scada_br e geracao heolica

1

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE

PR-REITORIA DE PS-GRADUAO E PESQUISA

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA ELTRICA

RONALDO ANDRUSYSZYN CELINO

APLICAO DA NORMA IEC 61400-25 NA AUTOMAO E CONTROLE DE

PARQUES ELICOS NO BRASIL

SO CRISTVO (SE)

FEVEREIRO DE 2014

2




Dissertao de Mestrado apresentado ao

Programa de Ps-Graduao em

Engenharia Eltrica PROEE, da Universidade Federal de Sergipe, como

parte dos requisitos necessrios

obteno do grau de Mestre em

Engenharia Eltrica.

Orientador: Prof. Dr. Milthon Serna Silva

SO CRISTVO (SE)

FEVEREIRO DE 2014

3




DISSERTAO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO PROGRAMA DE PS-

GRADUAO EM ENGENHARIA ELTRICA PROEE DA UNIVERSIDADE

FEDERAL DE SERGIPE COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSRIOS PARA

A OBTENO DO GRAU DE MESTRE EM ENGENHARIA ELTRICA.

EXAMINADOR POR:

Prof. MilthonSerna Silva, D.Sc.

Orientador DEL/UFS

Prof.Selnio Rocha Silva,D.Sc.

Examinador Externo DEE/UFMG

Prof. Carlos Alberto Villacorta Cardoso, D.Sc.

Examinador Interno DEL/UFS

SO CRISTVO (SE)

FEVEREIRO DE 2014

4

Dedico esta pesquisa s pessoas que,

direta ou indiretamente, contriburam

para a sua realizao, principalmente, ao

meu filho Lucas que, certamente, foi o

que mais sentiu com a minha ausncia e,

muitas vezes com os meus excessos.

Uma dedicatria especial para a minha

me Maria Cristina que, em todos os

momentos bons e ruins, da minha

formao, sempre esteve ao meu lado,

em todos os sentidos, quer apoiando,

auxiliando ou socorrendo.

5

AGRADECIMENTOS

Ao final do Mestrado em Engenharia Eltrica, conquistado com muito sacrifcio

e afinco, os meus sinceros agradecimentos:

Primeiramente a DEUS que sempre esteve ao meu lado, orientando-me na busca

do caminho correto da boa frequncia, pela oportunidade e pelo privilgio no

compartilhamento da experincia acadmica. Por ter me capacitado e derramado toda

sorte de bnos, para chegar ao final do Mestrado, com este projeto conclusivo.

Aos meus pais, Agnaldo Celino e Maria Cristina, a quem devo a minha educao

e formao, que ensinaram a mim o caminho do bem, da moral e que, certamente,

contriburam para realizao deste sonho.

Ao meu filho Lucas, fonte principal de inspirao e entusiasmo, na minha

caminhada acadmica e, tambm, na concluso desta dissertao.

minha esposa Polyana, amiga e companheira, pela pacincia e compreenso

nos momentos difceis que vivemos, deixando de lado, quase sempre, as diverses e

passeios.

Ao meu sogro Valdison e a minha sogra Alneide, pelo apoio incondicional nesta

minha jornada.

Aos meus irmos, parentes e amigos, com os quais sempre posso contar.

Universidade Federal de Sergipe, que juntamente com os seus mestres e

doutores, tem proporcionado a todos os seus alunos, a determinao pela busca contnua

do conhecimento renovado.

Ao professor orientador Doutor Milthon Serna Silva por suas seguras e

atenciosas orientaes sobre esta pesquisa, levando-me a acreditar sempre.

Aos professores Josevaldo Feitoza e Fbio Menezes (ambos Petrobrs) pela

ateno, vocs contriburam muito com esta pesquisa.

Agradecer, antecipadamente, aos membros da banca examinadora, por suas

participaes e honrosas contribuies.

Enfim, esta dissertao no poderia ser produzida sem ajuda de muitas pessoas.

Muito Obrigado.

6

No confunda derrotas com fracasso nem vitrias com sucesso. Na vida de um campeo sempre haver algumas

derrotas, assim como na vida de um perdedor sempre haver

vitrias. A diferena que, enquanto os campees crescem nas

derrotas, os perdedores se acomodam nas vitrias. (Roberto Shinyashiki).

"Nas tendas dos justos h jubiloso cntico de vitria; a destra

do Senhor faz proezas."(Salmos 118:15)

7

Resumo da Dissertao de Mestrado apresentado ao PROEE/UFS como parte dos

requisitos necessrios para a obteno do grau de Mestre (Me.).


PARQUES ELICOS NO BRASIL.


FEVEREIRO/2014

Orientador: Prof. Dr. Milthon Serna Silva

Programa: Engenharia Eltrica

O objetivo da pesquisa desenvolver um sistema de superviso, comunicao e

controle, implementado em um software de superviso livre o ScadaBR, para parques

elicos instalados e/ou a serem instalados no Brasil, a partir das consideraes e

recomendaes da norma IEC 61400-25. A construo de parques elicos completos,

com automao total, tem levado os empreendedores a focalizar seus esforos no s no

lucro e produtividade, mas tambm no: capital humano, preocupando-se com o sistema

de gesto, domnio tecnolgico e comunicao em todos os nveis. O processamento da

informao com a comunicao, abriu fronteiras com as novas formas de

relacionamento e a crescente tendncia na rea de automao industrial, favorece que

diferentes dispositivos comuniquem-se com outros de uma maneira cooperativa. No

entanto, os maiores fabricantes de usinas de gerao elica ainda oferecem solues

proprietrias caixas pretas para as redes de campo, o que resulta numa diversidade de

protocolos de sistemas, levando dependncia desses fornecedores. Visando a

interoperabilidade e flexibilidade de operao, grupos de pesquisadores defendem

normas de padro aberto, como a soluo de redes e protocolos para todos, deixando os

clientes livres. Nesta luta, a organizao mais conhecida na rea de energia elica a

norma IEC 61400-25, especificamente para o sistema de monitoramento e comunicao

livre entre diferentes fornecedores de equipamentos, porm a comunicao interna dos

componentes da usina de energia elica no est no mbito desta norma. A faixa de

aplicao da norma abrange parte da operao desse tipo de usina, incluindo turbina de

vento, sistema de medio meteorolgica, sistema eltrico e sistema de gesto, mas no

inclui a linha relevante de alimentao e informao da subestao. Da a interao com

o sistema supervisrio ScadaBR, desenvolvido em modelo open-source de licena

gratuita. Prope-se a aplicao de uma multi-plataforma baseada em Java, a partir de

um servidor de aplicaes, com o Apache Tomcat a escolha padro. Considerando as

exigncias do modelo de comunicao presentes na Norma IEC 61400-25-2, define-se

8

um modelo de informao para monitoramento e controle de usinas elicas, para tal,

parte-se do simulador de dados MatrikonOPC, por meio da interao cliente / servidor

OPC DA (Object Linkingand Embedding for Process Control Data Access), com o

software ScadaBR.

Palavras-chaves: Energia elica, SCADA, Sistema supervisrio ScadaBR, OPC,

protocolo OPC DA, Automao e Controle, Norma IEC 61400-25.

9

Abstract of Dissertation presented to PROEE/UFS as a partial fulfillment of the

requirements for the degree of Master.


PARQUES ELICOS NO BRASIL.


FEBRUARY/2014

Advisors: Prof. Dr. Milthon Serna Silva

Department: Electrical Engineering

The goal of this project is to develop a system of supervision, communication

and control, implemented in a free supervisory software the SCADABR for installed

wind farms and/or to be installed in Brazil, from the considerations and

recommendations of IEC 61400 - 25. The construction of complete wind farms with full

automation, has led entrepreneurs to focus their efforts not only on profit and

productivity, but also in: human capital, concerned with the management system,

technological mastery and communication at all levels. Information processing with

communication, opened borders with new forms of relationship and growing trend in

the industrial automation field, which favors different devices to communicate with

others in a cooperative way. However, the largest manufacturers of wind generation

plants still offer proprietary solutions "black boxes" for the networks field, which results

in a variety of protocols of systems, causing the client the full dependence on these

suppliers. Aiming interoperability and flexibility of operation, groups of researchers

advocate standards of open model, as the solution of networks and protocols for all,

leaving customers free. In this struggle, the best-known organization in the field of wind

energy is IEC 61400-25, specifically for the monitoring system and free communication

among different equipment vendors, nevertheless internal communication of the

components of wind power plant is not within the standard. The application range of

the standard covers the operation of this kind of wind farm, including wind turbine,

meteorological measurement system, electrical system and management system, but

does not include the relevant line of the substation feeding and information. Hence, the

interaction with the supervisory system SCADABR developed in "open-source" model

of free license. It is proposed the application of a multi-platform Java-based, from an

application server, like Apache Tomcat the standard choice. Considering the

requirements of the present communication model in IEC 61400-25-2 it is defined a

model of information for monitoring and control of wind power plants, to this end, part-

10

data simulator MatrikonOPC through customer / OPC DA server interaction (Object

Linking and Embedding for Process Control Data Access), with ScadaBR software.

Keywords: Wind power, SCADA, Supervisory system Scada BR, OPC, OPC DA

protocol, Automation and Control, IEC 61400-25.

