II Simposio Nacional sobre . AUTOMATICA

EN LA INDUSTRIA

Organizado par el Comite Espanol de la IFAC ,

. c () D-

Editado por: M. SILVA Departamento de Automatica E.T.S. Ingenieros Industriales. Zaragoza

ZARAGOZA, 14-16 Noviembre 1984

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INDICE POR SESIONES

Sesiones plenarias

Sistema de control centralizado en empresa ehictrica '" '" ". ". ". " . ". ," ' " ' por don Francisco Javier ARRIOLA ARANA. Jefe del Departamento de Sistemas de Control de Energia de Iberduero. Bi lbao.

Cuestiones de comportamiento dinamlco en Ingenieria eilictrica ' , '" '" ' " ." '" por don Javier ARACI L SANTONJA. Director del Departamento de Sistemas de Control de la ETSllndustrlales de la Universidad de Sevilla.

Robot languages in the eighties " . ". " , ". por G. GINI. Dipartimento di Elettronlca dl Politecnico di Milano.

y M. GINI. Department of Computer Science of the University of Minnesota Minneapolis.

"SISTEMAS ELECTRICOS Y ELECTRONICOS DE POTENCIA»

-Proyecto SICL: Un sistema de control local, telecontrol y automatismos para subesta· ciones y centrales electricas.

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Ventosa, J. ; Sanchez, M.; Casals, A.; Rivera, J. ; Xampeny, J .. " ." ". ". ". " .. " ". ". 47 -Estrategias de participaci6n de centrales termicas en la regulaci6n frec uencia·potencia.

Basanez, L. ; Quevedo, J.; Riera, J.; Rivera, J. ". " .. " ." ." " .. " ". ". ". " . . " ." ." 55 -Sistema de telecontrol para redes de distribuci6n de energ la electrica en el rural.

Mandado, E.; Farina, J.; Bernardez, J. ". " .. " ". ". ". ". ". ". " . ". ". ". ". ". " . " . 67 -Anal isis experimental de un algoritmo numericamente robusto para estimaci6n del

estado en sistemas electricos de potencia. Duato, J.; Albertos , P. ". ". ". ". " .. " " . " . ". " . " . ". " .. " ." ". ". " . ". ". ". " . 75

-Algoritmo topol6glco de observabilidad. Aplicaci6n a una red electrica de 400 nudos. Crespo, A. ; Albertos, P. ; De la Puente, J. A.; Alvarez, C .. " ". ". " .. . " . ". ". ". " . ". 81

-Simulador de redes electricas. Camacho, E. F.; Franquelo, L. G.; Ferruz, J. ; Salgueiro, J. M.; Davila, B.; Exp6sito, A. " .

-ldentificaci6n parametrica de sistemas de regulaci6n de tensi6n en centrales hidroelec· tricas "Case Study'" Munilla, I.; Bertran , E. ; Herranz, L. ". ". ". ". " . ". ". ". ". ". ". ". ". ". " .. " ", ".

-Estudio de sistemas de regulaci6n de frecuencia en centrales hidroelectricas a partir de modelos experimentales. Bertran, E. ; Herranz, L.; Munilla, I. ." " . ". " . " . ". " . . " ". " .. " ". " .. " " .. : . " . ".

-Diseno 6ptimo en sistemas de alimentaci6n ininterrumpida monofasicos, Lorenzo, S.; Ruiz, J. M.; Delgado, V. ". ". ". ~" ." ". ". " . . " ". ". ". ". " . ". ". ".

-Control con microprocesador de motores asincronos trifasicos. Albertos, P.; Duato,J .; Valiente, J. M. ". ". " . ". ". ". ", " .. " ". ". " ... . ... " . .... "

-Ahorro energetico en los accionamientos de potencia. Sanz, M. ". ". ". ". " .. " " .. " ". ". ". ". ". " . " .. " ". ". " .. " " .. " ". ",

-Puente inversor con transistores MOS de potencia para calentamiento inductivo. Pollan, T.; Roy, A. ; Sanz, M. ". ". ". " . ". " . ". " . ". ". " . ". ". " . . " ". ". " .

