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Módulo de Estudos em Tempo Real
 

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Este trabalho descreve todo o ambiente envolvido na execução de estudos utilizando a função de Módulo de Estudos em Tempo Real - METR. Esta função trabalha tanto com dados de tempo real como ...

Este trabalho descreve todo o ambiente envolvido na execução de estudos utilizando a função de Módulo de Estudos em Tempo Real - METR. Esta função trabalha tanto com dados de tempo real como com dados históricos e pode ser utilizada pelas áreas de estudos de curto prazo ou pelas áreas de controle da operação. Na realização dos estudos é permitida a simulação de abertura/fechamento de linhas, transformadores e shunts de barra e alterações de carga/geração das barras. O trabalho destaca as potencialidades desse aplicativo e o impacto no ambiente de operação advindos com a sua implantação no COS da CPFL.

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    Módulo de Estudos em Tempo Real Módulo de Estudos em Tempo Real Document Transcript

    • GRUPO 010 GRUPO DE ESTUDO DE OPERAÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS (GOP) MÓDULO DE ESTUDOS EM TEMPO REAL Freire, L. M. *, Zagari, E. N. F. Rodrigues, L. F. G., Mokarzel Jr., F., Calixto R. OSE OEPS CPFL - Companhia Paulista de Força e Luz RESUMO função de Módulo de Estudos em Tempo Real - METR. Este trabalho descreve todo o ambiente envolvido na execução de estudos utilizando a Esta função trabalha tanto com dados de função de Módulo de Estudos em Tempo Real - tempo real como com dados históricos, a partir de METR. Esta função trabalha tanto com dados de um caso base do fluxo de potência on-line. Para tempo real como com dados históricos e pode ser executar um estudo com informações do instante utilizada pelas áreas de estudos de curto prazo ou corrente é montado um caso base com dados da pelas áreas de controle da operação. Na realização última varredura do sistema SCADA utilizando-se dos estudos é permitida a simulação de a mesma metodologia de geração do caso base abertura/fechamento de linhas, transformadores e para o fluxo de potência on-line, onde as partes shunts de barra e alterações de carga/geração das observáveis da rede são modeladas através de barras. O trabalho destaca as potencialidades dados telemedidos e do estimador de estado e as desse aplicativo e o impacto no ambiente de partes não observáveis através de dados operação advindos com a sua implantação no estatísticos e equivalentes externos. Para a COS da CPFL. realização de estudos históricos são armazenados casos base de 15/15 minutos para os últimos 3 PALAVRAS-CHAVE dias e de hora/hora para os últimos 30 dias. Planejamento de Curto Prazo - Funções de O METR pode ser utilizado tanto pelas Análise de Redes Elétricas - Simulação de áreas de estudos de curto prazo quanto pelas áreas Sistemas de Potência - Operação de Sistemas de de controle da operação, sendo inegáveis os Potência em Tempo Real ganhos trazidos para esta última, pois o operador (despachante) pode verificar, na fase de 1.0 - INTRODUÇÃO programação e instantes antes de realizar uma manobra, quais os efeitos que ela provoca no A CPFL vem trabalhando há cinco anos sistema elétrico. Na realização dos estudos é na implantação das funções de análise de redes permitida a simulação de abertura/fechamento de em seu centro de operação e controle do sistema linhas, transformadores e shunts de barra e elétrico - COS. Além das funções clássicas de alterações de carga/geração das barras, o que estimação de estado, fluxo de potência on-line e cobre a grande maioria dos tipos de manobras análise de segurança em tempo real, o pacote de realizadas no COS. Dispondo dessa ferramenta, o aplicativos de análise de redes da CPFL inclui a ambiente de operação exige cada vez mais a presença do engenheiro de operação e mudanças Rod. Campinas Mogi-Mirim, km 2,5, no 1755 - Jardim Santana - Campinas - SP - CEP 13088-900 Tel.: (019) 756-8446/756-8323 - Fax: (019) 756-8779
