smart grid – aplicações nos estados unidos · concessionária e consumidores obterão returno...

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Experience you can trust. KEMA Inc., 2006 1 Smart Grid – Aplicações nos Estados Unidos Apresentação na ABINEE TEC 2007 São Paulo – 26 de abril de 2007 Rui Mano Consultor Principal

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Page 1: Smart Grid – Aplicações nos Estados Unidos · Concessionária e consumidores obterão returno através da convergência de distribuição de energia e tecnologia da informação

Experience you can trust.KEMA Inc., 2006

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Smart Grid – Aplicações nos Estados Unidos

Apresentação na ABINEE TEC 2007São Paulo – 26 de abril de 2007

Rui ManoConsultor Principal

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KEMA Inc., 2006 2

Visão da Concessionário do Futuro – Smart Grid

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

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

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Smart Grid / Utility of The Future

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Smart Grid / Utility of The Future

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Values

EnablesOpportunities

Oportunidades e Facilitadores

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

Adicionado

• Confiabilidade• Eficiência Operacional• Satisfação do Cliente• Meio ambiente• Valores do Acionista

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

Holística

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KEMA Inc., 2006 4

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

UsinasUsinas

Rede & Dispositivos em Residências

Rede & Dispositivos em Residências

Advanced Metering Infrastructure

Advanced Metering Infrastructure

Gerenciamento da DistribuiçãoMWMMWMOMSOMSGISGIS

Planejamento e Engenharia T&DGestão de

AtivosGestão de

AtivosGestão da

ManutençãoGestão da

ManutençãoPlanejamentode Sistemas

Planejamentode Sistemas

Infraestrutura de Comunicações

Automação deDistr./Alimentadores

Automação deDistr./Alimentadores

ProgramaçãoProgramação Comercializ.Comercializ.FechamentosFechamentos DSMDSM

Operações Suprimento & Mercado

Operações T&D

SCADASCADAEMSEMSOperationsPlanning

OperationsPlanning DMSDMS

Serviços aos ClientesMDMSMDMS CISCIS BillingBillingCall CenterCall Center

Integração da

Informação na

Empresa

Automação de Subestações

Automação de Subestações

Operações GeraisControlesControlesEmissõesEmissõesManutençãoManutenção Comb.Comb.

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KEMA Inc., 2006 5

Messages / Events

SharedData Stor e

Application 1Data Store

InformationSource(s)

Applicat ion N Data Store

Appl ication 2Data Store

InformationSource(s)

Application 2 Data Store

InformationSource(s)

Amostras de Templates da KEMA

• Mapas de Processos de Negócios

• Arquitetura de Referência

• Fluxos de Dados e Interfaces

• Requisitos Funcionais & Técnicos• Modelos Custo-Benefício / Matriz de

Oportunidades

• Métodos e Algoritmos• Documentos para Aquisição de Tecnologia

(RFI/RFP)

• Matriz de Capacidades de Fornecedores

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KEMA Inc., 2006 6

Aplicações usando AMI oferecem benefícios significativos

Gestão de Interrupções de Energia

• Detecção e Gestão de Interrupções• Localização e Restauração de Interrupções• Gestão das Equipes de Trabalho / Equipes Móveis

Sistema de Distribuição

Serviços aos Clientes• AMR (Leitura automatizada)• Aperfeiçoamento da Receita• Controle Direto da Carga• Resposta a Demanda• Conexão/Desconexão Remotos• Geração Distribuída

Operações de Sistema

• Planejamento & Projeções• Despacho Econômico• Comutação & Controle

Serviços ao Cliente

• Gestão de Ativos- Monitoração da Saúde dos Equipamentos- Inspeção / Manutenção baseadas na Condição

• Automação da Distribuição e dos Alimentadores• Gerenciamento da Tensão/Reativos• Gerenciamento da Qualidade da Energia• Câmeras de Supervisão

On-site DG

Infraestrutura de Comunicações

Integração da Informação

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

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

Gateway Local

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

Home Area Network (HAN)`Medidores Avançados

Acesso Comun. (LAN)

InfraestructuraBack Office

Field Collectors/ Aggregators

Conectividade AMI

Comunicação BackHaul (WAN)

Chaves para o Sucesso• Interoperabilidade dos protocolos de comunicações e Medidores• Múltiplas opções integradas para transmitir dados ao backbone

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

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

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

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

Opções incluem: WiFi, WiMAX,

Ethernet, PLC, BPL

Opções incluem: Powerline, Wireless, Fibra, Cabo,

Celular, Satélite

NósLargura de Banda

Wireless ou

Wired

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O número de fabricantes lutando pelo mercado de Home Area Networking ésignificativo – muitos esperam seguir o caminho AMI para comercialização.