-Control adaptativo del campo de colectores distribuldos de una planta solar. Rubio, F. R.; Camacho, E. F .. " ". ". ". ". ". ". " . ". ". ". " . " . " . . " ". ". " . ... . "

"MODELOS Y SISTEMAS ROBOTiZADOS"

-Hacia la definici6n de un sistema de programaci6n y control de robots. Montano, L.; Pardos, P.; Silva, M . . " " .. " " .. " ". ". ". ". ". ". ". ". . ... ,.'. , .. ..

-Cooperaci6n visi6n·robot en tareas de ensamblaje. Sanfelill, A.; Torras, C. " . " .. " " .. " " .... ". " . . "." ." ". " ..... " '" '" ". '" " . " .

-Sistema experimental de guiado de robots industriales por percepci6n visual.

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Costa, A. ; Costa, J.; Liario, V .. " " ....... ... ". ". " .... ". ". " ........ " " . ". ". " .... 155

11 SIMPOSIO NAClO"'4L S08RE AU10MArlCA EN L,.\ INDUSTRIA I X

,IMULADOR DE REDES ELE CTRI CAS

E.F'. C,) lI\ olI ': h ') , lo G. FrClnqu€'i ll , 1. F'erluz . J .M. ':; ,uguo?i l .' ;, D ~v i. ,J y A. G. Ey.p~l!Il to

D~t n . d& A utom~tf c a y El ectr6nl ca £.T.S. Jngenieros Industria l es rJ n!verifda~ de Sevilla

Re3u~en. Eate art[cul o pre~ent3 un slmulddor de redes el.clrica~ p~ra el entrenamiento de o p~rddores de c ~ntr o s oe ront r ('l d~ las mismas. El &1mulad or &S el resultdd o de und prl mel~ ia~e de un PI 'O ­yeeto d~ investigaciOn de UNESA, ~ incorporl la~ runct ones [undd mentales para redes pf'quenas. £ 1 simulador S8 La implemenlildf) ~ubre un computador de 16 bit s y dispon e de doe C OngOi ~s iemjgr ~ f icas para el instructor y operador desde donde se puede artuar s~b re l~ red y segulr la evo luciOn de la mlsma.

INTRODUCCION

El conoci(10 apag6n de Nueva York de 1'177 (Wllson,19 78) puso dp maniflesto la necesldAd de entrenamiento para los operadores de los centros de control de redes electri cas. Eata necesidad de entrenamlento rue una de la' re­cemendaclones del IEEE Task Force (1977) que se reuni6 al efecta.

Desde entonce. han aparecido en la ilteratura diverso& trabajos dsscribienda .1mu~adores de redes electrlcas can vi.ta. al entien.mtento del personal de los centros de control, ver par eJempl0 Rodmore(1982), Allan ( 1982), Walker(1982 ) , Shiota(1983). La aparic16n de los slmuladores at debe al heche d. que un operador debe &star preparado para reaccionar ante situaciones dtflcl1es a de emergencia. que afortunadamente no se dan can fre c uencia en 108 centro. de control, por 10 que ~s ne­cesarIo un instrumento que Ie hablt6e a tamar las decisiones mas acertadas en eS08 instan­tea crlticos.

En este articulo 8& presenta un simulad~r de rede. el.ctrlcas desarrollado can vistas al entrenamlento de operadores de los centros de control. El trabaja ha sido el resultado de la primera fase de uno de los planes de In­veetl,aci6n de UNESA. Esta prlmera fase tenia como objltivo la evaluaci6n de los requisitos inform4tlcoe y poslbll1dades de estos slmula­dar ••. Can obJeto de reallzar eata evaluac16n de forma mas precisa se reallz6 un simulador pro&ramlble de redes el~ctrlca8 con las fun­ciones fundamentales. Eate simulada r ha sido implemer,tado sabre un cOll'lputador PDP-11 /34 y apllcada a una pequena red can siete subesta­cianes.

El simuladar attende slmult'neamente ados consolaa, una de elIas para el puesto de man­do del aperador del centro, y 1a otra para el instructor, con algunas funclones reservadas a esta !Lltima.

II SIIotPOSlO NACIONAL SCBRE AUTOMATlCA. EN LA INDt.ISTJIIA

E1 simulad or muestrQ un m{mlc o general de la red al comenzar la eJecuci6n . tras pedir el peri odo que se desea simular y el tiempo de simulaci6n as ociado .

