Experience you can trust.KEMA Inc., 2006

1

Smart GridsA Evolução da Automação da Distribuição – Uma

Estratégia para a Concessionária do Futuro

VIII Seminário de Tecnologia Powerline Communications - APTEL Porto Alegre – 18 de julho de 2007

Rui ManoConsultor Principal

KEMA Inc., 2006 2

Visão da Concessionário do Futuro – Smart Grid

INTELLIGRID/Smart Grid é a visão do sistema de distribuição de eletricidade do futuro: Concessionária e consumidores obterão returno através da convergência de distribuição de energia e tecnologia da informação para atingir maior confiabilidade, menores custos de O&M, adiar ampliações (nova capacidade) e aumentar a satisfação do consumidor.

Tal evolução requer resistir à armadilha de adotar soluções fáceis e com visão de curto prazo e uma mentalidade de “silo” – sem levar em conta as necessidades das demais partes da rede de distribuição e das operações da concessionária.

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Smart Grid / Utility of The Future

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Smart Grid / Utility of The Future

KEMA Inc., 2006 3

Values

EnablesOpportunities

Oportunidades e Facilitadores

AMI – Medição Avançada Demand Side Management Gestão de Interrupções de Energia Automação da Distribuição Gestão de Ativos Serviços ao Consumidor de Valor

Adicionado

Confiabilidade Eficiência Operacional Satisfação do Cliente Meio ambiente Valores do Acionista

Sensores Infraestrutura de Comunicações Integração de Informações da Empresa Suporte Regulatório Cultura Corporativa: Abordagem

Holística

KEMA Inc., 2006 4

Maior valor obtido através de informação a nível da corporação e integração de processos

UsinasUsinas

Rede & Dispositivos em Residências

Rede & Dispositivos em Residências

Advanced Metering Infrastructure

Advanced Metering Infrastructure

Gerenciamento da Distribuição

MWMMWMOMSOMSGISGIS

Planejamento e Engenharia T&DGestão de

AtivosGestão de

AtivosGestão da

ManutençãoGestão da

ManutençãoPlanejamentode Sistemas

Planejamentode Sistemas

Infraestrutura de Comunicações

Automação deDistr./Alimentadores

Automação deDistr./Alimentadores

ProgramaçãoProgramação Comercializ.Comercializ.FechamentosFechamentos DSMDSM

Operações Suprimento & Mercado

Operações T&D

SCADASCADAEMSEMSOperationsPlanning

OperationsPlanning DMSDMS

Serviços aos Clientes

MDMSMDMS CISCIS BillingBillingCall CenterCall Center

Integração da

Informação na

Empresa

Automação de Subestações

Automação de Subestações

Operações Gerais

ControlesControlesEmissõesEmissõesManutençãoManutenção Comb.Comb.

KEMA Inc., 2006 5

Messages / Events

SharedData Store

App lication 1Data Store

InformationSource (s)

A pplicat ion N Data Store

Appl ication 2Data Sto re

InformationSource (s)

Application 2 Data Store

InformationSource(s)

Amostras de Templates da KEMA

Mapas de Processos de Negócios

Arquitetura de Referência

Fluxos de Dados e Interfaces

Requisitos Funcionais & Técnicos Modelos Custo-Benefício / Matriz de

Oportunidades

Métodos e Algoritmos Documentos para Aquisição de Tecnologia

(RFI/RFP)

Matriz de Capacidades de Fornecedores

KEMA Inc., 2006 6

Aplicações usando AMI oferecem benefícios significativos

Gestão de Interrupções de Energia

• Detecção e Gestão de Interrupções

• Localização e Restauração de Interrupções

• Gestão das Equipes de Trabalho / Equipes Móveis

Sistema de Distribuição

Serviços aos Clientes• AMR (Leitura automatizada)• Aperfeiçoamento da Receita

• Controle Direto da Carga

• Resposta a Demanda

• Conexão/Desconexão Remotos

• Geração Distribuída

Operações de Sistema

• Planejamento & Projeções• Despacho Econômico• Comutação & Controle

Serviços ao Cliente

• Gestão de Ativos - Monitoração da Saúde dos Equipamentos - Inspeção / Manutenção baseadas na Condição• Automação da Distribuição e dos Alimentadores• Gerenciamento da Tensão/Reativos• Gerenciamento da Qualidade da Energia• Câmeras de Supervisão

On-site DG

Infra-estrutura de Comunicações

Integração da

Informação

KEMA Inc., 2006 7

AMI está se tornando uma integração de dispositivos e redes interconecta-

dos, funcionando em harmonia, provendo valor a todos os agentes.

