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SNIA RIBEIRO CAMPOS ANDRADE
SISTEMAS DE MEDIO FASORIAL
SINCRONIZADA:
APLICAES PARA MELHORIA DA OPERAO DESISTEMAS ELTRICOS DE POTNCIA
Dissertao apresentada ao Programa de Ps-Graduao em Engenharia Eltrica da Escola de
Engenharia da Universidade Federal de MinasGerais, como requisito parcial para a obteno dograu de Mestre em Engenharia Eltrica.
rea de concentrao: Engenharia de Potncia
Linha de Pesquisa: Sistemas de Energia Eltrica
Orientadora: Profa. Maria Helena Murta Vale DEE
Co-Orientador: Peterson de Resende - DELT
PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA ELTRICA -PPGEEUNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS -UFMG
BELO HORIZONTE
JUNHO DE 2008
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A Deus, pela grande oportunidade da vida!
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AGRADECIMENTOS
Gostaria, em primeiro lugar, de manifestar minha profunda admirao e agradecimento a
minha orientadora, Maria Helena Murta Valle, Professora da UFMG, cujas colaboraes e
ensinamentos, sem dvida alguma, transcenderam o escopo deste trabalho.
Agradeo tambm gerncia da Cemig - Companhia Energtica de Minas Gerais -
principalmente em nome de Marcelo Henrique Canabrava Viana pelo incentivo e apoio do
mestrado na UFMG.
Agradeo aos meus colegas de trabalho Fernando Ferreira Caf e Rodnei Dias dos
Anjos, o apoio durante o perodo de realizao deste trabalho.
Por fim, gostaria de no apenas agradecer o apoio de minha famlia, mas dividir os
mritos desta conquista com meus filhos, Haroldo e Bernardo, expressando assim o meu
reconhecimento pela pacincia e compreenso dedicadas a mim.
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RESUMO
A presente dissertao de mestrado investiga as aplicaes dos Sistemas de Medio
Fasorial Sincronizadana monitorao e no controle dos Sistemas Eltricos de Potncia.
Esta tecnologia de medio pode trazer ganhos extremamente significativos para a
operao dos sistemas eltricos. Entretanto, por ser ainda recente, constitui campo
aberto a investigaes, principalmente no que diz respeito ao uso dos fasores
sincronizados. Visando contribuir nesta direo, este trabalho apresenta um texto
estruturado de forma a se tornar uma referncia para aqueles que se iniciam no tema.So discutidas as aplicaes j registradas na literatura, identificando os fundamentos
tericos nos quais estas se sustentam, e so apresentadas propostas para viabilizar a
implementao de sistemas fasoriais nas empresas. Exemplos de aplicao das
propostas so includos no trabalho.
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iv
ABSTRACT
This master thesis investigates the application of the Synchronized Phasor Measurement
Systems in Power System monitoring and control processes. The use of this technology
may result in a significant improvement of electrical system operation activities. However,
the consideration of synchronous phasors data in operation analyses requires new
investigations and research. The present work intends to contribute to this area, by
preparing a basic text designed to facilitate the initial studies concerning this field. The
already existing applications of phasor measurement systems are discussed and alsotheir theoretical fundamentals. The work also presents specific proposals related to the
practical implementation of these systems. Examples of the application of the proposals
are included.
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SUMRIO
v
SUMRIO
1 INTRODUO................................................................................................1
2 MEDIO FASORIAL SINCRONIZADA - CONCEITOS E DEFINIESBSICOS........................................................................................................5
2.1 Consideraes Iniciais ....................................................................................5
2.2 Anlise Fasorial - Breve Recordao..............................................................6
2.2.1 Definies Bsicas sobre Fasores ......................................................6
2.2.2 Fasores Sincronizados......................................................................102.3 Sistema de Medio Fasorial Sincronizada - SMFS.....................................13
2.3.1 Componentes e Funcionamento de uma PMU .................................13
2.3.2 Sobre o Concentrador de Dados.......................................................19
2.3.3 Aspectos da Transmisso de Dados.................................................20
2.3.4 Possibilidades de Aplicao de Sincrofasores ProvenientesDiretamente de Rels........................................................................22
2.4 Consideraes Finais....................................................................................24
3 DESCRIO DOS PROCESSOS DA OPERAO DOS SISTEMASELTRICOS DE POTNCIA........................................................................253.1 Consideraes Iniciais ..................................................................................25
3.2 Estados Operativos do Sistema Eltrico.......................................................26
3.3 Planejamento Eltrico da Operao .............................................................29
3.3.1 Planejamento da Operao Eltrica a Curto Prazo - Mensal eQuadrimestral....................................................................................30
3.3.2 Planejamento da Operao Eltrica a Mdio Prazo - Anual .............31
3.3.3 Planejamento da Operao Eltrica a Longo Prazo .........................32
3.3.4 Solicitaes de Desligamento ...........................................................33
3.3.5 Estudos Especiais .............................................................................34
3.3.6 Estudos de Recomposio do Sistema.............................................35
3.3.7 Validao de Modelos de Componentes e Dados para EstudosEltricos 36
3.4 Operao do Sistema Eltrico em Tempo Real............................................36
3.5 Etapa de Ps-Operao................................................................................39
3.6 Consideraes Finais....................................................................................39
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SUMRIO
vi
4 ANLISE DE APLICAES COM O USO DE MEDIES FASORIAIS- VISO GERAL ..........................................................................................42
4.1 Consideraes Iniciais ..................................................................................42
4.2 Impactos dos SMFS na Estimao do Estado em Tempo Real ...................43
4.3 Anlise do Fluxo de Potncia no SEP ..........................................................45
4.3.1 Equaes de Fluxos ..........................................................................45
4.3.2 Uso dos SMFS na Monitorao dos Parmetros das Linhas............46
4.4 Anlise da Estabilidade do SEP....................................................................47
4.4.1 Comentrios Iniciais ..........................................................................47
4.4.2 Estabilidade Angular..........................................................................48
4.4.2.1 Conceitos Bsicos ...............................................................48
4.4.2.2 Uso dos SMFS na Avaliao da Estabilidade Angular........54
4.4.3 Estabilidade de Tenso.....................................................................56
4.5 Estabilidade de Mdia e Longa Durao ......................................................59
4.6 Impactos dos SMFS nas Estratgias de Controle ........................................61
4.6.1 No Controle do Estado Normal..........................................................61
4.6.2 No Controle do Estado de Emergncia .............................................62
4.6.3 No Controle do Estado Restaurativo.................................................63
4.7 Integrao dos Dados Fasoriais nos Processos de Proteo e Controle.....634.8 Consideraes Finais....................................................................................65
5 SISTEMAS DE MEDIO FASORIAL SINCRONIZADA - Estado daarte ...........................................................................................................66
5.1 Consideraes Iniciais ..................................................................................66
5.2 Medio e Controle Sistmicos - Definies.................................................67
5.2.1 WAMS - Wide Area Measurements Systems ....................................67
5.2.2 WAMPS - Wide Area Measurement and Protection System .............70
5.2.3 WAMCS - Wide Area Control Systems .............................................70
5.2.4 WAMPACS - Wide Area Measurement, Protection, Automationand Control Systems .........................................................................71
5.3 Estgio Atual das Aplicaes dos SMFS nos Diversos Pases ....................72
5.3.1 EUA - Projeto WAMS ........................................................................72
5.3.1.1 O Projeto WECC..................................................................73
5.3.1.2 O Projeto EIPP ....................................................................75
Sobre o Sistema de Monitorao Dinmica em Tempo
Real .....................................................................................76
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SUMRIO
vii
5.3.2 Mxico .............................................................................................79
5.3.3 Pases Nrdicos ................................................................................80
5.3.4 Unio Europia..................................................................................81
5.3.5 Itlia .............................................................................................825.3.6 Sua .............................................................................................83
5.3.7 Japo .............................................................................................84
5.3.8 sia .............................................................................................85
5.3.9 Brasil - MedFasee .............................................................................85
5.4 Consideraes Finais....................................................................................88
6 SISTEMAS DE MEDIO FASORIAL SINCRONIZADA Projetonacional.......................................................................................................89
6.1 Consideraes Iniciais ..................................................................................89
6.2 Estrutura Hierrquica e Arquitetura do SMFS Nacional................................90
6.3 Sobre as Responsabilidades do Projeto ......................................................95
6.4 Sobre os Desafios do Projeto .......................................................................97
6.5 Aplicaes Previstas para o SMFS do SIN - Tempo Real ............................98
6.5.1 Monitorao do ngulo de Fase de Tenso (VPAM) ........................99
6.5.2 Monitorao de Oscilaes do Sistema (SOM)...............................100
