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LOS SISTEMAS HEREDADOS DE PROTECCIÓN Y
control (P&C) son vulnerables a fallas de funcionamiento
por diversos motivos que incluyen la descoordinación, la
complejidad, los errores humanos y las fallas ocultas. Además,
las características del sistema eléctrico están cambiando
debido a la incorporación de la generación con interfaz de
inversor. Los inversores tienen características diferentes a
las de las máquinas síncronas cuando responden a fallas o
perturbaciones, y la lógica de los sistemas de P&C de aplicación
común puede no funcionar como se espera. Algunas
fallas recientes de los relés se han atribuido a las fuentes con
interfaz de inversor.
Introducción
Los sistemas actuales de P&C, basados en relés numéricos,
multifuncionales, multidimensionales y con capacidad de
comunicación, son sistemas de protección complejos que
requieren ajustes coordinados. Las estadísticas del Consejo
de Confiabilidad Eléctrica de Norteamérica y otras fuentes
de todo el mundo indican un 10 % de fallas en el funcionamiento
de las protecciones, muchas de las cuales provocan
perturbaciones graves en el sistema, lo que las convierte en
la causa principal de la falta de confiabilidad de la red. Los
enfoques actuales carecen de eficiencia para abordar las causas
fundamentales comentadas anteriormente. Por ejemplo,
la detección de fallas ocultas es limitada y cuando se detecta
este tipo de fallas, se bloquean las funciones de los relés
afectados y la protección se confía a relés de protección de
respaldo. Si las fallas ocultas se producen simultáneamente
con las fallas, no se dispone de ningún método de detección
conocido.
La estimación dinámica de estado (DSE, por sus siglas
en inglés) se presenta como un enfoque nuevo de P&C con
muchas ventajas: 1) reduce la complejidad de P&C al eliminar
la necesidad de coordinación entre las funciones de
protección, 2) proporciona un método para validar las mediciones/entradas
al relé, y 3) en caso de anomalías, identifica
la causa principal de las anomalías (que pueden ser fallas,
fallas ocultas, ciberataques y otros) a través de pruebas de
hipótesis. Estas funciones proporcionan información procesable,
que se utiliza para aumentar de manera drástica la
confiabilidad del sistema de protección, como se describe en
este artículo.
La aplicación de DSE para P&C ha llevado al desarrollo
de la protección centralizada de subestaciones resilientes
y seguras (rCSP, por sus siglas en inglés). rCSP mitiga las
causas fundamentales de las fallas en el funcionamiento de
los relés con las siguientes características: 1) se elimina la
complejidad y la coordinación mediante el uso de tecnología
de relés sin ajuste, 2) detecta las fallas ocultas y se autorrepara
al identificar los datos comprometidos y sustituirlos
por valores estimados, y 3) si es necesario, envía un mensaje
a los operadores con la ubicación exacta de la falla oculta
para su reparación. Los ciberataques pueden comprometer
los datos o insertar comandos maliciosos; ambos pueden
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provocar fallas en el funcionamiento de la protección. La
tecnología ofrece defensas contra los ciberataques mediante
el aprovechamiento del conocimiento del estado del sistema
para detectar e identificar ataques a los datos o comandos
maliciosos. DSE proporciona el estado completo del sistema
a alta velocidad (una vez por ciclo), lo que permite un control
óptimo con retroalimentación de estado completo a velocidades
nunca vistas para un sistema eléctrico disperso geográficamente.
Esta capacidad del sistema no se tratará en este
artículo por razones de espacio.
La tecnología rCSP aplica DSE a nivel de relé de protección
a razón de 40 veces por ciclo, así como a nivel de subestación
a razón de una vez por ciclo. Simplifica las funciones
de P&C al eliminar la necesidad de coordinación, suprimir
las fallas en el funcionamiento de los relés, facilitar la detección
de ciberataques y permitir la autorreparación frente a
fallas ocultas y ciberataques.
Descripción general
Los métodos avanzados de estimación de estado constituyen
el elemento básico para resolver los problemas mencionados
antes. Se ha introducido un enfoque de protección basado en
DSE (también conocido como, protección sin ajuste) que no
requiere coordinación con otras funciones de protección. El
método basado en DSE supervisa y evalúa continuamente la
corrección de los datos que entran en los relés. Si los datos se
corrompen por cualquier motivo, es decir, fallas en los canales
de instrumentación, fallas ocultas o ciberataques, el sistema
identifica la causa principal e identifica los datos comprometidos
y los sustituye por datos estimados. DSE permite
detectar de inmediato estas anomalías. La identificación de
la causa principal y de los datos comprometidos se realiza
mediante una serie de pruebas de hipótesis. Posteriormente,
el sistema desarrollado adopta medidas correctivas automáticas
para sustituir los datos corruptos por valores estimados,
lo que permite que el sistema de P&C funcione con normalidad;
y, al mismo tiempo, envía mensajes a los operadores
solicitando reparaciones.
La tecnología propuesta, rCSP, mitiga las causas fundamentales
de las fallas en el funcionamiento de los relés:
1) se elimina la complejidad y la necesidad de coordinación
mediante el uso de tecnología de relés basada en la estimación
de estado, y 2) se autorrepara en presencia de fallas
ocultas al identificar los datos comprometidos y sustituirlos
por valores estimados. También envía un mensaje a los
operadores con la ubicación exacta de la falla oculta para su
reparación. Se sabe que los ciberataques pueden comprometer
los datos o insertar comandos maliciosos; ambos pueden
provocar fallas en el funcionamiento de la protección. La
rCSP ofrece defensas contra los ciberataques mediante el
aprovechamiento del conocimiento del estado del sistema
para detectar e identificar ataques a los datos o comandos
maliciosos. En resumen, la rCSP elimina la necesidad de
coordinación entre las funciones de protección, facilita la
detección de ciberataques y permite la autorreparación
enero/febrero 2023
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