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INTRODUCCIÓN
La regulación No. CONELEC - 003/08 Calidad del Transporte de Electricidad y del Servicio de Transmisión y Conexión en el Sistema Nacional Interconectado, se aprobó en el año 2008. El contexto o escenario técnico y normativo bajo el cual se elaboró y aprobó la referida regulación fue distinto al actual, con un sistema eléctrico diferente. Al año 2022, el sistema eléctrico ecuatoriano ha evolucionado; se han incorporado proyectos emblemáticos como el nivel de voltaje de 500kV para el Sistema Nacional de Transmisión, y sistemas de monitoreo y control del Sistema Nacional Interconectado por parte del operador y del transmisor como los Sistemas de monitoreo de área extendida (WAMS) que utilizan Unidades de Medición Fasorial (PMU) para medición fasorial, con el fin de adquirir, transmitir y manejar datos de la red, mejorando la confiabilidad del sistema.
Bajo estos antecedentes, y tomando en consideración además que existe nueva información estadística de la operación del sistema de transmisión, se torna factible el estudio de la evolución de los índices de calidad a nivel de transmisión, así como la revisión de los aspectos normativos relacionados con su control. Dentro de este contexto, se desarrolla el presente trabajo, con un análisis de los criterios y aspectos que podrían considerarse para la actualización normativa.
Para el efecto, se desarrolló un proceso sistemático de estudio de los indicadores de calidad del servicio de transmisión en el Ecuador; el estudio inició con una completa revisión bibliográfica de las normas internacionales, así como del marco regulatorio aplicado a nivel local y en otros países para el control de la calidad del producto y del servicio de la transmisión; posteriormente, se realizó el análisis de la información estadística sobre interrupciones del servicio en el Sistema Nacional de Transmisión ecuatoriano (SNT) para conocer la evolución y cumplimiento de los parámetros de calidad en el país, para finalmente plantear recomendaciones que permitan la actualización de índices que evalúan la calidad del producto y servicio para el actual sistema de transmisión ecuatoriano.
ASPECTOS NORMATIVOS DE CALIDAD DE LA TRANSMISIÓN
Normativa Internacional Para la Evaluación de la Calidad de Transmisión
A nivel internacional se han establecido normas, regulaciones y recomendaciones para el control de las perturbaciones que perjudican la calidad de los sistemas de energía eléctrica, a través de índices medidos o calculados, que establecen los límites permisibles de tales perturbaciones para los sistemas. Sin embargo, dentro de toda la normativa, los estándares IEEE generalmente son los más empleados porque se revisan y actualizan constantemente. En las tablas 1 y 2 se presenta una recopilación de la normativa internacional sobre la calidad del servicio y de producto [1]- [7], con un resumen del tipo de perturbación considerada, los índices que emplean para calcular o medir tales perturbaciones, así como el nivel de voltaje en el que se pueden aplicar.
Situación Local
Topología [8]
El Sistema Nacional de Transmisión (SNT) ecuatoriano está conformado por subestaciones y líneas de transmisión a nivel de 138 kV, 230 kV y 500 kV. Las líneas de transmisión a 230 kV forman un anillo troncal y junto con las líneas de transmisión a 500 kV conforman el sistema troncal de transmisión, al cual se vinculan centros de generación y distribución mediante las líneas de transmisión a 138 kV.
Las subestaciones son de reducción o seccionamiento. Los patios de maniobras de las subestaciones a 230 kV y 500 kV son de sistema de doble barra principal, mientras que las subestaciones de 138 kV tienen sistema de barra principal-transferencia. El SNT posee transformadores monofásicos y trifásicos, cuenta con compensación de potencia reactiva y su sistema de medición lo conforma el sistema de monitoreo de área extendida (WAMS) y la unidad de medición fasorial (PMU).
Regulación [9]
La Regulación No. CONELEC - 003/08 Calidad del Transporte de Electricidad y del Servicio de Transmisión y Conexión en el Sistema Nacional Interconectado establece los aspectos para la evaluación de calidad del servicio de la transmisión y del producto (potencia) en el Ecuador; en términos generales, los aspectos que se controlan son los que se presentan en la Fig. 1.