6.5.3 Monitorao do Limite de Carregamento de Linha (LLLM) .............1006.5.4 Monitorao de Harmnicos para Grandes reas (WAHM) ...........101
6.5.5 Avaliao Avanada de Estabilidade de Tenso (EVSA) ...............102
6.5.6 Anlise de Contingncia On-Line (OLCA).......................................102
6.5.7 Protees de Sistema para Grandes reas (WASP)......................103
6.5.8 Controle de Sistema para Grandes reas (WASC) ........................104
6.6 Avaliao Econmica dos Impactos da Nova Tecnologia no SIN ..............104
6.7 Consideraes Finais..................................................................................106
7 PROPOSTA DE APLICAES DE PMU...................................................1087.1 Consideraes Iniciais ................................................................................108
7.2 Estratgia para Implementao de um SMFS ............................................109
7.3 Proposta de Integrao das Aplicaes de PMU........................................110
7.4 Aplicaes de PMU no Planejamento Eltrico da Operao......................113
7.4.1 Recomposio da Malha Norte .......................................................119
7.4.2 Recomposio Iniciada pela Usina de Queimado...........................123
7.4.3 Ilhamento da UHE Queimado..........................................................1267.5 Consideraes Finais..................................................................................128
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SUMRIO
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8 CONCLUSES...........................................................................................130 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS.............................................................................133
GLOSSRIO DE TERMOS...........................................................................................141
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NDICE DE FIGURAS,TABELAS E GRFICOS
ix
NDICE DE FIGURAS, TABELAS E GRFICOS
FIGURA 2.1- CONFIGURAO DE UM SISTEMA DE MEDIO FASORIAL SINCRONIZADA VIA
GPS .................................................................................................................... 6
FIGURA 2.2- REPRESENTAO DOS FASORES NO PLANO REAL IMAGINRIO .............................. 7
FIGURA 2.3- REPRESENTAO DA FORMA DE ONDA SENOIDAL NO TEMPO................................. 8
FIGURA 2.4- CIRCUITO NO DOMNIO DO TEMPO E DA FREQNCIA ............................................ 9
FIGURA 2.5- SEP-UMA REFERNCIA TEMPORAL NICA PARA SE OBTER A SINCRONIZAO
DOS FASORES ................................................................................................... 11
FIGURA 2.6- CONVENO PARA MEDIO FASORIAL EM RELAO AO TEMPO SEGUNDO A
NORMA IEEE1344-1995 .................................................................................. 12
FIGURA 2.7- REPRESENTAO SIMPLIFICADA DE COMO O NGULO MEDIDO.......................... 14
FIGURA 2.8- DIAGRAMA SIMPLIFICADO DE UMA PMU ............................................................. 15
FIGURA 2.9- VISUALIZAO GRFICA DOS FASORES DO PROJETO MEDFASEE......................... 16
TABELA 2.1- CARACTERSTICAS DE PMU .............................................................................. 17
FIGURA 2.10-ERRO DE MEDIO VETORIAL DO FASOR ............................................................ 18
TABELA 2.2- CARACTERSTICAS DOS SINAIS MONITORADOS PELAS PMU ................................ 19
FIGURA
2.11-F
UNCIONALIDADES DASPMU
E DOPDC
DESENVOLVIDO PELO PROJETO
MEDFASEE ....................................................................................................... 20
TABELA 2.3- CARACTERSTICAS DE RELS DIGITAIS COM FUNO DE MEDIO FASORIAL........ 23
FIGURA 3.1- SUPERVISO E CONTROLE DE SEP.................................................................... 37
FIGURA 4.1- SISTEMA MQUINA X BARRA INFINITA............................................................... 50
FIGURA 4.2- LIMITE DA ESTABILIDADE ESTTICA ................................................................... 51
FIGURA 4.3- SISTEMA MQUINA X BARRA INFINITACIRCUITO DUPLO.................................... 53
FIGURA 4.4- CRITRIO DAS REAS IGUAIS ............................................................................. 54
FIGURA 4.5- POTNCIA DE TRANSFERNCIA .......................................................................... 55FIGURA 4.6- CIRCUITO EQUIVALENTE PARA UM VIPBASEADO EM PMU.................................. 57
FIGURA 4.7- SISTEMA ELTRICO SIMPLIFICADO COM UNIDADES DE PMU ................................ 58
FIGURA 4.8- EXEMPLO DE INTERFACE GRFICA MOSTRANDO CURVA PV................................. 59
FIGURA 4.9- TEMPOS DE RESPOSTAS PARA EVENTOS EM SISTEMAS DE POTNCIA ................. 64
FIGURA 4.10- SISTEMA DE MONITORAMENTO,PROTEO E CONTROLE ................................... 65
FIGURA 5.1- ARQUITETURA GENRICA DE UM WAMS............................................................ 68
FIGURA 5.2- ARQUITETURA GENRICA DE UM WAMSCOM O PDCCONECTADO A UM
SERVIDOR DEINTERNET.................................................................................... 68
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NDICE DE FIGURAS,TABELAS E GRFICOS
x
FIGURA 5.3- EXEMPLO DE SISTEMA WACS........................................................................... 72
FIGURA 5.4- INTERCONEXO DAS TRS REGIES DO SISTEMA ELTRICOAMERICANO ............ 73
FIGURA 5.5- SISTEMA DE MEDIO DE FASOR DA BPA......................................................... 74
FIGURA 5.6- LOCALIZAES DE PMUNA COSTA OESTE DOS EUA......................................... 75FIGURA 5.7- TELA DO SISTEMA RTDMS................................................................................ 78
FIGURA 5.8- LOCALIZAO DAS PMUNO SMFSMEXICANO .................................................. 80
FIGURA 5.9- EXEMPLO DE UMA INTERFACE GRFICA DE UM SISTEMA WAMSDAABBNA
SUCIA ............................................................................................................. 81
FIGURA 5.10- PROJETO WAMSITALIANO ............................................................................... 82
FIGURA 5.11- LOCALIZAES DAS PMUINSTALADAS NO SISTEMA DE TRANSMISSO SUO ..... 83
FIGURA 5.12- LOCALIZAES DAS PMUDO SISTEMA DE MEDIO FASORIAL JAPONS ............. 84
FIGURA 5.13- LOCALIZAES DAS PMUNA CHINA .................................................................. 85
FIGURA 5.14- LOCALIZAES DAS PMUDO PROJETO MEDFASEENO SUL DO BRASIL ............ 86
FIGURA 5.15- DISPLAY PROJETO MEDFASEE MOSTRANDO AS MEDIES FASORIAIS EM 3
ESTADOS DA REGIO SUL DO BRASIL. ................................................................ 87
FIGURA 5.16- EXEMPLO DE INTERFACE GRFICA DO PROJETO MEDFASEE................................ 87
FIGURA 5.17-ARQUITETURA GERAL DO PROJETO MEDFASEE NO BRASIL ................................. 88
FIGURA 6.1- LOCALIZAO DOS CONCENTRADORES DE DADOS DO SMFSBRASILEIRO.......... 91
FIGURA 6.2- ARQUITETURA GERAL PROPOSTA PARA O SMFSDO BRASILEIRO........................ 92
FIGURA 6.3-
LOCALIZAO DAS PMUPLANEJADAS PARA SEREM INSTALADAS NO PROJETO
DO SMFSBRASILEIRO ...................................................................................... 93
FIGURA 6.4- ARQUITETURA GERAL DO CDCCENTRAL DO ONS............................................... 94
FIGURA 7.1- LOCALIZAO DAS PMUE RELS COM FUNO DE PMUNA REDE BSICA DA
CEMIG ............................................................................................................ 111
FIGURA 7.2- RELAO DE INTERDEPENDNCIA ENTRE OS PROCESSOS DEANLISE DA
OPERAO DO SEP........................................................................................ 113
GRFICO 7.1- VARIAO DA POTNCIA ACELERANTE NA USINA DE QUEIMADO......................... 121
GRFICO 7.2- VARIAOANGULAR ENTRE OS BARRAMENTOS DA LT138KV JOO PINHEIRO -
TRS MARIAS ................................................................................................. 122
FIGURA 7.3- DIAGRAMA UNIFILAR SIMPLIFICADO DA REGIO NOROESTE DE MINAS GERAIS ... 120
TABELA 7.1- VARIAO DOS LIMITES DE FREQNCIA E TENSO .......................................... 123
GRFICO 7.3- VARIAO DA POTNCIA ACELERANTE NA USINA DE QUEIMADO......................... 124
GRFICO 7.4- VARIAO DAS TENSES NOS BARRAMENTOS DE 138KVDE JOO PINHEIRO E
DAS USINAS DE TRS MARIAS E DE QUEIMADO ................................................. 125
GRFICO 7.5- VARIAO ANGULAR NAS USINAS DE TRS MARIAS E DE QUEIMADO .................. 125
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CAPTULO 1-INTRODUO
1
1INTRODUO
O principal objetivo dos Sistemas Eltricos de Potncia (SEP) gerar, transmitir e
entregar energia eltrica aos consumidores de forma a atender a demanda requisitada,
segundo critrios de qualidade, confiabilidade e economia, dentre outros.
O atendimento a tal objetivo requer a execuo de diversas atividades que,
tradicionalmente, so caracterizadas como sendo de Expanso e de Operao. A
Expanso est relacionada com a aquisio de novos recursos para o sistema eltrico e
a Operao se dedica ao gerenciamento daqueles j disponveis. A presente dissertao
est relacionada Operao Eltrica dos SEP.
Os sistemas de energia eltrica vm experimentando nos ltimos anos situaes de
operao crticas at ento no presenciadas, devido a diversos fatores, tais como o uso
cada vez mais intenso dos recursos existentes e a reestruturao do setor eltrico.
Somam-se ainda a escassez de recursos financeiros para grandes investimentos e asrestries de ordem tcnica e ambiental.
A condio delineada acima pode ser constatada ao se investigar os grandes
desligamentos ocorridos nos sistemas eltricos no cenrio mundial. Um dos maiores
blecautes ocorreu em 14 de agosto de 2003, nos Estados Unidos e Canad, onde
aproximadamente 50 milhes de pessoas de grande parte do estado de Nova York e
partes da Pensilvnia, Ohio Michigan e Ontrio ficaram sem energia. Logo em seguida,
em 23 de setembro de 2003, houve um blecautena Sucia e Dinamarca, afetando quase4 milhes de pessoas. No mesmo ms, em 28 de setembro, grande parte da Itlia ficou
no escuro [IEEE, 04]. No ano seguinte, a Grcia ficou sem energia e, em 1ode janeiro de
2005, ocorreu um grande blecauteno sistema brasileiro nos estados do Rio de Janeiro e
do Esprito Santo. Estes blecautesforam os maiores registrados nas ltimas dcadas.
Como medidas para avaliar e solucionar as causas de desligamentos deste porte, a partir
de 2004 nos Estados Unidos e na Europa, formaram-se fruns de discusso
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CAPTULO 1-INTRODUO
2
coordenados pelo IEEE Power Engeneering Society, que apresentaram recomendaes
de medidas a serem implantadas para reduzir a ocorrncia de grandes blecautes.
Os fatos relacionados evidenciam que a operao dos Sistemas Eltricos de Potncia
(SEP) vem se tornando cada vez mais complexa, com uma crescente preocupao porparte dos engenheiros de sistema em manter a confiabilidade do fornecimento de
energia. As atividades de superviso, controle e anlise das perturbaes crescem em
importncia, no intuito de se evitarem situaes de emergncia, garantindo uma melhor
qualidade da energia.
