POWER SYSTEM MODELING, ANALYSIS AND CONTROL ( Resumo )

1.1 – Introdução

Os avanços tecnológicos fazem com que o uso de eletrificação venha sendo cada vez mais constante. Como exemplo, hoje nos EUA, mais de um terço de energia consumida é sob forma de energia elétrica. Com este progresso, a complexidade do sistema (Geração, Transmissão e Distribuição) cresceu, e nisso a necessidade de um monitoramento mais rígido, ou seja, um sistema de controle computacional para energia elétrica, os chamados Centros de Controle ou Sistemas de Gerenciamento de Energia (EMS). O conceito de EMS compreende hardware e software para monitoramento é totalmente automatizado, e as funções de controle, no entanto, são automatizadas ou manuais. Um sistema moderno de gestão de energia é caracterizado por:

1) A operação de expedição pelo controle de geração AGC

2) Análise e Controle do sistema de potência

3) Funções de segurança do sistema (monitoramento e controle)

4) Funções avançadas de programação econômica são parte integrante do sistema

1.2- Funções de Controle de Sistema de Potência:

A operação de um sistema elétrico pode ser controlada de forma automática, outras requerem a inicialização por um operador. Em uma usina de apenas um unidade os circuitos de controle de tensão podem ser acionados automaticamente por um computador utilizando loops, com o intuito de diminuir as oscilações em um gerador após uma perturbação na rede, regular a potência, a velocidade do gerador e o intercâmbio de redes. O sistema de energia elétrica é um sistema dinâmico, os controladores devem ser ajustados para que o sistema seja sempre direcionado a funcionar nas condições de operação desejadas, buscando sempre o menor número de oscilações e o menor esforço do sistema, evitando os desgastes excessivos de equipamentos. Para diminuir a complexidade dos controladores associados aos sistemas, é utilizado uma hierarquia. O nível mais alto é realizado em um local central, no centro de controle de energia, onde é regulada a potência real de uma unidade por exemplo, e outros como a frequência podem ser operados de outra central.

1.2.1 – Subsistema de Aquisição e Processamento de Dados:

O objetivo deste subsistema é obter uma estimativa do estado operacional do sistema. Através de algumas Unidades Terminais Remotas em conjunto, medições analógicas de magnitude de tensão, fluxos de potência, etc e variáveis de status de disjuntores, chaves, etc são coletadas. Então, estes dados são transmitidos para computadores do sistema de gerenciamento. Lá, avalia-se o sistema e seu estado é indicado. Depois, os resultados são exibidos numa interface conectada, como um monitor. Esse subsistema possui um conjunto de softwares que processa tais dados obtidos. Os dados de status são utilizados para formar a configuração e o modelo do sistema e as medidas analógicas para estimar o estado operacional do sistema. Para descrever o funcionamento das condições do sistema, é usada uma classificação matemática dividindo as variáveis em de estado e de controle. As de controle são demoradas por um vetor u e usadas para a configuração, enquanto as de estado por um vetor x usadas para calcular o próprio estado do sistema. Desta maneira, com estes dados, uma descrição matemática do sistema é formada. Os dados de estado são empregados com um modelo para filtrar erros de medida, comunicação, etc. Isto ocorre para abordar erros decorrentes de imprecisões. A tecnologia do sistema de posicionamento global é a mais recente e precisa para evitar esses erros, porém embora já disponível, não é altamente utilizada devido ao alto custo de implementação envolvido.

1.2.2 – Subsistema de Gerenciamento de Energia/Controle Automático de Geração:

O gerenciamento de energia é controlado por um subi sistema, sendo este automático, que inclui o controle da frequência e o poder de transações que é o intercâmbio de rede do sistema otimizando toda operação. Há uma hierarquia dentro desse sistema ao qual cada um possui uma função que é dividida em três níveis. Quando está na prática há incertezas, e os processos dos níveis 2 e 3 são determinados pelo nível 1, sendo todo esse subsistema interligado.

1.2.3 - Subsistema de Monitoramento e Controle de Segurança: A capacidade do sistema de resistir a perturbações sem falhar, é a capacidade de segurança do sistema elétrico que deve ser monitorado continuamente. O monitoramento do sistema compreende a integração de controles automatizados e manuais. Todos os sistemas tem limites que devem ser classificados e seguidos , tais como: limites na frequência, limite de tensão, etc. Os estados operacionais de um sistema são: seguro, vulnerável, emergência, extremos, e restaurador. Dependendo do tipo de problema, que está ocorrendo no sistema, diferentes controles são necessários. Como por exemplo: controle preventivo, controles corretivos, controles de emergência e controles restaurativos.