    • 2 no perfil dos operadores, com a possibilidade de duas redes. A máquina RISC que abriga as FAR é num futuro próximo os estudos de curto prazo uma Sun Sparc10 rodando sistema operacional serem realizados diretamente nos centros de Solaris3 (padrão SVR4.x) que possui suporte para operação. programação em tempo real. Uma importante característica desse Os aplicativos FAR implantados na CPFL aplicativo é a sua simplicidade e facilidade de são: Configurador, Estimador, Fluxo de Potência, utilização, tanto na preparação do caso base de Análise de Segurança e Módulo de Estudos (7). tempo real e na escolha da(s) contingência(s) e/ou Eles são controlados por um Escalonador que manobra(s) a ser(em) simulada(s), quanto na concede o uso do processador aos aplicativos de execução e apresentação dos resultados, sendo acordo com a prioridade de cada um, que, por sua que o operador não precisa mudar de ambiente vez, depende da ordem lógica de execução do computacional para realizá-los. aplicativo dentro da seqüência de tempo real (Figura 1). Com exceção do Módulo de Estudos, O aplicativo METR pode também ser os aplicativos são executados ciclicamente de utilizado para treinamento de operadores, sendo forma on-line sendo que o Fluxo de Potência e a realizado na forma de auto-treinamento ou Análise de Segurança podem também ser treinamento dirigido. Em qualquer uma dessas executados por solicitação do operador. Já o opções, o METR proporciona o aprimoramento Módulo de Estudos, aplicativo de menor dos operadores, dando-lhes a oportunidade de prioridade, é executado somente com a aumento contínuo na sua sensibilidade com intervenção do operador de forma off-line, onde relação ao sistema elétrico onde atua. modificações especiais no posto de operação se fazem necessárias (seção 4). Este trabalho tem por objetivo descrever todo o ambiente envolvido na execução de estudo utilizando o METR, desde a preparação do caso base de tempo real e escolha da simulação, até a exteriorização dos resultados, destacando as potencialidades desse aplicativo e o impacto no ambiente de operação advindos com a sua implementação no COS da CPFL. 2.0 - AMBIENTE DE TEMPO REAL Ao longo dos últimos anos a CPFL tem realizado grandes esforços para o desenvolvimento, implantação e consolidação dos chamados EMS (Energy Management System), onde as Funções de Análise de Redes - FAR são parte importante desse processo. O sistema SCADA da CPFL tem como plataforma uma rede distribuída de microcomputadores PC-386 rodando com um sistema proprietário. A alta performance exigida pela execução dos aplicativos FAR, aliada a conceitos de concepção ultrapassados, culminaram na especificação de uma rede Ethernet com protocolo TCP/IP e sistema Operacional UNIX para a execução desses aplicativos. Essa nova rede denominada de SGO (Sistema de Gerenciamento de Operação) FIGURA 1 - Aplicativos FAR está conectada à rede SCADA por meio de um 3.0 - PREPARAÇÃO DO CASO BASE DE micro gateway que faz o papel de tradutor entre as TEMPO REAL
    • 3 equivalente reduzida mantendo as mesmas Um dos maiores desafios na consolidação características de carga e geração da rede original. das FAR é a geração de um modelo em tempo real Assim as reações do sistema externo quando da da rede de interesse (caso base de tempo real) que ocorrência de contingências na rede interna são seja consistente e reflita com exatidão a situação também mantidas. operativa do sistema elétrico para um determinado instante. Os resultados do Módulo de Estudos, Uma vez modeladas as redes interna e assim como do Fluxo de Potência On-Line e externa (Figura 2), tomando-se certos cuidados, Análise de Segurança, serão tão mais precisos combina-se os resultados do equivalente e do quanto mais exata for a representação da rede de estimador gerando-se finalmente um modelo interesse. completo da rede de interesse: o caso base de tempo real (1). Define-se aqui rede elétrica de interesse como sendo a rede elétrica da própria concessionária (rede interna) e parte da rede das concessionárias vizinhas (rede externa). A razão de se agregar parte da rede externa à rede de interesse é representar as influências externas quando da ocorrência (ou simulação) de contingências na rede interna. Em sistemas elétricos reais é comum que a rede interna não seja completamente monitorada, assim, a mesma pode ainda ser dividida em partes observáveis e partes não FIGURA 2 - Modelagem da Rede de Interesse observáveis. As partes observáveis, também conhecidas como ilhas observáveis, são aquelas modeladas pelo Estimador de Estado e estão Na CPFL, no modo de tempo real, a cada relacionadas às SE’s supervisionadas