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DIgSILENT PowerFactory - Análise de Confiabilidade 1

Racionalizando Investimentos com Melhoria dos

Índices de Confiabilidade da Rede

Um enfoque estatístico através de uma metodologia inovadora

e da alocação ótima de investimentos

Eng. Alexandre Vasconcellos

Tel.: (011) 3256-6999

Fax: (011) 3120-3754

E-mail: [email protected]

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Definição do Problema

Redes de transmissão e distribuição estão sujeitas a falhas

Falhas representam custos

reparos, lucros cessantes e PENALIDADES

O seu tratamento estatístico permite a avaliação quantitativa

dos seus impactos

no. de falhas, duração, custos do não-suprimento, etc.

Aumentar a confiabilidade implica em investimento

Qual é a meta de confiabilidade?

Qual o custo do não-atendimento ?

Onde e quanto investir para atingir metas ?

Qual é a melhor alternativa de investimento?

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Metas e Custos de Confiabilidade

Critérios tradicionais pré-regulamentação do setor

Metas com base em DEC e FEC (índices de sistema anuais)

Custo de confiabilidade = custo da Energia Não Suprida

Mudança de paradigma com a res. ANEEL 024/2000

Metas com base em DIC e FIC (índices individuais anuais)

Custo de confiabilidade = custo da Energia Não Suprida

Aperto adicional com a res. ANEEL 075/2003

Metas adicionais com base em DMIC (índice máximo

mensal)

a partir de jan 2004 Atualização anual de metas com

tendência progressiva

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Alocação Ótima de Investimentos

A melhor decisão não é aquela que simplesmente minimiza os

índices de falha do sistema, mas sim aquela que o faz nos pontos

críticos da rede e que maximiza os índices de confiabilidade com o

mínimo de investimento

Os estudos de confiabilidade são análises de engenharia baseadas

em procedimentos estatísticos que tornam possível tomar estas

decisões de maneira clara, objetiva e justificável do ponto de vista

do empreendedor.

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Benefícios da Análise de Confiabilidade

Permite quantificar o impacto financeiro das diversas ações e

melhorias possíveis de serem feitas, dando maior objetividade ao

processo de tomada de decisão

Ganho de qualidade e competitividade, uma vez que se melhora a

confiabilidade do sistema e ao mesmo tempo a alocação dos

recursos disponíveis (humanos, materiais e financeiros) é

otimizada

Estabelece uma linguagem comum e um maior intercâmbio entre

os diversos agentes envolvidos (Staffs de Processo, de Utilidades

e Gerências Executivas)

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Fatores Importantes

Cautela com análises tradicionais (DEC, FEC, DIC, FIC)

variáveis aleatórias com variância relativamente alta

Analisar custos “médios” carece de sentido prático

Uma análise de custo-benefício depende de um método capaz

de determinar precisamente o custo do não-suprimento como

uma função probabilística das interrupções do fornecimento.

Considerar a influência da Manutenção e Vida Útil

Definir a correlação entre o sistema elétrico e as cargas

críticas de processo

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Modelagem - O programa PowerFactory

A importância do Levantamento de Dados

Topologia e Fluxo de Carga

Subestações, linhas, transformadores

Proteções, Religadores, Chaves de Transferência

Modelos de cargas (estocásticos e determinísticos)

Custos de Interrupção

Modelo estocástico de geradores

Disponibilidades em função de paradas

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Modelos Estocásticos no PowerFactory

O modelo de Weibull-Markov

Modelos de falhas mais realistas

Totalmente compatível com o modelo Markov Homogêneo

TÃO RÁPIDO QUANTO MARKOV HOMOGÊNEO; TÃO PRECISO QUANTO MONTECARLO

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Modelos de Carga

Modelo estocástico de

Weibull-Markov

(Probabilidades de demanda)

Modelo determinístico de

Curvas de carga com escala

de tempo configurável

(diária, semanal, anual, etc.)

Previsão de crescimento de

carga

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Custos de Interrupção

Custos fixos por interrupção

perda de produto, matéria

prima, outros danos materias

Custos variáveis com o tempo

de interrupção

lucro cessante

penalidades adicionais

$/kWh, $/kW, $/h

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Metodologia

Confiabilidade da geração

Hidrologia, riscos de déficit, atendimento à demanda

Método de Monte Carlo (simulações numéricas)

Confiabilidade de redes

Transmissão e Distribuição, geração distribuída

Método analítico com base no modelo Weibull-Markov

Enumeração de estados por método topológico rápido

Análise do efeito de falhas (FEA)

– eliminação da falta pela proteção;

– isolamento do(s) equipamento(s) defeituoso(s);