11

LISTA DE ILUSTRAES

Figura 2.1 Hierarquia tpica de um controle de potncia 24

Figura 2.2 rvore com os passos lgicos para a implementao da automao 26

Figura 2.3 Estgios da automao e controle 28

Figura 2.4 Modos do estado de operao do sistema eltrico 29

Figura 2.5 Exemplos dos tipos de dados adquiridos 31

Figura 2.6 Diagrama tpico do limite de uma quantidade controlada 32

Figura 2.7 Configurao tpica de um sistema SCADA 35

Figura 2.8 Elementos de um sistema SCADA aplicado ao sistema de potncia 37

Figura 2.9 Estrutura do modelo simplificado do SCADA em tempo real 37

Figura 2.10 Sistema de comunicao primrio em uso para automao 38

Figura 2.11 Tipos de comunicao atualmente em uso para automao 39

Figura 2.12 Opes de tecnologia de comunicao fsica 40

Figura 2.13 Arquitetura do protocolo DNP 42

Figura 2.14 Arquitetura da camada IEC 60870-5-101 43

Figura 3.1 Tarefa do sistema de controle de uma turbina elica 47

Figura 3.2 Sistema de medio de vento na nacelle de uma turbina offshore 49

Figura 3.3 Sensores de velocidade e direo de vento combinados 49

Figura 3.4 Medindo o ngulo de azimute da direo do vento e da nacelle 50

Figura 3.5 Comparao do controle de uma estao de energia trmica e elica 51

Figura 3.6 Sistema de controle ativo de uma turbina elica 52

Figura 3.7 ngulo de passo e de ataque 53

Figura 3.8 Atuadores de controle 56

Figura 3.9 Sensores de velocidade 57

Figura 3.10 Sensores de vibrao 57

Figura 3.11 Anemmetro e cata-ventos 58

Figura 3.12 Sensores eltricos 58

Figura 3.13 Straingages 59

Figura 3.14 Regies tpicas de operao de uma turbina elica 59

Figura 4.1 Modelo conceitual da IEC 61400-25 66

Figura 4.2 Processamento de dados pelo servidor 67

Figura 4.3 Modelagem virtual (conceitual) 68

Figura 4.4 Relao de ns lgicos 69

Figura 4.5 Estrutura do modelo de informao de uma usina elica 71

Figura 4.6 Uso de instncias para ns lgicos 74

Figura 4.7 O papel do cliente e do servidor 75

Figura 4.8 Modelos de servios do modelo de troca de informao 75

Figura 4.9 Modelo conceitual de troca de informaes para uma usina elica 77

Figura 4.10 Modelo de servio IEM com exemplos 78

Figura 4.11 Diagrama de sequncia 79

Figura 4.12 ACSI mapeamento de pilhas de comunicao / perfis 81

Figura 4.13 Perfis de comunicao 82

Figura 4.14 Resumo de mapeamento de IEC 61400-25-3 83

12

Figura 5.1 Parte da norma sobre os ns lgicos especficos da turbina elica 86

Figura 5.2 Janela MatrikonOPC Server for Simulation and Testing 88

Figura 5.3 Janela Insert New Alias 89

Figura 5.4 Janela MatrikonOPC Server for Simulation and Testing 90

Figura 5.5 Janela MatrikonOPC Explorer 91

Figura 5.6 Janela MatrikonOPC Explorer (Group0) 91

Figura 5.7 Janela MatrikonOPC Explorer com as tags do projeto 92

Figura 5.8 Tela de login do sistema supervisrio 93

Figura 5.9 Tela de configurao para usurios 93

Figura 5.10 Tela para configurar data sources 94

Figura 5.11 Tela Propriedades do OPC DA 95

Figura 5.12 Lista de tags no MatrikonOPC Server for Simulation 95

Figura 5.13 Tela Propriedades do OPC DA exibindo as tags adicionadas 96

Figura 5.14 Data point sendo visualizado na aba watchlist 97

Figura 5.15 Lista dinmica com data points selecionados 97

Figura 5.16 Tela sobre os detalhes do data point 98

Figura 5.17 Tela Propriedades do data point 98

Figura 5.18 Tela inicial do sistema 99

Figura 5.19 Tela do sistema representando o estado de Sergipe 99

Figura 5.20 Tela do sistema representando a Barra dos Coqueiros 100

Figura 5.21 Tela do sistema representando uma turbina 100

Figura 5.22 Tela Fila de relatrios 101

Figura 5.23 Tela gerada pelo relatrio do ScadaBR 101

Figura 5.24 Tela Alarmes pendentes 102

Figura 5.25 Tela configuraes de e-mail 102

Figura 5.26 Tela para exportar ou importar um projeto 103

Figura 1A Menu iniciar no Windows 7 109

Figura 2A Janela executar com o comando dcomcnfg 110

Figura 3A Janela Servios de Componente 110

Figura 4A Aba Geral na janela Propriedades de Meu Computador 111

Figura 5A Aba Propriedades Padro 112

Figura 6A Aba Segurana COM na janela Propriedades de Meu Computador 113

Figura 7A Janela Selecionar Usurios ou Grupos 113

Figura 8A Janela Selecionar Usurios ou Grupos com opes de Avanado 114

Figura 9A Janela Permisso de Acesso 114

Figura 10A Janela Permisso de Incio e Ativao 115

Figura 11A Janela Servios de Componente com opo Config DCOM 116

Figura 12A Janela exibindo os servidores OPC da Matrikon 116

Figura 13A Aba Geral na Janela Propriedades de MatrikonOPC Server 117

Figura 14A Aba Local na Janela Propriedades de MatrikonOPC Server 118

Figura 15A Janela Firewall do Windows com Segurana Avanada 119

Figura 16AJanela Diretiva de Segurana Local 121

13

LISTA DE TABELAS

Tabela 4.1 Funes operacionais 65

Tabela 4.2 Resumo de aplicao das funes de gesto 65

Tabela 4.3 Categorias de informaes da usina de energia elica 70

Tabela 4.4 Tabela de estrutura geral de um n lgico (LN) 72

Tabela 4.5 Dados de atributos de classe em um n lgico 72

Tabela 4.6 Ns lgicos especficos do sistema 72

Tabela 4.7 Ns lgicos especficos de uma usina elica 72

Tabela 4.8 Ns lgicos especficos de uma turbina elica 73

Tabela 4.9 LN: Informaes gerais da turbina elica (WTUR) 73

Tabela 4.10 Tabela de servios 78

14

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ACSI Abstract Communication Service Interface

ASCII American Standard Code for Information Interchange

CASM Common Application Service Model

CDC Common Data Class

DA Data Attribute

DC Data Classes

DLC Distribution Line Carrier

DNP Distributed Network Protocol

EPRI Electric Power Research Institute

GOOSE Generic Object Oriented Substation Event

GOMSFE Generic Objects Models for Substation and Feeder Equipment

GPRS General Packet Radio Service

GUI Graphical User Interface

HTTP Hypertext Transfer Protocol

IEC International Electrotechnical Commission

IED Intelligent Electronic Device

IEM Information Exchange Model

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

IM Information Model

IP Internet Protocol

ISO International Organization for Standardization

LAN Local Area Network

LCB Log Control Block

LD Logical Device

LN Logical Node

LPHD Logical node Physical Device Information

LTR Logic Trunked Radio

MMS Manufacturing Message Specification

OSI Open System Interconnection

RCB Report Control Block

RTU Remote Terminal Unit

SBO Select Before Operate

SCADA Supervisory Control and Data Acquisition

SCL Substation (system) Configuration Language

SCSM Specific Communication Service Mapping

SOAP Simple Object Access Protocol

TC Technical Committee

TCP Transmission Control Protocol

UCA Utility Communications Architecture

UDP User Datagram Protocol

VHF Very High Frequency

WAN Wide Area Network

15

WPP Wind Power Plant

WT Wind Turbine

XML Extensible Markup Language

16

SUMRIO

1 Introduo .......................................................................................................................... 18

1.1 Objetivo geral ................................................................................................................ 19

1.2 Objetivos especficos ..................................................................................................... 20

1.3 Metodologia ................................................................................................................... 20

1.4 Organizao da pesquisa ................................................................................................ 20

2 Automatizao de sistemas eltricos de potncia .............................................................. 22

2.1 Aceitao da automao ................................................................................................ 22

2.2 Hierarquia de controle ................................................................................................... 23

2.3 Sistema de automao e controle ................................................................................... 25

2.3.1 rvore de deciso para automao ................................................................................ 25

2.3.2 Estgios da automao ................................................................................................... 27

2.4 Central de controle e gesto ........................................................................................... 28

2.5 Operao do sistema eltrico de potncia ...................................................................... 28

2.6 Sistema de controle em tempo real (scada) ................................................................... 30

2.6.1 Aquisio de dados ........................................................................................................ 30

2.6.2 Monitoramento e processamento de eventos ................................................................. 31

2.6.3 Funo de controle ......................................................................................................... 33

2.6.4 Armazenamento de dados e anlise ............................................................................... 34

2.7 Configuraes de hardware ........................................................................................... 34

2.8 Servidores de interface homem mquina (IHM) ........................................................... 35

2.9 Servidores de banco de dados (SBD) ............................................................................ 36

2.10 Princpios do sistema scada ........................................................................................... 36

2.11 Estruturas de base de dados e interfaces ........................................................................ 36

2.12 Sistemas de comunicao de controle e automao ...................................................... 38

2.12.1 Comunicao e automao ......................................................................................... 39

2.12.2 Comunicao fsica .................................................................................................... 39

2.12.3 Protocolos de comunicao ........................................................................................ 40

2.12.3.1 Protocolo MODBUS .............................................................................................. 41

2.12.3.2 Protocolo DNP 3.0 .................................................................................................. 41

2.12.3.3 Protocolo IEC 60870-5-101 ................................................................................... 42

2.12.3.4 Protocolo UCA 2.0, IEC 61850 .............................................................................. 43

3 Sistemas de controle para gerao elica .......................................................................... 46

3.1 Sistema de medio de vento ......................................................................................... 48

3.1.1 Localidade da medio de vento .................................................................................... 48

3.1.2 Sensores de vento e processamento de dados ................................................................ 49

3.1.3 Yawcontrol ..................................................................................................................... 50

