AUTOMAO DE SISTEMAS ELTRICOS DE POTNCIA

1 Introduo/recordaoSistemas de Potncia

Distribuio Nvel Hierrquico 3 (NH1)

Transmisso Nvel Hierrquico 2 (NH2)

GeraoNvel Hierrquico 1 (NH3)

Os sistemas de potncia so divididos em trs zonas funcionais para fins de planejamento, operao e anlise: gerao, transmisso e distribuio,. Estas

zonas podem ser combinadas em nveis hierrquicos (BILLINGTON; ALLAN, 1984).

Consumidores ComerciaisConsumidores ComerciaisConsumidores ComerciaisConsumidores Comerciais

Consumidores ResidenciaisConsumidores ResidenciaisConsumidores ResidenciaisConsumidores Residenciais

Consumidores IndustriaisConsumidores IndustriaisConsumidores IndustriaisConsumidores Industriais

Ilustrativa da diviso funcional dos sistemas de potncia (Machado 2013)

Capacidade instalada no Brasil, em 2013 = 123894,49 Megawatts (MW)2846 usinas hidreltricas, termeltricas, elicas, nucleares, pequenas centrais

hidreltricas e centrais geradoras hidreltricas. Agncia Nacional de Energia Eltrica (ANEEL,2013)

Empreendimentos em Operao

Tipo Quantidade Potncia Instalada (kW)

Biomassa,Mar motriz e outras fontes418 253.413

Usinas Elicas 94 2.074.541

Pequenas Centrais Hidreltricas 457 4.441.746

Usina Fotovoltaica 14 7.617

Usinas Hidreltricas 190 80.105.581

Usinas Termeltricas 1671 35.004.595

Usinas Nucleares 2 2.007.000

Total 2.846 123.894.493

Mapa da localizao das Usinas Hidreltricas Brasileiras (ANEEL,2008)

2Representao Esquemtica de

Sistemas de Potncia Os smbolos para representao dos

componentes eltricos so:

Representao Esquemtica de Sistemas de Potncia

Representao Esquemtica de Sistemas de Potncia

Caractersticas dos Sistemas Eltricos de Potncia

Normalmente so trifsicos; Apresentam um grande nmero de componentes; Possuem transformadores que particionam o sistema em

sees de diferentes nveis de tenso.

Representao do Sistema Eltrico Os sistemas eltricos podem ser representados graficamente

atravs de: Diagramas Unifilares Diagramas Multifilares Diagrama Equivalente por Fase

Diagrama Unifilar Representa os principais componentes por smbolos e suas

interconexes com a mxima simplificao e omisso do condutor neutro.

Representa apenas uma fase do sistema. Representam sistemas monofsicos ou trifsicos.

Proteo cada elemento de um sistema eltrico

deve ser protegido atravs de um sistema de proteo.

Diagrama Multifilar Os diagramas multifilares podem ser bifsicos ou

trifsicos. As Figuras a seguir ilustram um diagrama trifilar,

representando um circuito de sada de linha e uma linha de transmisso interligando subestaes, respectivamente.

Diagrama Multifilar

Sada de um circuito de uma subestao de sub-trasmisso.

Diagrama Multifilar

Diagrama trifilar de uma LT interligando subestaescom proteo sobrecorrente direcional funo 67.

Diagrama Equivalente Por Fase Representa as grandezas normalizadas. Simplifica a anlise numrica. Elimina o efeito particionador dos transformadores. Usado para mostrar os dados de impedncia de

geradores, linhas, transformadores, capacitores, cabos, etc.

Diagrama unifilar de sistema eltrico de potncia.

Diagrama de Impedncias As impedncias so usadas para clculos de queda-

de-tenso, curtocircuito, carregamento de circuitos, etc.

3SISTEMAS DIGITAIS PARA AUTOMAO

ELTRICAOs sistemas digitais so utilizados para a automao da gerao, transmisso e distribuio de energia eltrica. Empregados para: superviso, comando, controle e proteo Classificao quanto a processos:a - Sistemas de superviso do sistema de potncia.b - Sistema de automao de subestaes.c - Sistema de automao de usinas.d - Sistema de automao da distribuio.

