Avaliação da segurança em tempo real

Pode-se definir a avaliação da segurança como a análise realizada para determinar o quanto um sistema elétrico de potência está imune a perturbações que podem comprometer o seu perfeito funcionamento. A partir de dados disponíveis que representam o estado de operação, é possível determinar o nível de segurança atual e também prever, caso venham a ocorrer contingências, o estado de segurança das transições futuras.

Para possibilitar avaliação da segurança, a operação dos sistemas elétricos em tempo real é realizada por meio da execução periódica de funções de análise e controle de rede [19]. A Figura 2.2 mostra uma visão geral das funções executadas pelos centros de controle.

Atualmente, os modernos centros de supervisão e controle são equipados com ferramentas computacionais que tem o objetivo de apoiar os operadores nas atividades diárias de operação da rede elétrica, buscando garantir um serviço de qualidade, sem interrupções no fornecimento de energia e a um custo menor possível. A operação é executada de modo a manter o sistema no estado seguro, ou seja, garantindo que o sistema continuará operando mesmo na ocorrência de falhas em equipamentos da rede elétrica. Para evitar situações extremas, os Sistemas de Gerenciamento de Energia (Energy Management System - EMS) executam funções de modo a garantir que a operação seja realizada de modo preventivo.

Figura 2.2 – Principais funções de supervisão e controle em tempo real.

A partir da aquisição do estado da rede elétrica pelo Estimador de Estado, é executada a função de controle da segurança. Essa função é baseada na solução de um Fluxo de Carga Ótimo com Restrições de Segurança e fornece como resultado um conjunto de ações de controle que devem ser tomadas pelo operador para que o sistema seja mantido em estado seguro [20].

A realização da função de segurança em tempo real está sujeita à restrição de tempo de execução, principalmente quando se trata de sistemas de grande porte onde são necessárias as

análises de uma extensa lista de contingências críticas, porém, devido a natureza desacoplada das análises realizadas pela função de segurança, uma opção complementar é a utilização de técnicas de mineração de dados conforme proposto neste trabalho e apresentada no capítulo 4. As funções de supervisão e controle em tempo real são constituídas por programas computacionais, que possibilitam a realização de análise do estado de operação do sistema elétrico de potência bem como do seu nível de segurança, e utilizam para isso o processamento dos dados das medidas que chegam ao centro de supervisão e controle, provenientes dos elementos da rede elétrica. Em [21] estão descritas as principais funções de supervisão e controle apresentadas na figura 2.2 que são:

Configurador de Redes – A partir dos dados das medidas de estado dos disjuntores, das chaves seccionadoras e da disponibilidade dos equipamentos da rede, a função determina a topologia atual da rede elétrica. Para cada alteração que ocorre na topologia da rede, devido à ação do operador ou a contingências, o configurador atualiza os dados resultando em um novo modelo da rede.

Análise de Observabilidade – Esta função consiste em avaliar se o número e a localização das medidas enviadas ao centro de operação e controle fornecem informações suficientes que permite a estimação dos estados do sistema.

Estimador de Estado – O resultado obtido pelo configurador é utilizado pelo estimador de estados para determinar qual a parte do sistema é observável, além de identificar a existência de erros nas medidas que chegam ao centro de controle. Se existirem erros, será realizada nova estimativa do estado.

Equivalente externo – Com os estados obtidos e as informações sobre a parte não observável do sistema é construído um modelo que representa o comportamento do sistema externo.

Fluxo de carga on-line – De posse dos dados fornecidos pelas funções descritas anteriormente, o modelo final é obtido pela execução do fluxo de potência on-line. Esta função possibilita conhecer os efeitos resultantes das ações de controle antes de realizá-las no sistema elétrico, avaliando quais os efeitos das contingências, e identificando medidas de controle preventivo para evitar que o sistema transite para estado inseguro.

Previsão de carga - Esta função realiza a previsão de carga por barra do sistema, a partir dos dados de demanda previstas para o sistema.

Avaliação de segurança – Esta função realiza simulações de um conjunto predefinido de contingências e verifica as violações dos limites operacionais. Avalia a capacidade do sistema de suportar contingências, isto é, avalia o efeito das contingências no estado de operação e determina as ações de controle preventivo e/ou corretivo para restabelecer a condição normal de operação.

Nos centros de controle, as funções de análise de rede descritas anteriormente são executadas de maneira periódica em curtos intervalos de tempo, implicando em grande restrição de tempo para a execução dos programas computacionais necessários para realização dessas funções. A metodologia proposta neste trabalho integrada à função Avaliação de Segurança proporcionará a análise das contingências para avaliação da segurança estática do sistema elétrico classificando-o como seguro ou inseguro. Conforme o esquema representado na área pontilhada da figura 2.2, se o sistema for classificado como seguro serão calculadas as margens de segurança das tensões nodais; por outro lado, se o sistema for classificado como inseguro, serão definidas e calculadas as ações de controle corretivo ou preventivo necessárias para corrigir as variáveis que estão sendo violadas. A classificação do estado de segurança do sistema será realizada com a utilização da técnica de árvore de decisão, constituindo-se em uma ferramenta de fácil utilização e que proporcionará uma grande redução do tempo de execução da função de avaliação de segurança no centro de controle.