seleccionar la primera trayectoria de restauración usando el primer factor de ponderación y la segunda trayectoria de restauración, y conectar la segunda parte de la primera microrred a la segunda microrred usando la primera trayectoria de restauración.
En ciertas formas del controlador de red anterior, la primera trayectoria de restauración incluye un dispositivo de conmutación, y en donde el primer factor de ponderación se calcula dividiendo la impedancia de la primera trayectoria de restauración por el voltaje de entrada de la trayectoria de restauración. En ciertas formas, seleccionar la primera trayectoria de restauración incluye comparar el primer factor de ponderación y el segundo factor de ponderación usando teoría de grafos. En ciertas formas, el controlador de red está configurado además para determinar que la primera capacidad de energía de exceso es inferior a la demanda de energía de carga total, determinar que la segunda capacidad de energía de exceso es inferior a la demanda de energía de carga total, identificar una carga crítica conectada a la segunda parte de la primera microrred, identificar una carga no crítica conectada a la segunda parte de la primera microrred, determinar una demanda de energía de carga crítica, determinar que la primera capacidad de energía de exceso es superior a la demanda de energía de carga crítica, determinar que la segunda capacidad de energía de exceso es superior a la demanda de energía de carga total, y conectar la carga crítica, pero no la carga no crítica, a la segunda microrred usando la primera trayectoria de restauración seleccionada. En ciertas formas, el primer controlador de red está configurado además para determinar que la primera capacidad de energía de exceso es inferior a la demanda de energía de carga total, determinar que la segunda capacidad de energía de exceso es inferior a la demanda de energía de carga total, identificar una segunda carga crítica conectada a la segunda microrred, identificar una segunda carga no crítica conectada a la segunda microrred, determinar una tercera capacidad de energía de exceso para la segunda microrred, determinar que la tercera capacidad de energía de exceso es superior a la demanda de energía de carga crítica, y conectar la carga crítica de la primera microrred, pero no la carga no crítica de la primera microrred, a la segunda microrred usando la primera trayectoria de restauración seleccionada; y el segundo controlador de red está configurado para deslastrar la segunda carga no crítica antes de que el primer controlador de red conecte la primera microrred a la segunda microrred en respuesta a una solicitud del primer controlador de red. En ciertas formas, cada carga se clasifica como crítica o no crítica en base a una entrada de usuario.
Se contempla que los diversos aspectos, características, procesos y operaciones de las diversas realizaciones se puedan usar en cualquiera de las otras realizaciones a menos que se indique expresamente lo contrario. Ciertas operaciones ilustradas pueden implementarse mediante un ordenador o un sistema integrado que ejecuta un producto de programa informático en un medio de almacenamiento legible por ordenador no transitorio, en donde el producto de programa informático incluye instrucciones que hacen que el ordenador ejecute una o más de las operaciones, o emita órdenes a otros dispositivos para ejecutar una o más operaciones.
