Sistemas de Medição Sincronizada de Fasores

A fase da tensão nas barras dos sistemas elétricos sempre despertou um interesse especial nos engenheiros de sistemas de potência, uma vez que o fluxo de potência ativa entre duas barras é praticamente proporcional ao seno da diferença angular entre elas. O

fluxo de potência ativa é uma informação importante nos estudos de planejamento e operação, aflorando, assim, o interesse dos engenheiros nos estudos referentes à medição da defasagem angular ao longo do sistema (PHADKE et al., 2008).

Este interesse foi evidenciado em meados da década de 80, quando três trabalhos (MISSOUT et al., 1980, MISSOUT et al., 1981 e BONANOMI, 1981) foram publicados fazendo o uso da medição da defasagem angular para fins de proteção. A utilização de fasores sincronizados a uma referência de tempo (sincrofasores) foi divulgada em Phadke et al. (1983). Em 1988 foi construída, pela Virgina Tech, a primeira PMU “moderna”, cujos cálculos dos fasores são sincronizados por meio de sinal GPS (PHADKE, 2002). As primeiras versões comerciais surgiram apenas em 1991, por meio de uma parceria entre a Virgina Tech e a Macrodyne Inc (PHADKE; THORP, 2008).

A medição sincronizada de fasores traz um novo paradigma para a operação dos SEEs, pois se tornou a principal técnica de seu monitoramento. Por meio de equipamentos de medição, conectados a relógios sincronizados por GPS, as medidas podem ser obtidas em locais distantes geograficamente, de forma sincronizada no tempo e com elevadas taxas de aquisição. Os SMSF possibilitam o desenvolvimento de ferramentas de monitoramento, controle e análise da dinâmica dos SEE, melhorando os processos de planejamento e operação do sistema.

A estrutura básica de um SMSF é constituída por PMUs distantes geograficamente, sincronizadas no tempo por um sinal GPS de alta precisão e conectadas via canais de comunicação a PDCs. Tais sistemas podem operar com taxas de medição de até 60 fasores por segundo, bem superiores às taxas utilizadas pelos sistemas SCADA, que são da ordem de 2 a 10 segundos para a atualização de todas as medidas. A seguir são detalhados os principais componentes de um SMSF.

•Unidade de Medição Fasorial (PMU): é composta por um receptor de sinal GPS, um sistema de aquisição (filtro e módulo de conversão A/D) e um sistema de processamento computacional. A PMU realiza a aquisição das tensões e correntes das barras e linhas, processa os dados amostrados, obtendo assim os fasores (módulo e ângulo) de tensão e corrente, calcula a frequência, a taxa de variação da frequência (ROCOF), formata os dados associados a uma etiqueta de tempo e os envia ao PDC (IEEE, 2011a).

•Concentrador de Dados Fasoriais: tem a função de receber os sincrofasores, realizar tratamentos de erros de transmissão, correlacionar as etiquetas de tempo, armazenar os dados de forma centralizada e disponibilizar estes dados de forma contínua para aplicações em tempo real e off-line.

•Canais de Comunicação: meio utilizado para transferir os dados entre as PMUs e os PDCs ou entre PDCs. Pode ser por redes cabeadas como as linhas telefônicas, fibras ópticas e PLC (Power Line Comunications) ou por redes não cabeadas como micro-ondas, satélites LEO (Low-Earth Orbiting) e Internet (VPN – Virtual Private Network). O protocolo de conexão mais indicado para sistemas em tempo real é o UDP/IP pela sua baixa latência e por suportar grandes fluxos de dados (IEEE, 2011b). Os SMSF, constituídos a partir de dispositivos eletrônicos inteligentes (Intelligent Electronic Device – IED) que agregam funções de monitoramento, controle, proteção e automação dos SEE, possibilitam a formação de “sistemas de monitoramento de grandes áreas” (IEEE, 2011b). As principais aplicações dos SMSF, conforme apresentado na Figura 2.7, são, em geral, classificadas como aplicações básicas, de monitoramento, de controle e proteção e as aplicações especiais.

•Aplicações básicas: se referem à aquisição e tratamento dos dados fasoriais pelos PDCs, à visualização da dinâmica em tempo real, e ao registro sincronizado de dados de perturbações. As aplicações básicas servem como subsídio para as demais aplicações.

•Aplicações de monitoramento: trazem informações acerca da dinâmica dos SEEs, elas englobam a análise de oscilações eletromecânicas, estimação de estado híbrida e distribuída, monitoramento de estabilidade de tensão e do estado de operação dos geradores.

•Aplicações de controle e proteção: são responsáveis pela tomada de ações preventivas, corretivas e restaurativas. Fazem o controle de emergências, da geração distribuída e o controle para amortecimento de oscilações.

•Aplicações especiais: são compostas pela validação de modelos de simulação, pela estimação de parâmetros de LTs e pela localização de faltas e a análise de eventos.

Figura 2.7 – Classificação das aplicações de SMSF.

Fonte:SANTOS, 2008.

Há na literatura quatro principais tipos de tecnologias empregadas em sistemas de grandes áreas que surgiram de forma evolutiva (ANDRADE, 2008). Tais tecnologias são denominadas: WAMS, WAPS, WACS e WAMPACS, sendo a última um conjunto de todas as anteriores.

•Wide Area Measurement System (WAMS): sistema de medição e monitoramento. Por meio de aplicativos desenvolvidos com interface homem-máquina (IHM), este sistema possibilita a disponibilização das informações de forma visual para os operadores, como por exemplo a plotagem das grandezas enviadas pelas PMUs, alarmes na ocorrência de eventos, informações sobre fluxo de potência, entre outros que auxiliam a operação em tempo real.

•Wide Area Protection System (WAPS): evolução da WAMS, integram os sistemas de medição e monitoramento de forma coordenada com os sistemas de proteção permitindo a implementação de estratégias de controle de emergências e de medidas preventivas.

•Wide Area Control System (WACS): evolução da WAMS, integram os sistemas de medição e monitoramento com o acionamento de elementos de controle, como os Estabilizadores de Sistemas de Potência (ESP), equipamentos FACTS (Flexible AC Transmission Systems) e na modulação HVDC (High Voltage DC).

•Wide Area Monitoring, Protection and Control System (WAMPACS): consiste na última evolução dos sistemas de grandes áreas, englobam as configurações das WAMS, WACS e WAPS.

Os desenvolvimentos de tecnologias para a análise de eventos, como realizado no presente trabalho, são necessários para WAMS. O aperfeiçoamento das metodologias possibilitará que no futuro as técnicas sejam aplicadas em conjunto com os sistemas de proteção e controle, alavancando o surgimento de WAMPACS.