Paralelamente a esta condio desfavorvel, caracterizada pela complexidade da
operao dos SEP, surgem novas tecnologias que atuam na busca pela soluo dos
problemas que se apresentam. Neste contexto se inserem os chamados Sistemas de
Medio Fasorial Sincronizada (SMFS), tema desta dissertao.
Os SMFS se constituem em uma das mais recentes tecnologias para o aprimoramento da
operao dos sistemas eltricos. Basicamente, so constitudos pelas unidades de
medio fasorial, localizadas em pontos estratgicos do SEP, e pelos concentradores dos
dados aquisitados. As unidades de medio so responsveis pela aquisio dos fasores
de tenso e de corrente, sincronizados no tempo, e os concentradores centralizam,
tratam e disponibilizam tais grandezas para as diversas e diferentes aplicaes de
interesse.
O avano tecnolgico dos SMFS, aplicado na monitorao, pode trazer ganho
significativo para o conhecimento do comportamento do sistema eltrico. A medio dos
chamados sincrofasores, na realidade, permite que o estado do SEP seja medido de
forma mais exata, rpida e confivel. Uma conseqncia direta desta facilidade a
possibilidade de se trilhara dinmica do sistema eltrico.
Esta nova perspectiva trazida operao pelos SMFS oferece solues inovadoras para
diversas questes relacionadas superviso, ao controle e proteo dos sistemas de
potncia. Sendo assim, abre-se o campo das investigaes sobre as possveis
aplicaes das informaes obtidas.
O impacto da disponibilidade dos dados dos sincrofasores nos centros de operao se
reflete nas anlises elaboradas em todas as etapas de operao do SEP, ou seja, nas
atividades de Planejamento da Operao, na Operao em Tempo Real e na Ps-
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CAPTULO 1-INTRODUO
3
operao. Isto no poderia ser diferente, pois tais atividades compem, de forma
integrada, o processo de deciso da operao do sistema.
A condio acima delineada (grande expectativa quanto aos benefcios dos SMFS e anecessidade de desenvolvimento de aplicaes eficazes) serviu de motivao para a
realizao deste trabalho, que investiga as aplicaes dos SMFS na operao dos
sistemas de potncia.
Durante o desenvolvimento do trabalho, foram pesquisadas as aplicaes j
implementadas e aquelas ainda em desenvolvimento em diversos pases. No caso
brasileiro, foram levantadas as caractersticas do SMFS que se encontra em fase de
projeto, considerando sua estrutura e aplicaes previstas.
Alm de registrar toda a investigao realizada sobre as aplicaes j abordadas na
literatura, este trabalho apresenta algumas propostas no sentido de viabilizar a
implementao de SMFS pelas empresas - Procedimento para Implementao do SMFS
e Principais Iniciativasa serem adotadas.
Grande parte dos trabalhos presentes na literatura trata das aplicaes no contexto da
operao em tempo real. Visando ampliar tal escopo, esta dissertao discute aplicaes
em processos realizados na etapa de planejamento da operao.
Do exposto acima, pode-se caracterizar o objetivo deste trabalho: Investigar o uso das
aplicaes da tecnologia de medio fasorial sincronizada sistmica, para monitoramento
e controle dos Sistemas Eltricos de Potncia.
Espera-se que esta dissertao sirva de referncia bsica para aqueles que se iniciam no
tema, contribuindo para o desenvolvimento de novas aplicaes dos SMFS. Isto se
mostra relevante, diante dos impactos extremamente positivos para a operao do SEP
que, conforme detalhado neste texto, incluem, dentre outros: avaliao do desempenho
de esquemas de controle e de protees sistmicas, validao de modelos de
componentes, anlise de perturbaes causadas por oscilaes eletromecnicas,
variaes de freqncia e predio de colapsos de tenso.
Para atingir seu objetivo, este trabalho est estruturado em oito captulos.
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CAPTULO 1-INTRODUO
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No segundo captulo realizada uma reviso dos principais conceitos utilizados pela
tecnologia de medio fasorial sincronizada, incluindo a descrio do funcionamento dos
principais componentes dos SMFS.
No terceiro captulo feita uma descrio dos processos de operao do sistema eltrico
brasileiro. De forma geral, todas as concessionrias executam as atividades da mesma
forma, pois devem atender aos requisitos e s normas definidas pelos rgos regulador e
operador do SEP.
O quarto captulo se dedica a uma anlise das aplicaes dos SMFS sob duas
perspectivas: seu impacto no comportamento do SEPe nas estratgias de controle.
No quinto captulo apresentada uma reviso bibliogrfica sobre os sistemas de medio
fasorial sincronizada, mostrando como esto sendo implantados em diversos pases do
mundo.
No sexto captulo feita uma descrio detalhada do Sistema de Medio Fasorial
Sincronizado Brasileiroque est sendo implantado no pas. Mesmo em fase de projeto j
considerado referncia mundial, pois ser o maior sistema deste tipo em rea de
extenso e pontos monitorados, sendo planejado de forma integrada, j com padres e
normas definidas mundialmente.
O stimo captulo apresenta as propostas de aplicao de SMFS desenvolvidas na
dissertao. Inclui procedimentos gerais e especficos aplicados a uma empresa de
energia eltrica, a Cemig (Companhia Energtica de Minas Gerais).
As concluses e propostas de continuidade so apresentadas no captulo oitavo. O texto
inclui, tambm, referncias bibliogrfias e um glossrio de termos.
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CAPTULO 2MEDIO FASORIAL SINCRONIZADA -CONCEITOS E DEFINIES BSICOS
5
2MEDIO FASORIAL SINCRONIZADA -
CONCEITOS E DEFINIES BSICOS
2.1 Consideraes Iniciais
Este captulo apresenta os fundamentos bsicos relacionados aos Sistemas de Medio
Fasorial Sincronizada, os SMFS.
O SMFS, basicamente, um sistema de medio simultnea de fasores de grandezas
eltricas, normalmente coletadas em instalaes distantes geograficamente entre si,
usando as Unidades de Medio Fasorial, denominadas PMU (Phasor Measurements
Units), conectadas a um Concentrador de Dados Fasoriais conhecido como PDC(Phasor
Data Concentrator). O PDC uma unidade lgica que coleta os dados fasoriais e os
dados de eventos discretos das PMU.
As PMU so sincronizadas via satlite por GPS (Global Positioning System) e, com isto,
do outra dimenso utilizao e aplicao de dados de grandes reas (wide area
data) no monitoramento e controle dinmico dos sistemas de potncia.
A figura 2.1 retirada de [Borba, 06]ilustra a configurao bsica do SMFS. Os dados so
coletados no SEP pelas PMU, de forma sincronizada (via GPS), e enviados ao PDC,
ficando, assim, disponibilizados para serem usados nas aplicaes desejadas pelo
usurio.
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CAPTULO 2MEDIO FASORIAL SINCRONIZADA -CONCEITOS E DEFINIES BSICOS
6
Figura 2.1 - CONFIGURAO DE UM SISTEMA DE MEDIO FASORIAL SINCRONIZADA VIA
GPS
Para que o SMFS seja tratado de forma adequada quanto s suas aplicaes, torna-se
importante recordar alguns conceitos bsicos relacionados aos fasores, em especial aos
chamados sincrofasores. Sendo assim, este captulo est estruturado em duas partes
principais: uma dedicada a esta conceituao bsica e outra que aborda os SMFS no que
concerne aos seus componentes (PMU, PDC e transmisso de dados).
2.2 Anlise Fasorial - Breve Recordao
2.2.1 Definies Bsicas sobre Fasores
Fasor uma ferramenta bsica de anlise de circuitos de corrente alternada, usualmente
utilizada para representar a forma de onda de um sinal senoidal de uma tenso ou
corrente, na freqncia fundamental do sistema de potncia.
Os fasores possuem uma amplitude, geralmente representada em valores rms (root
mean square) e um ngulo, geralmente representado em graus. A equao de Euler faz
uma relao entre as formas de representao trigonomtrica e complexa. A figura 2.2
mostra a funo exponencial ej
, representada no plano imaginrio, como o nmero
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CAPTULO 2MEDIO FASORIAL SINCRONIZADA -CONCEITOS E DEFINIES BSICOS
7
complexo que possui parte real igual a cose imaginria igual a sen. A equao 2.1
expressa tal funo.
sen
cos
Figura 2.2 - REPRESENTAO DOS FASORES NO PLANO REAL IMAGINRIO
Pode-se dizer que a funo cosseno a parte real de uma funo complexa, ou seja,
cos a parte real de ej
ou cos= Re { ej
}. De maneira similar, pode-se caracterizar
a funo sen como a parte imaginria da funo complexa.
Os fasores foram introduzidos nos estudos de sistemas de potncia com o propsito de
transformar as equaes diferenciais de circuitos eltricos em equaes algbricas
comuns.
A funo senoidal de tenso pode ser representada pela equao 2.2 e sua forma deonda no tempo pela figura 2.3.
[2.1]
Onde:
V(t): tenso senoidal
A: amplitude do sinal
f: freqncia
t: tempo
+= j sencosej
)t.f..(2cos.A)(V +=t
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CAPTULO 2MEDIO FASORIAL SINCRONIZADA -CONCEITOS E DEFINIES BSICOS
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Figura 2.3 - REPRESENTAO DA FORMA DE ONDA SENOIDAL NO TEMPO
Reescrevendo a funo tenso considerando = 2 . .f, tem-se:
[2.2]
O sinal de freqncia em hertz o inverso do perodo. O tempo t = 0, chamado de
tempo de referncia.
Os circuitos da figura 2.4 mostram um exemplo simples, onde esto indicadas as
grandezas para estudo no domnio do tempo (figura 2.4a) e no domnio da freqncia
(figura 2.4b).