Si bien la presente descripción se ha ilustrado y descrito en detalle en los dibujos y la descripción anterior, la misma debe considerarse de carácter ilustrativo y no restrictivo, entendiéndose que solo se han mostrado y descrito ciertas realizaciones ilustrativas y que se desea proteger todos los cambios y modificaciones dentro del espíritu de la presente descripción. Debe entenderse que si bien el uso de palabras tales como preferible, preferiblemente, preferido o más preferido utilizadas en la descripción anterior indica que la característica así descrita puede ser más deseable, esto puede no ser necesario y se pueden contemplar realizaciones que carezcan de las mismas dentro del alcance de la presente descripción, estando definido el alcance por las reivindicaciones que siguen. Al leer las reivindicaciones, se pretende que cuando se utilicen palabras como "un", "una", "al menos un" o "al menos una parte", no exista intención de limitar la reivindicación a un solo elemento, a menos que específicamente se afirme lo contrario en la reivindicación. El término "de" puede connotar una asociación o una conexión con otro elemento, así como una pertenencia o una conexión al otro elemento según la información del contexto en el que se usa. Los términos "conectado a", "conectado con" y similares incluyen una conexión y acoplamiento indirectos y además incluyen, aunque no requieren, un acoplamiento o conexión directo, a menos que se indique expresamente lo contrario. Cuando se usa el lenguaje "al menos una parte" y/o "una parte", el elemento puede incluir una parte y/o la totalidad del elemento, a menos que se indique específicamente lo contrario.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Método para hacer funcionar un sistema eléctrico que incluye una pluralidad de microrredes (110, 120, 130) y una pluralidad de controladores de red (111, 121, 131), incluyendo cada microrred un controlador de red, comprendiendo el método:
hacer funcionar una primera microrred de la pluralidad de microrredes que incluye una primera carga crítica y una primera carga no crítica con un primer controlador de red de la pluralidad de controladores de red;
hacer funcionar una segunda microrred de la pluralidad de microrredes que incluye una segunda carga crítica y una segunda carga no crítica con un segundo controlador de red de la pluralidad de controladores de red;
hacer funcionar una tercera microrred de la pluralidad de microrredes con un tercer controlador de red de la pluralidad de controladores de red;
aislar una parte de la primera microrred con el primer controlador de red;
determinar una primera demanda de energía de carga crítica de la parte de la primera microrred con el primer controlador de red;
determinar una primera capacidad de exceso de la segunda microrred con el segundo controlador de red; determinar una segunda capacidad de exceso de la tercera microrred con el tercer controlador de red; determinar que la primera capacidad de exceso y la segunda capacidad de exceso no pueden soportar cada una la primera demanda de carga crítica con el primer controlador de red;
determinar una segunda demanda de energía de carga crítica de la segunda microrred con el segundo controlador de red y una tercera demanda de energía de carga crítica de la tercera microrred con el tercer controlador de red; calcular una tercera capacidad de exceso usando la segunda demanda de energía de carga crítica y una cuarta capacidad de exceso usando la tercera demanda de energía de carga crítica;
determinar que la tercera capacidad de exceso y la cuarta capacidad de exceso pueden soportar cada una la primera demanda de carga crítica;
medir un primer conjunto de características eléctricas de una primera trayectoria de restauración conectada entre la primera microrred y la segunda microrred,
medir un segundo conjunto de características eléctricas de una segunda trayectoria de restauración conectada entre la primera microrred y la tercera microrred;
caracterizado por
calcular un primer factor de ponderación de la primera trayectoria de restauración usando el primer conjunto de características eléctricas y un segundo factor de ponderación de la segunda trayectoria de restauración usando el segundo conjunto de características eléctricas con el primer controlador de red, en donde el primer conjunto de características eléctricas incluye una impedancia de la primera trayectoria de restauración y un voltaje de entrada de la primera trayectoria de restauración y en donde el segundo conjunto de características eléctricas incluye una impedancia de la segunda trayectoria de restauración y un voltaje de entrada de la segunda trayectoria de restauración; y
seleccionar una de la primera trayectoria de restauración y la segunda trayectoria de restauración usando el primer factor de ponderación y el segundo factor de ponderación con el primer controlador de red;
deslastrar la primera carga no crítica con el primer controlador de red;
deslastrar la segunda carga no crítica con el segundo controlador de red; y
restaurar la parte aislada de la primera microrred usando la trayectoria de restauración seleccionada.
2. Método según la reivindicación 1, en donde determinar que la primera capacidad de exceso y la segunda capacidad de exceso no pueden soportar cada una la primera demanda de carga crítica incluye determinar si un voltaje de bus y corrientes de línea de la parte aislada de la primera microrred están dentro de valores de umbral, o
en donde cada microrred de la pluralidad de microrredes incluye al menos una carga y un recurso energético distribuido en conexión con una línea de distribución.
3. Método según la reivindicación 1 o 2, en donde calcular el primer factor de ponderación incluye dividir la impedancia del primer conjunto por el voltaje de salida del primer conjunto y seleccionar la primera trayectoria de restauración incluye determinar que el primer factor de ponderación es inferior al segundo factor de ponderación.
