5 e 6 de Setembro
de 2012
Redes Elétricas InteligentesRedes Elétricas InteligentesSmartSmart GridGrid
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SmartSmart GridGrid
Djalma M. Falcão
Programa de Engenharia Elétrica
Resumo
� Conceitos básicos
� Por que precisamos de uma smart(er) grid?
� Tecnologias
� Wampac
� Microrredes
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� Impacto no planejamento da expansão
� Smart grid no Brasil e na Coppe
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O que é Smart Grid?
� Pergunta difícil de responder!
• Uma tecnologia?• Algum tipo de equipamento?• Uma metodologia?
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� Um conceito
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É uma rede elétrica com elevada integração de tecnologia de informação, telecomunicações, sensoriamento/medição e automação, de forma a aumentar consideravelmente sua capacidade de atender cenários com fontes intermitentes e distribuídas de energia, altos requisitos de confiabilidade, baixo impacto ao meio ambiente e adequada a novos mercados de energia.
Impactos da Smart Grid
Geração Centralizada
TransmissãoDistribuição
e GDConsumo
Incluindo MiniGD, µGD e VE
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Pequeno
Moderado
Grande
Revolucionário
The “smartening” of the electricity
system is an evolutionary process, not
a one-time event.
IEA Report
Por que precisamos de uma Smart (er) Grid?
� Fontes intermitentes de energia e armazenamento
• Eólica• Solar• Ondas• Armazenamento• Veículos Elétricos (VE)
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• Veículos Elétricos (VE)
� Geração distribuída conectada a rede de distribuição
• Microgeração (Roof Top)• Minigeração
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Por que precisamos de uma Smart (er) Grid?
� Melhoria da confiabilidade
• Reduzir a probabilidade de blecautes• Capacidade de auto-recuperação
(self healing)
� Gerenciamento pelo lado da demanda
• Programas baseados em preços e
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• Programas baseados em preços e tarifas— Tarifação de ponta— Período de uso— Tarifação em tempo real
• Programas baseados em incentivos financeiros— Controle direto da demanda— Interrupção consentida da demanda— Redução da demanda em emergência
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Fonte: Ruggedcom
Por que precisamos de uma Smart (er) Grid?
� Redução de Perdas
• Técnicas• Não Técnicas (Fraude e Furto)
— Medição eletrônica e blindagem da rede— AMI: Advanced Metering Infrastructure— MDI: Meter Data Management
� Redução de Custos Operacionais Fonte: Aneel
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� Redução de Custos Operacionais• Grandes áreas de concessão• Mercado disperso• Alimentadores radiais muito longos• Áreas de difícil acesso• Utilidades:
— Localização de faltas— Isolamento de trechos— Auto reconfiguração— Despacho inteligente de equipes— Monitoração de ativos
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Fonte: Aneel
AMI/MDI
Tecnologias Viabilizadoras
Métodos Analíticos e Aplicações(Inteligência)
Sensores e Atuadores
Recursos Energéticos Controle e Otimização
Aplicações dos Consumidores
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Telecomunicações e Tecnologia da Informação(Tecnologia Básica)
Sensores e AtuadoresMedidores Inteligentes
Medição Fasorial Sincronizada (PMU)
Intelligent Electronic DevicesChaves automáticas,
FACTS
Energéticos DistribuídosMicrogeração, Minigeração,
Geração Distribuída, Armazenamento de
Energia
Controle e Otimização das Redes
Automação da DistribuiçãoRedução de Perdas
Avaliação da SegurançaControle Coordenado da
Tensão
Eletrificação dos Transportes
Veículos Elétricos
ConsumidoresEletrodomésticos
inteligentesSistemas domésticos de gerenciamento de
energiaEficiência energética
Fonte: Quanta Technology
Aplicação das Tecnologias
Distribuição
Consumidores
WAMPAC,SCADA, PMUs, FACTS,
HVDC.
