aanalise fasorial

7/21/2019 aanalise fasorial

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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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i

A Deus, pela grande oportunidade da vida!


3/154

ii

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.


4/154

iii

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.


5/154

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



7/154

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


5.2 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


8/154

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


6 SISTEMAS DE MEDIO FASORIAL SINCRONIZADA Projetonacional.......................................................................................................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


9/154

SUMRIO

viii

8 CONCLUSES...........................................................................................130 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS.............................................................................133

GLOSSRIO DE TERMOS...........................................................................................141


10/154

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


11/154

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


12/154

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


13/154

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-


14/154

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.


15/154

CAPTULO 1-INTRODUO

4

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.


16/154

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.


17/154


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


18/154


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


19/154


8

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 +=


20/154


9

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


21/154


10

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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11

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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12

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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13

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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14

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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20

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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21

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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23

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-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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24

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

25

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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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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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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28

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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29

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

aanalise fasorial

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