Blackout USA- Canada 2003

ÁANÁLISIS DEL COLAPSO DEL SISTEMA NORESTE de EE.UU. Y SUR DE CANADÁ

14/08/0314/08/03

Basado en el P.P. Publicado por la International Transmission Company

( E t ti t bi d Mi hi )( Empresa transportista ubicada en Michigan)

IFOd260803.ppt 1/29

PREFALLA 15:06PREFALLA 15 06

θ Generador f/serv.X Línea deseng

• Altas temperaturas en el Medioeste. X Línea deseng.

Dir. del flujo de pot.• La planta nuclear de Davis-Bessie f/s por mantenimiento.

• La unidad de 550 MW de Eastlake perteneciente a FE en el norte de Ohio sale de servicio a las 2:00PM

METC

ITC

IMO

servicio a las 2:00PM.• La línea de Chamberlain-

Hardinng que alimenta a Cleveland salió de servicio.

MINY

ON

θθAEP

FE X

Cleveland salió de servicio.• Los flujos intercambiados

permanecen estables.AEP - American Electric Power

XPS

AEP

AEP American Electric PowerFE - FirstEnergyIMO - Independent Market Operator (Ontario)ITC - International Transmission CompanyMETC – Michigan Electric Transmission Company

IN OH

METC Michigan Electric Transmission Company

t= -1:05:00Time to Blackout

25 minutos más tarde 15:3225 minutos más tarde 15 32


• Una segunda línea que li l i d d d X Línea deseng.

Dir. del flujo de pot.alimenta a la ciudad de Cleveland sale de servicio

– Hanna- Juniper• Los Centros de control de las • Los Centros de control de las

empresas de servicios y del ISO no reciben alarmas de las líneas desenganchadas,g

• El sistema de transporte cercano a Cleveland experimenta baja tensión.

MINY

ON

θθ X

• Los flujos con el estado de Michigan permanecen sin variaciones. X

PS

IN OH


10-15 minutos más tarde 15:41-15:4610 15 minutos más tarde 15 41 15 46

• Dos líneas más de transmisión li l d Ohi

θ Generador f/serv.X Línea desengque alimentan el norte de Ohio

salen de servicio.– Star- South Canton– Tidd-Canton Central

X Línea deseng.Dir. del flujo de pot.

Tidd-Canton Central

• El sistema de transporte cercano a Cleveland experimenta severas bajas de tensiones.

• Los flujos desde Ohio a Mi hi i

MINY

ON

θθ X

Michigan permanecen sin variaciones. X

XX

PS

IN OH



• La línea de transporte Sammis-θ Generador f/serv.X Línea desengLa línea de transporte Sammis-

Star que suministra potencia al norte de Ohio sale fuera de servicio.


• El flujo entre Ohio y Michigan se invierte. Se transmiten 200 MW desde Michigan hacia Ohio

2800 MW 500 MW

MW desde Michigan hacia Ohio. MINY

ON

θθ1900 MW

X XX

XX

PS

200 MWX

IN OH




• Dos líneas de transporte que alimentan al norte de Ohio salen de servicio.

E Lim F st i


– E.Lima-Fostoria– Muskingum-OH Central

• El norte de Ohio queda aislado y con cero tensión

4800 MW

200 MW

y con cero tensión• Se transmiten 2200MW

desde Michigan al norte de Ohio.

MINY

ON

θθ3700 MW

X• El flujo en la interconexión

internacional Ontario-Michigan se invierte.

ó

XX

XX

XPS

2200 MW• La tensión en la red de

Michigan empieza a declinar rápidamente.

XX

IN OH


Punto de no retorno

Alrededor de 30-45 seg. más tarde… 16:09 :31-16:09:46Alrededor de 30 45 seg. más tarde… 16 09 31 16 09 46

• Como resultado de la di i ió d l ió 2

θ Generador f/serv.X Línea desengdisminución de la tensión 2

plantas de Michigan con una capacidad de 1800 MW salen de servicio en


MW salen de servicio en un intervalo de tiempo de 15 segundos.