Gateway Local

• Iluminação• Termostatos • Controle de Carga• Sistemas DG • Gateway da Casa• PC

Home Area Network (HAN)`Medidores Avançados

Acesso Comun. (LAN)

Infraestructura Back Office

Field Collectors/ Aggregators

Conectividade AMI

Comunicação Back Haul (WAN)

Chaves para o Sucesso• Interoperabilidade dos protocolos de comunicações e

Medidores• Múltiplas opções integradas para transmitir dados ao backbone

WAN• Sistema completo de gestão de dados de medição e integração

com sistemas corporativos• Recursos de Segurança - autenticação, criptografia e

privacidade dos dados• Capacidade de LAN para acomodar crescimento da HAN

Opções incluem: Z-Wave, ZigBee, Bluetooth, HomePlug, WiFi

Opções incluem: WiFi, WiMAX, Ethernet,

PLC, BPL

Opções incluem: Powerline, Wireless, Fibra, Cabo,

Celular, Satélite

NósLargura de Banda

Wireless ou

Wired

KEMA Inc., 2006 9

MeterMeter Data CollectionMDMS

OMS

SCADA

WMSMWF

Customer Info.

GIS

CIS

OutageNotification

CustomerWeb/e-MailInterface

OutageNotification

Field Crew

Customer

Exemplo Smart Grid: Processo de gestão de falhas de suprimento de energia através de integração com dados AMI

• Reduzir DEC e ampliar a Satisfação do Cliente

Localização da Falha / Determinação da extensão

Notificação do Cliente e da Equipe de Trabalho

Restauração

Notificação do Cliente

Detecção e Verificação da Falha - Último sinal antes da falha, Verificação automatizada

KEMA Inc., 2006 10

FeederBreaker

CapacitorController

RegulatorController End-of-Line Voltage

FeederBreaker

CapacitorController

RegulatorController End-of-Line Voltage

Exemplo: Automação de Alimentadores possibilitada por AMI

Comunicações AMI/BPL

Controle Integrado Tensão e Reativos

Powe

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Flexibilidade Operacional/ Problemas de Carregamento de Endereço

Redução de Perdas Elétricas Redução de Demanda durante

condições de carga de pico

KEMA Inc., 2006 11

Exemplo Smart Grid: Automação de Subestações - Maior parte dos Custos, mas uma pequena parte dos Benefícios !

>90% das concessionárias estão implantando IEDs em Subestações Extraindo apenas 15% dos benefícios 85% dos benefícios ainda não estão sendo obtidos

– Monitoração da Condição, melhora do desempenho, etc.– Indicadores-chave que norteiam as decisões feitas a cada dia

Poucos têm implantado Arquitetura a nível de Empresa (enterprise level architecture) e infra-estrutura de TI– Subestações, Comunicações, Data Mart..

SCADASCADASCADA

Data WarehouseSCADA

Data Warehouse

Despachantes

Serviços aos Clientes

Rede Segura SE

Data Mart Subestação Data Mart Subestação

SubestaçãoAEG P120

EngenhariaPlanejamento Manutenção

GISPlanejamento

Local AreaNetwork

KEMA Inc., 2006 12

Exemplo Smart Grid: Dados IEC Não-Operacionais ajudam em Gestão de Ativos & Manutenção Baseada na Condição

Melhoram eficiência O&M Estendem vida dos equipamentos Reduzem número de falhas

“catastróficas Aperfeiçoam processos de

manutenção

MODELO PROBABILÍSTICO DE DESEMPENHO E FALHAS DE

EQUIPAMENTO

GESTÃO DE ATIVOS

Histórico - Uso & Meio ambiente

Dados Atualizados de Fabricantes e Indústria

Histórico - Manutenção

Função de Distribuição de Probabilidade de Falha e

Desempenho de Equipamento

Observações Contínuas da Condição

Sistemas de Alarme Sistemas de Alarme & Programação& Programação

Observações de Condição Programadas e provocadas

por Eventos

KEMA Inc., 2006 13

Camadas de tecnologia & integração de processos:Necessidade de uma Estratégia a Nível Empresarial