SISTEMAS DE SUPERVISO E CONTROLE DO SISTEMA DE POTNCIA tambm denominado Sistema de Superviso e Controle (SSC), ou Despacho de Carga, ou Sistema de Gerenciamento da Energia (EMS: Energy Management System), prov os meios para coordenao da operao e da manuteno do sistema eltrico de uma forma global.

O SSC composto por vrios nveis hierrquicos de ao. a - UAC- Unidade de Aquisio de Dados e Controle.

b - COR- Centro de Operao Regionalc - COS- Centro de Operao do Sistema

SSC - Sistema de superviso e controle: nveis hierrquicos (Jardini)

As UACs so instaladas nas usinas geradoras e nas subestaes. Fazem a aquisio de dados do processo e o comando de manobra de equipamentos. Neste nvel encontram-se a interface com o processo. As funes so:

a - Entrada de Dados de Variveis Analgicas:aquisio de valores de tenso, corrente, temperaturas, nveis de reservatrio, dentre outros.

b - Entrada de Dados de Variveis Digitais: aquisio de informao sobre o estado ou posio de disjuntores (aberto ou fechado), de chaves, ou de equipamento ligado ou desligado.

c - Sadas Digitais: mudana de posio de contato aberto/fechado permitindo assim o telecomando de equipamentos e dispositivos (chaves, disjuntores etc.)

d - Sadas Analgicas: fornecimento de valores contnuos para ajuste da referncia (set point) de componentes eletrnicos dedicados de controle, como os reguladores de tenso e de velocidade de geradores, e sinais para medidores analgicos tipo ampermetros.

UAC UACUAC

COR

Canal de comunicao tpico por microonda

Dados relevantes para um SSC: estado dos disjuntores das linhas, geradores e transformadores, as potncias ativas e reativas em cada elemento, e a tenso nos vrios trechos de barra.

Dados sem interesse aoSSC, como por exemplo, o estado dos disjuntores do servio auxiliar da estao.

COS

Canal de comunicao tpico por microonda

COR

O COR tem a funo COR a funo SCADA (Supervisory Control andData Acquisition). interface homem-mquina (IHM) adequada ao

operador da rede regional.a - Operao e o atendimento das subestaes e usinas de uma regio da rea global. b - Sinais de telecomando dos disjuntores, os sinais para partir e conectar um dado gerador na usina, e chegam todos os dados coletados nas UAC.

COS

No COS est localizado um sistema digital para as funes denominadas de "alto nvel:a - Previso de carga ligada, em base horria.b - Programao hidro energtica, previso de cheias e vazes efluentes nosreservatrios.

c - Fluxo de potncia.d - Estimador de estado.e - Anlise de contingncia (anlise de segurana).f - Otimizao da gerao e transmisso.h - Controle automtico de gerao (CAG), ou o controle de carga e freqncia.i - Coordenao da manuteno, etc.

No COS podem tambm terem ligao direta com as UACs correspondentes malha principal do sistema.Portanto, nele pode estar tambm includa a funoSCADA. Tanto no COR como no COS encontram-se facilidades para gerao de relatrios gerenciais e tcnicos. Nos SSCs onde esto incorporados outros nveis de ao tais como:a - COU: Centro de Operao de um conjunto de Usinas.b - CAU: Centro de Atendimento de um conjunto de Usinas.c - OS: Centro de Operao de um conjunto de Subestaes.d - CAS: Centro de Atendimento de um conjunto de Subestaes.f - COD: Centro de Operao da Distribuio.

Alguns SSC em operao no Brasil: a - ELETROBRS (COS em Braslia)b - FURNAS (COS no Rio)c - ELETRONORTE (COS em Braslia)d - ELETROSUL, (COS em Florianpolis) f - CESP (COS em Bom Jardim)g - CPFL (COS em Campinas)

Sistema de potncia e SSC (Jardini)

SSC com outras funes hierrquicas (Jardini)

Obs. Os SSC citados trocam informaes entre si, visto que todos os sistemas de transmisso so interligados e portanto, interdependentes.