4. Controlador de red (111) para hacer funcionar una primera microrred (110) en una disposición de microrred anidada que incluye una segunda microrred (120), una tercera microrred (130), una primera trayectoria de restauración y una segunda trayectoria de restauración, comprendiendo el controlador de red:
un dispositivo de entrada/salida (211) estructurado para recibir mediciones de una pluralidad de dispositivos de medición y transmitir órdenes a una pluralidad de dispositivos de conmutación;
un dispositivo (215) de procesamiento basado en microprocesador; y un dispositivo (213) de memoria no transitoria estructurado para almacenar datos recibidos con el dispositivo de entrada/salida e instrucciones configuradas para realizar las siguientes funciones al ejecutarse mediante el dispositivo de procesamiento:
aislar una primera parte de la primera microrred de una segunda parte de la primera microrred,
determinar una demanda de energía de carga total de la segunda parte de la primera microrred,
determinar una primera capacidad de energía de exceso de la segunda microrred y una segunda capacidad de energía de exceso para la tercera microrred,
determinar que la primera capacidad de energía de exceso y la segunda capacidad de energía de exceso son más grandes que la demanda de energía de carga total,
caracterizado por instrucciones configuradas para realizar las siguientes funciones al ejecutarse mediante el dispositivo de procesamiento:
calcular un primer factor de ponderación de una primera trayectoria de restauración usando un primer conjunto de características eléctricas y un segundo factor de ponderación de una segunda trayectoria de restauración usando un segundo conjunto de características eléctricas, en donde el primer conjunto de características eléctricas incluye una impedancia de la primera trayectoria de restauración y un voltaje de entrada de la primera trayectoria de restauración, y en donde el segundo conjunto de características eléctricas incluye una impedancia de la segunda trayectoria de restauración y un voltaje de entrada de la segunda trayectoria de restauración,
seleccionar una de la primera trayectoria de restauración y la segunda trayectoria de restauración usando el primer factor de ponderación y el segundo factor de ponderación, y
conectar la segunda parte de la primera microrred a una de la segunda microrred o la tercera microrred según la trayectoria de restauración seleccionada.
5. Controlador de red según la reivindicación 4, en donde la primera trayectoria de restauración incluye un dispositivo de conmutación, y en donde el primer factor de ponderación se calcula dividiendo la impedancia de la primera trayectoria de restauración por el voltaje de entrada de la primera trayectoria de restauración.
6. Controlador de red según la reivindicación 4, en donde el controlador de red está configurado además para determinar que la primera capacidad de energía de exceso es inferior a la demanda de energía de carga total, determinar que la segunda capacidad de energía de exceso es inferior a la demanda de energía de carga total, identificar una carga crítica conectada a la segunda parte de la primera microrred, identificar una carga no crítica conectada a la segunda parte de la primera microrred, determinar una demanda de energía de carga crítica, determinar que la primera capacidad de energía de exceso es superior a la demanda de energía de carga crítica, determinar que la segunda capacidad de energía de exceso es superior a la demanda de energía de carga total, y conectar la carga crítica, pero no la carga no crítica, a la segunda microrred usando la primera trayectoria de restauración seleccionada, o
en donde cada carga se clasifica como crítica o no crítica en base a una entrada de usuario.
7. Controlador de red según la reivindicación 4, en donde el primer controlador de red está configurado además para determinar que la primera capacidad de energía de exceso es inferior a la demanda de energía de carga total, determinar que la segunda capacidad de energía de exceso es inferior a la demanda de energía de carga total, identificar una segunda carga crítica conectada a la segunda microrred, identificar una segunda carga no crítica conectada a la segunda microrred, determinar una tercera capacidad de energía de exceso para la segunda microrred, determinar que la tercera capacidad de energía de exceso es superior a la demanda de energía de carga crítica, y conectar la carga crítica de la primera microrred, pero no la carga no crítica de la primera microrred, a la segunda microrred usando la primera trayectoria de restauración seleccionada; y
en donde el segundo controlador de red está configurado para deslastrar la segunda carga no crítica antes de que el primer controlador de red conecte la primera microrred a la segunda microrred en respuesta a una solicitud del primer controlador de red.
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