3.1.4 Potncia e controle de velocidade por meio de ps do rotor ......................................... 50

3.1.5 Activestall control .......................................................................................................... 52

3.1.6 Pitch control (ou controle de passo) .............................................................................. 52

3.2 Controle de superviso e estados operacionais .............................................................. 53

17

3.3 Comportamento de uma turbina elica .......................................................................... 55

3.4 Controle de perturbao ................................................................................................. 60

4 O padro IEC 61400 para gerao de energia elica ........................................................ 61

4.1 IEC 61400-25-1: Descrio geral dos princpios e modelos ......................................... 62

4.2 IEC 61400-25-2: Modelo de informao ....................................................................... 65

4.3 IEC 61400-25-3: Modelo de troca de informao ......................................................... 74

4.4 IEC 61400-25-4: Mapeamento para protocolos de comunicao .................................. 80

5 Implementao do supervisrio com softwareScadaBR ................................................... 84

5.1 ScadaBR ......................................................................................................................... 85

5.2 Selecionando os ns lgicos .......................................................................................... 85

5.3 Introduo ao opc ........................................................................................................... 86

5.3.1 Servidores opc ................................................................................................................ 87

5.3.2 Clientes opc .................................................................................................................... 87

5.4 Adicionando as tags (ns lgicos) ao servidor matrikon ............................................... 88

5.5 Implementao do sistema supervisrio atravs do ScadaBR ....................................... 92

6 Concluses e recomendaes .......................................................................................... 104

7 Referncias ...................................................................................................................... 106

APNDICE A - Configurao da dcom ................................................................................. 109

APNDICE B - Erros encontrados durante a implementao do sistema supervisrio ......... 122

ANEXO A - Lista de abreviaturas das classes de dados dos ns lgicos ............................... 124

ANEXO B - Component object model / Distributed component object model ...................... 126

ANEXO C - Termos relacionados com automao de subestaes eltricas ......................... 128

ANEXO D - Resumo do protocolo padro OSI/ISO .............................................................. 129

ANEXO E - Recomendaes de sites sobre scadabr e softwares similares ........................... 131

18

Captulo 1

1 Introduo

Desde os primrdios da existncia da humanidade a comunicao uma de suas

maiores necessidades. A comunicao longa distncia se tornava cada vez mais

importante e um desafio para a sociedade humana. As formas mais primitivas de

comunicao eram atravs de sinais de fumaa e pombos-correios, que foram os meios

encontrados para aproximar comunidades distantes. Uma grande revoluo para

comunicao se deu em 1838 com a inveno do telgrafo, desenvolvido por Samuel F.

B. Morse, e a transmisso de pulsos eltricos, denominado de cdigo Morse. Aps esta

inveno surgiram outras como o telefone, rdio, televiso, TV a cabo, Internet entre

outras. Neste contexto, novas tecnologias so exigidas no ambiente industrial e agora

com a crescente demanda no setor de automao, no qual mudanas conceituais e de

projeto so cada vez mais frequente.

Existe um consenso cada vez maior entre fornecedores e usurios de

equipamentos de sistemas industriais acerca da necessidade de produtos com sistema

proprietrio, independente de fabricantes, que tenham alto desempenho, comprovados

mecanismos de segurana e que sejam tecnologicamente modernos e robustos. Estes

produtos precisam: atender s novas exigncias de controle, distribuio e

armazenamento de informaes; ter maior interoperabilidade entre plataformas de

diferentes fabricantes e apresentarem maior facilidade em manuteno. Tais tecnologias

comearam de modo bastante simples, no qual a comunicao utilizava o padro serial

ou paralelo, mas com o passar do tempo foram desenvolvidos sistemas mais complexos,

com tecnologias prprias, protocolos, software e hardware apropriados para suas

necessidades.

A crescente tendncia na rea de automao industrial do uso de arquiteturas

computacionais distribudas, nas quais diferentes dispositivos podem se comunicar com

outros e, de uma maneira cooperativa, realizar tarefas que levem ao atendimento dos

requisitos impostos, pelas aplicaes, aumentou consideravelmente o interesse por

dispositivos e protocolos de comunicao. Por protocolo de comunicao entende-se o

conjunto de regras e convenes que permitem a conversao e troca de informao

entre sistemas. Isto significa que, conhecendo-se exatamente as regras e convenes

definidas num dado protocolo, a princpio, pode-se construir um dispositivo capaz de

trocar informaes usando aquele protocolo.

Diversos fornecedores possuem solues de redes de campo proprietrias,

fazendo com que o cliente fique dependente de produtos, servios e manuteno de um

nico fabricante. Com o objetivo principal da interoperabilidade e flexibilidade de

operao, grupos de desenvolvedores definem normas de padro aberto para o

desenvolvimento de redes e protocolos. Os desenvolvedores tm a flexibilidade de

desenvolver linhas de produtos em funo da demanda, e o cliente no fica totalmente

19

preso a apenas um fornecedor. Atualmente, diversos protocolos de padro aberto de

vrios fabricantes esto disponveis no mercado. Definir uma soluo de arquitetura

industrial para estabelecer comunicao em uma empresa uma deciso importante. Os

profissionais devem desenvolver e manter a integridade e a funcionalidade das redes

industriais, aperfeioar o desempenho e torn-las mais confiveis, escalveis e seguras.

A finalidade da padronizao e normatizao definir as plataformas em que

uma indstria possa operar de forma eficiente e segura. Os maiores fabricantes de

usinas de gerao elica oferecem sistemas proprietrios, o que resulta numa

diversidade de protocolos de sistemas numa mesma planta elica. Na luta pela

padronizao de protocolos, existem muitas organizaes envolvidas nos projetos de

tecnologias. A mais conhecida na rea de energia elica a IEC (International

Electrotechnical Commission).

A norma IEC 61400-25 elaborada pela IEC Technical Committee TC 88 uma

extenso da norma IEC 61850 na rea de gerao de energia elica, especificamente

para o sistema de monitoramento e comunicao, visa realizao da livre comunicao

entre diferentes fornecedores de equipamentos. A faixa de aplicao da norma abrange

parte da operao da usina elica, incluindo turbina de vento, sistema de medio

meteorolgica, sistema eltrico e sistema de gesto, mas no inclui a linha relevante de

alimentao e informao da subestao.

A implementao desta norma permite que os sistemas SCADA (Supervisory

Control And Data Acquisition Sistemas de Superviso e Aquisio de Dados) se

comuniquem com as unidades de aquisio de dados de turbinas elicas de vrios

fabricantes. Normalizaes de aplicaes SCADA so excludas da norma IEC 61400-

25, mas inclui informaes padro-comum de turbinas elicas para reutilizao de

aplicaes e telas de operao das turbinas elicas de diferentes fornecedores. A norma

IEC 61400-25 pode ser aplicada a qualquer parque elico, ou seja, tanto em turbinas

individuais, como num grupo de turbinas elicas. A inteno da norma permitir que os

componentes de diferentes fabricantes operem em conjunto com outros componentes,

em qualquer local, proporcionando homogeneidade na rede ou no sistema. Esta norma

suporta escalabilidade, conectividade e interoperabilidade. A comunicao interna

dentro de cada componente est alm do alcance desta norma.

Como a indstria elica tem experimentado um crescimento extensivo em todo

mundo durante os ltimos anos, torna-se fundamental o estudo especfico das normas.

Esta pesquisa procura desenvolver um sistema de superviso usando software livre

para o controle e automao de parques elicos.

1.1 Objetivo geral

Desenvolver um sistema de superviso com comunicao e controle

implementado em software de superviso livre ScadaBR para ser utilizado em parques

elicos instalados no Brasil a partir das consideraes e recomendaes da norma IEC

61400-25.

20

1.2 Objetivos especficos

Analisar as recomendaes da norma IEC 61400-25 para os sistemas

supervisrios aplicados a parques elicos;

Identificar critrios da norma IEC 61400-25 a serem utilizadas em parques

elicos no Brasil;

Utilizar os preceitos da norma IEC 61400-25 na construo de algoritmos

computacionais dentro do software de superviso livre ScadaBR.

Implementar supervisrio para gerao elica no Brasil utilizando software

livre.

1.3 Metodologia

O estudo do tema apresentado ser feito atravs de uma pesquisa com

levantamento bibliogrfico atravs de leituras e fichamento de fontes diretas de autores

que tenham materiais acerca do tema, ter uma abordagem qualitativa, tendo em vista os

objetivos a serem alcanados no decorrer da pesquisa.

Os critrios metodolgicos para execuo da pesquisa, em um primeiro

momento, consistiro em descrever as recomendaes e diretrizes da norma IEC 61400-

25 a luz dos conceitos contemporneos da engenharia de automao e controle

especficos para parques elicos.

Para o desenvolvimento da interface homem mquina e toda implementao da

comunicao e controle para gerao elica utiliza-se o software open-source ScadaBR

que trabalha com interoperabilidade de acordo com a norma IEC 61850/61400

permitindo melhor performance e mais opes de segurana.

1.4 Organizao da pesquisa

Esta dissertao de mestrado foi elaborada na forma de seis captulos,

articulados entre si, dispostos da seguinte maneira:

Captulo 1: Introduo Trata de uma introduo sobre o tema do trabalho que ser

abordado nesta dissertao, assim como a motivao, objetivo geral e especficos,

metodologia e, por fim, descreve a estrutura deste relato.

Captulo 2: Automatizao de Sistema Eltrico de Potncia Neste captulo so

apresentados os conceitos extrados de bibliografias, que descrevem a automao do

sistema eltrico de potncia.

21

Captulo 3: Sistema de controle para gerao elica Apresenta-se uma viso atual da

automao e controle de usina de energia elica de forma a contextualizar o leitor a

respeito do tema.

