Regional Seminar Series
Quito, Ecuador
Proyecto CBM usando herramientas PI
en Subestaciones de CFE - México
Feb 2011
Raúl López
Jefe de Información y Tecnología - Transmisión
Comisión Federal de Electricidad, México
Empowering Business in Real Time.
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Agenda
Proyección “ SMART GRID “
 Visión Mundial de la Energía
 Sistema Eléctrico de la CFE y Crecimiento
 CFE Objetivos, metas e iniciativas
 Estándares
 Visión Futura y Estrategia de Implementación
Proyecto CBM en CFE
 Conclusiones y Beneficios
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¿ Qué es SMART GRID ?
Es la integración de una gran
variedad de tecnologías,
dispositivos y sistemas que
proporcionan y utilizan
información digital,
comunicaciones y controles
para optimizar la eficiencia, la
entrega confiable, segura y la
garantía del abastecimiento de
la energía eléctrica
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Proyectos de Smart Grid
Un objetivo común de los
proyectos es la reducción de la
demanda máxima de potencia;
administración de picos agudos
como resultado del consumo
ineficaz de la energía;
la subutilización de las
instalaciones del sistema
eléctrico.
Sin embargo, cada proyecto
utiliza diferentes tecnologías
redes inteligentes, dispositivos y
sistemas.
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Iniciativas de Smart Grid
EL MODELO PROPONE LAS SIGUIENTE MÉTRICAS DE
VALOR, EN LAS SIGUIENTES CATEGORÍAS:
EFICIENCIA DEL SISTEMA
• Pérdidas en el sistema eléctrico
• Relación de la carga promedio – máxima
• Duración de la congestión de carga en
Líneas de transmisión > 90%
ECONÓMICO
• Precios máximos y promedio, por región
• Costos de congestión en la transmisión
• El costo de las interrupciones y calidad de las
perturbaciones eléctricas
• Costo total de energía suministrada ó transmitida
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Iniciativas de Smart Grid
CONFIABILIDAD
• Duración de la interrupción y la frecuencia
• Frecuencia de las interrupciones momentáneas
• Fuente de métricas de calidad
SEGURIDAD
• Relación de la generación distribuida de la
Generación total
• Número de consumidores que participan en los
mercados energéticos
AMBIENTAL
• Relación entre la generación de energía renovable para la
generación total
• Las emisiones por MWh entregado
SEGURIDAD
• Las lesiones
y las muertes de los trabajadores
y público
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Descripción de Smart Grid
Descripciones de la visión de una Smart Grid incluye
y compila muchas de las tecnologías que la red
inteligente va a usar…
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Visión Mundial de la Energía
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Inversión en el Sistema de Potencia
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CFE Proyección del Sistema de Transmisión
LÍNEAS Y SUBESTACIONES ELÉCTRICAS
361
SUBESTACIONES
MVA´s EN
153,396
OPERACIÓN
177,827
TOTAL de MVA´s
6,874
TRANSFORMADORES
2,708
INTERRUPTORES
CUCHILLAS
15,336
DESCONECTADORAS
TRANSFORMADORES
35,334
de INSTRUMENTOS
10,673
APARTARRAYOS
LINEAS DE
858
TRANSMISIÓN
TOTAL DE LÍNEAS
55,592
KM
NOR
BC
NTE
NES
OCC
PEN
OTE
CEN
STE
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CFE Crecimiento de los Activos de Transmisión
Activos
2009
2010
SUBESTACIONES
355
361
%
1.66
145,954 153,396
4.85
TOTAL de LINEAS EN
KILOMETROS
54,322
56,094
3.15
LÍNEAS DE
TRANSMISIÓN
830
973
14.69
TOTAL MVA´s
11
CRECIMIENTO
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Escenario Eléctrico
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Sistemas Eléctricos de Hoy
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El Dilema de la Integración
DMS
GIS
CIS
OMS
EMS/SCADA
Too Complex
WOM
VSA
RTU
RTU
RTU
RTU
RTU
RTU
RTU
RTU
Maint
O.C.
Diff.
Transformer
O.C.
Recloser
Breaker
Diff.
Meter
RTU
SOE
Transformer
O.C.
Recloser
Breaker
Diff.