El operado r puede seleccionar un a determineda subestaci6n mediante cursor, y el simulador Ie muestra el dlagr&ma unifilar correspan­diente, junto a valores num6ricos de varia­bles de inter~s (tensiunRs. potencia., etc.). El operadar puede actuar sabre est~s ultimas.

En 81 simulador actual se han tenida en cuen­La las pr otec~ione. par sobrecar,a de las 11 -neae:.

En el siguiente ep1grafe se describe la si­tuaci6n actual. El apartado 3 describe e1 mo­dele utl1tzado, que al ser procra~8ble puede ser cambiada por otro mas complejo.

El apartado 4 comenta tarl(ls que deber'n aer dio.

i los aspectos complemen­

objeto de mayor estu-

SIMULADOR DESARROLLADO

E1 simuladar de rades se halla implementado en un computadur de 16 bits. un PDP-11/34, como ya ee indic6 anterlormente. La represen­taci6n grAfl ca y dt'logo can el u9uarlo se reallza a trav's de terminales semigr'ficos del tlpo VT 101. El computador estA detado de unldades de discos y slste~a operativa RSXllM.

Software.

El con Junto de programas que componen e1 s1-mu1adar, as! co~o $US relaciones, >se pueden ver en la figur3 1.

Desde el punta de vista funclonal podemas di­vldir los programas que constltuyen el simu­lador en dos . gr upos: pa r una parte est~n

aquellas que se ocupan de la representaci6n

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.,

rig . Conex i6n de los p rograma~

grafi ca y e1 diA log0 c on e1 usuario: por alra tenemos los encargados del calcu l o ( secuen·­ciami ent o , lopo l ogia,fluj o de cargal.

Comencemos con los primer os. Como ya se indi­c6 anteri ormente, e1 simulador consla de dos panlallas, una deslinada a ser usada pDf e 1 instruc tor y 1a atra por e1 operado r. Son par 10 tanto necesarioB programas a1 servicio de uno y o tro usuarl0, marcados con un 1 para el instructor, y con un 2 para el operador. Los pr ogramas TECLA estAn siempre instalados en memoria; 8e encargan de Interpretar las 6rde­nes emitidas a trav~s de los terminales, mo­dificar el eslado del sistema y actlvar a alros programas de representaci6n (GRAH,­GRFJ). La dlferenc ia fundamental entre TECLAl y TECLA2 es que al operador no se Ie permite modifiear ciertas funeiones.

Los programas GRAM se encargan de representar el estado de los diversos puntos aelivos , es decir l os puntos de la pantalla con informa­ei6n variable. Los GRFJ son aelivados euando es necesario hacer que aparezca en la pan la­lla un determinado grAfteo fijo.

Los programas de representaei6n y diAlogo re­ciben informaei6n de archiVes, que definen diversas earacleristicas de los grAficos existentes en pantalla. Los TECLA se encargan de leer, cuando es necesario, les ficher os donde se enumeran los diversos puntes actives y sus earaeteristicas. Les GRFJ ac eeden al eer a~ivados al a rchivo donde se encuentra e1 grAfieo fij o a represenlar.

Pasando al o lro grupo de programas (de cAlcu-10) es prec1so haeer referencla al car6cter ciclieo de su funcionamiento. Cada cuatro se­gunde s, TOPOLO esludia la topol ogia de la red, caleula Is matriz de admitancias y acli-

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va a FL OW pn c aso necesari o . FLOY r~suelve las ecua.i ones de f1u jo de c arga, modified e1 estado del sistema y 4c t iva a su vez a un programa pert~n~ci pnte al g r upo de represen­taci6n : GRAM3 . De estd manera aparece n en pantalla lo s val ures dc tualizacus asociada s a cad .. uno d~ los punt os activos .

El pr ogrdmd RELOJ e s el qu~ realiza el se­cuenciamient o : cada cuatr o ~egundos activa a TOPOLO, recome Tlzando as ! el ci c Io de c Al culo . Apa rle de esto, REL OJ efectuc 1a variaci6n automAli c a de cargas, c as u de que es te ac ti­vada tal opc i6n del sistema .

Modo d~ uperaci6n .

El modo d~ oper aci6n del sistema se describe en la figura 2 . Pr~viamente al comie nzo de la experienc ia. el instruc t o r determinarA el es­cenario que estime op0rtuno, en 10 que s e re­tiere 3: configurac i6n de 1tl red, c ur vas de carga y genera c i6n , as i como actuaci6n de las protpcciones. Para posibilitar eate cometido d~l inst r uctor se dlspo ndrA de un pr ograma capaz de definir nuevos escenarlos, editarlos y alm~cena r los en memor ia .