Fabricantes de Home Area Network

Termostatos Inteligentes

• Comverge• Invensys • Broadband Energy Networks • Intellicom Innovation AB

Dispositivos de Exibição (telas) residenciais

• Johnson Controls, Inc.• Honeywell• Carrier• Domosys Corp.• Comverge• Delta Controls • Adjala Controls and

Technologies (Log-One Ltd.)

• Intermatic• Leviton• RAM Industries• Baco Controls • Corporate Sys. Engineering• Invensys • Domosys Corp.• Dencor• Brayden Automation Corp.

Comutadores de Controle de Carga

• Electric City • Lightstat Inc.• Douglas Lighting Controls Inc.• Powerline Control Systems,

Inc.• Vantage Controls

Controles de Iluminação

A chave para o sucesso dessa “nova geração” de produtos seráatravés de protocolos abertos de comunicação para toda indústria e interoperabilidade.

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MeterMeter Data CollectionMDMS

OMS

SCADA

WMSMWF

Customer Info.

GIS

CIS

OutageNotification

CustomerWeb/e-MailInterface

OutageNotification

Field Crew

Customer

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

• Reduzir DEC e ampliar a Satisfação do Cliente

• Localização da Falha / Determinação da extensão

• Notificação do Cliente e da Equipe de Trabalho

• Restauração

• Notificação do Cliente

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

automatizada

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FeederBreaker

CapacitorController

RegulatorController End-of-Line Voltage

FeederBreaker

CapacitorController

RegulatorController End-of-Line Voltage

Exemplo: Automação de Alimentadores possibilitada por AMI

Comunicações AMI/BPL

Controle Integrado Tensão e Reativos

Powe

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• Flexibilidade Operacional/ Problemas de Carregamento de Endereço

• Redução de Perdas Elétricas• Redução de Demanda durante

condições de carga de pico

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Exemplo Smart Grid: Automação de SubestaçõesMaior parte dos Custos, pequena parte dos Benefícios !• >90% das concessionárias estão implantando IEDs em Subestações• Extraindo apenas 15% dos benefícios• 85% dos benefícios ainda não estão sendo obtidos

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

• Poucos têm implantado Arquitetura a nível de Empresa e (enterpriselevel architecture) e infraestrutura de TI– Subestações, Comunicações, Data Mart..

SCADASCADA SCADAData Warehouse

SCADAData Warehouse

Despachantes

Serviços aos Clientes

Rede Segura SE

Data Mart SubestaçãoData Mart

Subestação

SubestaçãoAEG P120

EngenhariaPlanejamento Manutenção

GISPlanejamento

Local AreaNetwork

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

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

“catastróficas• Aperfeiçoam processos de

manutenção

MODELO PROBABILÍSTICO DE DESEMPENHO E FALHAS DE

EQUIPAMENTO

GESTÃO DE ATIVOS

Histórico -Uso & Meio ambiente

Dados Atualizados de Fabricantes e Indústria

Histórico -Manutenção

Função de Distribuição de Probabilidade de Falha e

Desempenho de Equipamento

Observações Contínuas da Condição

Sistemas de Alarme Sistemas de Alarme & Programa& Programaççãoão

Observações de Condição Programadas e provocadas

por Eventos

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KEMA Inc., 2006 13

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

• Funções de Negócio & Processos coordenados através da Empresa

• Arquitetura de Sistemas Integrada

• Gerenciamento de Dados e Integridade de Dados

• Gestão de Acesso aos Dados, Controles e Segurança

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

Tecnologia Consumidores

Instrumentação de Campo e Controles

Comunicação de Dados

Sistemas Integrados de Informações

Funções de Negócio

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KEMA Inc., 2006 14

Visão Smart GridCOMMUNICATIONS USER LEVELS

USER FUNCTIONS DATA MART

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

– Quais são e onde estão as vulnerabilidades?– Qual é a exposição potencial ao risco?– O que deve ser feito para proteger contra esses riscos?

