Estrategia de medición de variables eléctricas para la gestión de la eficiencia energética en el sector petrolero

Antes de ejecutar la gestión de la eficiencia energética es necesario capturar la información del proceso y de los consumos de energéticos, y a partir de los datos recopilados, realizar los estudios, ejecutar la metodología de los modelos de gestión energética y monitorear también sus resultados. Todas esas actividades se basan en un conveniente muestreo de las variables que intervienen en los procesos de la empresa. En un proyecto de Eficiencia Energética realizado entre varias universidades y Colciencias para la empresa estatal de petróleos Ecopetrol, se encontraron falencias en los sistemas de medida de variables eléctricas que no son adecuados para la Gestión de la Eficiencia Energética y para los cuales, esta trabajo final de maestría presenta una estrategia de medición de variables eléctricas con base en el estimador de estado, una estrategia de comunicaciones compatible con las tendencias tecnológicas actuales y una estrategia de almacenamiento y presentación acorde a las necesidades, orientadas a su futuro montaje en algunas estaciones de la Vicepresidencia de Transporte (VIT) de Ecopetrol. La metodología desarrollada en el documento parte de la revisión del estado del arte de la medición usando parcialmente técnicas de Gestión Tecnológica para determinar las tendencias tecnológicas de la medición de variables eléctricas, centradas en el servicio más que en los elementos o sus características. En una etapa posterior, con el uso de las prácticas más comunes en la ingeniaría de diseño para la industria petrolera, agrupadas en el Modelo de Maduración de Proyectos, se evalúan las tecnologías y mecanismos que pueden conducir a definir una estrategia de medición de variables eléctricas, y con una variante del Modelo de Maduración se realizan pruebas de escritorio por medio de simulaciones para evaluar la eficacia de la estrategia. El trabajo final de maestría tiene varios resultados parciales en cada uno de los temas tratados: la metodología para obtener información y definir el estado del arte con herramientas de gestión tecnológica presentado en Mapas Conceptuales acelera significativamente la descripción del mismo y facilita la organización y presentación de resultados. Por otro lado el enfoque desde la visión de la ingeniería permite delimitar un proyecto, definir especificaciones y establecer portones de aprobación antes de continuar a las siguientes fases que con el uso de simulación de sistemas con base en información real y operativa permite conocer los inconvenientes reales que se enfrentan al aplicar los conocimientos científicos en sistemas operativos. De todos los resultados obtenidos se destaca la metodología lograda para establecer el estimador de estado como principal fuente de información de variables eléctricas para la eficiencia energética. El método contiene el Análisis de Observabilidad para sistemas de distribución eléctrica industriales con un algoritmo aún en desarrollo por otros, pero eficiente en sus resultados parciales, que además permite definir la ubicación óptima de medidores. También se destaca el uso del estándar OPC para lograr que equipos con diferentes protocolos de comunicaciones y con diferentes parámetros de operación sean integrados de una forma transparente en un sistema de gestión de la distribución. La metodología para determinar si el estimador de estado provee información suficiente para la eficiencia energética, forzó la definición, búsqueda, montaje y pruebas de un simulador de un servidor OPC que provea la información que se supone se captura en campo y con ella ejecutar una estimación del estado de las variables medidas y que no están siendo medidas, la detección de errores pequeños y el comportamiento del sistema con errores grandes. Con los resultados de las simulaciones del comportamiento de las redes de datos, fue posible definir sin interrumpir la operación de los sistemas actuales, las topologías, los equipos y predecir con cierto grado de precisión el comportamiento futuro del sistema de telecomunicaciones. Es una técnica poco frecuentada para diseñar sistemas de telecomunicaciones que ofrece buenos resultados para el proyecto. Finalmente la secuencia de pasos, exceptuando la simulación, seguida para lograr el montaje y operación de un sistema de monitoreo de variables eléctricas en tiempo real usando ETAP Real Time®, se constituye en el principal, pero no único aporte para la medición de variables eléctricas para la eficiencia energética, pues con el uso del estimador de estado provisto por ETAP Real Time® se tienen todas las medidas de voltaje, corriente, potencia activa y potencia reactiva, ajustadas a los valores más probables de cada una de ellas, para la totalidad de las cargas presentadas en el diagrama unifilar utilizado. Esta metodología y propuesta de solución para capturar la información y luego llevarla a los sistemas de gestión de la eficiencia energética entrega resultados superiores a los esperados, pues además de generar la información en tiempo real de TODOS los componentes del sistema eléctrico, también provee las base de datos históricas, con una resolución