smart grid – aplicações nos estados unidos · concessionária e consumidores obterão returno...
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Experience you can trust.KEMA Inc., 2006
1
Smart Grid – Aplicações nos Estados Unidos
Apresentação na ABINEE TEC 2007São Paulo – 26 de abril de 2007
Rui ManoConsultor Principal
KEMA Inc., 2006 2
Visão da Concessionário do Futuro – Smart Grid
• Smart Grid é a visão do sistema de distribuição de eletricidade do futuro: Concessionária e consumidores obterão returno através da convergência de distribuição de energia e tecnologia da informação para atingir maior confiabilidade, menores custos de O&M, adiar ampliações (nova capacidade) e aumentar a satisfação do consumidor.
• Tal evolução requer resistir àarmadilha de adotar soluções fáceis e com visão de curto prazo e uma mentalidade de “silo” – sem levar em conta as necessidades das demais partes da rede de distribuição e das operações da concessionária.
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Smart Grid / Utility of The Future
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Smart Grid / Utility of The Future
KEMA Inc., 2006 3
Values
EnablesOpportunities
Oportunidades e Facilitadores
• AMI – Medição Avançada• Demand Side Management• Gestão de Interrupções de Energia• Automação da Distribuição• Gestão de Ativos• Serviços ao Consumidor de Valor
Adicionado
• Confiabilidade• Eficiência Operacional• Satisfação do Cliente• Meio ambiente• Valores do Acionista
• Sensores• Infraestrutura de Comunicações• Integração de Informações da Empresa• Suporte Regulatório• Cultura Corporativa: Abordagem
Holística
KEMA Inc., 2006 4
Maior valor obtido através de informação a nível da corporação e integração de processos
UsinasUsinas
Rede & Dispositivos em Residências
Rede & Dispositivos em Residências
Advanced Metering Infrastructure
Advanced Metering Infrastructure
Gerenciamento da DistribuiçãoMWMMWMOMSOMSGISGIS
Planejamento e Engenharia T&DGestão de
AtivosGestão de
AtivosGestão da
ManutençãoGestão da
ManutençãoPlanejamentode Sistemas
Planejamentode Sistemas
Infraestrutura de Comunicações
Automação deDistr./Alimentadores
Automação deDistr./Alimentadores
ProgramaçãoProgramação Comercializ.Comercializ.FechamentosFechamentos DSMDSM
Operações Suprimento & Mercado
Operações T&D
SCADASCADAEMSEMSOperationsPlanning
OperationsPlanning DMSDMS
Serviços aos ClientesMDMSMDMS CISCIS BillingBillingCall CenterCall Center
Integração da
Informação na
Empresa
Automação de Subestações
Automação de Subestações
Operações GeraisControlesControlesEmissõesEmissõesManutençãoManutenção Comb.Comb.
KEMA Inc., 2006 5
Messages / Events
SharedData Stor e
Application 1Data Store
InformationSource(s)
Applicat ion N Data Store
Appl ication 2Data Store
InformationSource(s)
Application 2 Data Store
InformationSource(s)
Amostras de Templates da KEMA
• Mapas de Processos de Negócios
• Arquitetura de Referência
• Fluxos de Dados e Interfaces
• Requisitos Funcionais & Técnicos• Modelos Custo-Benefício / Matriz de
Oportunidades
• Métodos e Algoritmos• Documentos para Aquisição de Tecnologia
(RFI/RFP)
• Matriz de Capacidades de Fornecedores
KEMA Inc., 2006 6
Aplicações usando AMI oferecem benefícios significativos
Gestão de Interrupções de Energia
• Detecção e Gestão de Interrupções• Localização e Restauração de Interrupções• Gestão das Equipes de Trabalho / Equipes Móveis
Sistema de Distribuição
Serviços aos Clientes• AMR (Leitura automatizada)• Aperfeiçoamento da Receita• Controle Direto da Carga• Resposta a Demanda• Conexão/Desconexão Remotos• Geração Distribuída
Operações de Sistema
• Planejamento & Projeções• Despacho Econômico• Comutação & Controle
Serviços ao Cliente
• Gestão de Ativos- Monitoração da Saúde dos Equipamentos- Inspeção / Manutenção baseadas na Condição
• Automação da Distribuição e dos Alimentadores• Gerenciamento da Tensão/Reativos• Gerenciamento da Qualidade da Energia• Câmeras de Supervisão
On-site DG
Infraestrutura de Comunicações
Integração da Informação
KEMA Inc., 2006 7
AMI está se tornando uma integração de dispositivos e redes interconecta-
dos, funcionando em harmonia, provendo valor a todos os agentes.