Captulo 4: O padro IEC 61400 na energia elica Aqui aborda-se a norma que trata

de energia elica a IEC 61400, especificamente a parte 25, cujo escopo a

comunicaes de dados e monitoramento de centrais de energia elica.

Captulo 5: Implementao do supervisrio com software ScadaBR Neste captulo so

apresentados os principais pontos do software livre ScadaBR, implementao do

supervisrio para um parque elico no Brasil e tambm descreve-se a metodologia

utilizada para que os objetivos possam ser alcanados.

Captulo 6: Concluses e Recomendaes Apresenta-se as consideraes finais acerca

dos resultados encontrados pela pesquisa proposta, a descrio dos objetivos atingidos

assim como os intervenientes que dificultaram as solues procuradas. Este captulo

finalizado com recomendaes para novas pesquisas a serem abordadas neste campo do

saber.

22

Captulo 2

2 Automatizao de sistemas eltricos de

potncia

As empresas de energia eltrica tm se esforado para gerir seus negcios como

empresas eficientes de fornecimento de energia a um nvel aceitvel de qualidade. O

surgimento dadesregulamentao1 mudou drasticamente o ambiente de negcios. Essa

mudana radical nos objetivos de negcios ocupa agora as empresas de energia, em

muitos pases, resultado da desregulamentao, do acesso aberto e da privatizao,

fatores que causam uma reviso significativa de projeto de rede e das prticas

operacionais. As empresas de distribuio tambm esto sendo obrigados a maximizar o

uso e a vida de seus ativos atravs de um melhor monitoramento e anlise.

O controle de rede e automao iro desempenhar um papel fundamental para

permitir que as empresas se adaptem evoluo da situao e as oportunidades para

alcanar seus objetivos de negcios, garantindo um retorno adequado para os acionistas.

2.1 Aceitao da automao

A avaliao do grau de utilizao da automao da indstria difcil, no s

devido s diferentes interpretaes, mas tambm devido s estratgias de implantao.

Algumas empresas so foradas pelo rgo regulatrio2, para ter imediata ao de

melhorar todo o sistema da rede ou fornecer servios mais significativos aos seus

clientes, enquanto outras empresas so capazes de justificar o melhoramento gradual da

automao em seus sistemas.

Uma pesquisa com mais de 500 concessionrias nos Estados Unidos revelou que

apenas 14% tinham implementado automao e um adicional de 12% tiveram em

prtica uma estratgia. O contexto da automao neste perodo foi a implantao da

distribuio SCADA at a subestao de distribuio usando RTU (Remote Terminal

Unit ou Unidade Terminal Remota). A adio de controle estendido fora da subestao

estava sendo considerada por 70% dessas distribuies de aplicao SCADA.

------------------ 1 Remoo dos entraves burocrticos (leis, decretos, portarias, atos normativos) que

interferem de maneira exagerada nas relaes de direito e obrigaes entre Estado e

Cidado. 2A Agncia Nacional de Energia Eltrica (ANEEL) uma autarquia sob

regime especial (Agncia Reguladora), vinculada ao Ministrio de Minas e Energia,

com sede e foro no Distrito Federal, com a finalidade de regular e fiscalizar a produo,

transmisso e comercializao de energia eltrica, em conformidade com as Polticas e

Diretrizes do Governo Federal.

23

Pesquisas demonstram que uma dcada mais tarde, tanto nos Estados Unidos

quanto fora deste pas (predominantemente Canad, Reino Unido e Austrlia), para

automao de subestaes, mostraram um claro aumento da aplicao de automao

usando um barramento de comunicao dentro da subestao.

2.2 Hierarquia de controle

A automao de rede aplicada dentro de uma hierarquia de controle estruturada

que engloba a necessidade das diferentes camadas de entrega da rede. Isso requer a

habilidade de controlar uma rede a partir de um ponto, o centro de controle ou um

nmero de centros de controle com controles distribudos. Este processo chamado de

SCADA ou telecomando, e depende de links de comunicao do centro de controle para

o dispositivo primrio (gerador, disjuntor, comutador, etc.) ser operado. Os dispositivos

primrios devem ser equipados com atuadores ou mecanismos para realizar a abertura

mecnica e a operao de fechamento. Estes atuadores devem ser ligados a um

dispositivo secundrio IED (Intelligent Electronic Device ou Dispositivo Eletrnico

Inteligente).

O IED liga o atuador com o sistema de comunicao. O tamanho relativo e a

sofisticao do IED dependem da configurao do sistema de controle e da sua camada

na hierarquia. A combinao do sistema de sala de controle, comunicao e IED

compreendem um sistema SCADA. Os sistemas SCADA so implantados para

controlar as diferentes camadas da rede, ou como um sistema integrado por um nmero

de camadas, ou, ainda, como sistemas separados passar informaes selecionadas para a

camada de controle acima. A seleo vigente de como o controle central organizado

depende da propriedade das camadas de rede. Proprietrios de redes de distribuio

simples, com tenso inferior a 33 kV, tendem a usar um sistema SCADA para controlar

toda a rede. Mesmo os utilitrios com extensas redes que cobrem uma grande rea

geogrfica esto consolidando o controle dos centros de controle distribudo para uma

operao central.

Uma hierarquia tpica de controle da rede est representada na Figura 2.1 e

constituda por cinco camadas.

24

Figura 2.1 Hierarquia tpica de um controle de potncia

Fonte: Northcote-Green (2007, p. 10)

Camada 1 Utilidade:

O nvel superior da hierarquia cobre toda a empresa, o gerenciamento de ativos e

os sistemas de negociao de energia.

Camada 2 Rede:

Historicamente, esta camada tem controlado as redes de transmisso de energia

em massa, incluindo o despacho econmico dos geradores.

Camada 3 Subestao:

O controle integrado de todos os disjuntores dentro da subestao com a

comunicao de toda proteo do estado do rel.

Camada 4 Distribuio:

Esta camada da hierarquia de controle abrange os sistemas de alimentao de

mdia tenso, reflete a expanso da capacidade de controle em tempo real por meio de

um controle remoto e uma automao local dos dispositivos de alimentao localizados

abaixo das subestaes primrias.

Camada 5 Consumidor:

A camada mais baixa de controle onde o sistema de entrega interage

diretamente com o consumidor. Ela representa uma atividade em crescimento, na qual

so necessrios sistemas de medio mais flexveis para permitir a reviso conveniente

de tarifas e de controle de carga.

25

2.3 Sistema de automao e controle

Na prtica, dentro do conceito de automao, h dois termos especficos, que so

vulgarmente utilizados na indstria: Sistema de gesto e Sistema de automao.

Sistema de gesto: O sistema de gesto tem uma sede na sala de controle, onde

abastece o operador com a melhor, "manejvel", vista da rede. Ele coordena todas as

funes da jusante em tempo real, dentro da rede de distribuio com as informaes

em tempo no real (dispositivos operados manualmente) necessrias para controlar e

gerenciar corretamente a rede em uma base regular. A chave para um sistema de gesto

a organizao do banco de dados do modelo de rede de distribuio, o acesso a toda

infraestrutura de apoio TI e aplicaes necessrias para preencher o modelo e sustentar

as outras tarefas operacionais dirias. A IHM comum e do processo de estrutura de

comando otimizado vital no fornecimento de operadores com uma facilidade que

permite o desempenho intuitivo e eficiente das suas funes.

Sistema de automao: Sistema de automao de distribuio se encaixa

abaixo do sistema de gesto e inclui todos os dispositivos de controle remoto na

subestao e nveis de alimentadores (por exemplo, disjuntores, religadores, auto

seccionadoras), a automao de locais distribudos nesses dispositivos e a infraestrutura

de comunicaes. um subsistema do sistema de gesto essencial por cobrir todos os

aspectos em tempo real no processo de controle da rede jusante.

Para aplicar a automao e o controle existem trs maneiras diferentes de olhar

para automao:

Automao local: a operao da chave de proteo do interruptor ou a lgica

baseada em tomada de deciso.

SCADA (telecomando): controlar com monitoramento remoto de status,

indicaes, alarmes e medies.

Automao centralizada: controle automtico para fazer isolamento de

falhas, reconfigurao da rede e restaurao de servio.

2.3.1 rvore de deciso para automao

A seleo das maneiras de automatizar um dispositivo pode ser ilustrada atravs

da rvore de deciso na figura 2.2. Uma vez que o dispositivo primrio foi selecionado

com base em seu fornecimento de energia necessria e o dever de proteo na rede, o

grau de automatizao pode ser determinado. A implementao da automao em

qualquer interruptor manual pode ser descrito como certo nmero de passos e caminhos

alternativos que conduzem ao grau e tipo de arquitetura de controle. Alguns caminhos

so opcionais, mas muitos so obrigatrios se a automao deseja ser implementada.

26

Figura 2.2 - rvore com os passos lgicos para a implementao da automao


Etapa 1:

Os interruptores sempre foram operados manualmente, mas dispositivos

armazenadores de energia ou atuadores foram adicionados para assegurar que o

funcionamento do interruptor seja independente do esforo manual. A segurana

aumentada porque o operador tende a ficar mais longe do interruptor.

Etapa 2:

Apesar da instalao de um atuador, o objetivo principal o de facilitar a

operao automtica no local ou atravs de controle remoto, e no simplesmente usar

botes.

27

Etapa 3:

Uma vez que o controle eletrnico foi instalado no atuador, uma das funes

principais da automao conectar um sistema de comunicao para permitir control-

lo remotamente.

Etapa 4:

Basicamente, o controle remoto adicionado automao local, de modo que o

operador vai ser informado de qualquer operao do dispositivo e pode tanto suprimir

esta ao local quanto tomar a deciso remotamente.

Etapa 5:

O passo final aplica-se as mesmas opes do passo 4.

