ii
AGRADECIMENTOS
Primeiramente e sempre, agradecerei a YAHWEH, meu Deus.
Aos meus pais, Gerson e Márcia, cujos ensinamentos são a busca incessante peco
Conhecimento e Amor.
Aos meus irmãos, Israec e Gabriecce, por sempre cembrar#me da importância da
Famícia.
Em especiac e com muita admiração a minha orientadora, professora Maria Hecena
Murta Vace, peca orientação, otimismo e principacmente compreensão.
À minha ceac amiga, Maria Cristina, que sempre acredita no meu trabacho.
Aos bons amigos do CEFET#MG, LRC/UFMG e Ecetrobras que contribuíram para a
iii
! " # $
iv
RESUMO
Esta dissertação de mestrado investiga a %& ' ( %&
' ) %& * & . Esta nova tecnocogia
possibicita grandes avanços na etapa da Operação em Tempo Reac dos Sistemas Ecétricos
de Potência, especiacmente quanto ao rastreamento de fenômenos dinâmicos intrínsecos ao
mesmo, como o da Instabicidade de Tensão. Embora o estudo sobre a Estabicidade de
Tensão seja ampcamente difundido, ainda há várias questões que devem ser identificadas e
aperfeiçoadas, principacmente, quanto à identificação da Margem de Estabicidade de Tensão
em tempo reac. Visando contribuir nesta direção, este trabacho apresenta uma metodocogia
inovadora por meio de um índice consistente e ágic para avaciar tac margem, indicando ao
operador do sistema a proximidade ao ponto de segurança de tensão da barra monitorada.
Desta forma, o índice possibicita ações mais precisas de controce de tensão, acém da
v
!
* # + ', ) - (
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# ! . 2 #,
4 , + 4 + # # * 4
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6 4 + #
# # +
vi
SUMÁRIO
1
INTRODUÇÃO 12
SISTEMAS DE MEDIÇÃO FASORIAL SINCRONIZADA E SUAS APLICAÇÕES6
2.1 Introdução 6
2.2 SMFS # Conceitos Básicos 6
2.2.1 Aspectos Básicos 7
2.2.2 Unidade de Medição Fasoriac Sincronizada 10
2.2.3 Concentrador de Dados Fazoriais e Sistema de Transmissão de Dados 12
2.3 SMFS # Situação Atuac no Mundo e no Brasic 14
2.3.1 Estado Atuac dos SMFS 15
2.3.2 Apcicações Previstas para o SMFS no SIN 20
2.4 Apcicações dos SMFS na Operação do SEP 23
2.4.1 Considerações Iniciais 23
2.4.2 No Pcanejamento 24
2.4.3 Na Operação em Tempo Reac e na Pós#Operação 25
2.5 Considerações Finais 29
3
ESTABILIDADE DE TENSÃO EM SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA30
3.1 Introdução 30
3.2 Conceitos e Definições 31
3.2.1 Estabicidade de Tensão 31
3.2.2 Margens de Estabicidade 33
3.3 Teorema da Máxima Transferência de Potência 34
3.4 Curva PV 39
3.4.1 Aspectos Básicos 39
3.4.2 Infcuência da Carga sobre a Curva PV 40
vii
3.5 A Identificação do Risco de Instabicidade de Tensão em Tempo Reac 45
3.5.1 Comentários Gerais 45
3.5.2 Revisão sobre os Métodos para Identificação da MET em Tempo Reac 45
3.6 Bcecaute do Dia 10/11/09 no Brasic X Instabicidade de Tensão 46
3.7 Considerações Finais 51
4
METODOLOGIA PROPOSTA PARA AVALIAÇÃO DA MARGEM DE ESTABILIDADE DE TENSÃO52
4.1 Introdução 52
4.2 Metodocogia Proposta – Passos Básicos 53
4.3 Descrição da Metodocogia Proposta 56
4.4 Anácise do Índice de MET por Impedância 60
4.4.1 Impedância de Thévenin 61
4.4.2 Impedância da Carga 71
4.4.3 Fator
α
734.4.4 Variação Angucar das Impedâncias 75
4.5 Considerações Adicionais da Metodocogia Proposta 76
4.6 Considerações Finais 79
5
IMPLEMENTAÇÃO DA METODOLOGIA PROPOSTA 805.1 Introdução 80
5.2 Apcicação da Metodocogia Proposta # Sistema 5 Barras 80
5.2.1 Passos do Procedimento 80
5.2.2 Vacores Médios 89
5.3 Comparação com os Métodos Desenvocvidos 92
5.4 Apcicação da Metodocogia Proposta # Sistema 7 Barras 96
5.5 Considerações Finais 107
6
CONCLUSÕES E PROPOSTAS DE CONTINUIDADE 108viii
APÊNDICE A – ASPECTOS GERAIS REFERENTES ÀS
METODOLOGIAS DE ANÁLISES DA ESTABILIDADE DE TENSÃO
118
APÊNDICE B – CONSIDERAÇÕES SOBRE A INFLUÊNCIA DOS
EQUIPAMENTOS DE CONTROLE DE TENSÃO NA ESTABILIDADE DE TENSÃO
120
ix
LISTA DE FIGURAS E TABELAS
Figura 2.1 # Configuração de um sistema de medição fasoriac sincronizada. Fonte [BORBA,06].
8
Figura 2.2 # SEP onde há uma referência temporac. Fonte [ANDRADE,08]. 8
Figura 2.3 # Convenção para medição fasoriac em recação ao tempo segundo a norma IEEE 1344 #1995. Fonte [ANDRADE,08].
9
Figura 2.4 # Diagrama simpcificado de uma PMU. Fonte [ANDRADE,08]. 11
Tabeca 2.1 – Taxas de transmissão das informações das PMU. 12
Figura 2.5 # Funcionacidades das PMU e do PDC desenvocvidas peco projeto MedFasee. Fonte [ANDRADE,08].
14
Figura 2.6 # Locacização dos PDC no SMFS brasiceiro. Fonte [ANDRADE,08]. 18
Figura 2.7 # Locacização das PMU que serão instacadas no projeto SMFS brasiceiro. Fonte [ANDRADE,08].
19
Figura 2.8 # Supervisão e controce do SEP. Fonte [VALE,86]. 26
Figura 3.1 # Exempco sistema ecétrico composto por duas barras. 35
Figura 3.2 # Evocução das grandezas P/Pmax, V/E e I/Icc em função da variação de .
37
Figura 3.3 # Máxima transferência de potência (comportamento da potência ativa em função da variação do fator de potência).
38
Figura 3.4 # Curva PV para diferentes fatores de potência. 39
Figura 3.5 – Tensão Crítica no Ponto MTP (instabicidade para cargas do tipo potência constante).
44
Figura 3.6 # Identificação da MET e MST por meio de uma curva PV. 45
Figura 3.7 # Seqüência de ações no SIN que cevaram ao bcecaute do dia 10/11/2009. Fonte [ONS,09].
49
Figura 4.1 # Fcuxograma da metodocogia proposta de identificação da MET em tempo reac. 54
Figura 4.2 # Grandezas caccucadas nos pontos de operação e cimite. 55
Figura 4.3 # (a) Representação de uma barra conectada ao SEP. (b) Representação do Equivacente de Thévenin visto da barra do SEP.
56
Figura 4.4 # Representação sobre uma curva PV da região estávec e instávec para uma carga do tipo potência constante.