Gateway Local
• Iluminação• Termostatos • Controle de Carga• Sistemas DG • Gateway da Casa• PC
Home Area Network (HAN)`Medidores Avançados
Acesso Comun. (LAN)
InfraestructuraBack Office
Field Collectors/ Aggregators
Conectividade AMI
Comunicação BackHaul (WAN)
Chaves para o Sucesso• Interoperabilidade dos protocolos de comunicações e Medidores• Múltiplas opções integradas para transmitir dados ao backbone
WAN• Sistema completo de gestão de dados de medição e integração
com sistemas corporativos• Recursos de Segurança - autenticação, criptografia e
privacidade dos dados• Capacidade de LAN para acomodar crescimento da HAN
Opções incluem: Z-Wave, ZigBee, Bluetooth, HomePlug, WiFi
Opções incluem: WiFi, WiMAX,
Ethernet, PLC, BPL
Opções incluem: Powerline, Wireless, Fibra, Cabo,
Celular, Satélite
NósLargura de Banda
Wireless ou
Wired
KEMA Inc., 2006 8
O número de fabricantes lutando pelo mercado de Home Area Networking ésignificativo – muitos esperam seguir o caminho AMI para comercialização.
Fabricantes de Home Area Network
Termostatos Inteligentes
• Comverge• Invensys • Broadband Energy Networks • Intellicom Innovation AB
Dispositivos de Exibição (telas) residenciais
• Johnson Controls, Inc.• Honeywell• Carrier• Domosys Corp.• Comverge• Delta Controls • Adjala Controls and
Technologies (Log-One Ltd.)
• Intermatic• Leviton• RAM Industries• Baco Controls • Corporate Sys. Engineering• Invensys • Domosys Corp.• Dencor• Brayden Automation Corp.
Comutadores de Controle de Carga
• Electric City • Lightstat Inc.• Douglas Lighting Controls Inc.• Powerline Control Systems,
Inc.• Vantage Controls
Controles de Iluminação
A chave para o sucesso dessa “nova geração” de produtos seráatravés de protocolos abertos de comunicação para toda indústria e interoperabilidade.
KEMA Inc., 2006 9
MeterMeter Data CollectionMDMS
OMS
SCADA
WMSMWF
Customer Info.
GIS
CIS
OutageNotification
CustomerWeb/e-MailInterface
OutageNotification
Field Crew
Customer
Exemplo Smart Grid: Processo de gestão de falhas de suprimento de energia através de integração com dados AMI
• Reduzir DEC e ampliar a Satisfação do Cliente
• Localização da Falha / Determinação da extensão
• Notificação do Cliente e da Equipe de Trabalho
• Restauração
• Notificação do Cliente
• Detecção e Verificação da Falha- Último sinal antes da falha, Verificação
automatizada
KEMA Inc., 2006 10
FeederBreaker
CapacitorController
RegulatorController End-of-Line Voltage
FeederBreaker
CapacitorController
RegulatorController End-of-Line Voltage
Exemplo: Automação de Alimentadores possibilitada por AMI
Comunicações AMI/BPL
Controle Integrado Tensão e Reativos
Powe
r Fac
tor
• Flexibilidade Operacional/ Problemas de Carregamento de Endereço
• Redução de Perdas Elétricas• Redução de Demanda durante
condições de carga de pico
KEMA Inc., 2006 11
Exemplo Smart Grid: Automação de SubestaçõesMaior parte dos Custos, pequena parte dos Benefícios !• >90% das concessionárias estão implantando IEDs em Subestações• Extraindo apenas 15% dos benefícios• 85% dos benefícios ainda não estão sendo obtidos
– Monitoração da Condição, melhora do desempenho, etc.– Indicadores-chave que norteiam as decisões feitas a cada dia
• Poucos têm implantado Arquitetura a nível de Empresa e (enterpriselevel architecture) e infraestrutura de TI– Subestações, Comunicações, Data Mart..