Os resultados desta rvore de deciso em termos de cumprimento a definio

bsica de automao so os seguintes:

A rede deve ter capacidade de operao por controle remoto;

A tomada de deciso implementada, seja localizada no centro de um

servidor, em combinao com a tomada de deciso local e central, ou atravs

da interveno humana remotamente;

A operao local deve ser possvel mecanicamente ou por boto.

2.3.2 Estgios da automao

A seleo do nvel de automatizao, ilustrada atravs da rvore de deciso na

seo anterior, pode ser visto a partir de uma perspectiva diferente, quanto mais

sofisticado a automao e controle, maior o peso e complexidade do servio de

mensagens. Observe-se agora os estgios da automao na figura 2.3.

Na etapa 1 designado para atender os requisitos bsicos da automao,

fornecer o status remoto e funes de controle. Informaes binrias, tais como alarmes,

fechamento de contato, valores acima ou abaixo de um limiar podem ser comunicadas

digitalmente. Comunicao de valores digitais diminui significativamente a

complexidade e o comprimento do pacote de dados. Para atender as necessidades do

controle e consumir baixa potncia, foram introduzidos os sistemas de rdio.

Na prxima etapa adiciona-se a transmisso das medies analgicas para o

status do controle de comando. medida que a carga da comunicao vai aumentando,

a capacidade de protocolos usados por sistemas SCADA necessria. O grau de tomada

de deciso central depender no apenas da quantidade e detalhe das informaes

passadas para o servidor, mas tambm a velocidade da transmisso dos dados.

28

Figura 2.3 Estgios da automao e controle


2.4 Central de controle e gesto

O centro nervoso de qualquer rede de energia a central de controle e gesto, na

qual a coordenao de todas as estratgias de operao levada a cabo. Mesmo se a

operao e o controle distribudo sejam implementados, os resultados de tal ao devem

ser comunicadas ao coordenador central.

As redes de energia eltrica em todo o mundo esto entrando em um perodo de

mudana que necessita melhorar os mtodos de controle e gesto.

2.5 Operao do sistema eltrico de potncia

A operao do sistema de energia requer manter o equilbrio entre a segurana,

economia e qualidade ao entregar energia eltrica a partir da fonte geradora para

satisfazer as exigncias do usurio final. Historicamente, os sistemas de controle foram

implementados em sistema de energia em massa no qual foi econmico monitorar todos

os pontos de entrada e sada da rede. Os sistemas de tempo real que oferecem a

facilidade de controle de superviso e aquisio de dados so conhecidos como sistemas

SCADA. Os avanos na computao e modelagem do sistema de energia criaram

aplicaes rpidas para serem alimentadas com os dados em tempo real com a funo

29

de fornecer informaes adicionais e tomada de deciso para os operadores. A evoluo

natural dessas aplicaes permitiu aumento dos nveis de automao no processo de

deciso.

Os quatro estados de uma operao so mostrados na figura 2.4.

Figura 2.4 Modos do estado de operao do sistema eltrico


O estado de emergncia reflete o colapso do sistema de energia como uma

consequncia de grande perda de gerao ou linha de transmisso. J o estado de alerta

significa que uma perturbao ocorreu e a ao deve ser levada diretamente para aliviar

a situao. Por exemplo, em sistemas de abastecimento a granel, o estado de alerta pode

se mover muito rapidamente para o estado de emergncia, que o torna impossvel para

um operador evitar o colapso do sistema. O objetivo da operao do sistema manter o

sistema no interior do estado normal e devolver o processo de restaurao o mais

rapidamente possvel. O operador, usando todas as facilidades do centro de controle, o

principal tomador de decises na restaurao do sistema.

Atualmente, o modo em que as redes so operadas influenciado pela falta de

controle remoto e monitoramento em tempo real, exigindo considervel interveno

manual para a tomada de deciso e restaurao. A extenso e a multido de elementos

que compreendem uma rede impe a necessidade de manipulao de informao

considervel para assegurar um funcionamento satisfatrio e a segurana das pessoas.

No ambiente da operao existem trs condies para os operadores do controle,

tais como:

Condies normais

Durante as condies normais do sistema, o operador capaz de preparar a

mudana dos planos para a manuteno planejada, monitorar o sistema e efetuar as

devidas configuraes para ter um funcionamento dentro dos limites. As informaes

gerais da manuteno, como o diagrama da rede e as estatsticas da gesto, so

completadas com o tempo.

Situaes de emergncia

Falhas na rede no so planejadas e o operador deve estar preparado para este

estado. O objetivo principal consiste em organizar a restaurao da rede o mais

rapidamente possvel.

30

Administrao

As tarefas dirias de eventos de registro, relatrios de gesto e estatstica de

desempenho so demorados. Privatizao e presses externas exigem auditoria para um

melhor desempenho do sistema.

2.6 Sistema de controle em tempo real (SCADA)

A base de qualquer controle em tempo real o sistema SCADA, que adquire

dados a partir de diferentes fontes, pr-processa e armazena em um banco de dados

acessvel a diferentes usurios e aplicaes. Os modernos sistemas SCADA so

configurados em torno das seguintes funes: (7)

Aquisio de dados;

Monitoramento e processamento de eventos;

Controle;

Armazenamento de dados e anlise;

Aplicao especfica de apoio deciso;

Relatrios.

2.6.1 Aquisio de dados

Informaes bsicas descrevendo o estado de funcionamento da rede de energia

so passadas para o sistema SCADA. Este recolhido automaticamente pelo

equipamento em vrias subestaes e dispositivos, inserido manualmente pelo operador

ou utilizado pelas equipes de campo. Em todos os casos, a informao tratada da

mesma forma. Esta informao categorizada como:

Indicaes de status;

Valores medidos;

Valores de energia.

Os status dos dispositivos de comutao e sinais de alarme so representados por

estado de indicaes. Estas indicaes so fechamento de contato conectado entrada

digital no dispositivo de comunicao e so indicaes normalmente simples ou duplas.

31

Figura 2.5 Exemplos dos tipos de dados adquiridos


Alarmes simples so representados por indicao nica, enquanto todos os

interruptores e dispositivos de dois estados tm indicao dupla. Os valores medidos

refletem as diferentes variveis em relao ao tempo, tais como a tenso, temperatura,

corrente e as posies do comutador. Eles se dividem em dois tipos bsicos, analgico e

digital. Todos os sinais analgicos so transformados por meio de um conversor A/D de

formato binrio, porque so tratados como valores momentneos, portanto precisam ser

normalizado antes de serem armazenados no banco de dados do sistema SCADA. A

varredura dos valores medidos feita ciclicamente ou enviando somente os valores

alterados. Valores de energia so geralmente obtidos a partir de contadores de pulso ou

IEDs.

2.6.2 Monitoramento e processamento de eventos

A coleta e armazenamento de dados por si s produzem poucas informaes,

assim, uma importante funo estabelecida dentro de todos os sistemas SCADA a

capacidade de monitorar todos os dados apresentados em relao aos valores normais e

limites. O objetivo do controle de dados varia para os diferentes tipos de dados

coletados e as exigncias dos dados individuais no sistema. Particularmente, se uma

mudana de estado ou indicao veio a ser maior ou menor que o limite, ir requerer um

evento para ser processado. O monitoramento do estado requer que cada indicao seja

32

comparada com o valor anterior armazenado no banco de dados. Qualquer mudana

gera um evento que notifica o operador. Para expandir o contedo da informao, as

indicaes de status so atribudas a uma condio normal, desencadeando assim um

alarme diferente com uma mensagem para avisar a condio normal.

O monitoramento para o valor limite aplica-se a cada valor medido. Quando

ocorrem mudanas de status, um valor de evento gerado, mas para que isso acontea,

a mudana deve exceder um valor limite.

Figura 2.6 Diagrama tpico do limite de uma quantidade controlada


O monitoramento de tendncias outro mtodo presente em sistemas SCADA.

usado para disparar um alarme se alguma quantidade ir mudar, ou seja, muito

rapidamente ou na direo errada para um funcionamento satisfatrio do dispositivo. A

necessidade de fornecer continuamente informaes ao operador dos dados recolhidos

resultou a ideia de aplicar atributos de qualidade de dados, os quais, por sua vez,

invocam um mtodo de sinalizao, sejam os dados de uma determinada cor ou smbolo

no console do operador. A seguir, so atributos tpicos desse sistema:

No atualizado / atualizados aquisio de dados / manual / calculado;

Manual de instrues;

Calculado;

Bloqueado para atualizao;

Bloqueado para processamento de eventos;

Bloqueado para controle remoto;

Normal / estado no normal;

Fora do limite, razovel / alarme / alerta / zero;

Estado do alarme;

No reconhecido.

33

O processamento de eventos necessrio para todos os eventos gerados pela

funo de monitoramento ou causados por aes do operador. Este processamento

classifica os eventos, de modo que as informaes apropriadas sejam enviadas tela

IHM para representar a criticidade do alarme ao operador. O controle de eventos uma

funo crucial dentro do sistema de controle e influencia significativamente o

desempenho em tempo real, particularmente durante vrios alarmes. O resultado do

processamento de eventos a lista de alarmes em ordem cronolgica. A fim de auxiliar

o operador, os eventos so classificados em uma srie de categorias a fim de gerar uma

lista de alarmes.

As seguintes categorias mais usuais so:

Categoria alarme persistente no reconhecido: Alertar no visor tais como

piscar com uma cor, e em alguns casos, um sinal audvel gerado. O alarme

no reconhecido permanece at que o reconhecimento do operador seja feito.

O alarme persiste at que o estado desaparea (geralmente atravs da ao do

operador), ou seja inibido;

Um evento associado a um determinado tipo de dispositivo, tais como uma

tenso de barramento ou proteo do rel de operao;

Motivo da ocorrncia do evento por meio da sesso ao acompanhamento da

funo;

A prioridade atribuda para a classificao de todos os eventos.