Automação de Subestações
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Geração
Automação da DistribuiçãoMicrorredes
Sistema Avançado de Medição (AMI)Gerenciamento da Demanda e Recursos Energéticos Distribuídos
Fonte: Saifur Rahman
WAMPAC: Wide Area Monitoring, Protection and Control
� Motivação
• Disponibilidade de Intelligent Electronic Devices (IED) • Unidades de Medição Fasorial Sincronizada – PMUs• Sistemas de comunicações de dados rápidos e confiáveis
� Monitoração (WAMS)
• Redes de PMUs para monitoração direta — Visualização,
Propagação de distúrbios
Prevenção de
Blackouts
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— Propagação de distúrbios— Oscilações— Estabilidade de Tensão— Variáveis não-operacionais
• Estimação de estado (PMU)
� Proteção (WAPS) e
• Sistemas especiais de proteção• Proteção adaptativa
� Controle (WACS)
• Controle coordenado de tensão• Avaliação da segurança
Dificuldades para Integração de Geração Distribuída
� Técnicas
• Inversão de fluxo• Sobretensões/subtensões• Desbalanceamento de fases• Interação com dispositivos de controle
(reguladores de tensão) e proteção• Harmônicos
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• Harmônicos• Capacidade de curto-circuito• Ilhamento não-intencional
� Econômicas
• Comercialização da energia excedente• Perda de receita da concessionária
� Regulatórias
• Restrições técnicas para milhares de “agentes”
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Microrredes
� Conceito
• É um sistema de energia limitado regionalmente, contituído por recursos energéticos distribuídos, consumidores e, opcionalmente,armazenamento
• Opera de forma autônoma, conectada ou não à concessionária• Atua como um agente único perante a concessionária, agregando os
recursos distribuídos
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� Características Buscadas
• Autonomia• Estabilidade• Compatibilidade• Flexibilidade• Escalabilidade
� Diferentes formatos e dimensões
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Microrrede em um Campus Universitário
� Agregam fontes de vários tipos para alimentar um conjunto de edifícios
� Capacidade na ordem de dezenas de MW
� Confiabilidade moderada a alta
� Em geral utilizada também como equipamento de pesquisa
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Slide 13Fonte: Siemens
Microrredes Cooperativas ou da Concessionária
� Encapsulam uma parte da rede distribuição servindo a uma comunidade
� Podem ser privadas ou de propriedade da concessionária
� Agregam fontes de maior capacidade (PCHs, fazendas eólicas, etc.)
� Interagem diretamente com sistema de supervisão da concessionária
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Slide 14Fonte: Siemens
Impacto da Smart Grid no Planejamento da Expansão
� Planejamento da Expansão considera horizontes de muito longo prazo
• Geração: 10-30 anos• Transmissão: 10-20 anos• Distribuição (AT,MT,BT): 2-5 anos
� Fatores considerados
• Previsão da demanda• Previsão da demanda
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• Previsão da demanda• Tecnologias disponíveis• Levantamentos dos recursos (inventário hidríco, atlas eólico e
solar, etc• Evolução da economia do país (PIB, e outros indicadores)• Arcabouço regulatório
� Como as tecnologias de Smart Grid afetarão os fatores considerados no planejamento da expansão?
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• Previsão da demanda
• Tecnologias disponíveis
• Arcabouço regulatório
Impacto da Smart Grid no Planejamento da Expansão
� Previsão da Demanda
• Redução/deslocamento do pico • Uso eficiente• Geração distribuída• Redução de perdas técnicas e não-técnicas
� Reserva Operativa
• Redução devido a controle mais efetivo (WAMPAC)
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• Redução devido a controle mais efetivo (WAMPAC)• Aumento devido a fontes intermitentes (solar e eólica)
� Novos Procedimentos Regulatórios
• Garantia física da mini e microgeração• Agregadores (Microrredes)
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Atividades de Smart Grid no Brasil
� Projetos Pilotos das concessionárias de Distribuição
• Buzios Cidade Inteligente (Ampla/Endesa) • Projeto Smart Grid (Light)• Cidades do Futuro (Cemig)• Projeto Parintins (Eletrobras Amazonas Energia)• Projeto Smart Grid (AES Eletropaulo)
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• InovCity (EDP Bandeirante)• Aquiraz Smart City (Coelce/Endesa)• Fazenda Rio Grande (Copel)
� Tecnologias
• Sistemas de medição centralizados (medidores inteligentes),
• Microgeração (fotovoltaica, minieólica) • Postos de carga para VE • Iluminação eficiente,
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Atividades de Smart Grid no Brasil
� Ministério das Minas e Energia
• Grupo de Trabalho (Relatório Recente)
� ANEEL
• Especificação dos medidores inteligentes• Tarifas de ponta e fora da ponta para consumidores
residenciais (Tarifa Branca)• Regulamentação da microgeração (≤100 kW) e
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• Regulamentação da microgeração (≤100 kW) e minigeração (>100 kW, ≤1 MW)
• Sistema de compensação• Regulamentação do uso de medidores inteligentes
para consumidores do grupo B (RN 502, 7/8/12)• Projeto Redes Elétrica Inteligentes liderado pela
Abradee (Relatório Final em preparação)
� CGEE/MCTI
• Levantamento dos requisitos tecnológicos para implantação da Smart Grid (Relatório em preparação)
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Atividades de Smart Grid na COPPE/UFRJ
� Pesquisa e desenvolvimento
• Simulação computacional— Simulight (Simulador de Redes de Distribuição com Geração
Distribuída)— Avaliação da confiabilidade probabilística— Indicadores de Proximidade de Instabilidade de Tensão
utilizando dados de PMUs— Estimação de Estado utilizando dados de PMUs
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• Aplicações de eletrônica de potência— Sistema de corrente contínua baseado em VSC— Aplicação do UPFC em controle de tensão— Máquina síncrona virtual
� Microrrede Experimental (Microgrid Testbed)
� Geração solar fotovoltaica
• Telhado do CT (100 kWp -1 MWp)
� Rede Inteligente do Fundão
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OBRIGADO
Djalma M. Falcã[email protected]
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COPPEUFRJPrograma de Engenharia Elétrica
Caixa Postal 6850421241-972 Rio de Janeiro RJ