Relay
Meter
RTU
SOE
Relay
Transformer
O.C.
Recloser
Breaker
Diff.
Relay
Meter
RTU
SOE
Relay
Transformer
O.C.
Recloser
Breaker
Diff.
Relay
Meter
RTU
SOE
Relay
Transformer
O.C.
Recloser
Breaker
Diff.
Relay
Meter
RTU
SOE
Relay
Transformer
O.C.
Recloser
Breaker
Diff.
Relay
Meter
RTU
SOE
Relay
Transformer
O.C.
Recloser
Breaker
Diff.
Relay
Meter
RTU
SOE
Relay
Transformer
Recloser
Breaker
Relay
Meter
RTU
SOE
Relay
Relay
Relay
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Objetivos
• Crear una base de infraestructura de la empresa mediante un amplio
conjunto de normas en un modelo de integración impulsado por la iniciativa
de SMART GRID.
• Establecer una arquitectura orientada a servicios que pueden ser utilizados
para recolectar, integrar, relacionar, analizar y visualizar datos de fuentes
diferentes de datos en la subestación
• Desarrollar técnicas para extraer los datos calculados o parámetros para la
evaluación de los parámetros de rendimiento
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Metas
•Rendimiento de los activos al máximo con el menor
coste del ciclo de vida.
•Reducir el mantenimiento correspondiente y O & M
de gastos.
•Despacho
específicos.
hábiles
para
problemas
técnicos
•Manejo de respuestas a problemas para minimizar los
costes.
•Maximiza la utilización de los equipos y la fiabilidad.
•Reemplazo de la estrategia de optimización de
activos.
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Visión del Modelo General
GIS
Application
wrapper
Standard
Service
DMS/
SCADA
Standard
Service
Data
Warehouse
Standard
Service
Common Information Model
Enterprise
Service Bus
(ESB)
Standard
Service
Asset/Work
Management
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Standard
Service
Portal
Standard
Service
CMS
N Transformations
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Proyecto de Iniciativas.
• Instalación de equipos y sistema de Mantenimiento Basado en
Condiciones de Operación (CBM), INTEGRACIÓN de
Aplicaciones.
• Equipo de aplicaciones centradas en CBM para analizar el
funcionamiento actual de los equipos individuales en función de
los parámetros del equipo y los datos del sensor, para la toma de
decisiones sobre la salud de los equipos actuales.
• Sistema de aplicaciones centradas en CBM para analizar la
información actual e histórica, IMPLICA INFORMACIÓN de
familias de equipo para comparar el rendimiento real de los
equipos con los objetivos corporativos.
• Los datos relativos a los equipos y las aplicaciones CBM
HABILITAN el acceso a través de una única y unificada CBM
Aplicación del tipo Server / Portal.
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CFE Enfoque - Proyección
• Pensar a nivel de empresa integrando al mismo tiempo a
nivel de la subestación
• Observar al sistema desde una vista de alto nivel para
permitir una mayor confiabilidad y menor costo
• No se requiere emprender un proyecto de gran envergadura
que requiera de muchos años para completarse
• Necesidad de una estrategia de integración a largo plazo en
toda la empresa para que un proyecto pequeño no se
convierta en otra isla de automatización
• Para un plan a largo plazo, la arquitectura tiene que abordar
el problema de la integración en un enfoque por etapas
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Estándares
IEEE C37.118
/ IEC 61850 for
PMU’s
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Estándares Relevantes
Substation
applications
unaware of
device models
SCADA
?
Tag Data Base
Driver 1
Driver 2
Driver 3
RTU
IED
IED
IED
Legacy
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Electro
Mech.
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Clases de Datos (Data Types)
Brand X: Instantaneous Overcurrent Relay
Brand Y: Differential Relay
Relay 1
Measurements
MMXU1.MX
PIOC
SG
Relay 2
CO
A
PhV
Measurements
MMXU1.MX
PDIF
SG
CO
A
PhV
phsA
phsA
cVal
cVal
mag
mag
f
f
MMXU1.MX.PhV.phsA.cVal.mag.f
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IEC 61850 SCL
Substation Applications aware of device models
61850 Network
61850
IED
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61850
IED
61850
IED
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IEC 61970 Modelo General de Información
Central Generating
Station
Step-Up
Transformer
Distribution
Substation
Gas
Turbine
Receiving
Station
Distribution
Substation
Recip
Engine
Distribution
Substation
Microturbine
Commercial
Recip
Engine
Fuel
cell
Photo
voltaics
Cogeneration
Batteries
Flywheel
Industrial
Commercial
Residential
UML – Unified Modeling Language
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CIM Modelo General de Información
ConductingEquip.