Fig. 2 Mudv de uper aei6n d~1 simulado r

A contlnua c i6n, el instruct or 5elecelonar~

los tiempos de e imulaci6n mas convenientes, y darA c om ien20 la experlenc ia. E1 operador ma­nejar4 Is red simulada desde el otro termi­nal, bajo la vigl1ancia del instructor. El cQnJunto de Is seai6n podrA quedar almacensdo en un dispositivo de memoria externa , donde se d etall ar~n las acci ones llevadas a cabo .

Eeta 61tima posibi lidad permite realizar re­pet iciones de la experienci a, que el instruc­tor podrA aprovechar para dlsc utir con el operador las inc idenciac y manlobras llevadas a c abo , comentar sus consecuencias y corregir los erro res. Para e lla podr! imponer pausas en el pr oc eso de simulaci6n.

EJEMPlO DE PRUEB A.

Par. comp r~b.r ,I fu ~c l onlmt .~to d.l .lmul.­dor II n. empIe.do un. p.qu.~a rid eon 11et, lubell. cion •• (t r •• d. b. J. Y CUltro cte al ­t. ) , c:u alr u H nt., . t r •• lran.form,dor." , lr~. ,en,rador •• y , t .lt ca"I • .

Aunque I, rtd " collda Ii p.qu.~a, perml t e analizar 1. may or part, d, 101 probleml. que .t tOI atmulldor •• prayan tln . 5. dlcld16 uli -1lz.r •• t. red par. evlt,r tn un prtnc tpJ u 101 pr oblem •• de c. pa c ldad d, memoria y ttem­po qUI dada una retl r •• l con un. iii din IU­b.&l~~lonel, YI qUI 10 qU I ae pretendl. c on II ejemplo er. compr oba r ,I fun c lonamlent o del esquema del almulldor, mt.ntr •• qua 1~ 1

pOl ibl •• mtjor •• d, 10' pr oar,ma. de elr. I l oa pr obleml. d, tlempo y mtmOrlM II •• tudt. ­r on Ind.p.ndl~n~'m.nle .

El e'qulma ,Inlral dl la rid 18 ,I rlpr",n­tad o In la fiaura 3. Como pu,dl ob.lr v&r ••• 1 trata de un ,.qulma . lmp ltf i c4do d, la rid qUI no mu •• tr. 10' I,ladol d, 101 int,rrupto­rsa y Iseetonadore. de I., dl.tlnta. lub'lta­ciani ' .

Loa mlmlcol eo rre.pondl,nte. I lUi Imblr r ado. pueden ver •• en lal (l,ura. 4 y 5. Para 1~1 lub •• tact on,. de .lta (I . 2, 4, y'6 ) ., .dop­t6 un "quema dl deble barra y p.rl la. de ba j a (3. 5. y 7) "quem. d, dobl. ba rr a par ­tida.

Al ejacutlr 10' pro,raml' Ie parle d, uno. datos qUI .er'n 'ljol durante tod~ ,I pr oc"o y ot r 08 qua .on .implement, val orel inieia­les, per o qUI I' pUldan camblar de.de las pant.llas, LOl dat ol fl jo . corresponden a 108 p.r'metroa d, I.e 11n,., ( re.ilten c la, induc­tancia, conductanctl Y ,usceptanet. por unl­dad de lonlttud), 108 par'm'trol dt los transformador'. (rall,tenctl, inductancia, y relaci6n d_ tranaformacl6n), y 101 limite. d. potencia reactlva d, loa lenuadores. LOl VI­

lor •• iniciale. que.1 pr oporci onan Ion las tansiones y lat potencial activ&a de los le­n~radore3, las potencial act iva y r~.ct iva de las car,as, y al Iltado de intlrruptores y seccionadore • . Los dat os que se propor c ionan eslAn almaclnados en un fichera, y 90n loa Blgulenlel:

lINEAS

Subestaciones R X G B

2 4 0.015 0.092 O. 0 .0905

4 0.023 0 . 138 O. 0 . 1355

2 b 0.023 0 .138 O. 0 .1355

b 0 . 015 0 . 092 O. 0.0905

H SlMPOSIO NACIONAL SOBRE AUTOMATlCA EN LA INDUSTRIA

TR AN Sf ,1R MAOU RE ~

Subu til c Illn .. R X RT

2 0 . Ou 12 0 . 015 1.