Por regulación, el control de calidad del servicio se debe realizar de forma semestral, considerando para el cálculo y evaluación de indicadores, las siguientes instalaciones: campos de conexión, circuitos de transmisión 138 kV y 230 kV, transformadores, capacitores y reactores. Por otro lado, los indicadores que se utilizan son los siguientes: horas de indisponibilidad (HI) semestrales, número de desconexiones (ND) semestral y factor de calidad del servicio (FCS), de manera que, se establece el límite de horas de indisponibilidad semestrales (LHI) y el límite del número de desconexiones semestral (NDP) presentados en la Tabla 3.
DIAGNÓSTICO: SITUACIÓN DE LA CALIDAD DE LA TRASMISIÓN EN EL ECUADOR
Para este diagnóstico se realizó un análisis de la información estadística de la calidad del servicio de la transmisión proporcionada por la Agencia de Regulación y Control de Energía y Recursos Naturales no Renovables (ARCERNNR) en base a la información del Operador Nacional de Electricidad (CENACE) entre enero del 2012 y diciembre del 2020.
La información estadística incluye: HI, ND y sus causas. Además, el diagnóstico abarca las instalaciones del SNT indicadas en la tabla 6 y la metodología para el análisis de la información estadística se describe en la Fig. 2.
Análisis Evolutivo de los Índices de Calidad del Servicio
Para conocer los cambios en el nivel de calidad del servicio del SNT debido a los cambios en su topología, se toma como referencia el año 2012 y el año 2020. En las tablas 6, 7 y 8 se presentan las comparaciones.
De la comparación realizada, se puede observar que el número de incumplimientos del NDP ha disminuido al año 2020. Del mismo modo, las HI y los FSC distintos de cero son menores en el año 2020.
Análisis de Resultados
Del análisis de la información estadística, se tomó el período más representativo a la actualidad del SNT, periodo comprendido entre los años 2017 y 2020, del cual se pudo conocer lo siguiente: ND y HI que registraron las instalaciones del SNT durante este periodo de tiempo, número de incumplimientos del NDP y LHI, porcentaje de instalaciones que presentaron al menos un incumplimiento de los límites en los 4 años y el FCS. Estos valores se presentan a continuación:
El número de eventos que incumplen los límites de los indicadores de calidad de servicio en el año 2018 disminuyó, de ahí alcanza su valor máximo en el año 2019, para finalmente llegar a su valor mínimo en el año 2020, esto se puede evidenciar en la Fig. 3.
De la información analizada, se puede concluir que, durante el periodo de diagnóstico el porcentaje de las instalaciones que presentaron por lo menos un incumplimiento del NDP y LHI es bajo, así mismo el número de incumplimientos de estos límites alcanzó el menor valor en el año 2020, y en comparación al año 2017 el número de incumplimientos del NDP y los FCS distinto de cero son menores.
CÁLCULO DE LOS VALORES DE REFERENCIA
Los límites de los indicadores de calidad de transmisión se emplean para la evaluación y control de los parámetros de calidad, por lo cual estos valores deben estar acorde a la situación actual del SNT, considerando cambios en su topología como el ingreso en operación de las líneas de transmisión a 500 kV y mejoras en los sistemas de monitoreo y control que evidencian una mejora en su confiabilidad.
Estos valores de referencia no han sido revisados desde que se establecieron en la regulación de calidad de transmisión en el 2008. La metodología propuesta abarca únicamente los indicadores de calidad del servicio debido no se cuenta con información estadística de calidad del producto. Como parte de este trabajo, se propone la metodología descrita en la Fig. 4, misma que contempla los pasos que deberían seguirse para la actualización de los índices establecidos en la regulación.
Etapa 1: Topología Actual del SNT
La topología actual del SNT fue descrita en la sección 2.2.1 Topología de la segunda sección de este artículo.
Etapa 2: Instalaciones Consideradas
Bajo el estudio de la topología actual del SNT y los resultados del diagnóstico, se recomienda considerar la incorporación de los circuitos de transmisión a 500 kV en la actualización de la regulación para el control de calidad del servicio y por ende en el establecimiento del NDP y LHI para esta parte de la red.