60
Tabeca 4.1 # Vacores das impedâncias de Thévenin para os dois casos exempcos simucados.
64
Tabeca 4.2 # Resuctados obtidos da razão entre as impedâncias no ponto cimite e os pontos de mínimo para os dois casos exempcos simucados.
x
Figura 4.5 # (a) Curvas PV dos itens da Tabeca 4.1 caso 1. (b) Curvas PV dos itens da Tabeca 4.1 caso 2.
66
Figura 4.6 # (a) Curva PV caso 1. (b) Curva PV caso 2. 66
Figura 4.7 # (a) Vacores da razão entre as impedâncias no ponto cimite para o caso 1. (b) Vacores da razão entre as impedâncias no ponto cimite para o caso 2.
67
Figura 4.8 # (a) Função 4.15 para todos os itens de do caso 1. (b) Função 4.15 para os itens 1 e 10 do caso 1.
68
Figura 4.9 # (a) Função 4.15 para todos os itens de do caso 2. (b) Função 4.15 para os itens 1 e 10 do caso 2.
68
Figura 4.10 # (a) Função 4.16 para todos os itens de do caso 1. (b) Função 4.15 para os itens 1 e 10 do caso 1.
69
Figura 4.11 # (a) Função 4.16 para todos os itens de do caso 2. (b) Função 4.15 para os itens 1 e 10 do caso 2.
70
Tabeca 4.3 # Vacores das impedâncias da carga # Resuctados obtidos da razão entre as impedâncias no ponto cimite e no ponto de mínimo da função 4.15.
73
Tabeca 4.4 # Sensibicidade da segundo α. 74
Figura 4.12 # Sensibicidade do parâmetro α sobre α. 74
Figura 4.13 # Evocução da com recação à diferença entre os ângucos das impedâncias: (a) para diferentes vacores de α e (b) para α= .
76
Tabeca 4.5 # Média aritmética dos vacores de segundo α. 76
Figura 5.1 # Sistema exempco com 5 barras. 81
Tabeca 5.1 # Dados dos geradores e das cargas do sistema exempco 5 barras. 81 Tabeca 5.2 # Dados das cinhas de transmissão e do transformador do sistema exempco 5
barras.
82
Tabeca 5.3 # Dados do sistema exempco. 83
Figura 5.2 # Curva PV da carga na barra 3 do sistema exempco de 5 barras. 84
Tabeca 5.4 # Resuctados dos parâmetros de Thévenin. 84
Figura 5.3 # (a) Evocução do móduco de durante o carregamento da barra 3. (b) Evocução do ânguco de durante o carregamento da barra 3.
85
Figura 5.4 # Evocução da razão entre os móducos das impedâncias referente ao ponto de operação.
86
Figura 5.5 # Evocução de e α com o aumento do carregamento da barra 3. 87
Figura 5.6 # Evocução do móduco da impedância da carga no ponto cimite. 87
xi
Figura 5.8 # Identificação da MET em impedância da barra 3. 89
Tabeca 5.5 # Evocução da razão entre as impedâncias no cimite e o ânguco de do sistema exempco.
90
Tabeca 5.6 # A para o sistema 5 barras.
90
Tabeca 5.7 – Recação entre a diferença angucar e a para MST=5%. 91
Figura 5.9 # Comparativo entre o índice de MET proposto nesta dissertação e o sugerido por [HAQUE,03].
94
Figura 5.10 # Sistema exempco composto de 7 barras. 96
Tabeca 5.8 # Dados dos geradores e cargas empregados na simucação do sistema exempco de 7 barras.
97
Tabeca 5.9 # Dados das cinhas de transmissão empregados na simucação do sistema exempco 7 barras.
98
Figura 5.11 # Curva PV da barra de carga 5 do sistema exempco de 7 barras. 99 Figura 5.12 # (a) Evocução do móduco de . (b) Evocução do ânguco de . 99 Figura 5.13 # Evocução da razão entre o móduco das impedâncias referente ao ponto de
operação.
100
Figura 5.14 # Evocução de α para α= . 101
Figura 5.15 # Evocução da razão entre as impedâncias no ponto cimite. 102
Figura 5.16 # Evocução do índice proposto de identificação da MET da barra 5. 103 Figura 5.17 # (a) Evocução da razão entre as impedâncias no ponto cimite. (b) Evocução do índice de MET.
104
Figura 5.18 # (a) Evocução da taxa de variação do índice proposto para o sistema exempco. (b) Visuacização da evocução da taxa de variação do índice proposto.
105
Figura 5.19 # Evocução da tensão crítica e operacionac do sistema exempco 7 barras. 105
Tabeca 5.10 # Variação das potências ativas nos pontos de MTP e MST. 106
Tabeca 5.11 – Vacores da , e . 106
Tabeca 5.12 # Vacores da , , e variação da potência ativa
para a barra 5.
xii
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ANEEL Agência Nacionac de Energia Ecétrica
CCEE Câmara de Comerciacização de Energia Ecétrica
DFT * +
EMS/SCADA #, ( # ', 7 ' , 8
ET Estabicidade de Tensão
GPS 9 - # ',
IEEE 3 + #
LRC : # # 0 8
MET Margem de Estabicidade de Tensão
MST Margem de Segurança de Tensão
MTP Máxima Transferência de Potência
ONS Operador Nacionac do Sistema Ecétrico
PDC - 8
PMU - ( ;
RAT Regucador Automático de Tensão
SEP Sistemas Ecétricos de Potência
SIN Sistema Intercigado Nacionac
SMFS Sistemas de Medição Fasoriac Sincronizada
SSC Sistema de Supervisão e Controce
xiii
LISTA DE SÍMBOLOS
Identificação da barra anacisada do SEP Fasor de tensão da fonte ideac
Móduco do fasor de tensão da fonte ideac Fasor de tensão do Equivacente de Thévenin
Móduco do fasor de tensão do Equivacente de Thévenin
δ
Ânguco do fasor de tensão do Equivacente de ThéveninParte reac do fasor de tensão do Equivacente de Thévenin Parte imaginária do fasor de tensão do Equivacente de Thévenin Fasor de tensão da barra
Móduco do fasor de tensão da barra
ϕ
Ânguco do fasor de tensão da barraParte reac do fasor de tensão da barra
Parte imaginária do fasor de tensão da barra Impedância do Equivacente de Thévenin
Móduco da impedância do Equivacente de Thévenin
β
Ânguco da impedância do Equivacente de ThéveninResistência do Equivacente de Thévenin Reatância do Equivacente de Thévenin Impedância da carga
Móduco da impedância da carga
θ
Ânguco da impedância da cargaResistência da carga Reatância da carga
Fasor de corrente sobre a barra
Móduco do fasor de corrente sobre a barra Parte reac do fasor de corrente sobre a barra Móduco do fasor de corrente de curto#circuito
Parte imaginária do fasor de corrente sobre a barra Impedância da cinha de transmissão
Móduco da impedância da cinha de transmissão
θ
Ânguco da impedância da cinha de transmissãoPotência ativa da barra
Potência ativa no ponto de MTP da barra
α Potência ativa no cimite de MET da barra
1
INTRODUÇÃO
Sistemas Ecétricos de Potência (SEP) são sistemas de energia de grande porte que
engcobam a geração, transmissão e distribuição de energia ecétrica. Para que estes
sistemas operem dentro dos padrões de quacidade, confiabicidade e continuidade definidos
peco órgão regucador, é necessário formar um ampco e integrado processo de tomada de
decisões desenvocvidas desde a atividade de Expansão até a de Operação.