pelo sistema minuto é gerado um caso base utilizando esse SCADA de onde se tem informações em tempo procedimento que acabamos de descrever. real. O restante da rede interna forma o que Quando há uma solicitação de estudo, o caso base denominamos de ilha interna não observável. do METR é gerado através do mesmo Cabe ressaltar que as partes observáveis da rede procedimento. variam constantemente a cada varredura dependendo da topologia do sistema e do 4.0 - O POSTO DE OPERAÇÃO E OS conjunto de medidas disponíveis neste instante. ESTUDOS EM TEMPO REAL A ilha interna não observável é modelada Uma grande vantagem do METR é a alocando-se, às barras dessa ilha, medidas de facilidade que o operador encontra para realizar injeção baseadas em informações estatísticas, de um estudo. O estudo é realizado no próprio posto tal forma que a rede de interesse se torne uma de operação não necessitando de mudança de única ilha observável (3). Assim, pode-se então, ambiente de trabalho. Na escolha da manobra ou executar a estimação de estado nessa grande ilha contingência, que pode ser simples ou múltipla e observável. Na CPFL essas medidas são oriundas de natureza diversa, tudo se passa como se ele de curvas de carga típicas (8). Na literatura, essas estivesse realizando uma manobra do seu dia-a- medidas estatísticas são referenciadas por pseudo- dia utilizando o seu próprio console de operação, medidas de injeção. onde os resultados são mostrados nas telas habituais de operação do sistema. A rede externa é modelada através de equivalentes externos, Ward Estendido (2). A O posto de operação (PO) é constituído idéia básica desta metodologia é representar por dois monitores. Ao selecionar no Menu das (substituir) a rede externa por uma rede Funções de Análise de Redes (Figura 3) a opção
    • 4 “Entrar no Modo de Estudos”, é gerado um caso Para a realização de um estudo o base de tempo real e suas informações (fluxos nas operador, de forma prática, fácil e rápida, executa linhas, tensões e potência líquida nas barras) são os seguintes passos: exteriorizadas em um dos monitores. No outro monitor, o operador tem acesso normal às 1. seleciona o PO para modo de estudos informações de tempo real, não ficando alheio ao (um caso base de tempo real é gerado); que se passa no sistema enquanto realiza o estudo. 2. realiza as manobras desejadas; 3. solicita a execução do estudo; 4. analisa os resultados. Apesar de ser a tarefa de menor prioridade dentro do sistema de análise de redes em tempo real, o tempo de execução de um estudo no METR (passo 3) não ultrapassa 30 segundos, o que não chega a causar ansiedade ao operador. No entanto, como só lhe é alocado o processador quando não há nenhuma outra função de análise de redes em tempo real em execução, pode-se ainda reduzir este tempo a apenas alguns segundos, bastando, para isso, alocar um processador exclusivo para a execução do METR. Assim, o METR pode ser utilizado tanto FIGURA 3 - Menu das Funções de Análise de na programação e instantes antes da manobra a Redes fim de se verificar os valores da programação, como também em situações de alerta ou emergência, onde o operador pode simular várias O operador pode simular manobras do seu manobras a fim de levar o sistema para um estado dia-a-dia tais como: seguro de operação. • abrir/fechar linha; 4.1 Transferência sem pisca • desligar/ligar linha; • chavear banco de capacitores; Dentre as manobras de equipamentos do • seccionar barramento (ainda em sistema elétrico realizadas com a supervisão do implantação); Centro de Controle da CPFL, uma tem especial • e ainda pode alterar o valor de carga importância: a transferência sem pisca. Esta ou geração na barra simulando importância se deve à relevante freqüência com transferência/corte de carga ou que essas manobras são realizadas devido ao redespacho de geração. grande número de SE’s em 138kV com dupla alimentação existentes na área de concessão da Além dos resultados das simulações CPFL (Figura 4). mostrados de forma gráfica nas telas que representam os unifilares do sistema, o operador tem ainda à sua disposição: • listas de violações de limites de tensão nas barras e carregamento nas linhas de transmissão/transformadores, • o grau de severidade da contingência e • um relatório das atuações dos elementos de controle (banco de capacitores, LTC e geradores).