O propsito dessas classificaes a de filtrar os eventos mais importantes

dentre as ocorrncias para que o operador possa resolv-las em primeiro lugar.

2.6.3 Funo de controle

Funes de controle so iniciadas pelos operadores, ou automaticamente, a partir

de aplicaes de software e afetam diretamente o funcionamento do sistema de energia.

Eles podem ser agrupados em quatro subclasses:

Dispositivo de controle individual: representa o comando abrir / fechar direto

a um dispositivo individual;

Controlar mensagens para equipamentos que requer operao, uma vez

iniciada na sala de controle, para ser conduzida automaticamente pela lgica

local no dispositivo a fim de garantir a operao, permanece dentro dos

limites pr-determinados;

Controle sequencial: conjunto articulado de aes de controle uma vez que o

comando de partida sequencial foi iniciado. Um conjunto de passos

sequenciais de comutao para restaurar a energia atravs de uma

configurao pr-definida;

Controle automtico: acionado por um evento ou momento especfico que

chama a ao de controle.

34

As trs primeiras categorias de controle acima so iniciadas manualmente,

exceto quando o controle sequencial iniciado automaticamente. Aes de controle

iniciadas manualmente podem ser sempre uma seleo do tipo confirmado antes de

operar ou dar o comando imediato.

2.6.4 Armazenamento de dados e anlise

Os dados recolhidos a partir do processo so armazenados no banco de dados em

tempo real no servidor de aplicativos SCADA para criar uma atualizao do processo

supervisionado. Os dados da RTUs so armazenados no momento da coleta e qualquer

atualizao de dados substitui os valores antigos pelos novos. Estatsticas de

desempenho capturadas pelos sistemas SCADA so extremamente importantes na

qualidade de energia como um todo. Normalmente, somente os dados alterados so

armazenados para economizar espao em disco. Os dados podem ser extrados em uma

data posterior para muitas formas de anlise, tais como planejamento, clculos

numricos, carga do sistema, auditorias de desempenho e relatrios de produo.

2.7 Configuraes de hardware

Os sistemas SCADA so implementados em hardware composto por uma

extremidade frontal com mltiplas comunicaes que gerem o processo de aquisio de

dados a partir de RTUs. Os dados recebidos so ento passadas para o servidor

SCADA, atravs de uma rede local, para o armazenamento e acesso pelos operadores e

outras aplicaes.

O sistema SCADA termina suportando uma variedade de configuraes de rede.

O mais popular em uso hoje em dia so:

Multiponto uma configurao radial, na qual as RTUs so sondadas em

sequncia atravs de um canal de comunicaes. Isso resulta em uma soluo

barata custa do tempo de resposta;

Ponto-a-ponto dedica um canal de comunicao para uma RTU. comumente

usados quando apresenta alta resposta com muitos canais de comunicao;

Configurao em estrela uma combinao de ponto-a-ponto que controla o

acesso aos dados da RTUs escravos configurados como ponto-a-ponto ou

multiponto.

O sistema central compreende acima de tudo frente das comunicaes e

chamado de estao mestre. Na indstria, existem muitos protocolos e suas variantes

em uso, entre a estao mestre e as RTUs. A configurao geral de um sistema SCADA

tpica mostrada na figura 2.7.

35

Figura 2.7 Configurao tpica de um sistema SCADA.


2.8 Servidores de interface homem mquina (IHM)

So mquinas equipadas com um ou mais monitores de vdeo colorido de alta

resoluo, impressora grfica b/p ou cor, com perifricos para manipulao de

informaes ou console de operao (trackball, mouse, etc.), processando um software

SCADA que proporciona ao operador todas as facilidades necessrias ao comando e

superviso do processo, possibilitando a execuo correta das funes de superviso,

controle, comando-remoto, etc. A rede de comunicao permite a incluso de vrios

consoles de operao sem grande transtorno, no havendo nenhuma restrio quanto

quantidade e a configurao dos mesmos. A quantidade e a localizao dos consoles so

estabelecidas pelas necessidades de aplicao, dependendo do meio fsico da rede,

existe ainda a possibilidade de se instalar consoles-remotos a uma distncia

relativamente grande, sem perda do desempenho.

36

2.9 Servidores de banco de dados (SBD)

So utilizados para armazenar a base de dados de tempo real e histrica, alm de

arquivos de sequncia de eventos, valores de ajuste de rels de proteo, dados

cadastrais de equipamentos, etc. Para tanto so usadas mquinas velozes de alta

capacidade de armazenamento, geralmente, empregadas em configurao dual por se

tratar de uma funo crtica para a operao do sistema. Sistemas de controle fazem uso

de diversos tipos de informaes, cada uma delas com requisitos prprios de

desempenho e estrutura de dados.

2.10 Princpios do sistema SCADA

preciso entender que o desempenho tem sido uma grande preocupao do

sistema SCADA, devido limitao do histrico de velocidades de comunicao. A

velocidade lenta afeta a funo de aquisio de dados, que formam a base de arquitetura

de todos os sistemas SCADA. O ciclo de aquisio de dados recolhe dados to rpidos

quanto comunicao do processo em tempo real. A apresentao do estado do

processo para os operadores feita a partir deste banco de dados. Uma particularidade

das baixas taxas de transmisso e demandas de alta segurana que os protocolos da

RTU foram projetados com caractersticas muito especiais. O mesmo projeto bsico que

formou o SCADA desde o incio vlido hoje, mesmo se as larguras de banda forem

muito superiores com modernos PLCs (Programmable Logic Controller ou

Controladores Lgicos Programveis) e com a utilizao de fibra ptica. A nica

diferena hoje que a imagem espelhada do processo muito mais perto (no tempo)

para o processo real.

2.11 Estruturas de base de dados e interfaces

Uma das questes desafiadoras dentro de um sistema de gesto a resoluo de

dados de diferentes estruturas que existem entre as vrias aplicaes, tanto interna,

dentro do SCADA, quanto aplicaes avanadas e funo de interrupo. Existem

vrios modelos de dados para representar a rede eltrica com diferentes graus

desenvolvidos na indstria.

Tradicionalmente, os sistemas SCADA aplicados aos sistemas de potncia

podem empregar uma estrutura hierrquica do sistema de energia composto por

subestao, estao, baa e terminal.

37

Figura 2.8 Elementos de um sistema SCADA aplicado ao sistema de potncia

Fonte: Silva (2002, p. 25)

A base de dados em tempo real do sistema SCADA descrita em termos de

pontos e dados de aquisio dados, cada ponto deve ser definido em entrada em uma

estrutura muito plana. Esta estrutura plana sem relaes inerentes construda

possuindo um modelo de processo. O conceito de modelo de dados em um sistema

SCADA mostrado de forma simplificada na figura 2.9.

Figura 2.9 Estrutura do modelo simplificado do SCADA em tempo real


38

Diferentes nveis de interface foram estabelecidas dentro da indstria, muitas

vezes ditadas por uma implementao, em particular para a base de dados, onde tem

sido preenchido para aplicao de gesto de ativos e, s vezes, s se expandiu para

incluir em aplicaes de engenharia. O nvel de interface possvel ditado pela

aplicao exata dos vrios sistemas, devido a disponibilidade de dados no modelo de

dados implementado. No momento, sem padres e diretrizes dentro da indstria, cada

interface SCADA tem que ser personalizada usando meio comuns de TI, ou seja,

mecanismos de transporte de dados (CSF, ASCII, XML).

2.12 Sistemas de comunicao de controle e automao

O link de comunicao um componente vital da automao, a maioria das

implementaes de grande escala requerem comunicaes para iniciar ou denunciar

uma ao de um centro de controle. Os sistemas de comunicao tm sido usados h

dcadas pela indstria de energia eltrica em uma ampla variedade de aplicaes. Em

termos mais simples, um sistema de comunicao proporciona o elo entre a extremidade

de envio (transmissor) e o receptor. Muitos so os meios utilizados para transmitir os

sinais que vo de circuitos de cobre, rdio, micro-ondas, fibras ticas e at mesmo por

satlite. Uma pesquisa feita nos Estados Unidos em meados da dcada de 90 identificou

os meios de comunicao aplicados nos projetos de energia eltrica.

Figura 2.10 Sistema de comunicao primrio em uso para automao


As tendncias deste levantamento inicial continuaram, como foi confirmado por

uma nova pesquisa realizada cinco anos depois. Isso mostrou o rdio de dois canais

como a forma mais utilizada de comunicao, mas com novos tipos de recursos da

comunicao como a fibra tica, satlite e celular.

39

Figura 2.11 Tipos de comunicao atualmente em uso para automao


2.12.1 Comunicao e automao

Os componentes de um sistema de comunicao so mais frequentemente

referenciados em termos da norma ISO a modelo OSI (Open System Interconnection ou

Interconexo de Sistemas Abertos) de sete camadas do modelo de referncia. As

camadas so camada de aplicao, apresentao, sesso, transporte, de rede, dados e

fsicos. Todas estas camadas podem ou no ser aplicveis em todos os sistemas. A

camada fsica fornece o meio de comunicao entre o equipamento de transmisso e

recepo. a forma fsica, tal como fios de cobre, fibra tica, ou sem fio que so muitas

vezes utilizados. Em um caso simples, um cabo RS-232 pode ser ligado de um

dispositivo para outro.

O protocolo de comunicao especifica o endereo do dispositivo da mensagem

a ser enviado, o endereo do dispositivo que enviou a mensagem, a informao sobre o

tipo de dados na mensagem e os dados propriamente ditos, bem como a deteco de

erros ou de outras informaes. Alguns protocolos se tornaram padres na indstria,

mas a maioria particular.

2.12.2 Comunicao fsica

A figura 2.12 mostra as diferentes tecnologias de comunicao que podem ser

utilizadas para aplicaes de automao.