– Kinder-Morgan

4800 MW 200 MW

– MCV

• El sistema de Michigan entra lentamente en la

θθ

MINY

ON

θθ3700 MW

X

entra lentamente en la zona de colapso de tensión. X

XX

XXθθ

PS

2200 MWX

XIN OH


Alrededor de 1 minuto más tarde … 16:10:40- 16:10:46 PMPM

• El sistema de transporte del d d Mi hi á h

θ Generador f/serv.X Línea desengestado de Michigan está ahora en

proceso de colapso rápido de tensión, provocando la salida de 30 líneas de transmisión en menos

ON


30 líneas de transmisión en menos de 8 segundos.

• Las vinculaciones entre 2 empresas de transporte de

X XX

Michigan se cortan aislando el oeste del estado del resto de Michigan.El sistema del estad de Ohi

θθ

XX

X

XXX

2800 MW

MI

NY

θθ X

• El sistema del estado de Ohio sigue enviando potencia a Michigan, pero el único vínculo es a través de Ontario (Canada).

XX

XX

Xθθ900 MW

MI

PS( )

• El flujo a través del vínculo Ontario llega a 2800 MW, afectando a Nueva York, otros

d O i C dá

XX

IN OH

estados y Ontario en Canadá.


Segundos más tarde … 16:10:46 BlackoutSegundos más tarde … 16 10 46 Blackout

• En el minuto siguiente sale de i i l i i ió

θ Generador f/serv.X Línea desengservicio la siguiente generación

de Michigan:– St. Clair 7– Judd

ON


Judd– Monroe 1, 2 y 3– Greenwood– St. Clair 2,4 y 6 X XX

Xy– Trenton 7,8 y 9

• El sistema de Ontario permanece i d d

θθ

XX

XX

XX

θθ

θθθ

θMI

NY

θθ X

interconectado y trata de soportar a los sistemas de Michigan y Ohio por un período de 2 minutos.

XX

XX

Xθθ

θ

PS

de 2 minutos. XXOHIN


Situación en el estado de Nueva YorkS tuac ón n sta o Nu a Yor


• Cuando el flujo toma valores cercanos a los 2800 MW ESTE-OESTE,

ON

745 kv


,el sistema de Nueva York queda exportando potencia hacia Michigan a través de la E T Niágara

NYtravés de la E.T. Niágara.

•Las tensiones empiezan a disminuir.

PS

IN

COLAPSO DEL AREA 16:11COLAPSO DEL AREA 16 11

Area afectada por Area afectada por los cortes

•Zona de GrandesLagos.

•Michigan

Ohi•Ohio

•Nueva York.

•Ontario•Ontario

•Québec

•Nueva Jersey•Nueva Jersey.

•Massachussets.

•ConnecticutConnecticut.

Situación en el estado de Nueva YorkS tuac ón n sta o Nu a Yor

• La disminución de tensión, y probablemente oscilaciones produce el disparo en cascada, entre otras 100 en total, de líneas y distintas centrales de generación:g

•Perry en Ohio

•Fitz Patrick en New York

•Gina en New York

Bruce en Ontario (Canada)•Bruce en Ontario (Canada)

•Nine Mile en New York

•Plantas nucleares 2 y 3 de Indiana Point.y

•Apagón general

IMAGEN SATELITAL DE LA ZONA AFECTADA POR EL CORTE

ZONA AFECTADA POR LOS CORTESCORTES

CORTES DE DEMANDACORTES DE DEMANDA

La demanda cortada debido al desenganche descontrolado de líneas y g ygeneradores fue la siguiente:

E M P R E S A C O R T E S E M P R E S A ( M W )P J M In te r c o n n e c t io n 4 2 0 0M id w e s t IS O 1 3 0 0 0H d Q é b 1 0 0H y d r o Q u é b e c 1 0 0O n ta r io IM O 2 0 0 0 0IS O N e w E n g la n d 2 5 0 0N Y k IS O 2 2 0 0 0N e w Y o r k IS O 2 2 0 0 0T o t a l 6 1 8 0 0

En N. York el corte fue casi total

Reposición del servicio

• La reposición tuvo la dificultad de la cantidad de plantas nucleares que salieron de servicio ( alrededr de 20), cuyos recatores se envenenaron y t d l h t 48 h E l t i itardan por lo menos hasta 48 hs. En volver a entrar en servicio.