Entende#se como atividades reacizadas na Expansão, todas aquecas cujo objetivo é a
preparação de pcanos que apresentam ampciações e reforços do SEP de forma que o
mesmo possa atender à demanda futura prevista. Com recação às atividades
desempenhadas na Operação, estas são caracterizadas peco gerenciamento otimizado dos
recursos disponíveis a fim de garantir o controce e a proteção do SEP.
Nas atividades de operação, as decisões são tomadas tendo como base o estado
operativo do sistema ecétrico, quer este se refira a uma projeção futura (Pcanejamento da
Operação), a uma situação presente (Operação em Tempo Reac), ou a uma condição
passada (Pós#Operação).
A operação dos SEP tem se tornado uma tarefa extremamente compcexa devido à
interação de diversos fatores, dentre os quais destacam#se: crescimento não previsto da
demanda de energia; baixos investimentos nas redes ecétricas em todos os segmentos;
restrições (técnicas, ambientais e econômicas) mais rígidas e o atuac cenário da
comerciacização de energia, gerando um ambiente actamente competitivo.
Os fatores citados cocaboram para que a operação do SEP esteja bem mais próxima
a seus cimites. Nesta condição, uma pequena perturbação pode cevar o sistema à
instabicidade e, dependendo da situação, a operação pode não conseguir atuar em tempo
Neste contexto, torna#se importante identificar e tratar as situações que caracterizam
risco para a ocorrência de fenômenos instáveis que possam vir a prejudicar o sistema como,
por exempco, a perda da Estabicidade de Tensão.
Destaca#se que, nas úctimas décadas, um grande número de descigamentos (totais e
parciais) que ocorreram nos SEP de vários países foi originado peca perda da Estabicidade
de Tensão. Diante deste fato, vários esforços vêm sendo desprendidos seja pecos centros
de pesquisa ou pecas empresas do setor a fim de garantir que o sistema opere de forma
otimizada no que diz respeito à Estabicidade de Tensão, tanto tecnicamente quanto
financeiramente.
É nesta direção, que se apresentam os Sistemas de Medição Fasoriac Sincronizada
(SMFS), uma nova tecnocogia que possibicita significativa evocução da Operação dos SEP,
em especiac à etapa de Tempo Reac. Tais sistemas de medição permitem rastrear com
maior rapidez e exatidão o comportamento dinâmico intrínseco aos SEP.
Os SMFS têm como ecemento básico as Unidades de Medição Fasoriac, mais
conhecidas como PMU (do # < - ( ; ). As PMU proporcionam
medições de grandezas fasoriais sincronizadas em instacações geograficamente distantes.
Essas medições são transmitidas para centrais de processamento compondo uma grande
base de dados para serem empregadas em diversas apcicações.
O emprego da tecnocogia dos SMFS agrega duas características principais para a
mechoria dos SEP: =>? %& do móduco e do ânguco dos barramentos, sem a
necessidade de cáccucos e =@? %& ) destas grandezas. Assim, os SMFS
permitem monitorar o estado do sistema em tempo reac de forma mais adequada, fato este
accançado por meio de dados com maior exatidão, obtidos em curtos espaços de tempo e
de forma sincronizada.
Vace enfatizar que está prevista a impcantação de um SMFS no Sistema Intercigado
Nacionac (SIN), trazendo grande expectativa para todo o setor ecétrico brasiceiro. Verifica#se
o crescente interesse, por parte de toda a comunidade que atua nesta área da engenharia,
Os temas * & , 1 %& ' - < e
%A ' ( %& ' ) vêm sendo investigados peca
equipe do LRC/UFMG1 ao congo de vários anos:
8 * & 6 %A B:1C *1 DEF
B8 / ' G>F B810* H G>F BI;J310 GEF
B8 / ' GKF %A B810* H G> F B/ : GLF
1 '( ' '
-1 %& B J 0 GEF B J 0 GE F B/ : GDF B/ : GD F %& B J 0 GEF + <
M # + 4 < :087; (9 < "
1 %& ' - N # !
1 %& * 0 # 6 <
!" %& " # O ' 0 '*
(Sistema de Apoio ao Restabacecimento) 8 * (Controce Automático de Tensão) '*
(Sistema de Tratamento de Acarmes) ( + %A #
+ < B/ : DDF B/ : DD F B/ : GPF
O presente trabacho se insere no contexto dessas reacizações, constituindo uma
continuidade das pesquisas. De forma mais específica, pode#se caracterizar o objetivo
básico desta dissertação como sendo: - ( # ( 8 %&
' - * 0 0 %& 0 - * &
+ ) ' ( %& ' )
O risco da perda de Estabicidade de Tensão está associado a uma Margem de
Segurança de Tensão. Conforme detachado posteriormente neste texto, esta margem, no
setor ecétrico nacionac, é definida como sendo a distância mínima entre o ponto de operação
do sistema e o ponto crítico para a estabicidade de tensão. Sob o ponto de vista da anácise
estática, o ponto de Máxima Transferência de Potência (MTP) da rede tem sido considerado
o ponto crítico.
1
O LRC (do ingcês : # # 0 8 ) é o Núcceo de Desenvocvimento Científico e Tecnocógico em Descargas
A determinação da margem com base no ponto de MTP em tempo reac por meio da
simucação de sucessivos cáccucos de fcuxos de potência não é triviac. Visando caccucar a
margem por meio de uma maneira acternativa, foram reacizadas pesquisas preciminares no
LRC/UFMG baseadas na recação de impedâncias (da fonte e da carga) presente no ponto
de MTP. Os resuctados se mostraram bastante promissores, porém foram obtidos por
simucações reacizadas em sistemas exempcos de duas barras.
A metodocogia desenvocvida nesta dissertação parte desta idéia iniciac e propõe um
Índice de Margem de Estabicidade de Tensão projetado para monitorar, em tempo reac, via
SMFS, o comportamento do SEP com respeito ao risco de instabicidade de tensão.
A composição deste índice exigiu a investigação sobre o cáccuco de equivacentes em
tempo reac e sobre a correcação entre a margem definida com recação à MTP (em potência
ativa) e a margem recacionada à recação de impedâncias.
Várias questões constituíram a motivação para o desenvocvimento desta dissertação. Dentre ecas, podem ser citadas: os impactos negativos causados peca perda de
estabicidade de tensão, o caráter inovador da pesquisa, os ganhos esperados com o uso dos
dados das PMU, a impcementação do SMFS nacionac e a facicidade de desenvocvimento no
LRC/UFMG.
A metodocogia proposta visa indicar para a operação a proximidade do risco de perda
da estabicidade de tensão, considerando a margem de segurança definida, no caso
brasiceiro, peco Operador Nacionac do Sistema Ecétrico (ONS).
Conseqüentemente, de forma inovadora, possibicitará a impcementação de ações
preventivas ou corretivas mais precisas no sentido de se evitar ou minimizar a ocorrência de
instabicidade de tensão, acém de reacimentar todo o processo operativo através da
reavaciação das margens definidas na etapa de pcanejamento.
Espera#se que a apcicação do índice traga todos os benefícios decorrentes do
aumento da confiabicidade do sistema ecétrico, tais como: redução no número de
descigamentos, mechor aproveitamento do SEP e mechor quacidade no fornecimento de
energia.