Rede Residencial

Medidores &Gateways

Comunicações de Acesso

AMI Config &Maintenance

Sistema Gestão AMISistema

Gestão AMIPG

Rede Residencial Cliente

ComunLocal

Agregação Vizinhança

Agregação VizinhançaSistema Gestão

Dados MediçãoSistema GestãoDados Medição

Monitoração,DA, AM

Utility Wide

Comm.

Bi-directionalR/T Access

Acesso Web

ComunicaçõesBack Haul

Sistemas de Back-Office

& OperacionaisAcesso Externo

aos Dados

Terceiros

Clientes

Turmas

Equipamentos Distribuição

DG

Equipamentos T&D

Operações Sistema, Gerenciamento de Energia &

DSM

MonitoraçãoSA, DA, AM

Áreas de maior vulnerabilidade

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Integração com a infraestruturacomputacional da concessionária

SCADA FESCADA FESCADASCADA

EMSEMS DMSDMS OMSOMS

MDM/SMDM/SBillingBillingCall CenterCall Center

IEDIED

SensorsSensors

ControlsControls

Concentrador DadosUTR

Substation

SensorsSensors

Controls

Acesso Comun.

MeterMeterMeterMeterMeterMeter

MeterMeterMeterMeterMeterMeter

MeterMeterMeter

“Concentrador Dados”

AMAM

Fibra ou Outro Back HaulDNP3.0 ou outro Protocolo SCADA

Protocolos Baseados em IP

Ativos Distribuição

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OMSOMS

DEVICE CONDITION, HISTORY, TEMP

DEVICE CONDITION, HISTORY, TEMP

INTERVAL METER READINGS

GATE STATION READINGS, REGULATOR

READINGS, METER READINGS

FAULT LOCATION, FAULT MAGNITUDE

LINECO

NDITION, HISTO

RY, TEMP, LINE

OPERATING

STATES, FAULT LOCATIO

NS,

MAG

NITUDE

LINE CONDITION, HISTORY, TEMP,

CONFIGURATIONS, DEVICE CONDITION, HISTORY,

TEMP

RELAY VALUES, HISTORY

EVENT OSCILLOGRAPH FILES, S

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LOAD CIRCUIT CO

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DISTRIBUTION SWITCH LOGS

DEVICE LOCKOUTS,

MOMENTARIES, CONDITIONS,

FAULT LOCATIONS

PROFILING METER USAGE

DEVICE OPERATING HISTORY, LINE

RECLOSING OPERATIONS INTERVAL METER READINGS

DEVICE OUTAGE CODES, OUTAGE, DEVICE IDS, CLEARING DEVICES

PROFILING METER USAGE

INSIDE FENCE HISTORICAL ASSET COSTS

RELIABILITY RELIABILITY

LOAD F/CASTING

LOAD F/CASTING

TRANSFORMERLOADING

TRANSFORMERLOADING

OMSOMS

GAS EMSGAS EMS

EMS / SCADAEMS /

SCADA

FISTFISTFEEDER

ANALYSISFEEDER

ANALYSIS

EMS HISTORIAN

EMS HISTORIAN

TRANSGIS

TRANSGIS

TRANS. PLANNINGTRANS.

PLANNING

METER REPOS/YMETER

REPOS/Y

ASPENASPEN

OUTAGESOUTAGES

NON-OP DATA COLL

NON-OP DATA COLL

SUB MAINTSUB MAINT

DPS (CYME)DPS (CYME)DIST GISDIST GIS RAM (CYME)RAM (CYME)