SCADASCADA SCADAData Warehouse
SCADAData Warehouse
Despachantes
Serviços aos Clientes
Rede Segura SE
Data Mart SubestaçãoData Mart
Subestação
SubestaçãoAEG P120
EngenhariaPlanejamento Manutenção
GISPlanejamento
Local AreaNetwork
KEMA Inc., 2006 12
Exemplo Smart Grid: Dados IEC Não-Operacionais ajudam em Gestão de Ativos & Manutenção Baseada na Condição
• Melhoram eficiência O&M• Estendem vida dos equipamentos• Reduzem número de falhas
“catastróficas• Aperfeiçoam processos de
manutenção
MODELO PROBABILÍSTICO DE DESEMPENHO E FALHAS DE
EQUIPAMENTO
GESTÃO DE ATIVOS
Histórico -Uso & Meio ambiente
Dados Atualizados de Fabricantes e Indústria
Histórico -Manutenção
Função de Distribuição de Probabilidade de Falha e
Desempenho de Equipamento
Observações Contínuas da Condição
Sistemas de Alarme Sistemas de Alarme & Programa& Programaççãoão
Observações de Condição Programadas e provocadas
por Eventos
KEMA Inc., 2006 13
Camadas de tecnologia & integração de processos:Necessidade de uma Estratégia a Nível Empresarial
• Funções de Negócio & Processos coordenados através da Empresa
• Arquitetura de Sistemas Integrada
• Gerenciamento de Dados e Integridade de Dados
• Gestão de Acesso aos Dados, Controles e Segurança
• Normas e Governança de TI• Infraestrutura Compartilhada• Service Level Agreements• Abordagem “Holística” da
Tecnologia Consumidores
Instrumentação de Campo e Controles
Comunicação de Dados
Sistemas Integrados de Informações
Funções de Negócio
KEMA Inc., 2006 14
Visão Smart GridCOMMUNICATIONS USER LEVELS
USER FUNCTIONS DATA MART
KEMA Inc., 2006 15
Necessidade de uma visão de ponta-a-ponta das “Camadas de Segurança”• Questões-chaves para gerentes de programas AMI devem incluir:
– Quais são e onde estão as vulnerabilidades?– Qual é a exposição potencial ao risco?– O que deve ser feito para proteger contra esses riscos?
Rede Residencial
Medidores &Gateways
Comunicações de Acesso
AMI Config &Maintenance
Sistema Gestão AMISistema
Gestão AMIPG
Rede Residencial Cliente
ComunLocal
Agregação Vizinhança
Agregação VizinhançaSistema Gestão
Dados MediçãoSistema GestãoDados Medição
Monitoração,DA, AM
Utility Wide
Comm.
Bi-directionalR/T Access
Acesso Web
ComunicaçõesBack Haul
Sistemas de Back-Office
& OperacionaisAcesso Externo
aos Dados
Terceiros
Clientes
Turmas
Equipamentos Distribuição
DG
Equipamentos T&D
Operações Sistema, Gerenciamento de Energia &
DSM
MonitoraçãoSA, DA, AM
Áreas de maior vulnerabilidade
KEMA Inc., 2006 16
Integração com a infraestruturacomputacional da concessionária
SCADA FESCADA FESCADASCADA
EMSEMS DMSDMS OMSOMS
MDM/SMDM/SBillingBillingCall CenterCall Center
IEDIED
SensorsSensors
ControlsControls
Concentrador DadosUTR
Substation
SensorsSensors
Controls
Acesso Comun.