Funções de Negócio & Processos coordenados através da Empresa

Arquitetura de Sistemas Integrada

Gerenciamento de Dados e Integridade de Dados

Gestão de Acesso aos Dados, Controles e Segurança

Normas e Governança de TI Infraestrutura Compartilhada Service Level Agreements Abordagem “Holística” da

Tecnologia Consumidores

Instrumentação de Campo e Controles

Comunicação de Dados

Sistemas Integrados de Informações

Funções de Negócio

KEMA Inc., 2006 14

Visão Smart GridCOMMUNICATIONS USER LEVELS

USER FUNCTIONS DATA MART

KEMA Inc., 2006 15

Necessidade de uma visão de ponta-a-ponta das “Camadas de Segurança” Questões-chaves para gerentes de programas AMI devem incluir:

– Quais são e onde estão as vulnerabilidades?

– Qual é a exposição potencial ao risco?

– O que deve ser feito para proteger contra esses riscos?

Rede Residencial

Medidores & Gateways

Comunicações de Acesso

AMI Config &Maintenance

Sistema Gestão AMI

Sistema Gestão AMI

PGRede Residencial Cliente

ComunLocal

Agregação VizinhançaAgregação VizinhançaSistema Gestão

Dados MediçãoSistema GestãoDados Medição

Monitoração,DA, AM

Utility Wide

Comm.

Bi-directionalR/T Access

Acesso

Web

Comunicações Back Haul

Sistemas de Back-Office

& Operacionais

Acesso Externo aos Dados

Terceiros

Clientes

Turmas

Equipamentos Distribuição

DG

Equipamentos T&D

Operações Sistema, Gerenciamento de Energia &

DSM

MonitoraçãoSA, DA, AM

Áreas de maior vulnerabilidade

KEMA Inc., 2006 16

Integração com a infra-estrutura computacional da concessionária

SCADA FESCADA FE

SCADASCADA

EMSEMS DMSDMS OMSOMS

MDM/SMDM/S

BillingBillingCall CenterCall Center

IEDIED

SensoresSensores

ControlesControles

Concentrador DadosUTR

Substation

SensoresSensores

Controles

Acesso Comunicações

MeterMeterMeterMeterMeterMeter

MeterMeterMeterMeterMeterMeter

MeterMeterMeter

Concentrador Dados

AMAM

Fibra ou outro Back HaulDNP3.0 ou outro Protocolo SCADA

Protocolos Baseados em IP

Ativos Distribuição

KEMA Inc., 2006 17

OMSOMS

DEVICE CONDITION, HISTORY, TEMP

DEVICE CONDITION, HISTORY, TEMP

INTERVAL METER READINGS

GATE STATION READINGS, REGULATOR

READINGS, METER READINGS

FAULT LOCATION, FAULT MAGNITUDE

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TEMP

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DISTRIBUTION SWITCH LOGS

DEVICE LOCKOUTS,

MOMENTARIES, CONDITIONS,

FAULT LOCATIONS

PROFILING METER USAGE

DEVICE OPERATING HISTORY, L

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RECLOSING OPERATIO

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DEVICE OUTAGE CODES, OUTAGE, DEVICE IDS, CLEARING DEVICES

PROFILING METER USAGE

INSIDE FENCE HISTORICAL ASSET COSTS

RELIABILITY RELIABILITY

LOAD F/CASTING

LOAD F/CASTING

TRANSFORMERLOADING

TRANSFORMERLOADING

OMSOMS

GAS EMSGAS EMS

EMS / SCADAEMS /

SCADA

FISTFISTFEEDER

ANALYSISFEEDER

ANALYSIS

EMS HISTORIAN

EMS HISTORIAN

TRANSGIS

TRANSGIS

TRANS. PLANNING

TRANS. PLANNING

METER REPOS/YMETER

REPOS/Y

ASPENASPEN

OUTAGESOUTAGES

NON-OP DATA COLL

NON-OP DATA COLL

SUB MAINTSUB MAINT

DPS (CYME)DPS (CYME)

DIST GISDIST GIS RAM (CYME)RAM (CYME)