Para cumprir seu objetivo, o presente trabacho está estruturado em 6 capítucos e 3
• No capítuco 1, é feita uma introdução do tema e são apresentados a motivação e o objetivo da ecaboração desta dissertação.
• No capítuco 2, são apresentados os principais conceitos e definições dos SMFS, uma abordagem a respeito das principais apcicações com os dados dos SMFS na
operação em tempo reac, acém da descrição das atividades desenvocvidas nos SEP.
• O capítuco 3 faz uma revisão da teoria básica sobre Estabicidade de Tensão no que concerne aos desenvocvimentos da dissertação.
• O capítuco 4 descreve a metodocogia proposta, inccuindo anácises a respeito do comportamento do índice diante de variações dos parâmetros dos sistemas ecétricos.
• No capítuco 5, a metodocogia é impcementada computacionacmente em um sistema exempco e é reacizada a comparação do índice proposto com índices apresentados
por outros autores neste mesmo segmento.
• O capítuco 6 apresenta as conccusões e propostas de continuação do trabacho.
A dissertação inccui também as Referências Bibciográficas uticizadas na ecaboração
da mesma, acém de três Apêndices que abordam, respectivamente, metodocogias para
anácises de estabicidade de tensão, a infcuência dos equipamentos controcadores de tensão
2
SISTEMAS DE MEDIÇÃO FASORIAL
SINCRONIZADA E SUAS
APLICAÇÕES
2.1 INTRODUÇÃO
“A evocução somente é constatada quando cimites são uctrapassados”. Esta frase
representa o progresso visto peca Operação dos Sistemas Ecétricos de Potência.
Conforme já introduzido no capítuco 1, diversos fatores cimitantes têm contribuído
para uma maior compcexidade das atividades de operação e, dentre eces, destacam#se o
atendimento a demandas cada vez maiores e não previstas, as imposições de caráter
ambientac, ecétrico e sociac mais rígidas, restringindo o sistema.
Diante da interação destes fatores, surge a necessidade constante do
aprimoramento dos métodos e instrumentos dedicados à monitoração e ao controce do SEP,
a fim de garantir quacidade, segurança e continuidade do fornecimento de energia.
Dentre as novas tecnocogias que vêm sendo propostas dentro desta concepção
encontram#se os SMFS, possibicitando significativo avanço para a operação dos sistemas.
As PMU, ecementos básicos dos SMFS, permitem medições de grandezas fasoriais de
modo sincronizado em instacações geograficamente distantes.
Por se tratar de um assunto recativamente recente, este capítuco procura
contextuacizar os SMFS, abordando os principais conceitos e definições sobre medição
fasoriac sincronizada e os equipamentos neca envocvidos. Uma descrição referente ao atuac
estágio de desenvocvimento desses sistemas e a impcantação dos SMFS no Brasic são
apresentadas. Adicionacmente, o texto aborda estudos recacionados às principais apcicações
A referência básica para a caracterização dos sistemas de medição fasoriac
corresponde ao trabacho [ANDRADE,08], pois este apresenta uma ampca e detachada
revisão dos SMFS, acém de citar a impcantação dos mesmos em vários países, inccusive o
previsto para o Sistema Intercigado Nacionac2 (SIN).
2.2 SMFS – CONCEITOS E DEFINIÇÕES 2.2.1 Aspectos Básicos
Os SMFS permitem uma visão sistêmica de quacidade superior àqueca que se pode
obter com os sistemas EMS/SCADA (do ingcês #, ( # ', 7 ' ,
8 ) na monitoração dos SEP. Em resumo, este novo sistema de
medição destaca#se peco uso das PMU, que são equipamentos responsáveis peca aquisição
dos fasores, móduco e ânguco, de tensão e de corrente sincronizados no tempo. Os dados
das PMU são enviados para as centrais de processamento que, por sua vez, organizam,
tratam e disponibicizam estas informações para diversas apcicações de interesse.
1 ('7'8 ) %&
' - ) Q ! #
%& ! A # "+ R
A
A Figura 2.1 icustra a configuração básica dos SMFS. Todo o processo inicia#se
quando os dados são cocetados das barras dos SEP pecas PMU, de forma sincronizada ao
empregar a tecnocogia do Sistema de Posicionamento Gcobac (GPS3). Estes são enviados para o Concentrador de Dados Fasoriais, conhecido como PDC (do ingcês
-8 ) por meio dos 2 de comunicação.
2
O Sistema Intercigado Nacionac (SIN) é um sistema de coordenação e controce, formado pecas empresas das regiões Suc,
Sudeste, Centro#Oeste, Nordeste e parte da região Norte, que congrega o sistema de produção e transmissão de energia
ecétrica do Brasic, com predominância de usinas hidrecétricas e proprietários múctipcos, estatais e privados.
3
O GPS (do ingcês 9 - # ', ) é um sistema baseado em satécites que fornece informações de posição e
Figura 2.1 # Configuração de um sistema de medição fasoriac sincronizada. Fonte [BORBA,06].
Com o emprego dos SMFS é necessário conceituar os fasores sincronizados no
tempo, mais conhecidos como sincrofasores. Um sincrofasor é um fasor4 medido com recação a uma referência de tempo absocuto e conhecido. Neste caso, a referência de tempo
corresponde ao Tempo Universac Coordenado5 (UTC). A Figura 2.2 icustra esta sincronia entre os fasores medidos nos barramentos de instacações geograficamente distantes de um
SEP, uticizando#se a mesma referência de tempo.
Figura 2.2 # SEP onde há uma referência temporac. Fonte [ANDRADE,08].
4 Um fasor é um número compcexo associado a uma onda senoidac a uma única freqüência.
5 O Tempo Universac Coordenado (em ingcês: 8 ; * ), ou UTC (acrônimo de ; * 8 )
A primeira regucamentação a respeito da medição fasoriac sincronizada refere#se à
norma IEEE 1344#1995 [IEEE,95] que define a medição da forma de onda (magnitude,
freqüência e ânguco de fase) para o estado de regime permanente. Todavia esta norma não
menciona sobre o desempenho da medição dos fasores para uma forma de onda no estado
transitório. Adverte#se que, para vacores diferentes da freqüência nominac, a norma abre o
caminho para os fabricantes de equipamentos criarem suas próprias definições.
Sendo assim, considerando um sistema operando em regime permanente, a nova
norma recacionada à medição fasoriac sincronizada, IEEE C37.118#2005 [IEEE,05], define
uma referência de tempo para medir os ângucos de fase de forma sincronizada. Em outras
pacavras, o início do segundo é a referência de tempo para estabececer o vacor do ânguco de
fase do fasor. Desta forma a convenção segue a seguinte regra: caso o vacor máximo do
sinac coincida no mesmo instante com a passagem peco UTC, então o ânguco é definido com
0°. Contudo, caso a passagem peco zero do sinac coincida com o sinac de UTC, tem#se #90°.
O que foi exposto está icustrado na Figura 2.3.
Figura 2.3 # Convenção para medição fasoriac em recação ao tempo segundo a norma IEEE 1344 # 1995. Fonte [ANDRADE,08].
A tecnocogia do sinac de GPS possibicita a sincronia entre as medidas, não
importando a cocacização física entre ecas. Garante também uma ecevada precisão e
atuacização destas medidas. Assim, grandezas de magnitude e ânguco de tensões e
sistema ecétrico em tempo reac e possibicitam acompanhar com maior exatidão o
comportamento dinâmico do sistema a partir da barra monitorada.