MeterMeterMeterMeterMeterMeter
MeterMeterMeterMeterMeterMeter
MeterMeterMeter
“Concentrador Dados”
AMAM
Fibra ou Outro Back HaulDNP3.0 ou outro Protocolo SCADA
Protocolos Baseados em IP
Ativos Distribuição
KEMA Inc., 2006 17
OMSOMS
DEVICE CONDITION, HISTORY, TEMP
DEVICE CONDITION, HISTORY, TEMP
INTERVAL METER READINGS
GATE STATION READINGS, REGULATOR
READINGS, METER READINGS
FAULT LOCATION, FAULT MAGNITUDE
LINECO
NDITION, HISTO
RY, TEMP, LINE
OPERATING
STATES, FAULT LOCATIO
NS,
MAG
NITUDE
LINE CONDITION, HISTORY, TEMP,
CONFIGURATIONS, DEVICE CONDITION, HISTORY,
TEMP
RELAY VALUES, HISTORY
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LOAD CIRCUIT CO
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DISTRIBUTION SWITCH LOGS
DEVICE LOCKOUTS,
MOMENTARIES, CONDITIONS,
FAULT LOCATIONS
PROFILING METER USAGE
DEVICE OPERATING HISTORY, LINE
RECLOSING OPERATIONS INTERVAL METER READINGS
DEVICE OUTAGE CODES, OUTAGE, DEVICE IDS, CLEARING DEVICES
PROFILING METER USAGE
INSIDE FENCE HISTORICAL ASSET COSTS
RELIABILITY RELIABILITY
LOAD F/CASTING
LOAD F/CASTING
TRANSFORMERLOADING
TRANSFORMERLOADING
OMSOMS
GAS EMSGAS EMS
EMS / SCADAEMS /
SCADA
FISTFISTFEEDER
ANALYSISFEEDER
ANALYSIS
EMS HISTORIAN
EMS HISTORIAN
TRANSGIS
TRANSGIS
TRANS. PLANNINGTRANS.
PLANNING
METER REPOS/YMETER
REPOS/Y
ASPENASPEN
OUTAGESOUTAGES
NON-OP DATA COLL
NON-OP DATA COLL
SUB MAINTSUB MAINT
DPS (CYME)DPS (CYME)DIST GISDIST GIS RAM (CYME)RAM (CYME)
HIS
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METER DATA
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CHEDULE
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CURRENT
OUTAGES
METER REPMETER REP
DEVICE OPERATING HISTORY,
INTERVAL METER READINGSPE
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OUTAGE
HISTO
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DEVICE SETTINGS
LOSS OF LIFE RATING
LOSS OF LIFE RATING
EQUIPMENT RATINGS
NET GRID MANAGERNET GRID MANAGER
LINE CONDITION, HISTORY, TEMP, CONFIGURATIONS,
DEVICE CONDITION, HISTORY, TEMP
TELEMETRICTELEMETRIC
NON EMS: LINE RECLOSER
OPERATIONS, STATION READINGS
DEVICE OPERATIONS, TRANSMISSION FAULT LOCATIONS
PEAK USAGE
LIGHTNINGLIGHTNING
LIGHTNING STRIKE LOCATION, TIMESTAMP, INTENSITY
PEAK
USA
GE
CLEARANCE INFORMATION
CAPECAPE
Diagrama Potencial de Escopo de Integração
KEMA Inc., 2006 18
Amostra de Processos de Negócio Integrados
KEMA Inc., 2006 19
Processos Mapeados para Integração de Dados
KEMA Inc., 2006 20
Alguns Projeto Recentes da KEMA relacionados a “Smart Grid”
• AMI (Advanced Meter Infrastructure)
• Gestão de Dados de Medidores
• Automação de Alimentadores / Automação da Distribuição
• Automação de Subestações• Sistema de Gestão de
Interrupções (OMS)• Gestão de Ativos• SCADA• Integração Corporativa• Tecnologia da Informação• Telecomunicações
Clientes KEMA Aplicações
KEMA Inc., 2006 21
Smart Grid Road Map
VisãoVisãoAvaliação de Capacidade &Oportunidade
Avaliação de Capacidade &Oportunidade
Estratégias de Implementação, Integração,
Migração & Gestão da Mudança
Estratégias de Implementação, Integração,
Migração & Gestão da MudançaImplementação
& Gestão da MudançaImplementação
& Gestão da MudançaEspecificação de
RequisitosEspecificação de
RequisitosAquisição da Tecnologia
Aquisição da Tecnologia
• Sistemas Legados•Processos de Negócios• Recursos
• Arquitetura de Integração Tecnológica• Interfaces de Dados e Serviços• Confiabilidade, Segurança, Desempenho• Pontos de contato de Integração• Considerações Operacionais & de Migração• Propriedade e Responsabilidades • Práticas Padrões & de Negócio
• Requisitos Funcionais• Requisitos Técnicos• Especificações de Implementação de Sistemas• Planejamento da Implementação• Mudanças de Processos
• Avaliação de Capacidade de Fornecedores (RFI)• Estratégia de Aquisição• Papéis & Divisão de Responsabilidades• Processo RFP
KEMA Inc., 2006 22
Benefícios do um Projeto – Estudo de CasoFinanceiro
Confiabilidade
• Redução de potência reativa = Redução emissões