1.3 - Sistemas de controle de supervisão e aquisição de dados (SCADA);gia, compreende quatro componentes:

- Sistemas de controle de supervisão e aquisição de dados (SCADA);

- computadores;

- Interface do usuário;

- Software de aplicativos.

O integrante de um EMS( Sistema de gerenciamento de energia) são os despachantes do sistema de energia que tema responsabilidade de operar o sistema. Como o sistema requer um 'volante' é necessário que um humano faça as autorizações, as funções requerem entradas e autorização (controle de malha fechada) é o alvo em movimento impulsionado pelos avanços tecnológicos. Dependendo também das funções de gerenciamento.

1.3.1- Sistema de controle e aquisição de dados (SCADA), que consiste em dois sistemas, controle de supervisão de hardware _ que exibe um local central_ o estado dos disjuntores e dispositivos de regulação de tesão. Permitir os disparos remotos dos disjuntores mudando de torneira do transformado. Os mais comuns são o controle de supervisão e a função manual. O sistema consiste em equipamento terminal remoto para interface com dispositivos de instrumentação e controle de sistema de potências, interface com comunicações e canais. O equipamento local se comunica com o sistema de gerenciamento de energia por meios de canais de comunicações não dedicados. Cada varredura é disparada pelo EMS( Sistema de gerenciamento de energia) no intervalo prescrito usando uma solicitação a todos, usadas para enviar dados, estes que são recebidos em um sistema de gerenciamento de energia em ordem aleatória, dados de status são processados da mesma maneira que os dados analógicos, exceto formas de relatar mudanças de status. A primeira maneira é enviar todas as informações de status, de todos os controles remotos nos intervalos necessários, independentemente se houver ou não uma alteração. Já a segunda maneira, é enviar dados de status do controle remoto somente quando houver uma mudança real de status. Normalmente, o sistema opera com um modo de sistema quase fixo. E se há alguma mudança de status, apenas um certo número de estações está envolvido. Por esse motivo, a segunda maneira resulta em uma melhor resposta geral do sistema. Independentemente da configuração do sistema, o fabricante do sistema SCADA e o computador configuram, o resultado final da função do sistema SCADA é coletar um conjunto de dados a cada período de amostragem. Os dados consistem em:

* Estado do disjuntor * Desconecte o status do switch * Configuração de tap do transformador * Medições de vazão de potência real (MW) * Medidas de fluxo de potência reativa (MVAr) * Medições de magnitude de tensão (kV) * Fase de medições de tensão (medições sincronizadas) Uma visão simplificada de um sistema SCADA é ilustrada na.

No sistema de gerenciamento de energia, os dados são processados ​​com software que: (1) iniciam a coleta de dados e colocá-los na base de dados, (2) verificação de erros, (3) conversão unidades de engenharia, (4) verificação de limites e (5) gerar um modelo de sistema confiável que é interfaceado com programas aplicativos. Em resumo, o Controle de Supervisão e os Dados Sistema de Aquisição gera um conjunto filtrado de dados para cada ciclo de coleta de dados.

O cérebro do Sistema de Gerenciamento de Energia é o computador. O computador é vital para a operação e controle do sistema. Como os computadores falham como qualquer outro equipamento, Computadores redundantes são usados.

Os avanços na engenharia de software também impactaram funções dos computadores EMS. Em geral, os computadores EMS podem executar o seguinte funções: 1. Funções em tempo real (monitoramento e controle) 2. Suporte da interface do usuário 3. Execute estudos operacionais 4. Manutenção, teste e desenvolvimento de novas funções 5. Estudos de simulação para treinamento de operadores.

1.3.2 – Computadores

Os computadores são vitais quando se fala sobre Sistema de Gerenciamento de Energia. Porém essas máquinas podem falhar, assim como qualquer outro equipamento. Com isso mais de um computador é usado. Se o computador principal (que executa o monitoramento e controle do sistema) falhar um computador reserva executa um failover. Vários tipos de procedimentos e configurações podem ser utilizados, isso depende dos hardware de cada computador. Hoje hardwares conseguem compartilhar memória entre as máquinas, gerando um resultado melhor. Avanços na Engenharia de Software também são impactantes no funcionamento desses computadores. A capacidade dos computadores tem aumentado com o tempo, assim como a quantidade de dados a ser processado.