HIS

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METER DATA

METER DATA

PQ TIMESERIES READINGS, PEAK LOADS

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CURRENT

OUTAGES

METER REPMETER REP

DEVICE OPERATING HISTORY,

INTERVAL METER READINGSPE

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TIONS

DEVICE SETTINGS

LOSS OF LIFE RATING

LOSS OF LIFE RATING

EQUIPMENT RATINGS

NET GRID MANAGERNET GRID MANAGER

LINE CONDITION, HISTORY, TEMP, CONFIGURATIONS,

DEVICE CONDITION, HISTORY, TEMP

TELEMETRICTELEMETRIC

NON EMS: LINE RECLOSER

OPERATIONS, STATION READINGS

DEVICE OPERATIONS, TRANSMISSION FAULT LOCATIONS

PEAK USAGE

LIGHTNINGLIGHTNING

LIGHTNING STRIKE LOCATION, TIMESTAMP, INTENSITY

PEAK

USA

GE

CLEARANCE INFORMATION

CAPECAPE

Diagrama Potencial de Escopo de Integração

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KEMA Inc., 2006 18

Amostra de Processos de Negócio Integrados

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KEMA Inc., 2006 19

Processos Mapeados para Integração de Dados

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Alguns Projeto Recentes da KEMA relacionados a “Smart Grid”

• AMI (Advanced Meter Infrastructure)

• Gestão de Dados de Medidores

• Automação de Alimentadores / Automação da Distribuição

• Automação de Subestações• Sistema de Gestão de

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

Clientes KEMA Aplicações

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KEMA Inc., 2006 21

Smart Grid Road Map

VisãoVisãoAvaliação de Capacidade &Oportunidade

Avaliação de Capacidade &Oportunidade

Estratégias de Implementação, Integração,

Migração & Gestão da Mudança

Estratégias de Implementação, Integração,

Migração & Gestão da MudançaImplementação

& Gestão da MudançaImplementação

& Gestão da MudançaEspecificação de

RequisitosEspecificação de

RequisitosAquisição da Tecnologia

Aquisição da Tecnologia

• Sistemas Legados•Processos de Negócios• Recursos

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

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

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

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KEMA Inc., 2006 22

Benefícios do um Projeto – Estudo de CasoFinanceiro

Confiabilidade

• Redução de potência reativa = Redução emissões

• Redução emissões = melhora da qualidade do ar

Meio-ambiente

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

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

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

sistema de potência

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KEMA Inc., 2006 23

Análise Custo-Benefício

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

• Custos de trabalho reduzidos devido a Automação– Aumento de Confiabilidade e Qualidade de Serviço

• Redução da Duração e Freqüência de Falhas (DEC/FEC)• Aumento da Qualidade da Energia

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

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

– Outros

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KEMA Inc., 2006 24

Objetivo InicialUnid. Negócio

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Diferencial do Projeto

Custo Adicional

Benefício para toda a Empresa

UN 2 UN 3 UN 4

Benefícios Diretos através da Corporação• Projetos com melhor retorno de capital podem ser conseguidos

quando se consideram os benefícios para toda a Empresa• Benefícios incrementais superam os custos incrementais

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KEMA Inc., 2006 25

Predições para um Amanhã não tão Distante

• Soluções holísticas vão emergir via esforços colaborativos através de diferentes unidades funcionais das concessionárias– Redução de “fronteiras” do negócio– Muitos processos disjuntos serão integrados e automatizados

• Equipamentos T&D terão módulos de comunicações e monitoração embutidos– Dispositivos inteligentes serão prolíficos, econômicos e amplamente usados– Automação residencial e gestão do lado da demanda serão o padrão

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

controle no tempo adequado a concessionárias e consumidores

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KEMA Inc., 2006 26

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

planejamento, engenharia, e clientes será sem emendas• Muitos processos que são disjuntos serão integrados e automatizados • Federação de dados proverá uma plataforma de negócio comum• Novos equipamentos T&D terão módulos de comunicações e

monitoração incorporados• Intelligent Devices, tais como IEDs, PMUs, medidores digitais,

automação da distribuição proliferarão e serão ampla e economicamente usados

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

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

• Redes residenciais se tornarão a norma e não a exceçãoÉ necessário desenvolver uma Estratégia de Integração TecnológicaÉ necessário desenvolver uma Estratégia de Integração Tecnológica

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Experience you can trust.KEMA Inc., 2006

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Agradecemos pela atenAgradecemos pela atençção!ão!KEMA BrasilKEMA Brasil

Av. Rio Branco, 115 conj.1003 Av. Rio Branco, 115 conj.1003 -- CEP 20040CEP 20040--004004Rio de Janeiro Rio de Janeiro -- RJRJTelTel: 21: 21--2232 45002232 4500Fax: 21Fax: 21--2507 95532507 9553

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