Breaker
SuperClass of
Associated
with
Has
Terminals
Substation
Measurements
Transformer
Has
Has
Has
XFMRWinding
Associated
with
VoltageLevel
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Fuente de Información del Sistema de Potencia
Power System Resource
(logical)
Document
SuperClass of
SuperClass of
Inspection Schedule
Outage
Report
Equipment
Container
Conducting
Equipment
Has
SuperClass of
Equipment
List
Substation
Breaker
Has
Has
Asset
(Physical)
Associated
with
Associated with
Associated with
Associated
with
Map
Work
Order
Location
Crew
Has
Person
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Activos
Object Type
Power System
Resource (logical)
Object type
information (CIM)
SuperClass
of
Equipment
Container
Relationship
Associated
with
Conducting
Equipment
Has
SuperClass of
SuperClass of
Measurement
XFMRWinding
Substation
PopulatedBy
PopulatedBy
Airport
PopulatedBy
Transformer
Has
Has
PopulatedBy
T-567
W-ABC
VoltageLevels
Has
Has
PopulatedBy
X-123
Views are
typically exposed
at a service
interface
27
Has
13KV
Object Instance Information
(CIM data)
Empowering Business in Real Time.
Path: Airport/13kKV/X-123/W-ABC/T-567
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DMS/GIS and
AMS/WMS
provide data for
the construction
of power system
and asset
oriented views
DMS/
GIS
AMS/WMS
O&M
application
CIM/
OPCUA
CIM/
OPC UA
CIM/
OPC UA
Enterprise Service Bus
At the OPC UA
interface all
devices are
unified using
CIM/61850 based
views
OPC UA
Enterprise
Gateway
IEC61850
Protocol
Logical
Device
61850 Network
61850 61850 61850
IED
IED
IED
From the
point of view
of O&M
applications,
all devices
appear to be
IEC61850
compliant
even if the
IEC61850
protocol is not
always used
Logical
Device
Logical
Device
DNP
Protocol
DNP/61850
Gateway
DNP
IED
DNP
IED
DNP
IED
Legacy Devices
DNP
IED
DNP
IED
DNP
IED
Legacy Devices wrapped using IEC61850
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CFE Requerimientos de Tecnología y Telecomunicaciones
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Back Office
CBM Hisorian
CBM Analytics
Backhaul
CFE WAN
Substation
Transformer
Monitor
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Breaker
Monitor
Other IED
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Visión Futura
Y
Estrategia de
Implementación
Proyecto CBM en CFE
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N
A
T
I
O
N
A
L
C
O
N
T
R
O
L
C
E
N
T
E
R
All Control Centers
using PI
HA-High Availability
Primary
Control
Center
Control Center
HA
HA
EMS
México DF
PI
PI
PI
PI
Puebla
EMS
Multiple Broadcasting
ICCP
H
I
G
H
HA
PI
A
R
E (8)
A
S
PI
SCADA
ICCP
S
SUB AREA
U
B
S
SCADA
A (29)
R
E
A
S
POWER
PLANTs
PI
S
P
SCADA
E
E
D
PI
PI
P
M
U
SCADA PI
PI
S
P
U
POWER
M
B
U
PLANTs
S
s
T
A
T
I
O
N
Empowering
Business in
.........
EMS
........
...........
SUB AREA
H
I
G
H
B
U
S
EMS
PI
PI
PI
SUB AREA
.........
PI
SCADA
ICCP
U
S
HA
HA
SCADA
S
P
E
E
D
s
Substation
Data
Server
HA
B
ICCP
HA
PI
ICCP
HA
EMS
EMS
S
U
B
S
T
A
T
I
O
32N
Backup
WAMS Applications (1) Applications (2)
ICCP
SUB AREA
HA
SCADA PI
HA
PI
SCADA PI
PI
TRANSMISSION
Substation
Data
Server
Substation
Data
Server
. . . . . . . . . .Substation
. . . . .Network
.