40

Figura 2.12 Opes de tecnologia de comunicao fsica


2.12.3 Protocolos de comunicao

Com o passar dos anos, inmeros recursos foram surgindo, novos equipamentos

foram instalados nas subestaes e, dentro deste novo cenrio, novos protocolos de

comunicao foram sendo implementados no nvel do processo, tambm denominado

de comunicao horizontal, e na comunicao entre a subestao e os centros de

controle, tambm denominado de comunicao vertical. Os protocolos de comunicao

so regras entre dois dispositivos capazes de estabelecer um canal de comunicao para

troca de dados. Basicamente so definidos por um conjunto de: (24)

a) Formato de mensagens;

b) Servios;

c) Procedimentos;

d) Endereamento;

e) Conveno de nomes.

At a dcada de 80, cada fabricante desenvolvia seu prprio protocolo de

comunicao, o que provocou a existncia de sistemas operando de forma isolada

dentro de uma mesma subestao, dificultando a integrao, o gerenciamento e a

manuteno. As dificuldades geradas por essa profuso de protocolos proprietrios deu

origem, por presso dos usurios, a uma tendncia no sentido da criao de protocolos

abertos.

Na essncia, protocolos de comunicao definem as regras para a transmisso de

dados entre os dispositivos de comunicao. Em palavras simples, um protocolo de

comunicao seria o idioma empregado entre o transmissor e o receptor. Os

protocolos de comunicao mais comuns para automao em sistema de energia eltrica

so: MODBUS, DNP 3.0, IEC 60870-5-101, UCA 2.0 e IEC 61850.

41

2.12.3.1 Protocolo Modbus

Modbus um protocolo de transmisso desenvolvido pela Gould Modicon

(subsidiria da Schneider Automation) para sistemas de controle de processo. O Modbus

simples e flexvel sendo um protocolo divulgado publicamente, o que permite que os

dispositivos possam trocar os dados discretos e analgicos.

O Modbus, devido sua necessidade de transferir sinais de controle entre os

controladores lgicos programveis, atuadores, etc., descreve o processo de um

controlador que utiliza a solicitao do acesso a outro dispositivo, como ele vai

responder s solicitaes do outro dispositivo e como os erros sero detectados.

O protocolo Modbus utilizado para estabelecer comunicao mestre-escravo

entre os dispositivos inteligentes e tem dois modos de transmisso ASCII e RTU.

Diferentes vantagens e desvantagens so obtidas por cada um dos modos de

transmisso. Uma vantagem do modo RTU que ele tem uma densidade maior de

caracteres, e, por conseguinte, pode transmitir mais informaes pela mesma taxa de

transmisso. A vantagem do ASCII que permite que os intervalos de tempo de at 1

segundo a ocorrer podem ser transmitido sem causar erros.

As transaes possveis podem ser do tipo pergunta e resposta, no qual apenas

uma nica estao endereada ou de tipo Broadcast, em que todas as estaes

escravas so endereadas. Cada transao compreende uma nica mensagem de

pergunta e s uma nica mensagem de resposta. (22)

O Modbus admite at 247 equipamentos escravos em uma rede fsica. Ao

receber uma mensagem, o escravo, aps efetuar o teste de integridade de erros, executa

a ordem recebida, monta a estrutura da mensagem resposta e a envia ao mestre.

Mensagens tipo Broadcast no necessitam de resposta.

2.12.3.2 Protocolo DNP 3.0

DNP 3.0 fornece as regras para computadores de subestao e computadores

estao mestre de comunicao de dados e comandos de controle. Westronic, agora GE

Harris criou o protocolo de rede distribuda DNP em 1990. O protocolo DNP depois

mudou de um protocolo proprietrio para um protocolo de domnio pblico em 1993, o

DNP 3.0. Em Novembro de 1993, o grupo de usurio DNP, composto por utilitrios e

fornecedores, adquiriu a propriedade do protocolo. Em 1995, uma comisso tcnica

DNP foi formada tendo a responsabilidade de recomendar as especificaes e novos

desenvolvimentos para o grupo de usurios DNP.

DNP um protocolo de camada e composto por trs camadas e uma camada

pseudo. A Comisso Internacional de Eletrotcnica (IEC) denomina a estrutura e as

camadas como Enhanced Performance Architecture (EPA).

42

Figura 2.13 Arquitetura do protocolo DNP

As mensagens construdas so ento passadas para a camada pseudo de

transporte na qual so fragmentadas. A camada de enlace recebe as mensagens

fragmentadas da camada pseudo de transporte e envia para a camada fsica, onde

finalmente as mensagens so enviadas. Quando a quantidade de dados a serem

transmitidos demasiado, grande para uma nica mensagem de camada de aplicao,

vrias mensagens da camada de aplicao podem ser construdas e transmitidas

sequencialmente. A camada enlace tem a responsabilidade de fazer a ligao fsica

vivel. Ela incorpora a deteco de erros e deteco de quadros duplicados a fim de

aumentar a confiabilidade da transmisso dos dados. O envio e recebimento de pacotes

so chamados de frames. O tamanho mximo de uma estrutura de ligao de dados de

256 bytes. A camada fsica est principalmente preocupada com o meio fsico sobre o

qual o protocolo DNP est sendo comunicado. Esta camada lida com os estados das

informaes e sincronizao entre os meios de comunicao, como iniciar e parar, entre

outros. O protocolo DNP implementado com os meios fsicos, tais como RS-232 ou

RS-485.

2.12.3.3 Protocolo IEC 60870-5-101

A IEC 60870-5 uma definio geral do protocolo desenvolvido pelo comit

tcnico 57 da IEC. Os padres da companhia de energia so integrados por selees de

sees feita a partir dos padres base, de modo a adquirir uma configurao especfica.

O perfil IEC 60870-5-101 tem uma estrutura de mensagem de comunicao RTU-IED.

43

Figura 2.14 Arquitetura da camada IEC 60870-5-101

O modelo bsico de referncia contm sete camadas. No entanto, o modelo de

referncia simplificado, que utilizado na norma IEC 60870-5-101, tem menos

camadas, e chamado modelo de arquitetura desempenho melhorado.

2.12.3.4 Protocolo UCA 2.0, IEC 61850

O Electric Power Research Institute (EPRI) comeou o projeto de arquitetura

em novembro de 1998 como parte do programa integrado de comunicao. A verso 1.0

da UCA foi baseada em discusses com 14 empresas de energia eltrica. A UCA 2.0

evoluiu da 1.0, e geralmente dividida em UCA 2.0 para troca de dados em tempo real

e UCA 2.0 para os dispositivos de campo. O Manufacturing Message Specification

(MMS) e Generic Objects Models for Substation and Feeder Equipment (GOMSFE)

foram desenvolvidos com base nessa atividade de pesquisa.

O objetivo da UCA prover a integrao sem problemas dos sistemas nas

empresas eltricas pelo empreendimento e uso de pacote de padres internacionais que

beneficiar a reduo de custos. UCA Verso 2.0 foi publicada como relatrio tcnico

IEEE TR1550 em novembro de 1999.

A UCA difere dos demais protocolos anteriores, por causa do uso dos modelos

orientados a objeto em dispositivos e componentes. Estes modelos definem dados

comuns, formatos, identificadores, controladores, dispositivos de alimentao como

unidade de medida, interruptores, reguladores de tenso, rels, etc., utilizados dentro de

uma subestao.

O funcionamento e comportamento integral do dispositivo so especificados

pelos modelos, isto permitir aos fabricantes a utilizao em futuras inovaes. Os

modelos foram desenvolvidos dentro de um processo aberto que incluem as

fornecedoras, concessionrias e empresas ligadas ao mercado eltrico.

O protocolo MMS, desenvolvido pelo padro ISO 950.6, controla em tempo real

a aquisio de dados. MMS define a estrutura da mensagem que apoia o acesso aos

dados, programas, eventos, e outros que constituem parte comum dos dispositivos de

tempo real. Estas mensagens podem ser transportadas usando uma pilha diferente de

protocolos correlatos.

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Os documentos da UCA especificam um pacote de padres internacionais que

podem ser aplicados a diferentes requisitos de arquiteturas de comunicaes existentes

nas concessionrias. A UCA pode ser usada para definir e implementar uma grande

variedade de funes que possuem padres para apoiar tanto a automao de sistemas

de distribuio, quanto sistemas de administrao da demanda, sistemas de controle de

subestaes, automao de plantas de energia, sistemas de gua, gs e interface com

clientes. A UCA inclui os seguintes documentos:

Introduo para UCA;

Especificao do perfil da comunicao UCA;

Modelos comuns para aplicao de servios (CASM);

Modelos objeto genricos para subestaes e equipamentos de alimentao

(GOMSFE);

Modelos de dispositivo de interface com cliente e de dispositivo para plantas

de energia (em preparao).

O GOMSFE define padres de modelos de dados para equipamentos e funes

que se encontram em uma SE, usando para esses modelos objetos comuns; que

proporcionam a interao e interoperabilidade entre os dispositivos e suas interfaces ao

usurio; GOMSFE prov, tambm, as diretrizes para a modelagem dos IED.

Os objetos GOMSFE podem trocar mensagens e gerar objetos entre si por meio

de um protocolo padronizado, segundo o formato Generic Object Oriented Substation

Event (GOOSE). Compondo-se os mdulos estabelecidos, possvel modelar desde

um terminal, remoto ou equipamento digital de medio, at um cubculo de um

alimentador de distribuio representando-se seus elementos de controle e proteo.