• Redução emissões = melhora da qualidade do ar
Meio-ambiente
• Redução de fluxo de potência reativo• Melhora da eficiência de O&M• Reengenharia de processos de trabalho
• Manter integridade do controle do sistema de potência• Reduzir Índice Médio de Duração de Interrupções (DEC)
em 10 minutos em circuitos monitorados• Melhorar a manutenção de componentes chaves do
sistema de potência
KEMA Inc., 2006 23
Análise Custo-Benefício
• Benefícios podem ser Caracterizados nas seguintes Categorias:– Aumento da Produtividade dos Trabalhadores
• Custos de trabalho reduzidos devido a Automação– Aumento de Confiabilidade e Qualidade de Serviço
• Redução da Duração e Freqüência de Falhas (DEC/FEC)• Aumento da Qualidade da Energia
– Aumento da Eficiência do Sistema• Redução das Perdas Técnicas• Menor custo do suprimento• Melhora do Processo de Engenharia e Planejamento
– Redução/Postergação/Eliminação de Custos de Capital• Melhor gestão de ativos• Evitar aumentos de Capacidade
– Outros
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AMR DLC Outage Mgmt T&D Operations & Asset MgmtIncremental Benefits
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AMR DLC Outage Mgmt T&D Operations & Asset MgmtIncremental Benefits
KEMA Inc., 2006 24
Objetivo InicialUnid. Negócio
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Diferencial do Projeto
Custo Adicional
Benefício para toda a Empresa
UN 2 UN 3 UN 4
Benefícios Diretos através da Corporação• Projetos com melhor retorno de capital podem ser conseguidos
quando se consideram os benefícios para toda a Empresa• Benefícios incrementais superam os custos incrementais
KEMA Inc., 2006 25
Predições para um Amanhã não tão Distante
• Soluções holísticas vão emergir via esforços colaborativos através de diferentes unidades funcionais das concessionárias– Redução de “fronteiras” do negócio– Muitos processos disjuntos serão integrados e automatizados
• Equipamentos T&D terão módulos de comunicações e monitoração embutidos– Dispositivos inteligentes serão prolíficos, econômicos e amplamente usados– Automação residencial e gestão do lado da demanda serão o padrão
• Conectividade da rede será universalmente disponível, a baixo custo, com alta confiabilidade e segurança/integridade– Infra-estrutura de comunicações em tempo real fornecerá informações e
controle no tempo adequado a concessionárias e consumidores
KEMA Inc., 2006 26
Predição de TecnologiaAvanços em sensores, controles, comunicações e aplicações já têm sido, e serão cada vez mais significativos• O intercâmbio de informação entre todos os sistemas da operação,
planejamento, engenharia, e clientes será sem emendas• Muitos processos que são disjuntos serão integrados e automatizados • Federação de dados proverá uma plataforma de negócio comum• Novos equipamentos T&D terão módulos de comunicações e
monitoração incorporados• Intelligent Devices, tais como IEDs, PMUs, medidores digitais,
automação da distribuição proliferarão e serão ampla e economicamente usados
• RFID de baixo custo serão incluídos facilitando cadeia de suprimento e gestão de ativos.
• Infra-estruturas de comunicações em tempo real fornecerão informações e controles em tempo adequado para as Concessionárias e os consumidores
• Redes residenciais se tornarão a norma e não a exceçãoÉ necessário desenvolver uma Estratégia de Integração TecnológicaÉ necessário desenvolver uma Estratégia de Integração Tecnológica
Experience you can trust.KEMA Inc., 2006
27
Agradecemos pela atenAgradecemos pela atençção!ão!KEMA BrasilKEMA Brasil
Av. Rio Branco, 115 conj.1003 Av. Rio Branco, 115 conj.1003 -- CEP 20040CEP 20040--004004Rio de Janeiro Rio de Janeiro -- RJRJTelTel: 21: 21--2232 45002232 4500Fax: 21Fax: 21--2507 95532507 9553
ee--mail: mail: Rui.Mano@kema.comRui.Mano@kema.com
www.kema.comwww.kema.comServing The Diverse Needs of the Serving The Diverse Needs of the
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