SISTEMA DE AUTOMAO DE SUBESTAESDois nveis hierrquicos: a - o nvel interface com o processo e aquisio de dados:unidades de aquisio de dados (UAC) e os outros equipamentos dedicados como os reles de proteo (digital ou no), os equipamentos de oscilografia, as unidades para intertravamento, e os controladores e equipamentos tipo compensador esttico por exemplo.

b - nvel de comando e superviso tambm denominado Sistema Central. Principais Funes: Sinalizao ou monitorao de estado (status) de equipamentos, medio, protees (de linha, de transformador, de barra, de reator, por perda de sincronismo, etc.), monitorao das protees, religamento automtico, estimativa de localizao de falta na linha, telecomando, proteo por falha de disjuntor, controle de equipamentos de chaveamento,(intertravamento), seqncia automtica de chaveamentos, monitorao de sobrecarga em transformadores, controle local de tenso e fluxo de reativo, corte seletivo de cargas (load shedding), sincronizao, alarmes, indicao e registro de seqncia de eventos,oscilografia, interface homem-mquina, impresso de relatrios, interface com COR/COS e outros sistemas, autodiagnose etc.

Sistema genrico tpico de automao de subestao (Jardini) normalmente composto por vrios microcomputadores ou estaes de trabalho (workstation) ligados em rede de rea local (LAN : Local Area Network). Os equipamentos digitais do nvel de interface com o processo, se ligam ao Sistema Central diretamente na rede local ou atravs de processadores de comunicao encarregados de receber as informaes e transmiti-las para a rede.

Configurao do sistema central (Jardini)

Blocos da UAC (Jardini)Em uma UAC ainda existem dois blocos: fonte e borneira

Entradas Digitais: So cartes ligadas as entradas digitais (contatos) passando por acopladores pticos e protees (varistores). Um carto pode acomodar desde 4 at 48 entradas digitais. Sadas Digitais: cada qual possuem tambm um endereo na UAC. Nas figuras so mostradas as ligaes esquemticas de entradas, feita por via direta ou via rele auxiliar e de sadas

Telecomandos (Jardini)

SISTEMAS DE AUTOMAO DE USINAS

Sistema de automao de usinas (Jardini)

Principais funes: Medies, comando, controle e proteo, Alarmes, Seqncia de eventos, Superviso de estado de equipamentos, Partida, parada, sincronizao de grupos geradores, Superviso, controle, proteo da subestao elevadora, Despacho da usina, consistindo do controle conjunto ou individual, de potncia ativa, de tenso/reativos, Proteo dos geradores, Operao automtica dos vertedouros, etc.

Ilustrao de UHE de desvio (Voith Hydro, 2008) (Machado 2013)

Ilustrao de UHE de represamento (Norte Energia,2011) (Machado 2013)

Fator de capacidade

de uma UHE

Curva de Carga diria do Sistema SE/CO em MW (adaptado de ONS, 2011)(Machado 2013)

Dois conceitos de sistemas eltricos de potncia: as curvas de carga e de produo o despacho (REIS,2003).

Valor de Demanda Mdia, cuja integrao no tempo fornece a energia consumida

Valor de Demanda Mxima, que o maior valor instantneo da carga no perodo considerado.

A demanda mdia est relacionada capacidade do parque gerador alimentar, continuamente, a carga suprida, influenciando, ento, a energia firme

SISTEMA DE AUTOMAO OU INFORMATIZAO DA DISTRIBUIO

Automao da distribuio (Jardini)

REFERNCIAS:Jardini J. A. Sistemas Eltricos de Potencia Automao.Reis,L.B. Gerao de Energia Eltrica:tecnologia,insero ambiental,planejamento,operao e anlise de viabilidade. Barueri, So Paulo,3edio, Editora Manole,2003.

Machado, A. N.,Metodologia de avaliao da confiabilidade de plantas de gerao de energia Tese Doutorado EPUSP 2013.

ONS Operador Nacional do Sistema Eltrico, Planejamento da Operao Eltrica de Mdio Prazo 2009-2010, 2011.Apostilas PEA (GEPEA).