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METER DATA

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DEVICE SETTINGS

LOSS OF LIFE RATING

LOSS OF LIFE RATING

EQUIPMENT RATINGS

NET GRID MANAGERNET GRID MANAGER

LINE CONDITION, HISTORY, TEMP, CONFIGURATIONS,

DEVICE CONDITION, HISTORY, TEMP

TELEMETRICTELEMETRIC

NON EMS: LINE RECLOSER

OPERATIONS, STATION READINGS

DEVICE OPERATIONS, TRANSMISSION FAULT LOCATIONS

PEAK USAGE

LIGHTNINGLIGHTNING

LIGHTNING STRIKE LOCATIO

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ESTAMP, INTENSITY

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CAPECAPE

Diagrama Potencial de Escopo de Integração

KEMA Inc., 2006 18

Amostra de Processos de Negócio – Integração Tradicional

TEA

Substations

CT Plant

BPA

Major Accounts

Field Equipment

Meters

SCADA

Power Resource Mgmt

OperationsHistorian

Engineering,& PlanningAnalysis.

Mobile Fleet

Projects

AssetMgmt

Field Crew

Inventory

WMSTrouble

Call

GIS

OMS CIS

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IVR

EmergencyPersonnel

VehicleTracking

ProjectionScreen

Dispatch Board

MobileWorkforce

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Customer

GENERALLEDGER

PURCHASING

ACCOUNTSPAYABLE

Doc Mgmt

Vendors

Vendor InfoDatabase

Forecast MaterialAsset

Tracking

Payroll

T&L

Banks

Benefit Providers

State ofWashington

Web Server

Employee

OSHA

ContractorsTrainingTracking

SafetyTracking

HRMS

Communications Infrastructure

DistributionAutomation

Major Information Technology Components of Benton PUD“To Be” View

Billing

KEMA Inc., 2006 19

Ops Data Store

Documentmanagement

Data Integration

SCADA

OperationsHistorian

Dispatch Board

DistributionAutomation

Substations CT PlantBPAField

EquipmentMobile Fleet

WMSTrouble

CallGIS

OMS

VehicleTracking

MobileWorkforce

comm

Dist. Mgmt DS

Field CrewEmergencyPersonnel

CIS

AMIMDMS

Call CenterIVR

Web Server

Billing

CS Data Store

Meters Customer

Projects

Inventory

GL

Purchas-ing

AP

Vendor InfoDatabase

Forecast MaterialAsset

Tracking

Finance DS

VendorsBanks

Payroll

T&L

TrainingTracking

SafetyTracking

HRMS

HR Data Store

Benefit Providers

State ofWashington EmployeeOSHA

DataMgmt

Master

Communications Infrastructure

RiskMgmt

TEA

Forecasting&

Scheduling

DSM

Engineering,& PlanningAnalysis.

AssetMgmt

ContractMgmt

PRM Data Store

Contractors

PRMOps Planning &

EngineeringDist. Mgmt

Customer Services

FinanceHR

Major Information Technology Components of Benton PUDEnterprise Data Integration View

Processos Mapeados para Integração de Dados

KEMA Inc., 2006 20

Alguns Projeto Recentes da KEMA relacionados a “Smart Grid”

• AMI (Advanced Meter Infrastructure)

• Gestão de Dados de Medidores

• Automação de Alimentadores / Automação da Distribuição

• Automação de Subestações• Sistema de Gestão de

Interrupções (OMS)• Gestão de Ativos• SCADA• Integração Corporativa• Tecnologia da Informação• Telecomunicações

Clientes KEMA Aplicações

KEMA Inc., 2006 21

Smart Grid Road Map

VisãoVisão

Avaliação de Capacidade &Oportunidade

Avaliação de Capacidade &Oportunidade

Estratégias de Implementação, Integração,

Migração & Gestão da Mudança

Estratégias de Implementação, Integração,

Migração & Gestão da Mudança

Implementação& Gestão da Mudança

Implementação& Gestão da Mudança

Especificação de Requisitos

Especificação de Requisitos

Aquisição da Tecnologia

Aquisição da Tecnologia

• Sistemas Legados•Processos de Negócios• Recursos

• Arquitetura de Integração Tecnológica• Interfaces de Dados e Serviços• Confiabilidade, Segurança, Desempenho• Pontos de contato de Integração• Considerações Operacionais & de Migração• Propriedade e Responsabilidades • Práticas Padrões & de Negócio