1.3.3- Software, é este um fator de suma importância para o usuário, Promove uma melhor visualização de gráficos, processos, e além disso uma resposta rápida e com codificação de cores, sendo isto graças a tecnologia do mundo contemporâneo. A Interface do usuário avançou muito promovendo o melhor controle e visualização de segurança do sistema.

1.3.4 -Software de aplicativos:

Software de aplicativos são os programas utilizados no controle e na operação do sistema. Esses software podem variar dependendo da sua necessidade. Existem vários tipos de aplicativos para software como: Fluxo de Potência Online, Despacho Econômico, Estimativa Estadual, etc. É importante mencionar que nem sempre todos os aplicativos precisam ser utilizados, tudo depende do sistema sendo operado.

1.4 – Estruturas Hierárquicas

A complexidade de um sistema de energia é tão grande que necessitamos de estruturas hierárquicas de vários níveis em todo esquema de controle. A modelagem ajuda a construir estes sistemas de forma coerente e eficaz. A organização destes vários níveis depende de como será a estrutura do mesmo, ou seja, se ele será um sistema verticalmente integrado ou se será um mercado de energia. O sistema integrado é o que nós temos em relação a geração de energia, levamos em conta tipos de precauções para que isso aconteça. Para as usinas :Energia e tensão programada para geração, e para subestação: posição dos disjuntores, interruptores, torneiras de transformadores, etc.

O RDC(Centro Regional de Despacho) é o tomador de decisões de nível mais baixo para esse sistema integrado. O mesmo recebe ordens do OCO (Escritório de Coordenação de Operações) e este recebe diretivas do SPPC (Centro de Controle e Produção de Energia do Sistema).

Já no sistema de mercado aberto de energia, temos um operador independente que no caso do Brasil é a ONS (Operador Nacional do Sistema Elétrico). Esse órgão é responsável por verificar a geração em cada instante e a demanda de cada região para pegar os excedente de energia e distribuir de forma que a geração supra a demanda. Dessa forma, cada instante temos uma demanda e uma geração diferente por causa dos tipos de geração no Brasil. Se depois de distribuir pra todas regiões ainda haver excedentes de energia, a mesma é vendida para países vizinhos.

1.5 - Controle e Automação do Sistema de Distribuição:

Os revisados sistemas de hardware, software e os processos de controle e operação do sistema de energia são, na maioria, aplicados exclusivamente no sistema de geração e transmissão, i.e. a fonte do sistema de energia. A importância deste justifica o custo e o necessário treino pessoal em Administração do Sistema de Energia. Tradicionalmente, esses sistemas de distribuição não veem sido implementados com um centralizado controle de hardware.

Recentemente, pontos importantes nos desenvolvimentos em gerenciamento de carga, geração distribuída e automação de operações de distribuição despertaram interesse no desenvolvimento do gerenciamento de distribuição que são, de certa forma, únicos. Alguns desses pontos são:

a)O direito e desejos do consumidor devem ser mencionados;

b)Uma precisa abordagem do modelo geográfico provido pelo Sistema de Informação Geográfico (GIS);

c)Funções do sistema de gerenciamento de distribuição

Além disso, o subsistema de aquisição e processamento de dados é um componente necessário para um Sistema de Gerenciamento de Distribuição, assim como para o EMS. No entanto, como um sistema de distribuição pode operar em condições desbalanceadas e podem existir circuitos monofásicos ou trifásicos, o processamento dos dados com a finalidade de estabelecer um modelo confiável para o sistema de distribuição é muito diferente. Assim, o software de aplicativos deve incluir fluxo de energia multifásico.

1.6 - O Impacto da Legislação:

Desde seus primeiros dias o setor de energia elétrica está sujeito a regulamentação. Nos Estados Unidos a maioria das empresas de energia elétrica são propriedades de investidores e reguladas por órgãos locais e federais. A desregulamentação e o mercado aberto nos Estados Unidos foram implementados em algumas regiões. Um experimento de desregulamentação na Califórnia acabou falhando, causando o aumento de autoridade e envolvimento de agências para evitar futuras falhas. O processo é dinâmico e é difícil de prever o resultado, mas é certo que a legislação será sempre um fator importante.