ESTADOS DE OPERAÇÃO EM SISTEMAS DE POTÊNCIA

A função de um SEP é converter energia a partir dos recursos disponíveis na natureza e transportá-la até os consumidores. Logo, o papel dos centros de operação é supervisionar os sistemas de maneira a garantir uma operação segura através de ações de controle da operação e permitir que a energia seja entregue ao consumidor de forma contínua, acompanhando as demandas de carga ativa e reativa, com o mínimo custo e o menor impacto a natureza possível, e com os padrões de qualidade adequados. Tais requisitos podem ser alcançados satisfatoriamente através da aplicação de diversos níveis de controle envolvendo uma complexa cadeia de dispositivos (KUNDUR; BALU; LAUBY,

1994).

De acordo com Monticelli (1983), as funções de um centro de operação podem ser dividas em três grupos: controle de geração, sistema supervisório e operação em tempo real. O controle de geração trata da regulação da frequência e dos intercâmbios, atuando no balanço de energia do sistema e garantindo um equilíbrio entre geração, demanda e perdas elétricas. Por outro lado, o sistema de supervisão e aquisição de dados (do inglês

Supervisory Control and Data Aquisition – SCADA) tem como objetivo transmitir aos

centros de operação informações lógicas e analógicas sobre o estado atual do sistema, obtidas através de estações remotas. A operação em tempo real é uma extensão do sistema SCADA e permite a avaliação da segurança do SEP e a execução das medidas de segurança adequadas.

Considerando um SEP operando em regime permanente, pode-se definir um con- junto de restrições de carga, de operação e de segurança, conforme as Equações (2.1), (2.2) e (2.3), respectivamente. As restrições de carga (Equação (2.1)) representam as injeções de potência ativa e reativa nas barras de carga e as injeções de potência ativa nas barras de geração. Dentre as restrições de operação (Equação (2.2)) estão os limites impostos aos módulos das tensões nas barras, aos fluxos de potência aparente em linhas de transmissão e transformadores e às gerações de potência reativa dos geradores do sistema. Por fim, as chamadas restrições de segurança (Equação (2.3)) estão associadas a um conjunto pré-estabelecido de possíveis contingências de linhas, transformadores, geradores e capacitores/reatores shunt (MONTICELLI, 1983).

restrições de carga: g(x) = 0 (2.1)

restrições de operação: h(x) ≤ 0 (2.2)

em que g, h e s são funções vetoriais das variáveis de estado x, sendo que em s estão contidas todas as restrições de carga e operação referentes à lista de contingências.

Monticelli(1983) ainda ressalta que os limites de operação do sistema e de equipa- mentos podem ser violados por algum tempo, principalmente em situações de emergência. Exemplos seriam a capacidade térmica de uma linha de transmissão ou o carramento máximo de um transformador que, em situações de sobrecarga seriam diferentes para um período de minutos em comparação com um período de horas.

Em relação à lista de contingências, Monticelli (1983) destaca que é praticamente inviável a inclusão de todas as contingências possíveis, sendo normalmente incluídas contingências simples e um número limitado de contingências múltiplas. E como não existem critérios bem estabelecidos para elaboração dessa lista de contingências, podem ser levadas em consideração, por exemplo, a experiência prévia com o sistema, as probabilidades de falhas ocorrerem e o grau de severidade das falhas.

A partir das definições das restrições de carga, de operação e de segurança,Monticelli

(1983) define quatro estados de operação para SEPs:

a) estado seguro: também conhecido como estado normal-seguro, são obedecidos os três conjuntos de restrições das Equações (2.1), (2.2) e (2.3). Logo, o sistema está intacto e operando com suprimento total da potência demandada e nenhuma violação dos limites de operação está ocorrendo. Em relação às restrições de segurança, nenhuma das contingências listadas, caso ocorram, irá levar o sistema ao estado de emergência. Entretanto, é salientado por Monticelli(1983) que uma contingência impossível (não listada) poderá provocar uma emergência;

b) estado alerta: neste estado, também chamado de normal-alerta, são obedecidas apenas as restrições de carga e operação, ou seja, as Equações (2.1) e (2.2). Assim como no estado seguro, o sistema está intacto e atendendo toda a demanda de potência dentro dos limites de operação. Porém, nem todas as restrições de segurança são obedecidas neste caso, significando que a ocorrência de pelo menos uma das contingências poderá levar o sistema a um estado de emergência, onde são violadas as restrições de operação. Kundur, Balu e Lauby (1994) destacam que o aumento da possibilidade de perturbações por conta de adversidades no tempo, como tempestades severas, podem levar o sistema ao estado alerta;

