Um benefício muito importante alcançado com a implantação das redes inteligentes é o ganho com um melhor investimentos em geração e distribuição através da modelagem do fator de carga das redes de distribuição, além da e ciência da rede. A rede elétrica inteligente do futuro será capaz de distribuir, com e ciência e segurança, com a mesma capacidade instalada, mais energia para os consumidores, através de uma melhor adminis- tração e por ser invulnerável a violações, desastres naturais e falhas humanas e mecânicas. Uma possível falha poderá ser detectada antes da ocorrência de forma e ciente, melho- rando a con abilidade e a qualidade do sistema, minimizando a interrupção do serviço. Um detalhe importante é que esse funcionamento ca dependente da infraestrutura de co- municação, portanto, além das questões de segurança relacionadas com os ataques físicos,
também ganham importância as questões de segurança de ataques cibernéticos [7,9]. A adaptação dos métodos comentados anteriormente neste capítulo, ou até mesmo a utilização de novos métodos, será imprescindível para melhorar a troca de informações entre os componentes do sistema elétrico, pois o tratamento dos dados deve ser rápido para a obtenção das soluções para os problemas e as ações nos diferentes equipamentos para a recon guração da rede [8]. Com a evolução projetada para as redes elétricas a interação entre concessionárias e consumidores sofrerá mudanças. É esperado que o consumidor seja envolvido na cadeia de controle pela chamada rede inteligente que tem a capacidade de trocar informações e energia de modo bi-direcional [10]. A Smart Grid teria a capacidade de coordenar essa troca de energia e informações de modo a otimizar o aproveitamento das fontes de energia, além de otimizar o desempenho das funções de proteção minimizando a consequência das falhas, melhorando a con abilidade do sistema. Os avanço das redes inteligentes poderá gerar a própria con guração da rede, onde em uma execução de serviço a rede poderá ter autonomia para recon gurar a si mesma, a par- tir de informações como a variação do consumo obtida e transmitida pelos equipamentos medidores inteligentes [8].
Os desa os atuais são direcionados à construção de cidades mais inteligentes, e cien- tes e mais sustentáveis. As Smart Grids possuem conceitos úteis para atingir as metas propostas, tais como [1]:
a) Auto-reparação: informações em tempo real para antecipar, detectar e responder a problemas na rede, possibilitando investigar ou mesmo evitar interrupções ou reduções da qualidade do serviço;
b) Motivação e envolvimento dos consumidores: consumidores irão controlar equipamen- tos das suas residências que lhes possibilitem uma gestão energética mais e ciente, reduzindo os custos na fatura de energia, possibilitando a tarifação em tempo real ou a redução de consumos em períodos de pico;
c) Resistência a ataques ou desastres: informação em tempo real permitirá aos operado- res gerir os uxos elétricos de modo a redirecioná-los por percursos alternativos que garantam o serviço nas zonas afetadas;
d) Acomodação de todas as opções de geração e armazenamento de energia: interconexão e ciente de várias fontes de geração de energia distribuída permitirá que consumidores residenciais, comerciais e industriais produzam eletricidade que, em excesso, possam fornecer à rede, melhorando a qualidade da energia, reduzindo os preços da eletricidade e aumentando as escolhas do consumidor;
e) Maior e ciência: minimizará os custos de operação e de manutenção da rede, pois com a otimização dos uxos de energia os desperdícios energéticos são reduzidos, melhorando o uso de recursos energéticos de baixo custo.
Na Figura 3.11 é apresentado o modelo conceitual com todos os domínios de nidos para a implantação da Smart Grid. A geração pode armazenar energia para posterior utilização. A transmissão conecta a geração com os centros de distribuição, que por sua vez conecta os relógios de medição e outros dispositivos inteligentes aos consumidores e ao resto da rede. Nesta distribuição os dispositivos inteligentes são gerenciados e controlados, com os consumidores possuindo os relógios de medição inteligentes. Este relógio terá informações sobre o uxo de energia que está sendo utilizado, permitindo ao usuário o controle do consumo e o valor da energia, que varia durante o dia. Com essa informação, pode haver um planejamento de utilização dos aparelhos em um determinado horário [13].
Figura 3.11: Modelo Conceitual de um Smart Grid [13]
Ainda apresentando o modelo conceitual da Figura 3.11 a operação gerencia e controla todo o uxo de energia elétrica, que usa uma rede de comunicação full duplex entre as subestações, as redes de consumo e outros dispositivos inteligentes para o processo de tomada de decisão dos controladores de redes e nos processos de auto-detecção e auto recuperação. O mercado coordena as empresas distribuidoras de energia e a troca de energia entre o consumidor nal e as subestações, podendo haver uma devolução da energia adquirida através de painéis solares sendo descontado da conta a ser paga. O provedor de serviço controla todas as operações de serviços terceirizados, como um portal de gerenciamento de energia, onde o consumidor terá acesso às informações relativas ao consumo de energia via web. Este conjunto de fatores leva ao desenvolvimento de sistemas elétricos altamente automatizados e resistentes.
Power Line Communication
Segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica(ANEEL) [34], o Power Line Communi- cation (PLC) é um sistema que permite a transmissão de sinais de internet, voz, vídeo e comunicação digital e analógica utilizando a rede elétrica como meio físico.
