A gestão de uma smart grid, tal como enunciado anteriormente, é efetuada desde a produção até ao cliente final. Entre os vários tipos de equipamento utilizados, podemos identificar funções como a medição, harmonização, conversão e monitorização da rede [Wang et al., 2011].
Seguindo a arquitetura anteriormente enunciada na secção 2.3, é possível dividir os equipamentos de operação e controlo, como indicado no Esquema 5. Este trabalho tem por base a gestão da produção, transporte e distribuição, tendo em conta os consumos existentes. Assim, o controlo dos consumos não foi considerado, pelo que os equipamentos apresentados na secção 3.9.4 são indicados meramente para referência (o contador é essencial para comunicação com os controladores dos PTs, mas os restantes não são necessários).
Esquema 5 - Operação e controlo de sistemas smart grid, [Cooper Power Systems, 2013]
3.9.1 Produção
Os sistemas de produção considerados são os dimensionados na secção 3.5.
Praticamente todas as fontes de produção baseadas em energias renováveis não produzem uma tensão alternada compatível com a rede de distribuição, sendo assim necessários conversores e inversores para a interligação com a rede. Estes podem incorporar servidores web para que seja possível a obtenção remota de dados da energia produzida e injetada, assim como do período de funcionamento e produção a potência máxima [Danfoss, 2012]. Serão ainda necessárias estações meteorológicas constituídas por piranómetros e anemómetros, ligadas a sistemas de aquisição de dados. Os principais fabricantes consultados foram a Cooper Power Systems, C&S Electric Company, a Toshiba, a Siemens e a ABB. Os principais equipamentos de análise e controlo da produção encontram-se exemplificados na Tabela 24.
Equipamento Descrição Imagem Equipamentos de análise e controlo da produção Inversor (com ou sem) transformador
Inversor de corrente contínua (DC)
para alterna (AC), com a
possibilidade de aumentar ou
diminuir a tensão, conforme
pretendido, dentro de valores
limite do próprio inversor. [Siemens, 2012]
Regulador automático
Regulador de tensão automático até um limite de 1000 V em DC.
[Cooper Power Systems, 2013]
Anemómetro Instrumento mecânico conectado a
sensores eletrónicos para medir a velocidade do vento.
[ED, 2013]
Piranómetro Aparelho utilizado para medir a
irradiação solar incidente.
[MC Meteo Control, 2013]
Tabela 24 - Equipamentos de análise e controlo da produção
3.9.2 Subestação
É necessária a existência de aparelhos de proteção da subestação, alguns presentes na Tabela 25, nomeadamente conversores, módulos de supervisão e baterias [EDP Distribuição - Energia S.A., 2007]. Podem ser utilizados condensadores para controlar energia reativa. Os reguladores de tensão atuam sobre os condensadores para controlar os níveis de tensão enviados na distribuição e harmonizar os mesmos [C&S Electric Limited, 2013]. Existem ainda seccionadores, relés automáticos, descarregadores de sobretensão e disjuntores que permitem uma rápida resposta na proteção e no controlo da energia, quando conectados a servidores da subestação e TI (transformadores de corrente) para analisar e contar energia
[
Li e Wang, 2011].Equipamento Descrição Imagem Equipamentos de análise e controlo da subestação Transformado res da subestação
Transformadores de energia para elevar ou diminuir a tensão.
[C&S Electric Limited, 2013]
Arquitetura NRI-TMS
Um dos softwares SCADA utilizado nas subestações para monitorização. [Shahbazi e Vadiati, 2011] Controlador de condensadores para subestação
Equipamentos utilizados para gerir os condensadores da subestação. São usados para corrigir o fator de potência e transmitir informações sobre a energia e potência das linhas para um software SCADA.
[C&S Electric Limited, 2013]
Gateway de
aquisição de
dados
Equipamento para armazenamento de dados dos fluxos de energia entre a produção e a subestação.
