Metodologia de Desempenho

A metodologia de desempenho desta pesquisa baseia-se nos resultados de análises de contingências estáticas no sistema elétrico. Os resultados referem-se ao estado operacional final, antes das ações de restauração tomadas pelo centro de controle. Para contextualizar este aspecto, será útil referenciar a Tabela 1, adaptada de (MONTICELLI [165]), que lista os seis níveis de segurança estática típicos na operação de sistemas elétricos.

Tabela 1 – Níveis de Segurança Estática de Sistemas de Potência

Os níveis são diferenciados em ordem decrescente de segurança, conforme haja corte de carga, violações de limites operacionais, violação durante contingências no sistema, e necessidade de ações operacionais após as contingências. A análise de desempenho desta pesquisa se concentrará nas contingências que levam o sistema

80

a migrar além do nível Seguro, suficientes para promover desligamento de equipamentos ou corte de carga no sistema. Os dados utilizados serão resultantes da análise de contingências após a estabilização do sistema, e antes das ações de recuperação. O método pesquisado baseia-se na propagação de perturbações através da topologia da rede elétrica ou industrial. O mecanismo básico de propagação de desligamentos em cascata encontra-se ilustrado na Figura 2, adaptada de (CIAUSIUS e EREMIA [64]), sendo dividido em quatro estágios:

1. Operação – situação normal do sistema;

2. Proteção – atuação dos sistemas de proteção em contingência; 3. Propagação – evolução dos desligamentos em cascata; e 4. Normalização – restauração da condição de operação normal.

Figura 2 – Estágios de Desligamentos em Cascata

Estes estágios são utilizados para descrever as mudanças dos níveis de segurança estática da Tabela 1. No primeiro estágio, Operação, o sistema elétrico pode alternar continuamente entre duas situações, indicadas na Figura 2:

(A) Condição Segura do Sistema; e

(B) Condição de Contingência do Sistema.

Neste estágio, as contingências são resultantes de ações normais de operação tais como redespacho de geração e reativos, desligamentos e reconexões programadas de equipamentos, e outras atividades planejadas. Estas operações são previstas e realizadas com o sistema no estado Seguro da Tabela 1. Eventualmente, contingências não planejadas podem conduzir o sistema ao segundo estágio,

81

Proteção, onde ocorrem atuações dos sistemas de proteção, em duas situações, indicadas na Figura 2:

(C) Desligamentos Incorretos da Proteção; e (D) Desligamentos Corretos da Proteção,

podendo resultar na migração do sistema para os níveis de segurança 2 ou 3 da Tabela 1, Alerta ou Seguro Corretivo, conforme haja violação durante contingências. Neste estágio, as atuações corretas de proteção resultam de defeitos no sistema elétrico primário ou erros operacionais, enquanto as atuações incorretas normalmente resultam de falhas de relés e sistemas de controle, ou erros humanos em sua parametrização. Nota-se, na Figura 2, que as situações C e D podem se alternar, já que uma atuação incorreta pode provocar uma atuação correta de outro sistema, e vice versa. Após a atuação das proteções, o sistema poderá mudar para o terceiro estágio, Propagação, no qual podem ocorrer as situações identificadas pela letra E na Figura 2, com os seguintes possibilidades:

(E) Problemas de violação de Tensão, Frequência, Transitórios, Sobrecargas, Assimetrias, Estabilidade e Sincronismo.

Neste estágio, o sistema migrará para os níveis de segurança estática 4 ou 5 da Tabela 1, Emergência, conforme ocorram novas violações de limites em contingências. Estas condições caracterizam os fenômenos típicos da dinâmica eletromecânica e eletromagnética do sistema elétrico, após uma perturbação ou atuação de sistemas de proteção, podendo conduzir a atuações adicionais de proteção, com um retorno ao segundo estágio, conforme mostrado na Figura 2. A alternância entre os estágios 2 e 3 permanecerá até que o sistema atinja um equilíbrio no estágio 4, Normalização, composto das etapas:

(F) Estado Final do Sistema; e

(G) Normalização da Condição do Sistema,

equivalentes ao nível de segurança estática 6 da Tabela 1, Recuperação, caracterizado pelo desligamento de cargas. O Estado Final do Sistema (F) será atingido quando não houver mais atuação de sistemas de proteção, com o sistema elétrico em um estado estável, iniciando-se a etapa de Normalização da Condição do Sistema (G). Nesta etapa, dependendo do processo de recomposição, poderá haver um retorno ao estágio 3 ou 2, caso ocorram situações instáveis como as listadas na etapa (E) da Figura 2.