A tecnologia PLC permite a utilização da ação da rede elétrica existente para a transmissão de dados, fazendo com que a rede de distribuição se comporte como uma rede de dados onde cada tomada elétrica é um ponto de conexão à rede [9]. O uso das redes de energia elétrica, como meio de transmissão de sinais de comunicação, é difundido entre as empresas de energia onde as redes de baixa e de alta tensão vêm sendo utilizadas desde a década de 20 do século passado para voz, sistema conhecido como Power Line Carrier (Onda Portadora em Linhas de Alta Tensão - OPLAT) [7].
4.1 Histórico
A evolução da tecnologia digital habilitou as redes elétricas, de baixa e média tensão, para o transporte de sinais de alta velocidade e assim conduziu ao aperfeiçoamento da tecnologia existente. O termo Power Line Carrier, deu origem a expressão e os primórdios do desenvolvimento da tecnologia Power Line Communication (PLC), Broadband Over Power Line (BPL) ou de Comunicação pela Rede Elétrica (CRE). Com esta tecnologia uma nova alternativa de telecomunicação para as empresas do setor de energia surgiu, agregando valor aos seus ativos e permitindo uma infraestrutura de comunicações para os diversos e crescentes serviços que podem ser prestados para a sociedade. Um dos principais fatores que motivou o desenvolvimento da tecnologia PLC/BPL foi o aproveitamento da grande capilaridade da rede elétrica [7,12].
Há aproximadamente trinta anos, foi inventado um dispositivo capaz de modular e injetar na rede elétrica os sons captados por um microfone, sendo este sinal recuperado em outro local e convertido novamente em som. Este sistema cou conhecido por Babá
Eletrônica, que permitia o monitoramento da criança por seus pais [35]. A partir deste evento muitos outros equipamentos, capazes de injetar sinais na rede elétrica, começa- ram a surgir. O controle da transmissão dos sinais, desde suas frequências até os níveis de propagação, só foi possível com o avanço das técnicas de modulação e multiplexação para sinais diferentes sobre um mesmo meio físico, para transmitir dados e informações utilizando os cabos da rede elétrica.
Na década de 80, do século passado, as comunicações PLC operavam em até 144kbps e com frequências de até 500 kHz, passando, na década de 90, a ter um avanço signi - cativo atingindo 10Mbps. No início deste século chegou-se aos 45Mbps, operando agora com frequências bem mais elevadas, de até 30MHz. No começo da década de 90, o Dr. Paul Brown da Norweb Communications, de Manchester na Inglaterra, iniciou testes com comunicação digital de alta velocidade utilizando linhas de energia elétrica, onde entre 1995 e 1997 cou comprovado que era possível resolver os problemas de ruído e atenuar as interferências às quais as linhas da rede elétrica estão expostas e que a transmissão de dados a alta velocidade poderia ser viável [9,14].
Em meados de 2001 algumas operações comerciais começaram a surgir por iniciativa das operadores de energia que começaram a incorporar a tecnologia PLC em suas linhas de distribuição de energia. Na Europa foram lançados serviços comerciais baseados na Tecnologia PLC de Primeira Geração, empregando Modulação OFDM e controlando a relação sinal-ruído, por exemplo, na França com a Électricité de France (EDF), Portugal com a Electricidade de Portugal (EDP), Suíça com a Entreprises Électriques Fribourge- oises (EEF), Itália com a ENEL, Espanha com a IBERDROLA, a Union Fenosa e a ENDESA, Áustria com a Linz AG, Alemanha com a Power Plus Communications (PPC) e a E.On Power and Gas e a Escócia com a Scottish Southern Electric (SSE) [7,27].
No nal de 2004 houve a inovação tecnológica de transmitir informações, em uma rede elétrica, utilizando a tecnologia PLC com taxas de 200 Mbps, cando conhecida como tecnologia PLC de Segunda Geração. A empresa que conseguiu essa inovação foi a Design of Systems on Silicon (DS2), de Valência na Espanha, que não comercializa equipamentos PLC diretamente, mas licenças e peças para a montagem do equipamento.
A tecnologia PLC de Segunda Geração foi uma alternativa de adequação tecnológica que disponibilizou as condições técnicas necessárias para a elaboração de modelos de negócio que integrados com outras tecnologias passou a disponibilizar serviços de voz, dados e imagens, podendo ser implementada de modo rápido, exível e com o grau de con abilidade que é exigido pelo mercado de telecomunicação e energia [7].
No Brasil, em projetos pilotos, o PLC tem sido um dos canais de comunicação mais utilizados para a transmissão de dados, com diferentes distribuidoras realizando testes com PLC e utilizando equipamentos de diversos fabricantes. Existem várias empresas que já
passaram do estágio de testes, incluindo a utilização de PLC para exploração comercial e também focado para as atividades próprias dos serviços de distribuição. Como exemplos pode-se citar a Eletropaulo, Cemig, Light, Elektro, Copel (Companhia Paranaense de Energia), Escelsa (Espírito Santo Centrais Elétricas) e Celg (Companhia Energética de Goiás) [27].