)t.(cos.A(t)V +=
-
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Figura 2.4 - CIRCUITO NO DOMNIO DO TEMPO E DA FREQNCIA
A soluo da equao diferencial 2.4 fornece a soluo para a corrente do circuito.
[2.3]
Segundo o circuito linear, a soluo para a corrente tem a forma da equaco 2.5.
[2.4]
Pode-se representar os fasores de tenso e corrente como nmeros complexos na forma
exponencial, conforme indicado nas expresses 2.6, 2.7 e 2.8.
[2.5]
dt
di(t)Li(t).R)t.(cos.V +=+
)t.(cos.It +=)I(
== jj e.IIee.VV
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Pode-se dizer que :
[2.6]
A soluo para a corrente indicada na equao 2.8.
[2.7]
Este exemplo permite ver que o fasor pode ser representado por um nmero complexo
associado a uma onda senoidal. A magnitude do fasor o valor rms da onda senoidal. O
ngulo de fase do fasor a fase da onda para t = 0. Os fasores so normalmente
associados a uma freqncia.
2.2.2 Fasores Sincronizados
Conforme abordado no captulo 3, as tenses (em mdulo e fase) dos barramentos tm
sido consideradas as grandezas que caracterizam a condio operativa do sistema
eltrico em regime permanente. Assim, o fasor de tenso representa o estado deoperao do SEP. O seu conhecimento permite que se avalie o comportamento do
mesmo. Sincrofasor um fasor medido com relao a uma referncia de tempo absoluta.
Com esta medida, pode-se determinar a relao de fase absoluta entre outras
quantidades de fase em diferentes localidades no sistema de potncia.
Os sincrofasores possibilitam, assim, que sejam tiradas fotografias do estado do
sistema eltrico, ou seja do ponto de operao, de forma rpida e confivel, trazendo
todos os benefcios que tal conhecimento pode trazer.
A figura 2.5 mostra, de forma ilustrativa, esta sincronia entre os fasores medidos nos
barramentos de instalaes geograficamente distantes de um SEP, utilizando-se a
mesma referncia de tempo.
+= jj e.IL).j(Re.V
L.jR
e.Ve.I
jj
+=
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Figura 2.5 - SEP-UMA REFERNCIA TEMPORAL NICA PARA SE OBTER A
SINCRONIZAO DOS FASORES
Portanto, para formas de onda em tempo real, necessrio definir uma referncia de
tempo para medir ngulos de fase de forma sincronizada. A conveno para mediofasorial sincronizada, conforme a norma IEEE 1344-1995 [IEEE,95], est ilustrada na
figura 2.6. O ngulo definido como 0o quando o valor mximo do sinal coincide no
mesmo instante da passagem pelo UTC1(sinal 1 PPS2) e -90oquando a passagem do
zero positivo do sinal coincide com a do sinal de UTC.
1UTC - Coordinated Universal Time (ou tempo universal coordenado) representa a hora do dia no meridiano
primal da Terra (0ode longitude).
2PPS - Pulso por Segundo: sinal consistindo de um trem de pulsos retangulares ocorrendo a uma freqncia de
1Hz , com borda crescente sincronizada em segundos UTC. Este sinal tipicamente gerado por receptores GPS (preciso
maior que 1 microsegundo, que corresponde ao um erro de 0,021
o
em 60 Hertz)
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Figura 2.6 - CONVENO PARA MEDIO FASORIAL EM RELAO AO TEMPO SEGUNDO A
NORMA IEEE1344-1995
A medio de ngulo de fase instantnea permanece constante para a freqncia
nominal se estiver usando a referncia para a fase. Se o sinal estiver fora da freqncia
nominal, a fase instantnea varia com o tempo, e gera um comportamento oscilatrio
para o mdulo do fasor por fase. Isto produz tambm uma variao do ngulo de fase. Ocomportamento oscilatrio para mdulo do fasor e frequncia instantnea eliminado
para sequncias positivas. Diversas medidas podem ser implementadas para correo
deste erro nos resultados, dependendo das caractersticas de fabricao do
equipamento.
Observa-se que a definio de fasor sincronizado em tempo real, fornecida pela norma
IEEE 1344-1995 [IEEE,95], corresponde definio convencional descrita anteriormente,
para a freqncia nominal do sistema (50 ou 60 hz). A norma no possui requisitos
relativos preciso da medio da magnitude dos fasores para valores diferentes dos da
freqncia nominal. Tal norma, portanto, define a forma de onda para o estado de
regime, no incluindo requisitos relativos performance da medio dos fasores para
uma forma de onda no estado fora do regime permanente. Nesta situao, a norma abre
caminho para os fabricantes de equipamentos criarem suas prprias definies.
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2.3 Sistema de Medio Fasorial Sincronizada - SMFS
2.3.1 Componentes e Funcionamento de uma PMU
Conforme j comentado, a PMU um equipamento capaz de medir os fasores de
corrente e de tenso, de forma sincronizada, nos sistemas de potncia. Esta
sincronicidade obtida por meio da amostragem das formas de onda de corrente e de
tenso ao mesmo tempo, utilizando sinal de sincronismo de um GPS.
Dizendo de uma forma bem geral, a principal funo destes equipamentos registrar
alteraes que ocorrem no sistema eltrico. Possuem a capacidade de coletar e registrar
medies em centros de controles remotos. A habilidade de calcular os fasores
sincronizados torna a PMU um dos equipamentos de medio mais importantes na
superviso e controle de SEP.
Os benefcios do uso da medio de fasores sincronizados para a monitorao, operao
e controle do sistema de potncia tm sido bastante reconhecidos pelo setor eltrico no
mundo. Tais benefcios e outros aspectos relacionados aplicao das PMU so
discutidos em detalhes nesta dissertao, em captulos posteriores.
A figura 2.7 mostra de uma forma esquemtica a instalao de duas PMU sincronizadas
em rede eltrica de apenas duas barras. Observa-se, tambm, que a medio dos
fasores, realizada simultaneamente, ou seja, no mesmo instante de tempo, apesar de
serem medidas em difrentes barras do sistema eltrico. Alm disto, mostrado nesta
figura, que existe uma diferena angular medida entre as barras, tanto nos grficos da
forma de onda, quanto no diagrama fasorial.
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Figura 2.7 - REPRESENTAO SIMPLIFICADA DE COMO O NGULO MEDIDO
Inicialmente, as PMU foram desenvolvidas com base em tecnologias j existentes para
rels digitais e Registradores Digitais de Perturbao (RDP), que foram revolucionrias
no campo dos sistemas de proteo. A tecnologia de microprocessadores tornou possvel
o clculo direto de componentes de fase de seqncias positivas nas quais se baseiam
os clculos utilizados nos algoritmos de deteco de faltas [Phadke, 88]. A maioria dos
fabricantes de PMU faz o clculo dos fasores utilizando a Transformada Discreta de
Fourier DFT aplicada a uma janela de dados amostrados que se move e cuja largura
pode variar de fraes de ciclos a um ciclo [Phadke, 93].
A sincronizao dos sinais amostrados pode ser obtida utilizando um sinal de tempo
comum disponvel localmente nas subestaes. A preciso do sinal de tempo da ordem
de milissegundos suficiente para utilizao nos rels de proteo e RDP. Porm, os
clculos de fasores demandam uma preciso maior do que 1 milissegundo. Somente
aps a comercializao dos GPS, foi possvel desenvolver as primeiras unidades de
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medio fasorial. O GPS capaz de fornecer o sinal de tempo da ordem de 1
microssegundo em qualquer lugar do mundo. Ele envia, para as estaes receptoras, o
sinal PPS (Pulse per Second), possibilitando que o processo de aquisico seja executado
de modo sincronizado em diferentes subestaes.
A figura 2.8 mostra a estrutura bsica de uma PMU. Ela composta por um receptor de
sinal GPS, um sistema de aquisio (filtro e mdulo de converso A/D- Analgica Digital)
e um microprocessador. O filtro anti-aliasing usado para filtrar rudos no sinal de
entrada da PMU. O sinal PPS do GPS convertido numa seqncia de pulsos de
temporizao de alta velocidade a serem usados na forma de onda do sinal de
amostragem. O microprocessador executa o clculo dos fasores usando a Transformada
Discreta de Fourier, aps a converso A/D, das grandezas de corrente e de tenso.
[Phadke,94]
Figura 2.8 - DIAGRAMA SIMPLIFICADO DE UMA PMU
Finalmente, o fasor estampado em intervalos de tempo e enviado a outro equipamento,o PDC, responsvel pela armazenagem e concentrao destes dados com os de outras
PMU.
A sincronizao de tempo por GPS deve ser feita atravs de relgios GPS internos ou
externos s PMU possibilitando uma sincronizao efetiva de tempo menor que 1
segundo.
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As PMU calculam fasores de seqncia positiva a cada grupo de trs entradas
analgicas trifsicas. Todos os canais analgicos devem ser sincronizados em UTC
(Universal Time Coordinated) com a exatido desejada. As taxas de sadas das
informaes das PMU devem atender norma IEEE IEC C37. 118. [IEEE,05]
Como exemplo, na figura 2.9 podem ser observadas a monitoraco e a visualizao
grfica do fasor, incluindo o mdulo e a forma de onda do sinal de tenso monitorado em
trs barramentos do prottipo do projeto MedFasee desenvolvido pela UFSC
(Universidade Federal de Santa Catarina) em conjunto com o fabricante REASON.
[Decker, 07].
Figura 2.9 - VISUALIZAO GRFICA DOS FASORES DO PROJETO MEDFASEE
A tabela 2.1 mostra as caractersticas das PMU de alguns fabricantes, segundo pesquisa
realizada pelo Operador Nacional do Sistema (ONS) em maio de 2006 [Kema, 06]. Esta
referncia traz informaes detalhadas sobre os diversos fabricantes. importante
ressaltar, que no planejamento do SMFS, descrito no captulo 6, sero realizados testes
de homologao nas PMU de diferentes fabricantes para se avaliar a adequao s
caractersticas tcnicas exigidas.