• Requisitos Funcionais• Requisitos Técnicos• Especificações de Implementação de Sistemas• Planejamento da Implementação• Mudanças de Processos

• Avaliação de Capacidade de Fornecedores (RFI)• Estratégia de Aquisição• Papéis & Divisão de Responsabilidades• Processo RFP

KEMA Inc., 2006 22

Benefícios do Projeto – Estudo de CasoFinanceiro

Confiabilidade

Redução de potência reativa = Redução emissões

Redução emissões = melhora da qualidade do ar

Meio-ambiente

Redução de fluxo de potência reativo Melhora da eficiência de O&M Reengenharia de processos de trabalho

Manter integridade do controle do sistema de potência Reduzir Índice Médio de Duração de Interrupções (DEC)

em 10 minutos em circuitos monitorados Melhorar a manutenção de componentes chaves do

sistema de potência

KEMA Inc., 2006 23

Análise Custo-Benefício

Benefícios podem ser Caracterizados nas seguintes Categorias:– Aumento da Produtividade dos Trabalhadores

Custos de trabalho reduzidos devido a Automação

– Aumento de Confiabilidade e Qualidade de Serviço Redução da Duração e Freqüência de Falhas (DEC/FEC) Aumento da Qualidade da Energia

– Aumento da Eficiência do Sistema Redução das Perdas Técnicas Menor custo do suprimento Melhora do Processo de Engenharia e Planejamento

– Redução/Postergação/Eliminação de Custos de Capital Melhor gestão de ativos Evitar aumentos de Capacidade

– Outros

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Incremental Benefits

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Incremental Benefits

KEMA Inc., 2006 24

Objetivo InicialUnid. Negócio

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Silo

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Diferencial do Projeto

Custo Adicional

Benefício para toda a Empresa

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Benefícios Diretos em toda a Corporação

Projetos com melhor retorno de capital podem ser conseguidos quando se consideram os benefícios para toda a Empresa

Benefícios incrementais superam os custos incrementais

KEMA Inc., 2006 25

Predições para um Amanhã não tão Distante

Soluções holísticas vão emergir via esforços colaborativos através de diferentes unidades funcionais das concessionárias– Redução de “fronteiras” do negócio

– Muitos processos disjuntos serão integrados e automatizados Equipamentos T&D terão módulos de comunicações e monitoração

embutidos– Dispositivos inteligentes serão prolíficos, econômicos e amplamente usados

– Automação residencial e gestão do lado da demanda serão o padrão

Conectividade da rede será universalmente disponível, a baixo custo, com alta confiabilidade e segurança/integridade– Infra-estrutura de comunicações em tempo real fornecerá informações e

controle no tempo adequado a concessionárias e consumidores

KEMA Inc., 2006 26

Predição de TecnologiaAvanços em sensores, controles, comunicações e aplicações já têm sido, e serão cada vez mais significativos O intercâmbio de informação entre todos os sistemas da operação,

planejamento, engenharia, e clientes será sem emendas Muitos processos que hoje são disjuntos serão integrados e

automatizados Federação de dados proverá uma plataforma de negócio comum Novos equipamentos T&D terão módulos de comunicações e

monitoração incorporados Dispositivos Inteligentes, tais como IEDs, PMUs, medidores digitais,

automação da distribuição - proliferarão e serão ampla e economicamente usados

RFID de baixo custo serão incluídos facilitando a cadeia de suprimento e gestão de ativos.

Infra-estruturas de comunicações em tempo real fornecerão informações e controles em tempo adequado para as Concessionárias e os consumidores

Redes residenciais se tornarão a norma e não a exceção

É necessário desenvolver uma Estratégia de Integração TecnológicaÉ necessário desenvolver uma Estratégia de Integração Tecnológica

Experience you can trust.KEMA Inc., 2006

27

Agradecemos pela atenção!Agradecemos pela atenção!KEMA BrasilKEMA Brasil

Av. Rio Branco, 115 conj.1003 - CEP 20040-004Av. Rio Branco, 115 conj.1003 - CEP 20040-004Rio de Janeiro - RJRio de Janeiro - RJTel: 21-2232 4500Tel: 21-2232 4500

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