Etapa 3: Evaluación del Cumplimiento Normativo
La evaluación del cumplimiento normativo de los índices de calidad del servicio de la transmisión permitirá conocer el estado de la calidad del servicio en las instalaciones del SNT y su evolución con la expansión del sistema en los últimos años.
Las tablas 12 y 13 presentan los valores relevantes para la evaluación en el período comprendido entre 2017 al 2020: valor máximo, numero de eventos en los que se incumplen los límites, porcentaje de instalaciones que nunca incumplieron los límites y valores mayores a 10 y 100 horas.
Los valores máximos del ND semestral de las instalaciones son bajos y cercanos a los límites de este indicador. Asimismo, el número de incumplimientos del NDP es bajo, además, el porcentaje de instalaciones que no presentaron ningún incumplimiento durante el periodo de diagnóstico es elevado.
Por otro lado, los valores máximos de HI semestrales de las instalaciones son elevados y se presentaron valores que superaron las 10 y 100 horas, sin embargo, el número de incumplimientos del LHI es bajo y el porcentaje de instalaciones que no presentaron ningún incumplimiento durante el periodo de diagnóstico es alto.
Etapa 4: Fijación de Límites
De la etapa anterior, se pudo evidenciar que hubo pocos incumplimientos de los límites de los indicadores en las instalaciones del SNT a lo largo de los 4 años y los resultados de la metodología del cálculo de los valores de referencia se detallan en la tabla 14. Asimismo, es necesario que el regulador analice estas horas de indisponibilidad elevadas.
ASPECTOS DE CONTROL DE CALIDAD
Control de Datos
El control del ND y HI es semestral [9], en la información estadística se encontró que ciertos incumplimientos del NDP y LHI se produjeron en un solo mes. En la tabla 15 se presenta el número de incumplimientos durante los 4 años y se detallan cuantos sobrepasaron los límites en un solo mes.
Para evitar que el ND y HI sigan incrementándose una vez se haya superado el límite semestral, puede crearse un régimen sancionatorio en base al artículo 73 ‘‘Procedimiento sancionatorio’’ de la LOSPEE [15] que dependa del valor del incumplimiento y de su reiteración. La clasificación propuesta se indica a continuación:
ARTICULACIÓN
Las regulaciones de calidad de transmisión y distribución especifican claramente los responsables en la supervisión y cumplimiento de calidad del producto y del servicio, y no existen contradicciones entre las mismas, esto se puede evidenciar en la tabla 17. Además, en el cálculo de indicadores globales de calidad del servicio de distribución no se consideran las interrupciones originadas por el transmisor que se calculen individualmente mayores o iguales a 25 minutos [9], [16].
PROPUESTAS DE REFORMAS
Calidad del Producto
En esta sección se realiza un análisis comparativo de los indicadores de calidad del producto actualmente establecidos en la regulación nacional, versus otras normas relacionadas con la calidad del servicio de transmisión. Además de esto, se proponen indicadores nuevos en base a normativas y regulaciones internacionales.
Índices actuales
Nivel de voltaje
Los límites se obtienen del procedimiento definido en la regulación Nro. ARCERNNR 004/20 ‘‘Planificación operativa, despacho y operación del sistema eléctrico de potencia’’, según lo indica la regulación actual y se especifican en la tabla 18 [17].
La norma ANSI C84.1 ‘‘Sistemas de energía eléctrica y clasificaciones de voltaje de equipos (60 Hercios)’’ determina que los sistemas a estos niveles de voltaje ajustan su valor de operación, lo que evita que se definan límites [18], por lo tanto, estos valores de la tabla 18 podrían ser incluidos en la actualización de regulación.
Contenido armónico de voltaje
La distorsión armónica individual y total se evalúan por medio de la norma IEEE 519 a nivel local, para lo cual define los límites que se presentan en la tabla 19.
Del mismo modo, internacionalmente se emplea esta norma para el control de esta perturbación, por lo tanto, pueden mantenerse estos índices con los límites.
Balance de voltaje
El balance de voltaje es medido por medio del factor de desbalance de voltaje de secuencia negativa en la regulación local [9]. De igual manera, el factor es utilizado en otros países y los límites en las regiones de Colombia y Europa están en un rango entre el 1% y 2%.