• Estado a las 12:00 a.m. (hora local) del viernes 15 de agosto:

EMPRESA DEMANDA ABASTECIDA

% DEL TOTAL

PJM Interconnection 4200 100%Midwest ISO 4000 31%Hydro Québec 100 100%Ontario IMO 10000 50%ISO N E l d 2400 96%ISO New England 2400 96%New York ISO 16000 73%Total 36700 59%

Reposición del servicio

• Sábado 16 de agosto a las 8 hs.Sistema troncal de transmisión en los Estados Unidos y Canadá restaurado ycon operación confiable. Parte de la generación que había salido de serviciosincronizada esperándose que el resto entrase en servicio durante el fin desemana. Demanda afectada por cortes rotativos.

• Domingo 17 de agosto a las 17 hs.

T d l i t d t t h ll b t l ió dTodo el sistema de transporte se hallaba recompuesto, con la excepción delas líneas que unen Michigan con Ontario por razones de seguridad. Sepensaba retornarlas al servicio en el atardecer del domingo. La mayoría delos generadores que salieron de servicio habían vuelto a rotar, aunque 21los generadores que salieron de servicio habían vuelto a rotar, aunque 21unidades restaban entrar. Se recomendó a la población moderar el consumo.

INCÓGNITAS A DEVELARINCÓGNITAS A DEVELAR

• EXISTE ESQUEMA DE CORTES DE DEMANDA ANTE SALIDA DE LÍNEAS POR SOBRECARGA. ????

• EXISTE UN AUTOMATISMO DE CORTES AUTOMÁTICO DE DEMANDA (LOAD SHEDDING) POR DISMINUCIÓN DE TENSIÓN.???.

• SE PUDIERON HABER REALIZADO ACCIONES CORRECIVAS EN EL INTERVALO QUE EXISTE ENTRE LA SALIDA DE LA PRIMERA LÍNEA (15:06 HS Y 15:45-15:50 HS), TALES COMO REDESPACHO DE

Ó ÁGENERACIÓN EN ÁREAS DE DEMANDA PARA ELIMINAR SOBRECARGAS, EVITAR DISMINUCIONES DE TENSIÓN Y MANTENER LA SEGURIDAD DEL ÁREA???.

E.E.U.U. Y LOS APAGONES

• El primer apagón total que se produjo en ciudades importantes de EEUU fue el ocuurido el 9 de noviembre en 1965 en N. York. Quedaron afectados 13 000 000 d l d d f t d f d 13000MW13.000.000 de personas y la demanda afectada fue de 13000MW.

• Como reacción a este evento se creó la NERC (North America Reliability C n il) Council).

• Es una organización de asociación voluntaria. El objetivo de su creación en el año 1968 fue lograr que el Sistema Eléctrico Norteamericano sea confiable año 1968 fue lograr que el Sistema Eléctrico Norteamericano sea confiable, adecuado y seguro.

• Para lograr estos objetivos realiza las siguientes acciones:Para lograr estos objetivos realiza las siguientes acciones:


• Fija stándares para la operación confiable y la planificación de Sistemas Eléctricos Interconectados. Estos van cambiando con el transcurso del titiempo.

• Monitorea, evalúa y fuerza el cumplimiento de los stándares de confiablidad del Sistema Eléctrico.E lú n li li inf m s s b l d ión mp t mi nt • Evalúa , analiza y realiza informes sobre la adecuación y comportamiento delSistema.

• Coordina la provisión de aplicaciones, datos y servicios necesarios para apoyar el funcionamiento confiable de las redes eléctricasapoyar el funcionamiento confiable de las redes eléctricas.