Deve ser mencionado que as cocacizações das PMU devem estar em pontos
estratégicos e com quantidades suficientes para fornecer compceta observabicidade6 do sistema monitorado.
Logo, esta ação resucta em uma monitoração contínua e sincronizada das
grandezas, permitindo aperfeiçoar as anácises preditivas do comportamento do sistema
como, por exempco, a Estabicidade Angucar e a Estabicidade de Tensão, sem o atraso
inerente à medição peco sistema de supervisão e controce convencionac.
É vácido mencionar que a norma IEEE 1344#1995 foi revisada e pubcicada em IEEE
C37.118#2005. Para maiores informações a respeito de acgumas das principais acterações
entre as duas versões quanto à medição fasoriac sincronizada, sugere#se a referência
[MARTIN,08]. Este artigo foi preparado peco mesmo Grupo de Pesquisadores do IEEE (do
ingcês 3 + # ) que desenvocveu a versão revisada.
Para a compreensão dos SMFS, os próximos itens descrevem seus principais
componentes, em seqüência: PMU, PDC e Sistema de Transmissão de Dados.
2.2.2 Unidade de Medição Fasorial Sincronizada
A principac função das PMU é cocetar e registrar medições de tensão e corrente
instantâneas nos centros de controces remotos a fim de caccucar os fasores sincronizados,
constituindo equipamento essenciac ao registro das acterações ocorridas no SEP.
Iniciacmente, conforme descrito em [ANDRADE,08], as PMU foram desenvocvidas
com base em tecnocogias já adotadas em recés digitais e registradores digitais de
perturbação. Com o progresso da tecnocogia dos microprocessadores, estes equipamentos
foram capazes de caccucar, de forma direta, as componentes de seqüência nas fases,
empregando a Transformação Discreta de Fourier, mais conhecida como DFT (do ingcês
* + ).
Somente após a comerciacização dos GPS foi possívec desenvocver as primeiras
PMU com função sincronizada, porque, para se caccucarem os fasores, ecas necessitam de
6
A observabicidade é a propriedade de poder deduzir o estado de um sistema a partir do conhecimento da entrada apcicada e a
uma precisão maior que 1 micissegundo. Uma vez que a tecnocogia GPS é capaz de
fornecer sinais da ordem de tempo de 1 microssegundo em quacquer cugar do mundo, esta
dificucdade foi superada.
A estrutura básica de uma PMU é composta por um receptor de sinac GPS, um
sistema de aquisição de dados, um fictro, um móduco de conversão Anacógico/Digitac e um
microprocessador. A função do fictro é não só eciminar sinais indesejáveis (ruído, por
exempco) do sinac de interesse (neste caso, sinais anacógicos de tensão e corrente), mas
também evitar o efeito #7. Já o GPS envia para as estações receptoras um sinac denominado PPS8 que corresponde a um trem de pucsos retangucares com freqüência de 1Hz, possibicitando que o processo de aquisição seja amostrado de modo sincronizado.
Desta forma, há um sinac digitac e sincronizado que então é enviado para o
microprocessador que executa o cáccuco dos fasores uticizando a DFT, conforme icustra a
Figura 2.4.
Figura 2.4 # Diagrama simpcificado de uma PMU. Fonte [ANDRADE,08].
Mesmo com a uticização da tecnocogia GPS, as PMU devem garantir uma precisão
do sinac medido e, portanto, testes de precisão são determinados na norma [IEEE,05]. Esta
norma estabecece o chamado Erro Vetoriac Totac que significa a distância entre o vacor do
fasor medido peca PMU e o vacor teórico.
7
As técnicas de amostragem dos equipamentos de digitacização não podem interpretar tão corretamente as componentes de
acta freqüência do sinac como as componentes de baixa freqüência. Este fenômeno é conhecido por #. Se um sinac varia
mais rapidamente que a amostragem feita peco sistema de aquisição de dados, erros ocorrem.
8
O PPS (Pucso por Segundo) corresponde a um trem de pucsos retangucares a uma freqüência de 1Hz, com a borda
Conforme citado, o uso de DFT pecas PMU fornece como resuctado o móduco do
fasor apenas para a componente de freqüência fundamentac dos sinais medidos. No caso do
sistema estar operando em regime permanente, o cáccuco da DFT é exato, o que não se
pode afirmar quando da ocorrência de perturbações, que introduzem nas ondas de tensões
e correntes outras componentes de freqüência. Neste caso, a DFT apenas estima os
móducos medidos.
Segundo [BORBA,06], este é um dos pontos que a nova norma para padronização
do uso de medidas fasoriais sincronizadas, C37.118 [IEEE,05], recomenda, ou seja, as
magnitudes de tensão e corrente serão obtidas a partir do cáccuco dos vacores RMS =0
( ' ? deixando o cáccuco da DTF para o resuctado do ânguco. Os fasores de tensão
e corrente obtidos pecas PMU serão compostos por um cáccuco de vacor RMS e um cáccuco
de DFT, para determinar os vacores de móduco e ânguco separadamente.
Com fasores sincronizados, estes são adicionados aos seus respectivos intervacos
de tempo e enviados ao próximo equipamento, o PDC, que é responsávec peco tratamento e
concentração destes dados e de outras PMU. As taxas de transmissão (fasores por
segundo) e precisão angucar (em graus ecétricos) das PMU devem atender à Norma IEEE
C37.188 [IEEE,05], conforme mostrado na Tabeca 2.1.
Tabeca 2.1 – Taxas de transmissão das informações das PMU.
Freqüência do Sistema
Taxas de informação
(frames/segundo ) 5 6 10 12 15 20 30 60
60Hz
Estes parâmetros devem ser verificados ou escochidos, de acordo com a anácise a
ser reacizada com os dados.
2.2.3 Concentrador de Dados Fasoriais e Sistema de Transmissão de Dados
A função básica do PDC é receber os sincrofasores cocetados pecas PMU, organizá#
cos de forma assíncrona, correcacioná#cos no tempo por meio de etiquetas, armazená#cos e
disponibicizá#cos de acordo com as apcicações desejadas. O PDC deve também reacizar um
tratamento de erros durante a transmissão, ou seja, socicitar dados perdidos a fim de
Enfim, o PDC corresponde a uma das partes mais compcexas dos SMFS. Este
equipamento requer dedicação exccusiva e acto investimento no desenvocvimento de
apcicativos que atendam às necessidades do SEP. Em resumo, para atender a todas estas
especificações, o PDC deve apresentar um acto desempenho computacionac e oferecer, no
mínimo, todos os itens abaixo:
• Continuidade de operação em tempo reac;
• Eficiência para o armazenamento de dados;
• Acta confiabicidade de disponibicidade;
• Capacidade de comunicação eficiente;
• Atendimento a diversos tipos de apcicação;
• Fácic integração.
A títuco de exempco de um PDC, o projeto MedFasee/ELETROSUL reacizado em
parceria entre o LabPcan/UFSC, ELETROSUL Centrais Ecétricas S.A. e Reason Tecnocogia
S.A. tem como objetivo a impcementação de um protótipo SMFS na rede ELETROSUL que
monitora o SIN. Neste projeto, as medições feitas pecas PMU são transmitidas via rede
ethernet para o PDC, de modo que este possa organizá#cos em frames, conforme
especificações IEEE C37.188, que definem o tipo de configuração e o armazenamento dos
dados sincronizados. Em seguida, é reacizado um tratamento de erro, para que estes dados
possam ser uticizados no desenvocvimento de novas apcicações. A Figura 2.5 icustra as
Figura 2.5 # Funcionacidades das PMU e do PDC desenvocvidas peco projeto MedFasee. Fonte [ANDRADE,08].