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Tabela 2.1 - Caractersticas de PMU
ABB RES521 No Sim Sim 18 (6)
Arbiter 1133A
Medidor Comercial,
Dispositivo para
Qualidade da Energia
Sim Sim 9 (3)
Arbiter 933AMedidor Porttil de
Qualidade de EnergiaNo Sim 9 (3)
Macrodyne 1690 No Sim No 30 (10)
AMETEK RIS TR2000 DTR Sim No 26 (10)
Qualtrol Hathaway IDM No Opcional Sim 12 (5)
Fabricante Modelo Outra FunoGPS
Interno
Segue a IEEE
1394 e/ou C
37.118
N Mximo de Canais de
Entrada (Fasores de
Seqncia Positiva)
Um aspecto importante a se considerar a garantia de preciso do sinal medido na PMU.
Para o acompanhamento da preciso da grandeza a ser transmitida, testes de preciso
so determinados pela norma [IEEE, O5]. Nela, estabeleceu-se o chamado Erro Vetorial
Total (TVE), que , por definio, a relao dada pela equao 2.9 .
[2.8]
Nesta equao medido o fasor estimado pela PMU (ou calculado na sada da PMU) e
ideal o valor do fasor terico do sinal de entrada no instante de tempo da medio. A
figura 2.10 mostra esta relao no diagrama fasorial.
Ideal
Ideal-Medido
TVE ^
^^
X
XX
=
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18
XX
XX2i
2r
2ii
2rr )X-(n)(X)-(n)(TVE
+
+=
Figura 2.10 - ERRO DE MEDIO VETORIAL DO FASOR
De acordo com a norma PC37.118, o TVE dado pela expresso 2.10, ondeXr(n) e
Xi(n) so as partes real e imaginria do sinal estimado, eXr e Xi correspondem ao sinal
terico (ideal).
[2.9]
Para clculo do TVE admite-se que a magnitude, o ngulo e a freqncia sejam
constantes no perodo da coleta.
No caso do sistema brasileiro, a classe de exatido sugerida para o TVE est indicada na
tabela 2.2, para cada tipo de sinal. Pode-se observar que o TVE deve ser inferior a 1%.
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Tabela 2.2 - Caractersticas dos sinais monitorados pelas PMU
Freqncia do Sinal 60 Hz 55 a 66 Hz 1
Magnitude do Sinal 100% nominal 10% para 120% nominal 1
ngulo de Fase 0 radianos +radianos 1
Distoro Harmnica < 0.2% (THD) 10% para qualquerharmnico at o 50
1
Sinal de InterfernciaFora da Banda
< 0.2% da magnitude dosinal de entrada
10% da magnitude dosinal de entrada
1
Caracterstica Condio de Referncia Faixa TVE
2.3.2 Sobre o Concentrador de Dados
O PDC tem como funcionalidades bsicas, receber os sincrofasores coletados pelasPMU, organizar estes dados de forma assncrona, correlacionando-os no tempo por meio
de etiquetas de tempo, armazenar estes dados e disponibiliz-los de acordo com as
aplicaes solicitadas. Alm disto, ele deve fazer um tratamento de erros de transmisso,
solicitar dados perdidos e, principalmente, ter operao contnua em tempo real.
Para atender a todas estas funcionalidades, o PDC deve apresentar um alto desempenho
computacional. Tal requisito decorre da necessidade de continuidade da operao em
tempo real, de eficincia para o armazenamento de dados, de alta confiabilidade e
disponibilidade, de capacidade de comunicao eficiente, de atendimento a diversos tipos
de aplicao e de fcil integrao (alta modularidade e interfaces de comunicao
padronizadas).
Assim, o PDC uma das partes mais complexas do SMFS. Este equipamento requer
dedicao exclusiva e alto investimento no desenvolvimento de aplicativos que atendam
de forma adequada o SEP.
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A ttulo de ilustrao, a figura 2.11 mostra as funcionalidades das PMU e do PDC
desenvolvido para o simulador do projeto MedFasee [Decker, 07]. Neste projeto, as
medies feitas pelas PMU so transmitidas via rede ethernetpara comunicao com o
PDC. Este organiza os dados em frames,emconformidade com as especificaes IEEE1344 [IEEE, 95] e PC37.118 [IEEE, 05], definindo assim a configurao e o
armazenamento dos arquivos contendo tais dados. Este tratamento realizado para
possibilitar o desenvolvimento de aplicaes.
Figura 2.11 - FUNCIONALIDADES DAS PMUE DO PDCDESENVOLVIDO PELO PROJETO
MEDFASEE
2.3.3 Aspectos da Transmisso de Dados
Para a transmisso dos dados fasoriais sincronizados, necessrio estabelecer uma
rede de comunicao. A funo bsica do sistema de comunicao nos SMFS interligar
seus equipamentos. Ele deve ser capaz de interligar as PMU aos PDC, os PDC entre si,
quando necessrio, e o prprio SMFS rede da empresa onde est implantado. Os
meios de comunicao atualmente mais utilizados so a internete as redes privadas das
prprias empresas.
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Um sistema de medio fasorial deve ser suportado por uma infra-estrutura de
comunicao com velocidade suficiente para agrupar e alinhar rapidamente os dados
medidos pelas PMU. Freqentemente, os sistemas de potncia no esto totalmente
equipados com a comunicao adequada. Porm, deve-se considerar que os benefciostrazidos pelas PMU podem vir a justificar a instalao de uma grande infra-estrutura de
comunicao. Existem tcnicas de determinao da localizao de PMU que podem ser
utilizadas para minimizar os custos de investimentos, atravs da reduo do nmero de
barras a serem monitoradas. Em [Baldwin, 93], sugere-se que um nmero mnimo de 1/5a1/4 das barras do SEP seja suficiente para fornecer uma completa observabilidade do
sistema a ser monitorado. Para sistemas eltricos com elevadas dimenses, este nmero
sugerido poderia ser utilizado para iniciar o monitoramento com as PMU. Entretanto, o
que mais poder justificar os investimentos em PMU so as aplicaes que viriam a ser
implementadas.
Existe um padro do IEEE (IEEE 1344 e o mais recentemente atualizado IEEE C37.118)
que define o formato de transmisso dos dados das PMU [IEEE, Working GroupH-8].
Os principais requisitos para os sistemas de comunicao so :
envio de dados contnuos em tempo real (largura de banda garantida, alta
disponibilidade, baixa latncia);
envio de dados perdidos (disponibilidade espordica de maior largura de
banda e possibilidade de uso de canais espordicos);
padronizao bem definida (suporte aos protocolos de comunicao
padronizados);
expansibilidade;
alta imunidade a rudos;
segurana; facilidade de integrao.
De acordo com os responsveis pelo projeto MedFasee [Reason, 06], no necessrio
que os canais sejam dedicados. Consideram a taxa de dados perdidos ou de ocorrncias
de erro, com a utilizao do canal de comunicao pela internet, pouco significativa, no
chegando a prejudicar a qualidade da informao transmitida. Diante do alto custo de
implantao das redes privadas de comunicao e a experincia deste projeto piloto na
regio Sul do Brasil, considera-se uma boa opo, pela melhor relao custo/benefcio, autilizao dos meios de comunicao dos SMFS pela internet. Entretanto, este um
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aspecto que cada empresa deve avaliar individualmente, considerando-se que muitas
delas j possuem redes de comunicao privadas.
Na transmisso de dados na rede do SMFS, identificam-se quatro tipos de mensagensdistribudas nos seguintes campos: Dados, Configurao, Cabealho (identificao) e
Comando. O cabealho transmitido em formato de texto. Os outros campos so
mensagens em formato binrio. Somente os dados medidos e calculados so
transmitidos em tempo real. As taxas de transmisso devem ser configurveis, sendo
que, para 60Hz, so requeridas taxas de 5, 6, 10, 12, 15, 20, 30 e 60 frames por
segundo. Para controle de tempo real, a transmisso de dados deve ser bidirecional
proporcionando aes de controle no SEP. Mecanismos para checagem e verificao da
integridade das informaes so utilizados como garantia de confiabilidade.
2.3.4 Possibilidades de Aplicao de Sincrofasores Provenientes
Diretamente de Rels
Rels modernos, que fornecem a medio de fasores sincronizados adicionalmente s
funes de proteo, eliminam a necessidade de se terem diferentes dispositivos para
proteo e controle do sistema eltrico de potncia. Estes rels so equipamentosflexveis que tambm possuem funes de processamento (como um CLP - Controlador
Lgico Programvel).
J existem no mercado softwaresde integrao que possibilitam a anlise de diferentes
rels de mesmo padro de forma sincronizada. Portanto, possvel utilizar a funo de
oscilografia desses equipamentos, usando este sincronismo, para disponibilizar
informaes de forma gil e segura para tomada de decises na operao do SEP.
Tais rels podem ser utilizados, tambm, em aplicaes especficas, como a manuteno
preventiva de equipamentos de subestaes e linhas de transmisso. Permitem,
inclusive, utilizar a medio sincronizada de fasores para verificao das condies dos
transformadores de instrumentos de uma subestao. Em uma mesma subestao,
quando os disjuntores esto fechados, todos os TP (transformador de potencial) das
linhas e barramentos devem estar com mesma magnitude e fase. H opes de rels no
mercado que possibilitam simular de forma remota um voltmetro vetorial, permitindo a
verificao de polaridades, defasagem angular e relao dos TC (transformador de
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corrente). Com uma pequena carga no SEP e com todos os rels sincronizados,
possvel visualizar remotamente erros de defasagem, de polaridade ou de relao de
transformao de TC e TP nos terminais de uma linha de transmisso.
Vale lembrar que as aplicaes de dados fasoriais provenientes de rels com funes de
medio fasorial devem ser aquelas que requerem maior preciso e menor velocidade de
aquisio de dados. Esta observao importante, enquanto ainda no se verificam no
mercado opes comerciais de PMU que possibilitem definir um grau de preciso
varivel.
A tabela 2.3 contm as caractersticas de rels com funo de PMU incorporados,
apresentados por alguns fabricantes, segundo pesquisa realizada pelo Operador
Nacional do Sistema (ONS) para implentao do SMFS Nacional [Kema, 06].