Debido a que la perturbación se calcula del mismo modo internacionalmente con un límite mayor, se pude mantener el mismo factor con su límite
Contenido armónico de corriente
El contenido armónico individual y la distorsión total de la demanda (TDD) se evalúan según la norma IEEE 519 con los límites de las tablas 20 y 21 [3].
Donde:
SCR: Distorsión máxima de corriente armónica en porcentaje de IL
La norma se emplea en regulaciones internacionales, por lo cual pueden mantenerse los mismos indicadores y límites.
Factor de potencia de la carga
Se evalúa de acuerdo con sus variaciones respecto a los límites establecidos por CONELEC mediante la regulación CONELEC Nro. 004/02 ‘‘Transacciones de Potencia Reactiva del MEM’’ [9].
A los grandes consumidores conectados al SNT se les controla este factor, por lo cual debe mantenerse al igual que sus límites.
Balance de corriente
Se evalúa en la regulación actual de calidad de transmisión por medio del factor de desbalance de corrientes de carga de secuencia negativa (MV2) [9].
Por el contrario, no se encontró que este parámetro sea regulado en otros países ni normas que abarquen este tema a nivel de transmisión, por lo tanto, se sugiere que se revise la necesidad de considerar este parámetro en la actualización de la regulación.
Índices Nuevos
Parpadeo
El parpadeo es un aspecto de calidad del producto que se considera internacionalmente y se define como la impresión subjetiva de luminancia fluctuante causada por fluctuaciones de voltaje [4]. Las normas IEEE 1453 e IEEE 1250 abarcan este parámetro a niveles de alto y extra alto voltaje definiendo índices y niveles de planificación que son la base para establecer límites, lo cual se muestra en la tabla 22 [4], [6].
Frecuencia
La frecuencia es un aspecto de calidad que se emplea en países como Colombia y Perú y se define como el número de ciclos por segundo de la onda sinusoidal de corriente o voltaje [20]. De la frecuencia se mide su variación como se presenta en la tabla 23.
Calidad del Servicio
En esta sección se proponen reformas considerando la evolución del SNT, límites y aspectos de control de calidad del servicio, mediante el análisis de la información estadística del SNT, los resultados del diagnóstico y la metodología de cálculo de valores de referencia.
Instalaciones
La regulación de calidad de transmisión considera en el control de calidad del servicio a los circuitos de transmisión que operan a voltajes mayores a 90 kV, por lo tanto, es necesario que se incluyan los circuitos de transmisión a 500 kV en la regulación actualizada.
Límites de indicadores de circuitos transmisión 500 kV
Al incorporarse estos circuitos en la regulación actualizada, se deben fijar su NDP y LHI de los indicadores de calidad del servicio.
Esta instalación alcanzo un valor máximo de ND cercano al NDP de los otros circuitos, mientras que su valor máximo de HI fue elevado y ciertas HI superaron las 10 y 100 horas, las cuales deberían ser analizadas detalladamente, sin embargo, el NDP y el LHI de esta instalación podrían ser los mismos valores que de los circuitos de transmisión a 138 kV y 230 kV.
Límites de indicadores de las instalaciones consideradas en la regulación actual
Los valores máximos del ND de las instalaciones no sobrepasaron las 7 desconexiones, asimismo, el número de incumplimientos del NDP en el periodo de diagnóstico fue bajo, por la tanto los NDP de las instalaciones pueden mantenerse iguales.
Del mismo modo, hubo pocos incumplimientos del LHI durante el periodo de diagnóstico, por lo cual los LHI de las instalaciones pueden mantenerse iguales.
Excepción sobre indisponibilidades
Las indisponibilidades menores o iguales a 1 minuto y las que se excluyen en la regulación actual no se deberían considerar en el cálculo de los indicadores.
Factor de calidad de servicio
El factor permite conocer rápidamente si se incumplieron los límites de los indicadores, por lo cual puede mantenerse este factor en la regulación.
