Principais ferramentas de avaliação de segurança

Sistemas on-line SDSA requerem uma análise integrada em todos os aspectos de segurança para um dado ponto de operação e uma possível lista de contingências. Tal análise inclui a avaliação de todos os aspectos de estabilidade do SEP, variações na tensão, variações na frequência, violações de margens de dispositivos de proteção e sobrecargas

térmicas. A partir destes critérios, pode-se definir os três conjuntos fundamentais de ferramentas que um sistema on-line SDSA deve possuir: (i) Avaliação de Segurança de Tensão (do inglês Voltage Security Assessment – VSA); (ii) Avaliação de Segurança de Transitórios (do inglês Transient Security Assessment – TSA); e (iii) Avaliação de Segurança de Pequenos Sinais (do inglês Small Signal Security Assessment – SSSA) (MORISON; WANG; HAMADANI,2006; CIGRÉ, 2007).

Com base nas informações apresentadas por Morison, Wang e Hamadani(2006) e

CIGRÉ (2007), as principais características dos sistemas on-line VSA, TSA e SSSA são resumidas a seguir:

a) Sistemas VSA: são ferramentas que avaliam a estabilidade de tensão do sistema e também violações de subtensão/sobretensão que podem ocorrer em períodos de interesse. Alves et al. (2014) destacam que um sistema on-line VSA é responsável pela avaliação de segurança estática e é utilizado como base para a avaliação dinâmica. Um sistema on-line VSA requer recursos específicos para aumentar a eficácia na tomada de decisões durante uma emergência. Tais recursos seriam:

– capacidade de rastrear contingências e identificar as contingências críticas para uma análise completa;

– capacidade de executar análises de segurança e determinar se o ponto de operação atual é seguro para todas as contingências críticas;

– capacidade de calcular os limites de segurança de qualquer ponto de operação. Isso pode incluir pontos de operação “reais”, que os operadores pretendam im- plementar, ou pontos de operação “teste”, que os operadores desejam examinar para obter uma indicação de quão distante o ponto de operação atual está de se tornar inseguro;

– os critérios de segurança nos quais a avaliação de segurança se baseia, devem incluir: estabilidade de tensão, margem especificada de estabilidade tensão, módulos das tensões nas barras e suas variações, reservas de potência reativa e limites térmicos dos circuitos do sistema;

– em caso de insegurança (estado alerta) ou margem de segurança insuficiente, ações corretivas apropriadas devem ser identificadas para trazer o sistema de volta a um estado seguro. Uma das ações corretivas, que podem ser identificadas pelo sistema on-line VSA, é o quanto modificar o perfil de geração de potência ativa do ponto de operação, a fim de retornar a um estado seguro. É importante enfatizar que as RSEs possibilitam que esse tipo de análise seja realizado graficamente. Outras ações vão desde o chaveamento de capacitores até o corte de carga.

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A análise de cada tipo de problema de tensão pode requerer o uso de técnicas baseadas em fluxo de potência ou simulações no domínio do tempo (MORISON; WANG; HAMADANI,2006).

b) Sistemas TSA: são ferramentas que avaliam a estabilidade transitória assim como as variações de tensão e frequência, e violações de margens de dispositivos de proteção que possam ocorrer durante o período transitório. Sistemas on-line TSA têm sido aprimorados há muitos anos e possuem integração com sistemas EMS. Tais sistemas costumam apresentar as seguintes características:

– ferramentas baseadas na convencional análise no domínio do tempo com mode- lagens detalhadas;

– a velocidade computacional ainda é a principal questão para os sistemas on-line TSA. Foi comprovado que três técnicas são bem-sucedidas na melhoria do desempenho: (i) triagem de contingências para filtrar um grande conjunto de contingências usando métodos que são computacionalmente rápidos. Somente contingências críticas são selecionadas para análises detalhadas usando as si- mulações no domínio do tempo; (ii) incrementar as simulações convencionais no domínio do tempo com índices de segurança que possam indicar claramente a estabilidade ou instabilidade de uma condição do sistema antes da conclu- são das simulações; e (iii) distribuir os cálculos através de arquiteturas com multiprocessadores ou multi-servidores de forma a melhorar a performance em aplicações em SEPs de grande porte;

– uma simulação típica no domínio do tempo indica apenas se o cenário conside- rado é estável ou instável. Em um ambiente operacional é importante obter limites em termos de parâmetros que possam ser medidos;

– além das informações sobre estabilidade, um sistema on-line TSA também deve monitorar e exibir outros parâmetros como módulos das tensões, fluxos de potência, margens de potência reativa, etc. Em muitos casos, os critérios de confiabilidade com relação a esses parâmetros são violados, mesmo que o sistema seja estável ou logo antes de se tornar instável;

– um recurso essencial para a implementação de um sistema on-line TSA é a capacidade de permitir que o operador examine o comportamento do sistema sob condições que serão alcançadas no futuro, dadas as presentes condições operacionais. Tal análise necessita da capacidade de arquivar uma determinada condição do sistema, alterá-la de acordo com os despachos necessários e examinar a lista de possíveis contingências críticas, além de avaliar os novos limites operacionais para verificar se um estado crítico será atingido;

– se a análise de um cenário atual ou futuro indicar um possível problema com relação à segurança, o sistema on-line TSA deverá ter a capacidade de fornecer possíveis opções para ações preventivas e corretivas.

c) Sistemas SSSA: são ferramentas que avaliam a estabilidade de pequenos sinais e monitoram as oscilações (amortecimento) de interesse do sistema. O problema de estabilidade de pequenos sinais é geralmente resolvido através da abordagem de autovalores. Para aplicações on-line, a análise de autovalores é aplicada em um fluxo de potência baseado em um estimador de estados combinado com modelos dinâmicos. Um sistema on-line SSSA deve incluir os seguintes recursos:

– algoritmos confiáveis para calcular os vários tipos de modos do sistema, incluindo modos entre áreas e modos locais;

– cálculo de índices de estabilidade de pequenos sinais, com base no amortecimento do pior modo do sistema, para uma lista de possíveis contingências. Dessa forma, contingências críticas que possam causar problemas de amortecimento podem, assim, ser identificadas e apresentadas ao operador;

– capacidade de analisar o limite de estabilidade de pequenos sinais com o objetivo de determinar o limite de transferência sujeitos aos requisitos de amortecimento e identificar medidas de controle e despachos do sistema que possam ajudar a aumentar tais limites;

– ferramentas de visualização que possam auxiliar o operador a entender as características dos modos críticos identificados.