• J 0 . 00 1 0 . 011 1.

5 0 0 . 002 0. 01' 1.

GENERAOORES

Subi-Itacl6n P QmAx Qm in V

7 10 . -10 . 1.

5 2. I.' - 1. 1. as

3. .. -3 . 1. 05

. El ,entrador d. 1. li ubeltdci6n J sed normalnllntt .1 d. referflncia (slick ) .

Con t.te ejemplo se han hec ho ope raclones como delconeclar una l i ne • . alimentar dos li­nta' independienlemente a trav's de las dos blrra. de una aubeata c 16n . n aislar una su­be.taci6n y ,I simulador ha respondtdo ade­cuedamente.

CO NClUSIONES

Se ha de. cri t o la primer a fasa de un proyecto cons istente en la realizaci6n de un simulador d. rade . el'ctricas can vistas al entrena­miento de operadores de los centros de con­trol de las mismas. En es t a primera taee se ha realizado un limu lador con lae funci ones fundamentales y aplicable a redes de dimen­sionel reducidas. Estas limilaclones vienen lmpuestas por 1a capaci dad de memoria y po­tencia de cAlcul o d.l computador sobre el que se ha implementado. Ut i l 1zando las majores lAcnlcas conocidas para resolver e1 f1uJ o de carga (de aacopl o . matrices vacias , ordenaci6n ~ptima ) g~ necesitan mas de 7 segundos para rpsol ver al problema de un sistema con 100 bGrras. Esto implicaria tiempos de refresc o de informaci6n superiores a los normales en 101 centros de conlrol.

Camo desarr ol l o futuro de este trabajo ettA prevlst o en tases sucesi v8s lmplementar el simulador sabre un computador de mayor poten­ci a de c' lculo, asi como la lncorporac16n de aspecto s dinAmlcos y funcion es complementa­rlas c~mo las de delermlnaci6n de equlvale n­les extern05, inlr oducc16n de escenari os en torma lnteractiva . elc .

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RECONOC IMIENTQS

Las aut o res expre s an mient o a la Campania d~d. a s [ como a Jose rez Carrera y Javier ei a s y comentarios.

su mas sincer o agradeci­Sevillana de Elec tri c i­

Carlos Serrano . Luis Pe­Alons o por sus sugeren-

REFERENCIAS.

Allan,R.N. y otras.(l982 ) . Reliability evaluation of distribution systems using gra phic-based interactive c omputational methods . IEEE Trans on PAS , vol 101, n.1, pp 212-2 18 .

IEEE Task Force . (1977). The problems of operator training. IEEE PES Summer Meeting. Proc. Mexico City,

Ro dmore R. y otr05(1982). An advanc ed dispatcher training simulator. IEEE Trans. on PAS, vol 101 , n.l. pp 17-23 .

Shiola H. y otr05 ( 1983) . Development o f training simulat or for power system

G

I

operators. IEEE Tr.:ln5 . on PAS. vol 10 2 . n.1 0 , pp 3439-344 5 .

Wdlker L.N. y otr 05 ( 148 2 ) . Dispatch operdt or trdin i ng pr ogram. IEEE Trans. on PAS. vol 101 , n . 9, pp 3342- 3348 .

Wilsorl G. L. y P. Zdrakas ( 1978 ) . Anatomy o~ a bldc kout. IEEE Spectrum , feb, pp 39- 46 .

5.I1 MMARY

This paper presents a dispatch operat o r training simulat or. The simulator is the result of a first 6 tag~ o f an UNESA research project, and inco.rpnra L£os Lh~ main functions f or smdll ele ·: t r i c al networks .

The simulat or hos been inlplemented on a 16 bit mInic omputer and handles two semigraphic conso les. One 01 them f or the ins t ructor and th~ o ther f o r the operat or. The state of the netwo rk i s represented graphically on the consoles and operati ons on the network can be done with the key boards atached to the co nsoles.

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II SIMPO$IO NACIONAl SOBRE AIJTOMATICA. EN LA INDUSTRIA

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