A norma IEC 61850 contm a maioria da especificao da UCA 2.0, como as

comunicaes cliente / servidor e peer-to-peer, alm de funcionalidades adicionais

como o projeto e a configurao de subestaes, ensaios e padres. (24)

Por ser uma norma relativamente recente, a IEC 61850 ainda se encontra em

evoluo contando para isso com o esforo conjunto de fabricantes, instituies de

pesquisa e rgos normativos internacionais. Atualmente, esta norma apresenta as

seguintes caractersticas principais:

a) Representa um conjunto de protocolos e critrios;

b) Est sendo adotada em diversos pases;

c) Corresponde ao estado da arte da tecnologia digital na rea de automao de

subestaes;

d) Permite uma completa integrao entre os diversos equipamentos digitais

inteligentes, atravs do uso de redes Local Area Network (LAN) de alta

velocidade e de elevada confiabilidade, baseadas na tecnologia Ethernet;

e) Possibilita o compartilhamento das informaes atravs do uso de tecnologia

j largamente comprovadas como a linguagem Extensible Mark-up

Language (XML), facilitando dessa forma, a implantao de funes de

automao e de auxlio operao e manuteno.

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Adicionalmente, a norma IEC 61850 veio solucionar o problema das expanses

dos sistemas digitalizados, oferecendo a garantia de interoperabilidade entre IEDs de

fabricantes diferentes, eliminando a dependncia de um nico fornecedor e reduzindo

drasticamente o tempo de implantao e os perodos de desligamentos necessrios.

46

Captulo 3

3 Sistemas de controle para gerao elica

A gerao de energia eltrica um processo contnuo com rgidos requisitos de

segurana e confiabilidade que refletem a importncia deste insumo para todos os ramos

da atividade econmica. O atendimento destes requisitos impe restries aos sistemas

de controle das usinas, em relao s funes lgicas de controle e seus

intertravamentos de segurana, bem como ao desempenho e confiabilidade dos

equipamentos. As empresas devem adaptar-se evoluo da situao e criar

oportunidades para atingir os seus objetivos de negcio, assegurando um retorno

adequado para os acionistas.

Com o aumento da complexidade dos processos, um nmero maior de dados

deve ser tratado. Assim, foi necessria a adoo da tecnologia digital em detrimento da

analgica. Esta nova tecnologia contribuiu para a elevao dos padres de qualidade dos

servios prestados pelas empresas geradoras de energia eltrica, suportando um nvel

crescente de automao e inteligncia. Os equipamentos de uma unidade geradora, a

turbina, o gerador e seus componentes auxiliares (transformadores, bombas, tanques,

vlvulas, etc.), geralmente so instalados em uma rea relativamente extensa. Estes

componentes interagem entre si sob controle e superviso de um sistema hierrquico

com capacidade de adquirir, processar, transferir e armazenar os dados do processo.

Estes dados so, basicamente, os estados dos equipamentos (ligado/desligado,

aberto/fechado, normal/falha, etc.) e os valores de grandezas analgicas (tenses,

correntes, temperaturas, nveis, vazes, etc.).

As principais reas beneficiadas pelo controle esto apresentadas aqui de forma

sucinta:

Otimizao da operao: O operador tem acesso a todas as informaes de

forma centralizada via computador, minimizando a necessidade de

deslocamentos at os equipamentos;

Agilizao da manuteno: Em caso de alguma anormalidade que envolva as

unidades geradoras e servios auxiliares, o sistema memoriza a sequncia de

eventos digitais e analgicos envolvidos e permite uma ao direcionada da

manuteno, diminuindo o tempo de parada das unidades geradoras;

Padronizao da operao: Atravs das Interfaces Homem Mquina (IHM),

h maior padronizao das operaes da usina e registro das aes

operacionais para anlise posterior;

Manuteno preventiva: O tempo de operao ou o nmero de manobras

efetuadas pelos principais equipamentos so acompanhados. O sistema alerta

sobre o momento de parada para manuteno peridica;

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Informaes gerenciais para usurio remoto: Disponibilidade remota on-line

das informaes do sistema, incluindo todas as telas grficas, grficos de

tendncias e relatrios do sistema;

Aumento da produtividade de operao de todo sistema: Desenvolve e

implementa projetos visando redues de custos, de refugo (desperdcio) e

de tempo do processo.

Segundo HAU (2006), sistemas de controle de uma turbina elica deve

principalmente assegurar o seu total funcionamento automtico. Qualquer abordagem

que exija alguma interveno manual durante a operao normal seria totalmente

inaceitvel. Alm disso, consideraes econmicas exigem dos sistemas de controle

eficincia mxima a ser alcanada em cada ponto de operao.

Alm destes requisitos, h outras tarefas a serem cumpridas pelo sistema de

controle. Entre estas, a segurana operacional, que da mais alta prioridade. Falhas

tcnicas e riscos ambientais devem ser reconhecidos e os mecanismos de segurana

fornecidos devem ser disparados. Oportunamente, a funo do sistema de controle

contribuir para reduzir as cargas estruturais sobre a turbina de vento.

No menos importante, o sistema de controle esperado por ser suficientemente

flexvel para se adaptar ao desempenho da turbina para variadas condies de

funcionamento sem extensas modificaes tcnicas. Esta adaptao pode ser fornecida

por tecnologia de controle digital moderno por meio de uma mera mudana no software.

Figura 3.1 - Tarefa do sistema de controle de uma turbina elica.

Fonte: Gasch (2012, p. 403)

O controlador recebe entradas externas de acordo com as condies de

funcionamento e, acima de tudo, as condies de vento e as intenes do operador.

Estas informaes determinam os valores de referncia para o controlador que tambm

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ir monitorar as condies operacionais e tomar decises relativas ao modo de

operao, com base em dedues lgicas. O sistema de controle cuida dos processos de

controles internos da turbina. De certa forma, representa o elo entre o controlador e os

componentes mecnicos e eltricos da turbina. O sistema de controle deve, portanto, ser

combinada com as caractersticas de funcionamento e os limites de resistncia estrutural

da turbina. (6)

Em turbinas elicas com controle nas ps, o sistema de controle controla trs

sistemas funcionais: controle de velocidade da guinada, potncia do rotor e a sequncia

operacional. As turbinas de ventos menores que, frequentemente, no tem controle de

ps tambm no tm velocidade ativa e controle de potncia. A limitao destas

turbinas menores dada pela prpria rede. Mas mesmo nesta verso mais simples, um

sistema de controle necessrio para um bom funcionamento de operao. Os

problemas de controle de turbinas elicas so conduzidos com os mesmos pressupostos

que os sistemas de geradores eltricos, os fundamentos de controle de mquinas

eltricas devem ser conhecidos.

3.1 Sistema de medio de vento

O sistema de controle e de guinada requer a medio da velocidade e direo do

vento, pelo menos no caso das turbinas de maior dimenso. Pequenas turbinas podem,

em algumas circunstncias, fazer sem a medio destes dois tipos de controle.

3.1.1 Localidade da medio de vento

A localizao para medio do vento deve ser escolhida com cuidado, uma vez

que o fluxo de ar nas imediaes da turbina influenciado pelo rotor girando. Se a

medio da velocidade e direo do vento no deve ser influenciada pelo rotor, ento

um ponto de medio teria que ser colocado atrs do rotor a uma distncia de dez vezes

o dimetro do rotor. Considerando o exposto, compreensvel que a medio do vento

operacional, independentemente da corrupo dos resultados nas imediaes do rotor,

seja geralmente colocada na parte superior da nacelle (Figura 3.2). Em alguns casos, o

anemmetro tambm montado na torre, abaixo do raio do rotor. (6)

Seja como for, a medio precisa do vento no vivel. No entanto, o

funcionamento prtico no requer uma medio exata do vento, enquanto a discrepncia

provocada pela rotao do rotor conhecida com exatido e tomada em considerao

na transformao dos dados obtidos. A uma velocidade nominal de vento de cerca de 10

m/s, as medies de velocidade do vento na parte superior da nacelle, ir mostrar uma

diferena de 2 a 3 m/s, depende ainda se a medio efetuada em frente ou atrs do

plano do rotor. Tomando em considerao esta diferena da velocidade do vento ir

fornecer resultados que so suficientemente precisos para a gesto da operao da

turbina. por esta razo, mas tambm por razes de redundncia, que so por vezes

montados dois anemmetros em grandes turbinas.

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Figura 3.2 - Sistema de medio de vento na nacelle de uma turbina offshore

Fonte: Hau (2006, p. 360)

3.1.2 Sensores de vento e processamento de dados

O sistema de medio de vento, basicamente, consiste de dois componentes

principais: o sensor e o sistema de processamento de dados. Sensores para medio

combinando velocidade e direo de vento esto disponveis em vrios formatos. A

velocidade do vento e a direo do vento determinada com o auxlio de sensores. Os

dados medidos so normalmente processados eletronicamente. (6)

Figura 3.3 Sensores de velocidade e direo de vento combinados.

Fonte: Hau (2006, p. 361)

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3.1.3 Yawcontrol

O controle de movimento da guinada caracterizado por objetivos

contraditrios. Por um lado, o desvio do rotor a partir da direo do vento, ngulo de

guinada, supostamente to pequena quanto possvel para evitar a perda de potncia.

Por outro lado, o sistema de controle de guinada no deve responder muito

sensivelmente, a fim de evitar movimentos pequenos contnuos de guinada, que

poderiam reduzir a vida til dos componentes mecnicos. No possvel encontrar uma

regra geral, a soluo determinada pelas propriedades especificas da turbina, bem

como pelas condies de ventos locais. O ngulo de guinada mdio da magnitude de

cerca de 5 graus. Isto envolve certa perda de potncia do rotor. Como s se torna visvel

na gama da carga parcial, a perda permanece dentro dos limites tolerveis de

aproximadamente 1% a 2% da produo anual de energia. (6)

Figura 3.4 - Medindo o ngulo de azimute da direo do vento e da nacelle

scada_br e geracao heolica

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