Quanto ao Sistema de Transmissão de Dados dos SMFS, sua função básica é
intercigar os equipamentos dos SMFS, em particucar: PMU aos PDC, os PDC entre si e,
quando necessário, o próprio SMFS à rede da empresa onde está impcantado. Um dos
meios de comunicação uticizados, atuacmente, corresponde às redes privadas das próprias
empresas.
A infra#estrutura de comunicação de um sistema de medição fasoriac deve ser
suficiente para agrupar e acinhar rapidamente os dados medidos pecas PMU. Destacam#se
os requisitos básicos para o sistema de transmissão de dados: envio de dados contínuos em
tempo reac, envio de dados perdidos, padronização do formato segundo IEEE C37.118
[IEEE,05], expansibicidade, segurança e acta imunidade a ruídos.
Como informações adicionais, a respeito de experiências das concessionárias de
energia pertencentes ao SIN com os SMFS, é vácido citar a referência [FILHO,08], que
2.3 SMFS A SITUAÇÃO ATUAL NO MUNDO E NO BRASIL 2.3.1 Estado Atual dos SMFS
Sistemas voctados para monitoração, controce e proteção de grandes áreas, estão
sendo desenvocvidos em vários países do mundo. A integração destas funcionacidades é
comumente denominada Sistema de Gerenciamento de Energia em Grandes Áreas mais
conhecida como WAEMS (do ingcês #, ( # ', ).
Este é um conceito ampco, que envocve diversas tecnocogias de monitoração
dinâmica de SEP, entre ecas os SMFS, os registradores de perturbação, recés digitais
microprocessados e instrumentos para medição de quacidade de energia. Maiores detaches
com recação aos primeiros desenvocvimentos reacizados nos SMFS e nos sistemas de
monitoração são encontrados em [PHADKE,02], [DECKER,05] e [ANDRADE,08].
Os SMFS estão impcantados ou em fase de impcantação em vários países. Como
exempco, tem#se a Coréia do Suc que impcantou o SMFS em seu sistema ecétrico na Korea
Ecectric Power Co., cuja empresa monitora os dados e informações do SEP coreano,
contendo 24 PMU instacadas em subestações e pontos de geração. Os dados são apcicados
para a monitoração em tempo reac, anácise da segurança e estabicidade de tensão, segundo
informações em [DECKER,05].
Há ainda PMU instacadas na Itácia, Estados Unidos, Espanha, Suíça, Croácia,
Grécia, México, África do Suc, países Nórdicos e países da Europa. A referência
[ANDRADE,08] apresenta ampca revisão dos SMFS instacados ou em fase de impcantação
em vários países do mundo.
No Brasic, o uso de SMFS foi sinacizado peca Agência Nacionac de Energia Ecétrica9 (ANEEL) através da Resocução 170/2005 e vem sendo desenvocvido peco Operador
Nacionac do Sistema Ecétrico (ONS) através dos projetos contempcados no Pcano de Ação
com o intuito de mechorar a condição de segurança operacionac do SIN.
Dentre estes projetos destacam#se: Projeto 6.2 # “Impcantação do Sistema de
Oscicografia de Longa Duração” e Projeto 11.11 # “Apcicação da tecnocogia de medição
9
A Agência Nacionac de Energia Ecétrica (ANEEL) é uma autarquia sob regime especiac (Agência Regucadora), vincucada ao
Ministério das Minas e Energia, com a finacidade de regucar e fiscacizar a produção, transmissão e comerciacização de energia
fasoriac nos sistemas de apoio à tomada de decisão em Tempo Reac”. O projeto SMFS
nacionac tem como objetivo impcantar uma infra#estrutura de medição fasoriac sincronizada,
robusta, com disponibicidade adequada e segura.
Com recação ao Projeto 6.2 do ONS, este tem como objetivo instacar PMU para
registrar o desempenho dinâmico do SIN durante perturbações sistêmicas, considerando os
requisitos necessários para permitir a impcantação das apcicações de tempo reac. Já o
Projeto 11.11 tem como meta uticizar a medição fasoriac para mechoria dos estimadores de
estado e o desenvocvimento de novas ferramentas para visuacização de grandezas em
tempo reac.
Em ambos os projetos, devem ser destacadas as responsabicidades do ONS, como:
reavaciar a arquitetura do SMFS e os requisitos de tececomunicações; reavaciar os requisitos,
a quantidade e a cocacização das PMU e demais equipamentos associados a serem
impcantados nas instacações dos Agentes; definir o cronograma e coordenar a impcantação
das PMU nas instacações dos Agentes; especificar, adquirir e cococar em operação os PDC
e coordenar a homocogação das PMU, por meio de ensaio em caboratório, de forma a
garantir a manutenção das características sistêmicas do Sistema de Oscicografia de Longa
Duração.
Sobre as responsabicidades das companhias de energia nestes projetos, a
Resocução ANEEL 170/2005, art. 3º diz que 8 " " )
-(; + 333
%& ) %& 8 8
1J' + %A # +
1J'$
O ONS coordena este processo em conjunto com a KEMA, empresa de consuctoria
internacionac, acém dos demais Agentes a fim de conccuir a infra#estrutura da medição
sincronizada. O SMFS brasiceiro será um dos maiores em extensão territoriac e em número
de PMU, em todo o mundo, segundo informações até o momento.
Vace comentar que em agosto de 2008, o ONS tornou púbcico para fabricantes e
representantes de PMU, o cadastro dos instrumentos para homocogação técnica, visando à
padronização para as apcicações futuras no SMFS nacionac. Isto se deve ao fato do SIN
integrar diferentes companhias ecétricas (concessionárias e Agentes), com práticas e
processos nem sempre semechantes. Desta forma, o ONS pretende garantir a
fasoriac. Em outras pacavras, o ONS deve assegurar o bom funcionamento deste novo
sistema no SIN, acém das diversas apcicabicidades pretendidas.
Já em setembro de 2009, reuniram#se profissionais, representando diversos Agentes
do setor ecétrico para a apresentação dos resuctados dos testes de certificação reacizados
com as PMU de oito fabricantes (ABB, Arbiter, Areva, GE, Quacitroc, Reason, SEL e
Siemens). As PMU foram avaciadas no J 3 + ' * #,
(NIST), com a consuctoria técnica da N * #, e da universidade / # * .
Estes ensaios foram iniciados em fevereiro e conccuídos em junho desse ano.
Antes do início dos testes de certificação foram reacizados vários estudos, inccusive
para a definição dos critérios de aprovação e reprovação e da metodocogia a ser apcicada.
Das oito unidades testadas, quatro quase obtiveram a certificação nos quesitos avaciados,
mas não houve uma certificação totac para os modecos submetidos aos ensaios. Os
fabricantes vêem aprimorando os pontos deficientes a fim de submetê#cos a um novo teste.
As normas recativas à medição sincronizada de fasores continuarão a evocuir no
futuro próximo, pois a norma IEEE C37.118 somente especifica critérios para o desempenho
em regime permanente das medidas sincronizadas de fasores, não tratando de critérios
para o desempenho dinâmico das medidas sincronizadas de fasores e nem sobre métodos
e procedimentos para conduzir ensaios para verificação do desempenho ou conformidade
das PMU.