• Habilita la operación confiable de los Sistemas Interconectados facilitando el intercambio de información y coordinación entre las distintas organizaciones que realizan análisis de confiabilidad.g q

• Coordina acciones con los Consejos Regionales de Confiabilidad.


• “LOAD SHEDDING”

– Se sabe que existen cortes por disminución de frecuencia.– Sin embargo, dada la magnitud de la demanda de EEUU, las

perturbaciones normales no producen disminuciones de frecuencia.– Por lo tanto actúan en caso de formación de islas (ante falla múltiples no

previstas), en cuyo caso las perturbaciones pueden producir variaciones de frecuencia.P l t b ió d l 14/08/03 l f l í h b í – Para la perturbación del 14/08/03 la fenomenología que se habría producido son sobrecaragas de líneas, caídas de tensión en la zona de Michigan y Ohio, lo que produce disparo de generadores y luego oscilaciones que provocan apertura de líneas con formación de islas con oscilaciones que provocan apertura de líneas con formación de islas con generación insuficiente que llevaron la frecuencia a niveles de 57 Hz (Niágara Falls).

CONCEPTO DE ESTABILIDAD DE ANGULO Y OSCILACIONESON E O DE ES L D D DE NGULO Y OS L ONES

ANGULO DEL ROTOR

LINEA DE TRANSMISIONROTOR TRANSMISION

ESTATOR

ROTOR

GENERADOR ALEJADO DE LA DEMANDA

GENERADOR CERCANO A LA DEMANDAN N

LAS FUERZAS ELECTROMAGNETICAS ACTUAN COMO UN RESORTE E E E E GE E E E E ENTRE ESTATOR Y ROTOR. EL GENERADOR TRATA DE ADELANTARSE Y EL RESORTE TRATA DE MANTENERLO ENTRE 0 Y 90°

CONCEPTO DE ESTABILIDAD DE ANGULO Y OSCILACIONESON E O DE ES L D D DE NGULO Y OS L ONES

ANGULO DEL ROTOR

LINEA DE TRANSMISIONROTOR TRANSMISION

ESTATOR

ROTOR

GENERADOR ALEJADO DE LA DEMANDA

GENERADOR CERCANO A LA DEMANDAN N

AL TRANSMITIR POTENCIA, EL GENERADOR ALEJADO SE E ( E PE E GE E E E ADELANTA (RESPECTO DE LOS GENERADORES CERCANOS A LA

DEMANDA) EN UN ANGULO ENTRE 0 Y 90 °.

CONCEPTO DE ESTABILIDAD DE ANGULO Y OSCILACIONESCONCEPTO DE ESTABILIDAD DE ANGULO Y OSCILACIONES

EL ANGULO AUMENTA: CON MAYOR POTENCIA TRANSMITIDA-CON MAYOR POTENCIA TRANSMITIDA.

-CON MAYOR LONGITUD O MAYOR DEBILIDAD DE LA RED.

A MEDIDA QUE EL ANGULO AUMENTA EL GENERADOR SE ACERCA MAS A LA INESTABILIDAD. TAMBIEN ESTA MÁS PROPENSO A OSCILACIONES DEL ROTOR (QUE SE TRADUCEN EN PROPENSO A OSCILACIONES DEL ROTOR (QUE SE TRADUCEN EN OSCILACIONES DE POTENCIA)

CURVA AZUL: RED DE TRANSMISIÓN COMPLETACURVA ROJA: RED DE TRANSMISIÓN DEBILITADA

120%

A ZONA ZONA

100%

ECTO

DE

LAN

SPO

RTE

ZONAESTABLE PUNTO DE

TRABAJO NORMAL

ZONAINESTABLE

60%

80%

AD

A R

ESPE

MA

DE

TRA NORMAL

40%

IA E

NTR

EGA

CID

AD

MA

XIM

0%

20%

POTE

NC

IC

APA

C PUNTO DE TRABAJO CON DEBILITAMIENTO

DE LA RED.0%

0 30 60 90 120 150 180

ANGULO DEL ROTOR

SI LA RED SE DEBILITA Y LA POTENCIA TRANSMITIDA ES LA MISMA EL SI LA RED SE DEBILITA Y LA POTENCIA TRANSMITIDA ES LA MISMA EL PUNTO DE OPERACIÓN SE UBICA SOBRE LA CURVA ROJA Y SE ACERCA A LOS 90 ° (PUNTO DE INESTABILIDAD).

