As Smart Grids visam organizar os sistemas elétricos em três grandes interfaces principais: interface de comunicação externa, interface de comunicação interna e interface elétrica. “Nesse novo paradigma, haverá espaço cada vez maior para a geração distribuída em pequena escala, voltada ao consumo local e ao fornecimento do excedente à rede de distribuição. Esses novos consumidores, que também produzem energia, são chamados “prosumers”. Ao mesmo tempo, a automação dos sistemas elétricos dos usuários possibilitará o gerenciamento do consumo, evitando desperdícios e otimizando o sistema de suprimento.” (BOCCUZZI e MELLO, 2009).
É importante observar que a Figura 1 é apenas um modelo conceitual simplificado para entendimento de como funcionam as relações dos diferentes agentes de uma Smart Grid. Porém, para interligar cada um dos agentes e suas dimensões, são necessários inúmeros recursos financeiros, estruturais e tecnológicos.
Em visões mais futuristas para as SG, um consumidor poderia comprar energia de qualquer concessionária de distribuição, uma vez que a comunicação com diversos atores do sistema seria possível através das dimensões explicadas anteriormente. O monitoramento e informação sobre os custos reais de venda da energia gerada/transmitida estariam disponíveis em tempo real aos consumidores, possibilitando o surgimento de novos modelos de mercado, sem a existência de monopólios naturais (JOSKOW, 2012).
16 2.5 MOTIVAÇÃO DE IMPLEMENTAÇÃO
Em suma, uma Smart Grid emprega produtos e serviços inovadores em conjunto com monitoramento inteligente, controle, comunicação e tecnologias self healing (HOSSAIN, 2013).
Os aspectos tecnológicos, ambientais, socioeconômicos e politico-regulátorios, bem como as características das redes elétricas, que são levados em consideração para a implantação de uma Smart Grid, diferem entre os países. O Quadro 3 apresenta os principais aspectos motivadores para a implantação de Smart Grid.
Quadro 3 – Quadro comparativo dos principais motivadores para a implantação de Smart Grid em alguns países.
Brasil União Europeia Estados Unidos Japão Eliminação de
perdas não técnicas
Inserção de fontes renováveis Criação de empregos e avanço industrial Inserção de fontes renováveis Melhoria da
continuidade Redução de emissões
Aumento da competitividade
Redução de emissões Eficiência
energética Eficiência energética
Redução de custos operacionais Geração e armazenamento distribuídos Crescimento sustentável Integração de
mercados Gestão de ativos Carros elétricos Redução de custos operacionais Competição (mercado livre) Gerenciamento de desastres naturais Compartilhamento de infraestrutura Gestão de ativos Novos serviços Segurança cibernética Exportação de tecnologias Segurança e estabilidade do sistema interligado Redução de custos operacionais Melhoria da continuidade Ampliação de mercado
Gestão de ativos Eficiência energética Gerenciamento de desastres naturais Integração de carros elétricos e geração distribuida. Operação e interligação do sistema
17 Um fator importante a ser mencionado é que as limitações tecnológicas que poderiam limitar o uso das Smart Grids em período de médio a curto prazo já foram superadas (Boccuzzi e MELLO, 2009). Porém, um dos maiores desafios está em criar meios e mecanismos para viabilizar a integração e coordenação dos diferentes agentes envolvidos: consumidores, empresas de eletricidade e autoridades responsáveis pelo funcionamento do sistema (FERREIRA, 2010).
Devido à participação de toda a cadeia produtiva do sistema elétrico, existe a necessidade de padronização dos equipamentos e, por consequência, a produção em escala possibilitará a redução dos preços, assim como, os valores de instalações devido à padronização existente.
Além dos desafios tecnológicos de implantação das Smart Grids, a regulação desse novo sistema é outro ponto extremamente importante. A aproximação com o consumidor que a Smart Grid propõe, provocará modificações significativas nos sistemas atuais de regulação, já que o consumidor deixará de ser um elemento passivo para obter uma posição importante na nova rede que é totalmente dinâmica.
2.6 RESUMO DO CAPÍTULO
Este capítulo apresentou informações sobre Smart Grids, detalhando seus conceitos e contextualizando seus status atuais, bem como suas aplicações.
Conforme já descrito, uma Smart Grid, além de implementar produtos e serviços inovadores, faz uso de diferentes tecnologias e técnicas para tornar o sistema totalmente integrado. Destaca-se self healing como uma técnica que ajuda a reduzir os tempos de interrupção de fornecimento de energia elétrica, assim como auxilia na configuração ótima da rede visando as menores perdas possíveis do sistema. O Capítulo 3 define e descreve o conceito de self healing aplicado a Smart Grid.
18
Capítulo 3
19 3 SELF HEALING
3.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS
Este capítulo tem como objetivo apresentar o conceito de self healing, suas principais características, funcionalidades e modos de implementação. Os conceitos apresentados darão subsídio para a implementação do projeto desenvolvido nesta dissertação.
3.2 CONCEITO
Os investimentos das concessionárias de energia na automação da rede de distribuição estão aumentando, pois, neste mercado competitivo e regulamentado, a automação da rede de distribuição surge como um recurso para reduzir os custos operacionais e diminuir o tempo de descontinuidade de fornecimento de energia elétrica, (FALCAO, 2012). Da mesma forma, as indústrias vem dotando os seus sistemas elétricos com automação em sua rede interna. Essa automação é capaz de proporcionar o monitoramento remoto dos status dos componentes (aberto, fechado, indefinido, em transição, inserido, extraído), monitoramento de grandezas elétricas do sistema (tensão, corrente e potência), acionamento remoto dos equipamentos como chaves, disjuntores, contactores e taps de transformadores. É importante salientar que grande parte dos conceitos desenvolvidos está ligado à rede de distribuição, entretanto, eles também são aplicáveis às redes industriais.
As intervenções e contingências não programadas causam prejuízos para a concessionária (perda de faturamento e multas), aos consumidores residenciais (queima de equipamentos) e industriais (prejuízo por parada de produção). Algumas configurações adotadas nas redes são capazes de garantir o fornecimento de energia sem interrupções em caso de intervenções programadas. Entretanto, quando acontecem intervenções não programadas ocasionadas por diversos fatores externos à rede elétrica ou em caso de curtos-circuitos, a perda no fornecimento para alguns grupos de consumidores é praticamente impossível de ser evitada.
20 Dentro desta perspectiva, faz-se necessário, então, desenvolver um sistema integrado, combinando aquisição, processamento e análise de dados com o propósito de proporcionar a assistência necessária para realizar a automação, o controle e a tomada de decisão no ambiente de subestações de distribuição de energia elétrica (WILSON, 2007).
Segundo Amin e Schewe (2008), o self healing em uma rede elétrica é a capacidade de reconfiguração automática da rede através da coleta de dados do sistema em tempo real, com um alto grau de processamento destes dados a ponto de evitar possíveis cortes de fornecimento de energia. Também determinam que as Smart Grids dotadas da habilidade de self healing devem possuir três objetivos fundamentais:
1. Capacidade de monitoramento em tempo real com capacidade de tomada de decisão;
2. Antecipação. Deverá, constantemente, procurar por possíveis problemas que possam trazer perturbações;
3. Isolação. Deverá ser capaz de isolar partes do sistema que apresentam defeitos e reestabelecer o fornecimento de energia a partes não afetadas.
Os benefícios da utilização do conceito de self healing às redes elétricas são:
Retorno ao modo de operação normal do sistema em um curto período de tempo;
Reestabelecimento do fornecimento de energia para maior parte das cargas afetadas;
Menor necessidade do envio de equipes ao campo.