superior a la requerida, correlaciones de variables, pre-procesamiento de valores de variables y las ventajas que ofrece ETAP Real Time®, que no estaban presupuestadas tales como predicción de carga, gestión de la energía, gestión de la potencia y otras adicionales provistas por el paquete de software.Abstrct. Before energy efficiency management execution it is necessary to capture process information and energy consumption, and from the collected data, carry out studies, run energy management methodologies and also monitor their results. All these activities are based on a suitable sampling of variables involved in the company processes. Inside an energy efficiency project between several universities and Colciencias for State oil company Ecopetrol, many flaws were found in measurement systems of electrical variables which are not suitable for energy efficiency management and for which, this final master's work presents a strategy for measuring electrical variables based on State estimator, a communications strategy compatible with the current technological trends and a storage and presentation strategy according to their requirements, oriented to the future installation in some stations of the Ecopetrol’s Transport Vice-Presidency (VIT Spanish stands). Review of the State of the art for measurement showed a strong tendency to Smart technologies for electrical systems as Smart Grids, Smart Meters and AMI networks, inviting to design solutions to keep future compatibility with these technologies. The methodology developed in the document starts from a review of measurement’s state of the art using partially Technology Management techniques to determine technology trends for measurement of electrical variables, focusing on service rather than elements or its characteristics. At a later stage, with the use of the most common practices in engineering design for oil and gas industry, grouped in Maturity Model Project, technologies and mechanisms that can lead to define a strategy for measuring electrical variables are evaluated, and a variant of the Maturity Model tests are conducted through desktop simulations to evaluate the effectiveness of the strategy. The master's final work has several partial results in each of the topics covered: the methodology for state of the art information and definition through technology management presented on conceptual maps significantly accelerates the description and facilitates organization and results presentation. On the other hand the approach from engineering perspective allows to identify a project defining specifications and establishing approval gates before proceeding to the next phase with use of system simulations based on actual operating information, shows the real drawbacks faced to apply scientific knowledge in operating systems. From all results achieved, highlights the methodology for establishing the state estimator as the main information source of electrical energy efficiency. The method contains Observability Analysis for industrial electrical distribution systems with an algorithm that stills under development by others, but efficient in its partial results, which also allows to define the optimal Meters location. Also highlights the use of the OPC standard to ensure that devices with different communication protocols and different operating parameters are integrated in a transparent manner onto distribution management system. The methodology to determine if the state estimator provides enough information to energy efficiency, forced the definition, search, assembly and testing of an OPC server simulator to provide the information that is supposed to be captured in field and with it run an estimate the state of measured variables that are not being measured, the detection of small errors and system behavior with large errors. With simulations results for data networks performance, it was possible to define without disrupting current systems operation, the topologies and equipment and predict with any degree of accuracy the future behavior of telecommunication system. It is a technique unfrequented for designing telecommunications systems that offered good results for the project. Finally, steps sequence, excepting the simulation, followed to achieve assembly and operation for an electrical variables monitoring system in real time using ETAP Real Time®, becomes the contribution for the electrical energy efficiency measurement, because using the state estimator provided by ETAP Real Time®, all voltage, current, active power and reactive power measures adjusted to the most probable values for all loads presented in one line diagram used, are taken. This methodology and solution proposal to capture information and then deliver it to energy efficiency management systems gives better than expected results, in addition to generating real-time information for ALL electrical system components, also provides historical databases, with a resolution higher than required, variables correlations, variable values pre-processing and advantages offered by ETAP Real Time®, which were not budgeted such as load forecasting, energy management, power management and others provided by the software package.Maestrí