Tabela 2.3 - Caractersticas de rels digitais com funo de medio fasorial
SEL SEL-311 Rel No Sim 6 (4)
SEL SEL-421 Rel No Sim 6 (4)
SEL SEL-451 Rel No Sim 6 (4)
SEL SEL-734 Medidor Comercial No Sim 6 (4)
GE N60 Rel Sim Sim 16 (5)
Fabricante Modelo Outra FunoGPS
Interno
Segue a IEEE
1394 e/ou C
37.118
N M ximo de Canais de
Entrada (Fasores de
Seqncia Positiva)
A utilizao de tecnologia de medio fasorial proveniente de rels pode fornecer uma
melhor relao custo/benefcio do que quando usada em equipamentos com a nica
funo de executar a medio fasorial sincronizada. Contudo, apesar desta relao se
mostrar favorvel, vale observar que o acmulo de funes em um mesmo equipamento
pode trazer dificuldades de construo de hardware, e o produto final pode no ter o
mesmo nvel de qualidade de um equipamento com uma funo especfica. Com relao
a este aspecto, a PMU traz consigo vantagens, devido sua caracterstica principal de
construo ser especificamente para o propsito de medies fasoriais.
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2.4 Consideraes Finais
De acordo com o que foi exposto neste captulo, percebe-se o impacto positivo que o uso
de SMFS pode trazer, ou j est trazendo, para as diversas atividades relacionadas aosSEP.
Vrias so as aplicaes destes sistemas de medio nos processos eltricos. Conforme
tratado nos prximos captulos desta disssertao, estas esto relacionadas,
principalmente, a: medio e visualizao do estado do sistema eltrico; auxlio na
operao do SEP, visando evitar condies crticas do mesmo; avaliao do ponto de
operao do sistema com relao aos aspectos de estabilidade angular e de tenso;
anlise ps-distrbio; validao e criao de modelos de estudos; proteo sistmica.
Para que as aplicaes dos SMFS fiquem melhor caracterizadas, no contexto da
operao do SEP, no captulo seguinte, os processos operativos so descritos.
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CAPTULO 3DESCRIO DOS PROCESSOS DA OPERAO DOS SISTEMAS ELTRICOS DE POTNCIA
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3DESCRIO DOS PROCESSOS DA OPERAO
DOS SISTEMAS ELTRICOS DE POTNCIA
3.1 Consideraes Iniciais
Em muitos trabalhos apresentados na literatura tcnica relativa ao tema, as aplicaes
atribudas ao uso dos SMFS so tratadas de forma genrica, muitas vezes no sendo
relacionadas s atividades realizadas no mbito do setor eltrico. H situaes onde
aplicaes so tratadas de forma isolada, quando, na realidade, o contexto no qual se
inserem muito mais amplo. Esta dissertao pretende dar uma viso mais detalhada
das aplicaes na rea de operao, sendo, portanto, importante contextualiz-la.
Conforme introduzido no captulo primeiro, as atividades relacionadas aos SEP so
caracterizadas como atividades de Expanso e de Operao. Os processos de
Expanso, investigando o comportamento atual e futuro do SEP, visam garantir o bom
funcionamento do mesmo por meio da anlise da necessidade de aquisio de novos
recursos (novas usinas, novas linhas etc.). As decises de Operaoesto relacionadas
ao gerenciamento dos recursos j disponveis (controle dos reservatrios das usinas j
existentes, atuao nos equipamentos de controle das grandezas eltricas etc.).
Estas tarefas so todas integradas formando um amplo e complexo processo de tomada
de deciso com relao ao SEP. Entretanto, sem perder esta integrao, as atividades de
Expanso e de Operao so caracterizadas por etapas prprias, de acordo com suas
especificidades. Costumam ser identificadas, conforme sua atuao, em termos
energticose eltricos, compreendendo processos com passos bem definidos.
Esta dissertao trata da aplicao do SMFS na rea de Operao Eltrica dos sistemas
de potncia e, portanto, dedica este captulo a uma reviso das tarefas executadas neste
contexto.
O processo de deciso relacionado operao dos sistemas eltricos , normalmente,composto pelas seguintes etapas:
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CAPTULO 3DESCRIO DOS PROCESSOS DA OPERAO DOS SISTEMAS ELTRICOS DE POTNCIA
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Planejamento Eltrico da Operao
Operao em Tempo Real
Ps-operao
De uma maneira bem geral, pode-se dizer que a etapa de Planejamentose caracteriza
pela elaborao de estudos e anlises do comportamento futuro do SEP, com vistas a
gerar instrues operativas a serem executadas na Operao em Tempo Real. Na etapa
de Ps-operao, so realizadas anlises das ocorrncias pelas quais o sistema j
passou.
Em todo este processo, as decises so tomadas tendo como base o estado operativo do
sistema eltrico, quer este se refira a uma projeo futura, a uma situao presente no
momento, ou a uma condio passada [Vale, 86]e [Cesep, 05]. O estudo das aplicaes
dos SMFS implica a caracterizao do estado do SEP, uma vez que, dependendo deste,
diferentes decises so tomadas nas etapas da operao.
Sendo assim, este captulo tem incio com a caracterizao dos estados operativos e,
posteriormente, se dedica descrio das atividades da operao.
3.2 Estados Operativos do Sistema Eltrico
O SEP um sistema fsico cujo comportamento depende dos diversos fenmenos
envolvidos durante a sua operao. A condio operativa do SEP nunca exatamente a
mesma em todos os instantes. Na realidade, a condio de operao est sempre
variando, pois o sistema encontra-se constantemente sujeito a pequenas ou grandes
perturbaes, voluntrias ou involuntrias. Como exemplo de pequena perturbao, tem-
se a contnua e lenta variao da carga no tempo. Como exemplo de grande perturbao,pode-se citar a perda de grande volume de gerao ou de carga. As aes de controle
efetuadas no sistema caracterizam perturbaes voluntrias.
Logo, a rigor, o SEP nunca se encontra em regime permanente, pois as constantes
perturbaes, pequenas ou grandes, o levam a um comportamento dinmico, variante no
tempo. Entretanto, muitas anlises podem ser realizadas considerando o estado do
sistema estacionrio no tempo, como se fosse tirada uma fotografia do mesmo. Uma
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CAPTULO 3DESCRIO DOS PROCESSOS DA OPERAO DOS SISTEMAS ELTRICOS DE POTNCIA
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das principais ferramentas de anlise dos sistemas eltricos o Programa para Clculo
de Fluxo de Potncia, cuja formulao esttica.
Para este tipo de anlise, o ponto de operao do sistema tem sido caracterizado pelastenses complexas (mdulo - V e ngulo - ) das suas barras. Estas so consideradas,
portanto, as variveis de estado do SEP, caracterizando o vetor de estado em regime
permanente expresso pela equao 3.1.
[3.1]
Uma vez conhecido o vetor de estado da rede, podem ser determinadas outras
grandezas eltricas (corrente, fluxo de potncia ativa e reativa, dentre outras). Desta
forma, a condio operativa do SEP pode ser determinada, permitindo tomadas de
decises adequadas. Para melhor identificar as decises envolvidas nas etapas de
operao, trs estados operativos so assim caracterizados nas referncias [Vale, 86]e
[Cesep, 2005]:
Estado normal nesta situao, o sistema est intacto, com a demanda
totalmente atendida, e no apresenta nenhuma violao nas restries de cargae
de operao, sendo:
- Restrio de Carga: relacionada ao equilbrio carga-gerao; indica se a demanda
est sendo atendida ou no.
- Restries de Operao: limites impostos ao SEP (limites fsicos de
equipamentos, contratuais, situaes crticas, tais como perda de estabilidade
etc.)
Estado de Emergncia nesta situao, o sistema atende demanda, porm
apresenta violao de alguma restrio de operao. Este estado pode ser
provocado por uma perturbao ocorrida no SEP, resultando na violao severa
ou no de algum valor limite pr-definido.
Estado Restaurativo nesta situao, o sistema no est intacto (cargas no
atendidas e ilhamentos, por exemplo), apresentando desligamento parcial ou total.
Assim, este estado caracteriza-se por violaes nas restries de carga.
V]:[XT
=
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O conceito destes estados de operao subdivide o problema global de controle do SEP
em trs subproblemas, caracterizados por aes distintas: aes para Controle no Estado
Normal, aes para Controle de Emergncia e aes para Controle Restaurativo. Tais
controles possuem caractersticas bem particulares, as quais so caracterizadas a seguir:
Controle no Estado Normal:seu objetivo atuar no sistema para que ele
permanea no estado normal, atuando, assim, principalmente na sua
segurana.
Controle de Emergncia: seu objetivo determinar e executar aes para
tirar o SEP do estado de emergncia. O tipo de ao de controle depende da
condio em que se encontra o sistema.
Muitas vezes possvel eliminar violaes, levando o SEP para o estado
normal.
H situaes, entretanto, em que necessrio efetuar desligamentos totais ou
parciais da carga (levando o sistema para o estado restaurativo), para se
conter uma situao crtica, evitando-se a propagao de fenmenos em
cascata que poderiam degradar todo o sistema. Na prtica, para situaes
crticas, onde a execuo das aes de controle de emergncia deve ser
extremamente rpida, so gerados controles automticos. Estes, muitas
vezes, so denominados Esquemas de Controle de Emergncia.
Controle Restaurativo: seu objetivo religar o sistema aps desligamentos
parciais ou totais. Normalmente, este controle efetuado atravs de
instrues previamente determinadas pelo planejamento.
Esta viso de controle extremamente importante para a anlise sobre os impactos da
utilizao das PMU na operao dos sistemas eltricos. Deve-se ter em mente que asestratgias de controle so tecidas e implementadas considerando todas as etapas
(planejamento, tempo real e ps-operao).
Uma vez caracterizados os possveis estados de operao e a necessidade de diferentes
atuaes no sistema eltrico impostas pelos mesmos, nos prximos itens apresentada
a forma como cada atividade de operao tem tratado tais questes.