[C&S Electric Limited, 2013]
Tabela 25 - Equipamentos de análise e controlo da subestação
3.9.3 Distribuição
No caso da distribuição, terá de existir um controlador nos transformadores (Tabela 26), que fará a verificação da energia que existe no ramal e da solicitada pelo consumidor. Já os reguladores automáticos servem para analisar, medir, proteger as redes de distribuição e controlar os disjuntores (Tabela 26).
Existem indicadores de falhas e perdas na rede, que se traduzem por equipamentos com sensores mecânicos ou eletrónicos para medir as condições atmosféricas e da energia que passa nas linhas, enviando informação de erro por meio de mensagem para o servidor, como presente no Esquema 6 [Mokhtarpour et al., 2011].
Tabela 26 - Equipamentos de análise e controlo da distribuição
Esquema 6 - Comunicação entre os vários equipamentos de gestão da distribuição [Mokhtarpour et al., 2011]
Equipamento Descrição Imagem
Equipamentos de análise e controlo da Distribuição Controlador de condensadores para controlo nas linhas de distribuição (sistema
wireless incorporado)
Sistema acoplado aos
condensadores para controlar
energia reativa. Permite
controlo e envio de dados
wireless, com a possibilidade de
acoplar uma fonte externa para gerir este controlo.
[C&S Electric Limited, 2013]
Sensor de linhas ou Indicador de falha
Indicadores de pontos quentes, falhas nas linhas e sobretensões. São sensores que se colocam nos cabos, onde se movem para informar a estação, via wireless,
caso exista algum problema. [Cooper Power Systems,
2013]
Transformador de
distribuição
Transformadores abaixadores de
tensão para responder às
necessidades dos consumidores finais.
[Cooper Power Systems, 2013]
Controlador do
transformador de
distribuição
Equipamento desenvolvido pela
EFACEC e ISEP, para
estabelecer a comunicação entre
os transformadores e os
3.9.4 Consumo
A jusante da produção existe o consumidor final pelo qual é solicitada a energia. É necessário existir algum tipo de smart meter, ou seja, contadores inteligentes da energia. Estes devem permitir a contagem, além da solicitação de energia, também da injeção oriunda de uma possível produção descentralizada. São o único equipamento, a nível de consumo, necessário para este trabalho, uma vez que os restantes são utilizados para gestão dos consumos nas moradias.
Os termóstatos programáveis, displays de demostração dos fluxos de energia, assim como tomadas inteligentes, unidas ao sistema de monitorização, são usados para gerir consumos. Nestes casos, as próprias tomadas podem fornecer informações via wireless [Choi e Hong, 2011] do tipo de energia que estão a utilizar, as horas de funcionamento e o tipo de carga, semelhante aos sistemas bi-horários (Tabela 27) [Kunold et al., 2011].
Equipamento Descrição Imagem
Equipamentos de análise e contagem do consumo Contador bidirecional
Contador de energia digital com comunicação GSM integrada ou externa (dependendo do aparelho). Permite medir os consumos e a
possível produção local [Janzce, 2013]
Equipamentos de análise e controlo do consumo nas moradias (não utilizados para este trabalho, sendo meramente indicativos da sua existência)
Equipamento Descrição Imagem
Monitorização das fontes de alimentação
Software ligado a um chip, colocado
nas tomadas, que permite gerir o
funcionamento dos aparelhos e
regular consumos e produções [Kunold et al., 2011]
Chip de
controlo do
consumo
Um dos sistemas de monitorização, que permite analisar o consumo
[Choi e Hong, 2011] Termóstatos
programáveis
Termóstatos para regular o
funcionamento de aparelhos de
climatização
[Cooper Power Systems, 2013]
Tomadas de
energia inteligentes
Tomadas que permitem ajustar os horários de funcionamento e verificar qual o custo da energia. LED vermelho, representa custo em ponta, amarelo, o custo em cheia e verde, custo em vazio
[Cooper Power Systems, 2013]