Substation Network
IED
Real Time.
IED
IED
IED
P
S
S
U
U
POWER P
POWER M
M
B
B
PLANTs U
PLANTs U
S
S
s
T
T
s
A
A
Substation
T
T
Data
I
I
O
O
Server
N
N
© Copyright 2010, OSIsoft LLC. All rights Reserved.
........
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Empowering Business in Real Time.
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Empowering Business in Real Time.
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Modelo base CBM
PI to PI
CBM
Application
Server/Portal
SCADA
SCADA
PI
Server
CBM
PI
Server
Operations LAN
Substation
Data Server
Substation LAN
IED
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IED
IED
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LAN - Subestación
• Datos del mantenimiento relacionados con
interruptores y transformadores en las
subestaciones se pondrá en el servidor de datos
de la Subestación
• Si los datos están disponibles a través del
protocolo UCA ó por IEC61850 entonces será
cargado a través del producto SISCO AX-S4 MMS
• Si los datos están disponibles a través de otro
protocolo de entonces será cargado a través de
una interfaz estándar de OSIsoft
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Servidor de Datos de la Subestación
• Puede ser en cada subestación
• Proporciona alta disponibilidad de
almacenamiento y acceso a los datos de la
subestación
• Es utilizado como un sistema de gestión de datos
de la subestación
• Organiza y proporciona acceso a los datos de la
subestación a través de los modelos CIM IEC61970 e IEC6185
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Servidor CBM
• Proporciona una plataforma de integración y
desarrollo de aplicaciones
• Organiza y facilita el acceso a los datos
empresariales a través de CIM- IEC 61970 CIM, SAP
y modelos IEC 61850
• También sirve como Modelo de Negocio para el
modelado del EMS del sistema de potencia y los
datos de SAP de gestión de activos
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De la Red del Sistema de Potencia al UML - CIM
Central Generating
Station
Step-Up
Transformer
Distribution
Substation
Gas
Turbine
Receiving
Station
Distribution
Substation
Recip
Engine
Distribution
Substation
Microturbine
Commercial
Recip
Engine
Fuel
cell
Photo
voltaics
Cogeneration
Batteries
Flywheel
Industrial
Commercial
Residential
UML – Unified Modeling Language
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Armonía entre IEC 61850 y CIM
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Empowering Business in Real Time.
© Copyright 2010, OSIsoft LLC. All rights Reserved.
Del CIM al PI AF
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Empowering Business in Real Time.
© Copyright 2010, OSIsoft LLC. All rights Reserved.
IEC 61850 en AF y en AF XML
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Conclusiones
y
Beneficios
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Ejemplos de Aplicaciones CBM
• Bitácora de interrupción del circuito
• Alarmas del transformador
• Carga del Transformador (tiempo en 100-105%, 105-115% y> 115% del
nominal MVA)
• Transformador de corriente de línea de transmisión (conteos, máximo y
mínimo)
• Transformador
• Ordenes de Trabajo Completas
• Sobrecargas del transformador (conteos / duraciones desde la última
revisión)
• Tensión del Bus: desempeño más que rendimiento
• Operaciones del cambiador de taps en el Transformador
• Órdenes de trabajo activas
• Circuito de Mantenimiento por la demanda repetitiva
• Mantenimiento en el transformador por la demanda repetitiva
• Sobrecargas del circuito (conteo / duración)
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Beneficios del modelo
 Abrir el medio ambiente para el desarrollo de
aplicaciones
 Fácil de desarrollar aplicaciones personalizadas
 Herramientas estándar de desarrollo
 Operaciones, activos, y mantenimiento
 Integrar los datos de operación y mantenimiento
 Integrar las operaciones y los modelos de activo
 Establecer una empresa bajo el modelo estándar UML – CIM
 Aplicación
basada en modelos y sistemas de
integración
 Fácil para una futura expansión y la integración de la
empresa
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Thank you
© Copyright 2010 OSIsoft, LLC.
777 Davis St., Suite 250 San Leandro, CA 94577
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