CONCEPTO DE COLAPSO DE TENSION

1

1.2PT

OR

PUNTO DE TRABAJO INICIAL

0 6

0.8

REM

O R

ECEP

PUNTO DE TRABAJO CON RED

DEBILITADA

0.4

0.6

ION

EN

EXT

R

PUNTO DE TRABAJO CON

0

0.2

TEN

S PUNTO DE TRABAJO CON RED DEBILITADA Y

DEMANDA AUMENTADA

SI LA RED SE DEBILITA (CURVA ROJA) LA TENSION EN EL EXTREMO

0 20 40 60 80 100 120

POTENCIA TRANSMITIDA

SI LA RED SE DEBILITA (CURVA ROJA) LA TENSION EN EL EXTREMO DISMINUYE. ADICIONALMENTE LA DEMANDA PUEDE COMENZAR A AUMENTAR DEBIDO A LA BAJA TENSIÓN.(ARTEFACTOS CON TERMOSTATOS NO CORTAN EL CICLO PORQUE NO LOGRAN LA ERMOS A OS NO COR AN EL CICLO PORQUE NO LOGRAN LA TEMPERATURA DESEADA, ETC) EL AUMENTO DE LA DEMANDA LLEVA AL SISTEMA A UNA CONDICION NO OPERABLE = COLAPSO DE TENSION

SECUENCIA DE EVENTOS GEOGRAFÍASECUENCIA DE EVENTOS. GEOGRAFÍA

14:00 – Una central nuclear de 750 MW está F/S14:00 – Una central nuclear de 750 MW está F/Spor mantenimiento. Sale de servicio una central térmica (Eastlake en Ohio) de 550 MW

15:06 – Sale una línea de 345 kV que alimenta la ciudadde Cleveland. 26 minutos más tarde (15:32) sale otra( )línea por aumento de su flecha y contacto con un árbol.Los flujos van en dirección de la ciudad de Cleveland ydesde Ohio hacia MichiganLos centros de control no detectan estas salidasLos centros de control no detectan estas salidas

SE SECUENCIA DE EVENTOS GEOGRAFÍASE SECUENCIA DE EVENTOS. GEOGRAFÍA

15:41 a 15:46: Dos líneas más de 345 kV que alimentan el norte de Ohio salende servicio. El área cercana a Cleveland operacon bajas tensionescon bajas tensiones. Los flujos deben tomar caminos alternativos

16:06 Una quinta línea de 345 kV que alimenta el norte de Ohio sale de servicio.

Los flujos desde Ohio a Michigan invierten suLos flujos desde Ohio a Michigan invierten su sentido.

SECUENCIA DE EVENTOS. GEOGRAFÍA.

16:09 Otras líneas que alimentan el norte de Ohio salende servicio, dejando el área aislada y con cero tensión.Aumenta sensiblemente la transmisión desde Michigan aOhio y se invierten los flujos que iban desde Michigan aOntario (Canada)

16:11 Salen otras líneas en Ohio y Michigan. El únicovínculo alternativo pasa a ser la transmisión desde NewYork (pasando por Ontario) hacia Michigan Se producenYork (pasando por Ontario) hacia Michigan. Se producenposiblemente grandes oscilaciones y pérdida deestabilidad.Salen otros generadores del área

SECUENCIA DE EVENTOS. GEOGRAFÍA

Posterior a las 16:11 – Desconectan el resto de lascentrales y abren líneas que alimentan la región d já d l i l d l ddejándola aislada y colapsada.

Blackout USA- Canada 2003

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