c) estado de emergência: este estado é caracterizado pela violação das restrições de operação (Equação (2.2)), podendo ter sido provocado por uma contingência e, como consequência, o desligamento de um ou mais componentes do sistema. A eliminação da emergência pode ser alcançada com a passagem do sistema para o estado alerta, ou pelo desligamento de partes do sistema, levando o sistema para o estado restaurativo;

42

d) estado restaurativo: ocorre após o desligamento manual ou automático de partes do sistema. Neste estado as restrições de operação são atendidas, porém o sistema não está mais intacto, podendo não estar mais suprindo toda a demanda. Quando um sistema migra do estado de emergência para o estado restaurativo, é destacado por Monticelli (1983) que sua integridade é sacrificada em benefício do atendimento das restrições de operação.

Um quinto estado de operação é definido por Kundur, Balu e Lauby (1994) e chamado de estado de emergência extrema. Esse estado é alcançado por uma perturbação severa no estado alerta ou se as medidas corretivas de segurança não forem efetivas ou não forem aplicadas durante o estado de emergência. Os resultados são interrupções em cascata e possibilidade de desligamento de boa parte do sistema. Após ações de controle, como cortes de carga, o sistema pode voltar ao estado restaurativo. As características deste quinto estado de operação estão incluídas dentro do próprio estado de emergência apresentado porMonticelli (1983).

Tanto Monticelli(1983) quanto Kundur, Balu e Lauby (1994) apresentam detalhes sobre as transições entre os estados de operação do sistema, ressaltando que as transições podem ocorrer de maneira involuntária, por conta de perturbações, ou por ações específicas dos centros de operação. A Figura 4 apresenta resumidamente as possíveis formas de transição entre os estados de operação e suas possíveis causas, conforme apresentado por

Monticelli (1983).

Figura 4 – Estados de operação.

Fonte: Adaptado deMonticelli (1983).

A seguir, de acordo comMonticelli (1983), são descritas as possíveis transições de estado mostradas na Figura 4:

a) seguro → alerta: uma contingência ou até mesma a variação natural da demanda pode fazer com que o sistema transite do estado seguro para o estado alerta; b) alerta → seguro: essa transição ocorre através da execução da função controle de

segurança (modo corretivo) pelo centro de operação;

c) seguro → seguro: através da utilização de programas de previsão de demanda a curto prazo pode-se verificar o estado do sistema num futuro próximo. Ao se acionar a função controle de segurança (modo preventivo), o centro de operação tentará manter o sistema em um estado seguro também para as condições previstas; d) alerta → emergência: o sistema irá transitar do estado alerta para o estado de

emergência na ocorrência de uma das contingências responsáveis por terem colocado o sistema no estado alerta;

e) emergência → alerta: esta transição ocorre pela atuação do controle de emergência (modo corretivo) através de ações de controle como, por exemplo, o remanejamento da geração ou o chaveamento de bancos de capacitores/indutores. É importante enfatizar que no modo corretivo não é sacrificado o atendimento da demanda ou a integridade do sistema;

f) emergência → restaurativo: o sistema pode transitar do estado de emergência para o restaurativo em duas situações. A primeira é devido à atuação de dispositivos locais de controle e proteção que atuam antes mesmo que o centro de operação possa agir. Já a segunda situação ocorre pela ação do próprio centro de operação pela função controle de emergência (modo crise). Nesta transição o atendimento à demanda ou a integridade do sistema são sacrificados, a fim de colocar o sistema no estado restaurativo;

g) alerta → alerta: assim como na transição do estado seguro para o estado seguro no futuro, podem haver situações em que o centro de operação utilize a função de controle de emergência (modo preventivo) para evitar que em um estado futuro o sistema transite para o estado de emergência e, portanto, o sistema será mantido no estado alerta;

h) restaurativo → alerta: através do controle restaurativo, as cargas e os circuitos do sistema desligados durante uma emergência são religados, a fim de colocar o sistema no estado seguro ou, neste caso, pelo menos no estado alerta.