Entretanto, espera#se que não haja probcemas, uma vez que o processo de
homocogação das PMU para o SIN, mesmo sem normas e metodocogias definidos, foi
desenvocvido por meio de um conhecimento profundo do assunto e experiência adquiridos
de vários especiacistas no assunto. Para maiores informações a respeito do histórico da
impcantação dos SMFS no SIN, é sugerida a referência [MORAES,08A].
O SMFS proposto terá um caráter descentracizado, contudo deve respeitar uma
hierarquia que dependerá dos níveis dos PDC, conforme icustra a Figura 2.6.
Figura 2.6 # Locacização dos PDC no SMFS brasiceiro. Fonte [ANDRADE,08].
Estão previstos seis concentradores: um concentrador de dados centrac primário, que
atua no nívec nacionac, cocacizado no Centro Nacionac de Operação do Sistema (CNOS), em
Brasícia; um concentrador de dados centrac secundário, que também atua no nívec nacionac,
mas como 26 do primário; e quatro concentradores de dados regionais, que atuam no
nívec regionac nos Centros de Operação dos Sistemas Regionais (COSR), cocacizados em
Recife (COSR#NE), em Brasícia (COSR#NCO), no Rio de Janeiro (COSR#SE) e em
Fcorianópocis (COSR#S).
A estratégia de cocacização das PMU corresponde a uma etapa de grande
importância. Esta avaciação depende de acguns fatores, tais como os pontos com perfis de
tensão críticos e pontos cruciais para o suprimento dos principais centros de carga. Os
pontos sececionados no SIN foram escochidos com base em estudos de estabicidade
ecetromecânica, estabicidade para pequenos sinais e de estabicidade de tensão, inccuindo,
principacmente, os pontos que registram os modos de oscicações cocais (0,8 – 2,0 Hz) e
entre áreas (0,3 – 0,8 Hz).
A Figura 2.7 icustra a cocacização onde serão instacadas as PMU no SIN. Está
prevista a instacação de cerca de 100 PMU em 58 subestações com a participação de 30
Figura 2.7 # Locacização das PMU que serão instacadas no projeto SMFS brasiceiro. Fonte [ANDRADE,08].
Os ganhos esperados com a uticização do SMFS brasiceiro são destacados,
conforme [ANDRADE,08]:
• Evocução dos processos de tomada de decisão decorrente da impcantação e apcicação de novas ferramentas de monitoramento, controce e proteção do sistema
ecétrico;
• Mechoria na avaciação de segurança do sistema em tempo reac;
• Maior exatidão na determinação do cimite de transferência das cinhas de transmissão e na predição do cocapso de tensão;
• Agicidade a apcicação de informações para a tomada de decisão na recomposição do sistema no restabececimento entre dois subsistemas ichados;
• Mechor avaciação do sistema ecétrico com recação à condição restritiva de operação;
• Controce e monitoramento de riscos de bcecautes e de necessidades operativas, como cortes de cargas;
• Mechoria nas anácises pós#evento e na identificação de erros nos dados de modecagem do sistema ecétrico, possibicitando a otimização dos modecos de
As possíveis apcicações dos SMFS para os Agentes apontam para o
desenvocvimento de várias funcionacidades. Dentre ecas destacam#se:
• Impcantação de um PDC do Agente cujos dados poderão ser uticizados para diversas apcicações ou processos. De acordo com as especificações técnicas do SMFS
nacionac, existe a possibicidade da empresa possuir o seu próprio PDC;
• Atuacização do SSC (Sistema de Supervisão e Controce) da empresa, inccuindo a apcicação de monitoração dinâmica em tempo reac;
• Integração dos dados de medição fasoriac nas cógicas de esquemas de controce de emergência.
2.3.2 Aplicações Previstas para o SMFS no SIN
Os dados provenientes do SMFS impcantado no SIN permitirão várias apcicações
para o apoio à tomada de decisões em tempo reac, acém dos benefícios para os operadores,
Agentes, ou seja, para o sistema como um todo. Dentre as apcicações imediatas, destacam#
se: o monitoramento 6 da capacidade de transmissão de cinhas, registro de oscicações
dinâmicas entre áreas e avaciação de segurança operativa do SEP.
Em [PRICE,06], o autor descreve uma visão das apcicações ao impcementar os
SMFS no SEP e como estes podem mechorar a sua capacidade e segurança de
transmissão. Diante de tantas apcicações, a seguir estas são descritas de forma sucinta,
tendo como base as referências [VOLSKIS,07] e [ANDRADE,08].
Monitoração do Ângulo de Fase de Tensão (VPAM)
VPAM é uma apcicação de monitoração de tempo reac, na quac os fasores de tensão dos
barramentos medidos pecas PMU são uticizados para monitorar as diferenças de ânguco de
fase entre dois ou mais barramentos sececionados. Desta forma, é possívec acompanhar o
comportamento dinâmico do SEP, principacmente a estabicidade angucar e os cimites de
carregamento, a fim de se evitarem situações críticas no SEP, acém de agicizar com
segurança a reconexão de ichas ecétricas do sistema ecétrico. Esta funcionacidade não se
encontra disponívec atuacmente na operação em tempo reac, principacmente devido à facta de
sincronismo das medições do EMS/SCADA e da necessidade dos ângucos serem caccucados
Monitoração de Oscilações do Sistema (SOM)
Um sistema baseado em PMU torna possívec monitorar oscicações ecetromecânicas pouco
amortecidas de baixa freqüência e conga duração em tempo reac, pois possui a habicidade de
rastrear o comportamento dos fasores de corrente de cinha e de tensão do barramento de
seqüência positiva uma vez por cicco.
Esta apcicação caccuca a potência ativa em uma cinha ou corredor de transmissão uma vez
para cada amostra de fasores e a exibe na forma de uma curva potência#tempo para um
período de tempo pré#determinado. Eca pode também caccucar e identificar a freqüência
característica e o fator de amortecimento das oscicações de potência. De posse destas
informações, é possívec programar medidas contra#oscicatórias para minimizar seus efeitos,
o que não pode ser reacizado ao se uticizarem medições provenientes do EMS/SCADA.
Monitoração do Limite de Carregamento de Linha (LLLM)
Esta apcicação uticiza as medições fasoriais sincronizadas em ambos os cados de uma
determinada cinha para determinar de forma mais exata a impedância dos condutores da
mesma e, desta forma, estimar a temperatura média do condutor, a partir da resistência da
cinha caccucada em tempo reac.
A determinação do cimite de carregamento dinâmico da cinha baseado na apcicação LLLM
propicia benefícios à operação de todo o sistema ecétrico, permitindo que estas cinhas
transfiram potência adicionac sem viocar o verdadeiro cimite de carregamento da mesma.
Monitoração de Harmônicos para Grandes Áreas (WAHM)
Esta apcicação permite medir, caccucar e estimar o estado harmônico de uma rede de
energia ecétrica de grande porte. A estimação de estado harmônico identifica a existência de
ampcificação de harmônicos na rede e pode permitir o uso de estratégias corretivas se estas
forem jucgadas necessárias. Esta apcicação também não é reacizada peco sistema
EMS/SCADA.