Nesta sequência de eventos e estágios, muitos fatores contribuem para o desempenho do sistema. Além das taxas de saída forçada e programada intrínsecas de cada componente, outros fatores tais como a segurança e confiabilidade de proteções, as falhas de disjuntores e sistemas de proteção, e os tempos de restauração manual e religamento automático influem no nível de penetração de distúrbios e na recuperação da condição normal do sistema.

Para investigar as consequências destes fenômenos, esta pesquisa buscou determinar a contribuição conjunta destes fatores no nível final de desempenho de cada nó da rede elétrica, e a fração de responsabilidade de cada agente envolvido.

82

A escolha destes fatores corresponde ao nível de decisão técnico normalmente empregado nas empresas de energia elétrica, e a disponibilidade de dados estatísticos no setor industrial correspondente. A Tabela 2 ilustra o modelo de impacto cruzado entre eventos e consequências nos componentes e agentes da rede elétrica, utilizado nesta pesquisa.

Tabela 2 – Modelo de Impacto Cruzado

Empresa→ A Consequências . . . Z ↓ Item 1 2 . . . n-1 n Eventos A 1 . . . 2 . . . ... ... . . . . . . . . . . . . . . . Z n-1 . . . n . . .

A Tabela 2 é uma representação matricial do diagrama de contexto ilustrado na Figura 1, que lista os tipos de eventos e consequências de interesse para as empresas. Eventos de origem externa e interna à rede podem acontecer em qualquer equipamento ou agente conectado, e propagar seus efeitos para os demais equipamentos e agentes conectados. Estes efeitos serão medidos através de indicadores de desempenho em cada ponto da rede e para as subredes interligadas de cada agente.

Nos projetos de pesquisa que antecederam a esta tese (SIQUEIRA [234]), modelos foram desenvolvidos para simular a disseminação de falhas em desligamentos em cascata, e que fossem adequados para avaliar o impacto de eventos causadores de perturbações (SIQUEIRA [229]), tais como manutenções, ações operacionais e de planejamento de cada agente, e falhas em equipamentos primários e secundários. Pretende-se que o modelo resultante seja usado como um simulador de propagação de falhas na rede, para estimar não apenas indicadores de continuidade, mas também indicadores probabilísticos tais como Energia e Demanda não Supridas (EENS, EDNS) de cada agente, a Probabilidade e Esperança de Perda de Carga (LOLP, LOLE) de cada agente e consumidor. Deverá calcular também a fração de responsabilidade de cada agente em cada indicador, e o risco próprio e transferido entre os agentes interligados referentes a desligamentos em cascata.

Nos modelos adotados, os dados de entrada podem ser gerados por estudos, simulações e técnicas de modelagem já existentes, produzidos por estudos de fluxo de potência ótimo (FPO), confiabilidade, estabilidade, curto-circuito, resposta do sistema de proteção, identificação de componentes isolados e análise de conectividade, ou qualquer outro método, inclusive manualmente. Estes estudos serão discutidos no Capítulo 12 - Introdução à Avaliação de Desempenho.

Salienta-se que os métodos não são propostos como alternativas às técnicas existentes de análise de sistemas, mas como forma de representação matemática e análise complementar dos resultados obtidos com estas técnicas. Devem ser entendidos também como um formalismo matemático de representação dos dados e

83

cálculos necessários, e não como uma recomendação da técnica de implementação computacional. Por isto não serão comparados ou avaliados em relação aos métodos existentes. Computacionalmente, muitas técnicas de pesquisa em grafos podem ser aplicadas nas operações matriciais, e vice-versa, não sendo objeto desta pesquisa avaliar seu desempenho comparativo. Por utilizar matrizes esparsas (MOROZOWSKI [168]), técnicas adequadas de representação por grafos, listas, árvores, etc., e algoritmos de busca e varredura, em largura e profundidade nestas estruturas podem ser utilizadas como forma de implementação da modelagem matricial adotada nesta pesquisa (AHO, HOPCROFT e ULLMAN [4], GOLDMAN e HEDETNIEMI [98], REIN, NIEVERGELT e DEO [199]).