– restabelecimento através de transferência e socorro

– alívio de sobrecarga quando aplicável

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2

Características especiais

Falhas de modo comum

Programação de tempos de socorro independentes por chave

Análise de efeito de falhas (FEA) realista incluindo o cálculo do

fluxo de carga AC em todas as condições pós-falta e pós

restabelecimento

Alívio de sobrecarga:

por transferência de carga

por corte de carga (prioridades de cargas selecionáveis)

corte ótimo

corte por estágios

Apresentação tabular e gráfica dos resultados

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Apresentação de Resultados

Índices equivalentes de

sistema

Índices individuais

por ponto de carga

Custos anuais de

interrupção

estimados

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Aplicações do Cálculo de Confiabilidade

Eliminação de gargalos e planejamento da expansão

Análise de alternativas de configuração de operação

Manuteção centrada em confiabilidade (RCM)

Análise de custos de seguro e de penalidades

Marketing de fidelização e atração de novos clientes

Estudos especiais

Cálculo do benefício da geração própria/distribuída

Cálculo do benefício de FACTS/FACDS

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Confiabilidade de Cargas Críticas

A função primordial do sistema elétrico é fornecer energia dentro

de critérios estabelecidos de qualidade, confiabilidade e

segurança para os usuários finais

Cargas críticas são os principais elementos de processos vitais

cuja confiabilidade do fornecimento de energia é determinante

para a sua continuidade operacional

Neste caso o estudo de confiabilidade da rede elétrica por si só

não tem grande significado: É necessária a análise detalhada das

interconexões destes processos com o sistema elétrico e das

interdependências internas entre os processos

A ferramenta de cálculo utilizada deve possuir flexibilidade para

serem configurados elementos adicionais interligados com a rede

elétrica modelada e interligados entre si

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Exemplo - Central Termelétrica

Line(1)

G~

sym FTGER3

G~

sym TG2

G~

sym TG1

lne 042

lne 043

lne 0

45

lne 0

46

lne 0

94

lne 0

49

lne 0

50

lne 0

39

lne 0

38

lne 0

85

lne 0

83

lne 1

00

lne 1

01

lne 001

tr2 4

6

tr2 5

1 0

1-B

tr2 5

2 0

1-A

AL-5

.1

AL-9

.1

FALIG3

FPTFG3

FTGER3

FCOP-BFCOP-A

TG2TG1FCOPSEC-BFCOPSEC-A

45-PN-01-C

45-PN-01-E45-PN-01-D45-PN-01-B45-PN-01-A

SE93

145PN01B145PN01A

DIgSI

LEN

T

SISTEMA ELÉTRICO SIMPLIFICADO

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7


EXEMPLO DE CARGA CRÍTICA: Sist. de Água de Resfriamento

Falha de Água

de

Resfriamento

Indisponi-

bilidade de

bombas:

Mínimo 4

operando

das 7Falha Motor/Bomba B-01D Falha Gaveta/Painel PN21A

Falha Motor/Bomba B-01E Falha Gaveta/Painel PN21B

Falha Motor/Bomba B-01F Falha Gaveta/Painel PN21B

Falha Turbina/Bomba B-01A Falha 120Vca Solenóide PN5

Falha Turbina/Bomba B-01B Falha 120Vca Solenóide PN5

Falha Motor/Bomba B-01C Falha Gaveta/Painel PN21A

Falha Motor/Bomba B-01G Falha Gaveta/Painel PN21B

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EXEMPLO DE INTERLIGAÇÃO: Painéis de instrumentação e

processos vitais

CORRELAÇÃO ENTRE PAINÉIS DE INSTRUMENTAÇÃO E CARGAS CRÍTICAS

PN1 PN2 PN3 PN4 PN5

Caldeira 1

Caldeira 2

Caldeira 3

Gerador 01

Gerador 02

Gerador 03

Fornos da Unidade 1

Fornos da Unidade 2

Sist. Água de Alimentação

Sist. Água de Resfriamento

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9

Cálculo de Cargas Críticas no PowerFactory

Elemento de Processo: composto

por lógicas adicionais que rodam

simultaneamente com a rede

elétrica

Programação DPL (DIgSILENT

Program Language) para a

execução de lógicas mais

complexas

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Resultados do Cálculo para Cargas Críticas

Minimização de falhas elétricas de modo comum do

processo

Relocação de alimentadores de motores e cargas

Redundância de Painéis de Instrumentação e CC

Implantação de transferência automática de barras

Alimentações alternativas redundantes

Pode-se concluir que o sistema elétrico não é o gargalo !

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Aplicações do Cálculo para Cargas Críticas

Serviços auxiliares de usinas vitais

Sistemas de proteção/comando/controle de SEs

Continuidade operacional de grandes consumidores

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