Control de calidad
Existieron ND y HI mensuales que sobrepasaron el NDP y LHI respectivamente. En este contexto, con el fin de mejorar el control de calidad del servicio se recomienda que se tomen acciones al momento que se identifiquen estos incumplimientos para evitar que las instalaciones del SNT se vean afectadas. Un medio para disminuir este tipo de indisponibilidades es la implementación de penalizaciones que se categoricen en función de los incumplimientos, de acuerdo con su valor y reiteración, tal como se indica en la tabla 16.
Informes
En el mismo sentido, existieron eventos que con una sola indisponibilidad superaron el LHI, al ser valores muy atípicos se podrían categorizar como graves para priorizar la entrega y análisis de su informe para evitar que las HI sigan incrementándose.
Articulación
Las regulaciones de calidad de distribución y transmisión establecen los responsables en la supervisión y cumplimiento de calidad, con lo que no existen contradicciones; de igual manera, los indicadores en distribución excluyen las interrupciones del transmisor.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Conclusiones
En este artículo, se presentó un análisis de la evolución de los índices de calidad del servicio de la transmisión en el Ecuador, con el fin de realizar un diagnóstico de la situación de la calidad de la transmisión en el país, y proponer recomendaciones para la actualización de la Regulación actualmente vigente. De la evaluación a la normativa, se concluye que los indicadores de calidad del servicio considerados en la Regulación No. CONELEC- 003/08, guardan coherencia con los que aplican otros reguladores a nivel de Latinoamérica; sin embargo, sería factible la incorporación de nuevos índices de calidad relacionados con la calidad producto técnico del SNT en la actualización de la regulación.
Para el análisis de los indicadores que deben ser objeto de control y monitoreo para el tema de la calidad, se estudiaron las siguientes normas: IEEE 1366, IEEE 1159, IEEE 519, IEEE 1453, IEEE 1564, IEEE 1250 y EN 50160; y con base a este análisis normativo y evaluación regulatoria se identificó que los siguientes indicadores deberían ser incluidos en la actualización de la regulación: interrupción (horas de indisponibilidad, número de desconexiones y factor de calidad de servicio), nivel de voltaje, contenido armónico de voltaje (distorsión armónica individual y total), balance de voltaje (factor de desbalance de voltaje de secuencia negativa), contenido armónico de corriente (contenido armónico individual y distorsión total de la demanda), balance de corriente (factor de desbalance de corrientes de carga de secuencia negativa), factor de potencia, parpadeo (severidad de corto y largo plazo), y frecuencia (variación).
Se verificó que la evolución en los niveles de los indicadores actuales de calidad del servicio: número de desconexiones, horas de indisponibilidad y factor de calidad de servicio, ha sido acorde con la evolución del Sistema Nacional de Transmisión, dado que en el año 2020 se alcanzó el menor número de incumplimientos de los límites frente a lo que se tenía en años anteriores y en comparación al año 2012, las horas de indisponibilidad y los incumplimientos disminuyeron. Es decir que a medida que se ha expandido en SNT y ha mejorado su confiablidad, los índices de calidad también han mejorado.
Por otra parte, se verificó que los límites para los índices número de desconexiones y horas de indisponibilidad semestrales de las instalaciones consideradas en la regulación actual deben permanecer igual, puesto que si bien, el número de incumplimientos de estos valores fue bajo, aún se mantienen ciertos eventos de interrupciones con duración alta, por lo tanto, no sería del todo recomendable limitar estos índices aún, pero si su categorización para un control más adecuado.
La categorización de los incumplimientos de los límites en los indicadores de calidad, así como de las fallas excesivas, en función a su valor y reiteración para su sanción, reducirá indisponibilidades elevadas.
Asimismo, del estudio realizado se recomienda que los circuitos de transmisión a 500 kV se incorporen a la nueva regulación, para lo cual, en base a los resultados del análisis estadístico de interrupciones, se recomienda que los límites para número de desconexiones y horas de indisponibilidad semestrales como punto de partida, sean los mismos valores que de los circuitos a 138 kV y 230 kV.
Finalmente, de la revisión y comparación entre las regulaciones de calidad de distribución y transmisión se estableció que no hay contradicciones, dado que los indicadores de distribución excluyen las interrupciones del transmisor, por lo cual, la articulación es adecuada.