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3.3 Planejamento Eltrico da Operao
O planejamento eltrico da operao tem por objetivo estabelecer diretrizes para que o
SEP seja operado adequadamente usando os equipamentos existentes (coordenaodos vrios componentes do sistema).
Dentro dos princpios fundamentais e dos critrios observados durante o processo de
planejamento, so elaborados estudos que procuram avaliar o desempenho do sistema
sob condies normais e de contingncias. Dentre eles, destacam-se aqueles
relacionados ao controle de tenso e carregamento, definindo as faixas de tenso para
os barramentos, a realocao de gerao, a configurao operativa mais adequada e os
esquemas especiais.
A meta desta etapa subsidiar os rgos executivos da operao, a fim de que estes
possam operar o sistema eltrico com qualidade adequada de fornecimento e com menor
risco possvel, considerando sempre a iminncia de contingncia simples. Assim, os
planos visam manter o SEP em condies de atender demanda de energia com a
devida segurana.
As atividades executadas utilizam dados de previso de carga, de planos de obras e de
programao de procedimentos em estudos peridicos. Em conjunto com as anlises dos
processos de ps-operao, geram recomendaes e/ou orientaes para os operadores
em tempo real, as quais so registradas em documentos chamados IO - Instrues
Operativas. Estas instrues so atualizadas continuamente de acordo com o
crescimento da carga e alteraes de sistema, e so, portanto, de grande importncia
para manter o SEP em estado de operao normal e seguro.
De acordo com os Procedimentos de Rede do ONS [ONS, 08], as etapas do
planejamento da operao eltrica concentram os processos e sistemticas para os
estudos e anlises do comportamento da rede eltrica para diferentes horizontes. Neste
contexto, destaca-se a elaborao dos planos de curto (mensal e quadrimestral), de
mdio (anual) e de longo prazo (acima de um ano). Anlises sobre solicitaes de
desligamentos, recomposio do sistema, alm de outros estudos especiais, so
importantes nesta atividade. Tais itens so tratados a seguir.
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3.3.1 Planejamento da Operao Eltrica a Curto Prazo - Mensal e
Quadrimestral
O Estudo Mensal tem como objetivo avaliar o desempenho da operao eltrica do
Sistema Interligado Nacional (SIN) previsto para um determinado ms do ano,
considerando as eventuais alteraes das premissas contidas no estudo Quadrimestral
correspondente.
Mediante as novas previses do cronograma de implantao das obras de transmisso
e/ou gerao, a evoluo da carga e os cronogramas de manuteno de unidades
geradoras, so determinadas estratgias para a operao do SIN visando preservar a
segurana e buscando atender as metas energticas.
Conforme j comentado, tais estudos subsidiam a operao em tempo real atravs das
eventuais atualizaes das recomendaes e diretrizes operativas, que so
implementadas nas instrues de operao. Estes auxiliam na programao de
intervenes em instalaes da rede de operao e tambm fornecem, com base na
anlise do desempenho do sistema, os seguintes principais produtos:
atualizao do clculo e diretrizes para alocao da reserva de potncia
operativa;
conseqncias decorrentes do atraso de obras e medidas operativas
associadas;
despachos mnimos de gerao trmica por razes eltricas.
O Estudo Quadrimestralobjetiva definir as diretrizes para a operao eltrica do SIN com
horizonte quadrimestral. Ele elaborado baseando-se nos critrios definidos no
submdulo 23.3 dos Procedimentos de Rede [ONS, 01], na previso de carga prpria e
no cronograma de entrada em operao de novos equipamentos.
Este estudo deve analisar com mais profundidade o sistema interligado, tendo com base
a anlise do seu desempenho, gerando os seguintes principais produtos:
procedimentos operativos para controle de tenso e de carregamento de
linhas de transmisso e equipamentos;
determinao dos limites de transmisso entre regies e reas geoeltricas;
despacho mnimo de gerao trmica por razes eltricas;
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identificao da necessidade de reviso de ECE (Esquemas de Controle de
Emergncias) e ECS (Esquemas de Controle de Segurana);
diretrizes operativas para a elaborao das instrues de operao para
aplicao em tempo real do sistema.
Alm das funes citadas, subsidia os estudos de Programao de Intervenes em
instalaes da rede de operao de acordo com o submdulo 6.5 dos Procedimentos de
Rede do ONS [ONS, 08]. Para a operao, estes estudos ajudam a definir faixas de
tenso recomendadas para as barras de controle, faixas de tenso esperadas para
barras de referncia, e nveis de risco da operao por condio de carga. Eles auxiliam
a execuo das anlises de desligamento dos principais elementos e a construo das
chamadas inequaes que definem limites a serem observados em tempo real.
O planejamento da operao eltrica quadrimestral atualizado atravs do planejamento
da operao eltrica mensal. Estes relatrios so produzidos a partir de simulaes e
anlises realizadas pelo ONS, com a colaborao dos representantes das diversas
empresas integrantes do SIN.
3.3.2 Planejamento da Operao Eltrica a Mdio Prazo - Anual
O Estudo Anual tem como principais objetivos analisar o desempenho do sistema
eltrico, com base no mercado previsto e no cronograma de entrada em operao de
novos equipamentos, definidos para o horizonte do estudo (de um ano frente). Deve
tambm analisar as conseqncias de eventuais atrasos das obras programadas e
estabelecer as recomendaes necessrias para garantir o desempenho adequado do
SIN.
Seus principais produtos so: identificao, em tempo hbil, das instalaes necessrias para o atendimento
dos requisitos de carga dentro dos critrios estabelecidos, recomendando a
adequao de cronogramas, remanejamento de equipamentos, reforos de
pequeno porte e melhorias;
limites de transmisso entre regies e reas geoeltricas;
estratgias operativas e medidas frente a eventuais atrasos de obras;
ECE e ECS no sistema;
despacho mnimo de usinas trmicas por razes eltricas.
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3.3.3 Planejamento da Operao Eltrica a Longo Prazo
Nesta etapa so realizados estudos para definio do Plano de Ampliao e Reforos
(PAR) e tambm a reviso e/ou identificao da necessidade de ECE.
O PAR um estudo que apresenta uma proposta de ampliaes e reforos para a Rede
Bsica no horizonte de 3 anos frente, que dar suporte a Agncia Nacional de Energia
Eltrica (ANEEL) na conduo dos processos de licitao ou autorizao das respectivas
concesses de transmisso, alm de dar subsdios para a elaborao do projeto bsico
das instalaes nele contempladas. Ele ajudar o ONS, que, juntamente com a EPE
(Empresa de Pesquisa Energtica), tem por obrigao legal propor a ANEEL as
ampliaes e os reforos na Rede Bsica, de modo a assegurar os padres de
desempenho estabelecidos nos Procedimentos de Rede [ONS, 01].
No que diz respeito gerao de energia eltrica, os estudos do planejamento devem
contemplar as fontes existentes, as inventariadas e as informadas pelos Agentes.
Cenrios de gerao so formulados considerando as incertezas das fontes, para a
matriz energtica nacional e o uso mltiplo da gua. Devem ser consideradas as usinas
existentes e as novas que j tiverem firmado o contrato de concesso. O planejamento
da operao energtica fornecer as previses energticas no horizonte de estudo. Com
base nestas previses, o ONS seleciona os despachos significativos para o
dimensionamento do sistema de transmisso.
Com relao transmisso, so elaborados planos alternativos para atendimento
eletroenergtico, considerando as incertezas das fontes e do mercado. definido o
cenrio mais provvel para servir de referncia ao PAR. Este estudo busca ajustar, na
sua essncia, em funo das previses de oferta e de demanda, as obras
recomendadas, contemplando as variaes nas previses de mercado, as solicitaes de
acesso e conexo, bem como as propostas de ampliaes e reforos, encaminhadas
pelos Agentes. Eventuais restries de transmisso, que possam impedir a concretizao
da operao eltrica e energtica otimizada, devem ser explicitadas. No PAR so
contemplados os seguintes itens:
sntese das condies de atendimento do SIN (por rea e para os atributos:
estabilidade, controle de tenso, carregamento de linhas e equipamentos,
circuitos ou equipamentos singelos, superao capacidade de disjuntores enecessidade de gerao trmica);
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sntese dos estudos das interligaes inter-regionais;
sntese da anlise de confiabilidade da Rede Bsica;
anlise dos indicadores de continuidade das subestaes que necessitem de
transformadores com tape;
diagnstico das condies de operao da fronteira Rede Bsica - rede de
distribuio;
avaliao dos nveis de curto circuito;
condicionantes dos estudos (mercado, gerao e critrios);
pareceres tcnicos e programa de gerao;
casos de referncia para fluxo de potncia, curto circuito e confiabilidade;
mapas eletrogeogrficos;
documentos de referncia: previso da carga, interligaes e confiabilidade.
As programaes de intervenes em instalaes da rede eltrica so subsidiadas pelos
estudos de planejamento anual da operao eltrica e energtica, para serem avaliadas
e adequadas s necessidades do SEP. Para isto, so realizadas simulaes e anlises
do desempenho do sistema, avaliao de riscos e definio das diretrizes operativas para
programao e execuo das intervenes.
Estas simulaes tm como base os casos de referncia definidos nos Estudos de
Planejamento de curto Prazo - Mensal e Quadrimestral, adaptando-os para que reflitam
as mudanas de configurao, carga e despacho, definidas no mais curto prazo.
So feitas anlises considerando tanto o desligamento simples, quando for o caso, de
cada equipamento solicitado quanto simultaneidade deste com o de outros
desligamentos solicitados para o mesmo perodo. Os estudos devem contemplar
aspectos relativos a anlise de desempenho do sistema em condio de regimepermanente, em condies de emergncia e, quando necessrio, devem ser realizados
estudos complementares.