    • 5 • a necessidade de se ajustar o caso base mensal do GCOI com a configuração operativa atual, • a necessidade de se refinar as cargas das subestações envolvidas nas manobras e • a necessidade de se executar várias vezes o programa de fluxo de carga, a fim de se detectar o pior caso para a realização das manobras. Isto posto, fica claro que a implementação FIGURA 4 - Diagrama unifilar de uma SE com dos estudos de transferência sem pisca no METR alimentação em dupla derivação. proporcionam, não apenas uma sensível economia de tempo despendido em simulações, mas principalmente uma valiosa redução de riscos A manobra consiste em mudar o circuito operativos nas manobras de transferências sem que alimenta a SE realizando fechamento e pisca. abertura de anel através de seccionadores, evitando assim a interrupção do fornecimento de 5.0 - COMENTÁRIOS FINAIS energia. Como ela é realizada com seccionadores, é importante que se faça uma análise do arco Conforme dito anteriormente, dentre as elétrico a que eles estarão submetidos ao serem dificuldades encontradas na fase de manobrados. Neste tipo de estudo, o resultado é implementação destacam-se a modelagem da rede uma tabela mostrando os valores calculados e os interna e a combinação dela com o equivalente limites para a corrente, o alcance e a potência do externo. O primeiro problema advém da baixa arco (4)(5)(6). redundância de medidas na área de concessão da CPFL, o que implica na utilização de um alto É importante ressaltar que, para a índice de pseudo-medidas, deteriorando a realização de uma transferência deste tipo, é qualidade do modelo em tempo real da rede necessário programar a manobra. Desta forma, a interna. O segundo, aparece no instante do implementação desta função em tempo real ganha “casamento de fronteira” do equivalente externo importância, uma vez que ela pode (e deve) ser com o modelo da rede interna. Isto porque o usada tanto na fase de programação, para equivalente externo é gerado a partir de um caso estipulação de uma data e horário que satisfaçam base do GCOI atualizado quinzenalmente que, as condições mínimas, como no instante da inevitavelmente, apresenta diferenças com relação realização da manobra para a sua liberação ou à configuração do instante para o qual é gerado o não. modelo da rede de interesse. Uma vez que o operador pode simular as A utilização do METR para investigar os manobras para diversos patamares de carga com efeitos de manobras e de contingências no sistema enorme simplicidade, a realização do estudo de elétrico da CPFL tem trazido simplificações e transferência sem pisca através do METR traz diminuição do tempo despendido para a como benefício imediato a flexibilização de sua realização de estudos de curto prazo e programação. Além disto, os estudos com o programação de manobras. Além disto, face à METR trazem também como vantagens uma série facilidade de utilização, o METR poderá ser de simplificações em relação àqueles realizados empregado com êxito no treinamento de novos pela área de estudos de curto prazo. Dentre tais operadores e aplicado também na elaboração de simplificações, destacam-se a eliminação de cursos de atualização do pessoal de operação. vários passos no procedimento de estudo, como por exemplo:
    • 6 Por ser executado no mesmo ambiente Systems, Vol. PAS-85, No. 9, pp. 1008- computacional de operação do COS e devido à 1020, Sep 1966. interface amigável de manuseio, o METR tem estimulado o operador a utilizá-lo. A prática de (6) Transferência de Circuito de Alimentação de simulações tem conferido ao operador, não apenas Subestação, Sem Pisca, Através de uma melhor compreensão técnica da engenharia Seccionadores, nas Classes de Tensão 69 e de sistemas de potência, aprimorando seu perfil de 138 kV. Orientação Técnica da Transmissão - análise, mas também uma maior familiaridade OTT 020504, Companhia Paulista de Força e com determinadas partes do sistema elétrico, Luz - CPFL, novembro, 1995. especialmente no que diz respeito a solução de problemas e preparação para emergências. (7) Relatórios 02, 03 e 04 do Aditivo 03, Relatórios 02 e 04 do Aditivo 06 e Relatórios Enfim, aliando todos esses benefícios, a 01 e 02 do Aditivo 07 do Convênio de incorporação do METR ao Centro de Operação do Cooperação entre CPFL/UNICAMP, sobre Sistema da CPFL, ferramenta tão almejada por Funções de Análise de Redes, Campinas, todos que trabalham com operação e controle em 1990-1997. tempo real, tem proporcionado um estimável aumento da segurança operativa. (8) Zagari, E. N. F., Freire, M. L., Modelagem de Ilhas Não Observáveis na Análise em Tempo No futuro o METR poderá servir como Real. Relatório CPFL/OSE, Campinas base para a implantação de um simulador para Junho/96. treinamento de operadores. 6.0 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS (1) Ken Kato et al.. External Network Modeling - Recent Practical Experience - A Report Prepared by the External Network Modeling Task Force, IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 9, No. 1, Feb 1994. (2) Monticelli, A. J., Deckmann, S, Garcia, A., Stott, B.. Real-Time External Equivalents for Static Security Analysis. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, PAS-98, pp. 498-508, New York 1979. (3) Monticelli, A. J., Felix, F. W.. A Method that Combines Internal State Estimation and External Network Modeling. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, PAS-104, No. 1, pp. 91-99, Jan 1985. (4) Andrews, F. E., Janes, L. R., Andersson, M. A.. Interrupting Ability of Horn-Gap Switches. AIEE Transactions, Vol. 69, pp. 1016-1027, 1950. (5) IEEE Committee Report. Results of Survey on Interrupting Ability of Air Break Switches. IEEE Transactions on Power Apparatus and