3.3.4 Solicitaes de Desligamento
Estes estudos tm como principal objetivo compatibilizar as solicitaes dos diferentes
Agentes, estabelecendo prioridades entre solicitaes, visando garantir a integridade dos
equipamentos e minimizar os riscos para o sistema. Assim, procurar-se- alocar, de
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comum acordo com os Agentes, as intervenes nos perodos mais convenientes para o
sistema, visando manter a continuidade e a confiabilidade aos usurios e minimizar as
restries de despacho das usinas.
Nesta atividade so elaboradas as diretrizes a serem consideradas na Programao
Diria da Operao Eletroenergtica, alm de diretrizes para a operao em tempo real,
que comporo o Programa Dirio de Operao.
As Diretrizes Operativas para Programao e Execuo das Intervenes e
Procedimentosse aplicam a intervenes em equipamentos componentes de instalaes
da rede de operao e ainda a equipamentos no integrantes desta, cuja
indisponibilidade possa causar limitaes no despacho de usinas submetidas ao
despacho centralizado ou em instalaes da rede.
O tratamento dos desligamentos de instalaes da Rede Bsica, na fase de
programao, serve ainda como uma das referncias para o clculo da parcela varivel
da receita de transmisso, conforme os contratos de prestao de servios de
transmisso.
Os principais produtos do processo so:
Programa de Intervenes em Instalaes na Rede de Operao;
Diretrizes Operativas para Programao e Execuo das Intervenes, visando a
qualidade e a segurana operacional do Sistema Interligado;
Informaes para o processo de apurao de indisponibilidade.
3.3.5 Estudos Especiais
Caracterizam-se como Estudos Especiais aqueles que no tm carter cclico, emborapossam ser desenvolvidos como parte de um processo rotineiro, caso se configurem
condies que indiquem a sua realizao. Os principais objetivos destes estudos em
cada tipo de processo so:
Estudos Pr-operacionais de Instalaes da Rede de Operao:
Compreendem todas as anlises de regime permanente, transitrios eletromagnticos,
transitrios eletromecnicos e demais anlises necessrias para respaldar o perodo
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inicial de operao dessa nova instalao. Resultam, tambm, deste processo, as
diretrizes para confeco das Instrues de Operao contemplando a nova instalao.
Estudos de Comissionamento de Instalaes da Rede de Operao:Estabelecem as condies operativas para realizao dos ensaios de forma a assegurar
a qualidade do atendimento, a confiabilidade e segurana da operao da Rede de
Operao e compreendem todas as anlises de regime permanente, transitrios
eletromagnticos, transitrios eletromecnicos e outras que se fizerem necessrias para
estabelecer as condies de operao segura durante os ensaios de comissionamento.
Estudos de Otimizao de Controladores:
Avaliam a necessidade de reajustes nos controladores automticos associados aos
equipamentos do sistema eltrico, assim como definem a necessidade de novos
controladores, no sentido de garantir um desempenho adequado e otimizado da rede,
permitindo, conseqentemente, ampliar o seu grau de utilizao. O processo poder
tambm apontar a convenincia de modernizao de equipamentos de controle que
apresentem baixo desempenho.
Estudos de Estabilidade de Tenso:
Objetivam estabelecer as diretrizes bsicas para o estudo completo da estabilidade de
tenso na Rede de Operao do ONS, visando determinar as condies operativas
limites, como nveis de carregamento e intercmbios, e identificar quais reas so mais
suscetveis a este fenmeno, necessitando medidas preventivas e/ou corretivas.
Estudos de Controle Carga-Freqncia:
Correspondem s anlises para a avaliao do desempenho e identificao das melhores
estratgias de controle carga-freqncia, quando de alteraes de topologia da Rede de
Operao.
3.3.6 Estudos de Recomposio do Sistema
Os estudos de recomposio se estruturam em trs partes:
caracterizao da filosofia bsica do processo de recomposio e as suas
diretrizes gerais;
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identificao dos fundamentos necessrios para que a filosofia bsica seja
aplicada com sucesso;
definio dos procedimentos de recomposio, atravs de uma precisa descrio
de suas etapas nas diversas reas envolvidas.Os estudos de recomposio tm grande repercusso sobre os Agentes e devem estar
sempre sendo atualizados para levar em conta os seguintes aspectos:
acompanhamento do equilbrio entre carga e gerao das reas de auto-
restabelecimento das usinas que fazem parte da malha principal do sistema
interligado;
acompanhamento da entrada em operao de novos equipamentos ou
instalaes, incluindo recapacitaes, que interfiram no processo de
recomposio;
reviso dos procedimentos operacionais em funo dos estudos do ONS ou dos
Agentes, bem como de ampliaes na Rede de Operao.
3.3.7 Validao de Modelos de Componentes e Dados para Estudos
Eltricos
Este processo corresponde ao estabelecimento dos procedimentos para validao,uniformizao do tratamento, organizao e atualizao dos modelos de componentes e
dados pertinentes s atividades de estudos eltricos, envolvendo bancos de dados
utilizados pelos modelos computacionais para posterior armazenamento na base de
dados do ONS.
Nestes estudos especiais so analisados tambm os aspectos de instabilidade de
tenso, muito importantes para manter o sistema com um nvel de segurana adequado.
3.4 Operao do Sistema Eltrico em Tempo Real
Esta etapa visa coordenar a operao do sistema utilizando as diretrizes definidas pelo
planejamento. Compreende as atividades de Superviso e Controle em Tempo Real
realizadas no instante de operao atual do SEP. Em termos de controle, nesta etapa
que so efetuadas as aes de comando no sistema eltrico.
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Os planos elaborados nas etapas de planejamento so realizados com base em
previses do possvel comportamento do SEP no instante da operao. Por mais
precisas que sejam as informaes utilizadas pelos planejadores na elaborao das
instrues operativas, h sempre uma pequena diferena entre os valores previstos eaqueles que ocorrem em tempo real.
Na realidade, os centros de operao das empresas contam com Sistemas de
Superviso e Controle que permitem que o SEP seja monitorado e controlado.
Informaes de tempo real so coletadas do sistema eltrico, so processadas nos
centros e, em conjunto com os estudos realizados previamente pelo planejamento,
subsidiam a tomada de deciso sobre as aes de controle a serem efetuadas.
A figura 3.1, adaptada de [Vale, 86]d uma viso integrada dos controles nos centros de
operao.
Figura 3.1 - SUPERVISO E CONTROLE DE SEP
Os dados so coletados no sistema eltrico, sendo tratados e processados pelas
diversas funcionalidades disponibilizadas nos centros, subsidiando a tomada de deciso
sobre as aes de controle a serem realizadas. No diagrama esto indicadas as
seguintes funes:
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Configurador da Rede: programa que determina a configurao atual da rede
eltrica, a partir da topologia fixa do SEP e das informaes obtidas em tempo
real sobre a condio aberto/fechado de chaves e disjuntores;
Estimador de Estado: programa que calcula o estado da rede (mdulo e ngulo detenso nos barramentos) a partir de dados de medio (fluxos de potncia,
mdulos de tenso, correntes etc.) coletados do SEP. O impacto do SMFS no
processo de estimao tratado no prximo captulo;
Monitorao da Segurana: determina o tipo de condio enfrentada pelo SEP, ou
seja, em que tipo de estado est operando.
A partir das informaes fornecidas por tais funes, so determinadas e executadas as
aes de controle (normal, emergncia ou restaurativo) mais adequadas ao instante deoperao, ou seja, de acordo com o estado presente. Com relao ao estado normal,
caso a condio do sistema seja normal-alerta, entra em cena o controle preventivo.
No estado normal de operao so realizadas aes de controle tradicionais, tais como
aquelas relativas ao controle de freqncia (primrio e secundrio), controle de
tenso/potncia reativa hierarquizado e controle de potncia ativa. Alm destas, so
executadas funes relativas anlise de seguranado sistema, incluindo a anlise de
contingncias, visando atuar de forma preventiva no SEP, evitando situaes de
emergncia. A avaliao da segurana do SEP em tempo real, atualmente, se baseia
fundamentalmente em estudos de fluxo de potncia. Tal tipo de anlise fica limitada s
restries da prpria ferramenta esttica de simulao.
O controle de emergncia inclui aes que eliminam as violaes das restries de
operao, de forma simplesmente corretiva, levando condio normal. Nas situaes
extremamente crticas, entram em cena os ECE. No Brasil, dentre os vrios esquemas
existentes, como exemplo pode-se citar o ERAC (Esquema Regional de Alvio de
Cargas), que atua com base nos valores de freqncia.
O controle restaurativo requer a aquisio e anlise de vrias informaes para garantir
que as aes de restabelecimento sejam efetivas. Estas compreendem, dentre outros, o
conhecimento de diversos fatores: a parte do SEP que foi desligada, a origem do
desligamento, as condies para religamento etc. Caso o desligamento tenha sido
efetuado por aes de controle de emergncia pr-estabelecidas, o restabelecimento fica
facilitado, pois o estado restaurativo do SEP ser conhecido. Normalmente, tal controle
efetuado atravs de instrues previamente determinadas e quase sempre executado
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manualmente pelos operadores, com o uso de ferramentas computacionais de apoio
[Vale,86],[Mundim,96], [Lopes,08].
Nos primeiros centros de operao, os sistemas supervisrios denominados SCADA(Supervisoy Control and Data Acquisition System) deram incio s funes de superviso
e controle. Atualmente, os modernos centros incorporam diversas funcionalidades, tais
como aquelas indicadas na figura 3.1, caracterizando os denominados EMS (Energy
Management System).
3.5 Etapa de Ps-Operao
Nesta etapa, so realizadas simulaes off-line, analisando as perturbaes de pequeno
ou de grande porte que ocorreram no sistema, procurando-se analisar as suas possveis
causas e tomar medidas corretivas, caso sejam necessrias, e preventivas para que elas
no ocorram novamente. Nesta etapa, podem ser gerados novos esquemas de controle
de emergncia e instrues operativas, para evitar que o problema se repita novamente.
Trata-se de uma etapa muito importante, onde verificado todo o planejamento
executado anteriormente. Corresponde a um conjunto de tarefas que so executadascontinuamente, e que geram novos dados que serviro de base para os processos de
planejamento. Na realidade, as atividades formam