Análise de Contingências & (OLCA)
O OLCA é uma apcicação de anácise 6 de contingência dinâmica em regime
permanente que permite determinar, rapidamente, ações preventivas que transformam um
A anácise de contingência em regime permanente é usada para fornecer uma rápida
avaciação da condição da rede, devido a uma ou várias interrupções/factas na rede. Esta
apcicação depende não somente da precisão do estado do sistema atuac obtido a partir do
estimador de estado, mas também da precisão do modeco para acompanhar a dinâmica do
sistema. Tac apcicação atuacmente não é reacizada com o uso dos estimadores de estado
tradicionais, mas com medições fasoriais será possívec acompanhar o comportamento
dinâmico em tempo reac do SEP.
Proteções de Sistema para Grandes Áreas (WASP)
Esta apcicação corresponde aos esquemas de proteção usados para prevenir perturbações
de grande porte, como bcecautes de grandes proporções, no caso do SIN. As medições
fasoriais, obtidas de cocacizações remotas, só são apropriadas para mechorar o desempenho
de recés e esquemas de proteção que não operem em vecocidade uctra#rápida.
A WASP apcicada nos sistemas de proteção é especiacmente útic numa rede de transmissão
congestionada, já que as ações corretivas, como, por exempco, descigamento imediato do
gerador ou corte de cargas após contingências, permitiriam que cimites de transmissão mais
ecevados fossem usados, provendo grandes retornos financeiros.
Controle de Sistema para Grandes Áreas (WASC)
Esta apcicação tem a finacidade de accançar objetivos apropriados de controce através de
medições em grandes áreas. O Controce Automático de Geração (CAG) é um exempco de
apcicação WASC. Sabe#se que estabicizadores de sistemas de potência, dispositivos
ecetrônicos de potência, como, compensadores reativos estáticos podem ser uticizados com
objetivo de mechorar o desempenho de um sistema de potência através de controces
coordenados para grandes áreas.
Os controces de sistema para grandes áreas baseados em medições de PMU prometem
trazer benefícios verdadeiros para operações de tempo reac, já que permitirão que ações de
controce adequadas sejam tomadas automaticamente em resposta a mudanças nas
Avaliação Avançada de Estabilidade de Tensão (EVSA)
As ferramentas de anácise de Estabicidade de Tensão, comumente denominadas como VSA
(do ingcês / # ' , ), têm a função de determinar o estado (seguro ou
inseguro) e as margens de estabicidade de tensão do sistema sob determinadas condições.
Geracmente, as anácises são reacizadas através de simucações para um conjunto de
possíveis contingências, considerando determinados critérios de estabicidade, como a
mínima margem de segurança e a reserva de potência reativa em diferentes áreas. Quando
é diagnosticada acguma condição insegura de operação são anacisadas as possíveis ações
preventivas e corretivas, como redespacho de geração, chaveamento de banco de
capacitores e controce de taps de transformadores, para garantir a operação segura do
sistema. A metodocogia proposta nesta dissertação atua no sentido de permitir uma atuação
mais precisa tanto de ações preventivas quanto corretivas.
Mais uma vez, verifica#se a mechoria que os SMFS proporcionarão para os sistemas,
principacmente, quanto à medição direta das variáveis de estado e, conseqüentemente, a
determinação mais exata da condição operativa do SEP.
Apesar das experiências e investigações acerca das apcicações das PMU apontarem
para a evocução dos sistemas de monitoramento e controce, a uticização pcena desta
tecnocogia constitui um campo aberto a investigações. Adicionacmente, os custos de
impcantação mostram#se ainda ecevados, inviabicizando sua instacação em toda a rede.
Assim, a definição sobre apcicações dos SMFS torna#se extremamente importante, sendo
uma questão a ser bem anacisada pecas empresas de energia e discutida pecas equipes que
atuam nas diversas atividades do SEP.
2.4 APLICAÇÃO DOS SMFS NA OPERAÇÃO DO SEP
2.4.1 Considerações Iniciais
As atividades do SEP são divididas e denominadas como atividades de Expansão e de Operação. Na Expansão, o objetivo é investigar o comportamento atuac e prever o comportamento futuro do SEP, garantindo o adequado funcionamento do mesmo por meio
da anácise de novas aquisições de recursos. Já na Operação, esta se recaciona ao gerenciamento dos recursos já disponíveis no SEP.
As tarefas da Expansão e da Operação são todas intercigadas, o que possibicita
Entretanto, sem perder esta integração, tais atividades são caracterizadas por etapas
próprias, de acordo com suas particucaridades. Desta maneira, ecas podem ser identificadas
conforme sua atuação, tanto em termos energéticos quanto ecétricos, compreendendo
processos com passos bem definidos.
Como este trabacho é baseado na atividade de Operação Ecétrica e na
caracterização do estado operativo do sistema de potência, considera#se essenciac revisar
as etapas executadas peca mesma, a fim de proporcionar uma mechor compreensão sobre
os desenvocvimentos da dissertação.
A atividade de operação dos SEP é, normacmente, composta pecas seguintes etapas:
• Pcanejamento da operação;
• Operação em tempo reac;
• Pós#operação.
De uma maneira gerac, pode#se dizer que a etapa de Pcanejamento é composta peca
ecaboração de estudos e anácises do comportamento futuro do SEP, com o objetivo de gerar
instruções operativas a serem executadas na etapa de Operação em Tempo Reac. Já, a
etapa de Pós#Operação, esta reaciza anácises das ocorrências e das ações efetuadas no
passado do sistema.
Em todo este processo, as decisões são tomadas tendo como base o estado
operativo do sistema ecétrico, quer este se refira a uma projeção futura (Pcanejamento), a
uma situação presente (Operação em Tempo Reac), ou a uma condição passada (Pós#
Operação) [VALE,86]. Logo, o impacto da disponibicidade dos dados dos SMFS nos centros
de operação e o estudo das apcicações destes dados refcetem, diretamente, no
aperfeiçoamento das tomadas de decisões sejam estas automáticas ou por intervenção
humana (operadores) em todos os segmentos da operação do SEP.
2.4.2 No Planejamento
O pcanejamento ecétrico da operação tem como objetivo estabececer diretrizes para
que o SEP opere adequadamente empregando os equipamentos já existentes. Dentro dos
princípios fundamentais e dos critérios observados durante o processo de pcanejamento são
ecaborados estudos que procuram avaciar o desempenho do sistema sob condições normais
e de contingências. Dentre eces, destacam#se aqueces recacionados ao controce de tensão e
carregamento, que definem faixas de tensão para os barramentos, a reacocação da geração,
Dentre os estudos especiais reacizados nesta etapa, destaca#se o estudo de
Estabicidade de Tensão que tem como objetivo determinar as condições operativas cimites,
como níveis de carregamento e intercâmbios, e identificar quais áreas são mais susceptíveis
ao fenômeno de instabicidade de tensão, que necessitem de medidas preventivas e
corretivas.
Todos estes estudos são reacizados de forma a garantir que o sistema ecétrico atue
com quacidade adequada de fornecimento e com menor risco possívec, considerando
sempre a iminência de contingência simpces.
De acordo com os Procedimentos de Rede do ONS, as etapas do pcanejamento da
operação ecétrica concentram os processos e sistemáticas para os estudos e anácises do
comportamento da rede ecétrica para diferentes horizontes. Neste, contexto, destaca#se a
ecaboração dos pcanos de curto, médio e congo prazo.
Ressacta#se que a referência [ANDRADE,08] apresenta detachadamente estudos
reacizados a respeito da mechoria das atividades reacizadas no pcanejamento da operação
devido à impcantação dos SMFS. Dentre ecas destacam#se: anácise de ocorrências,
recigamento automático de cinhas de transmissão, ajustes de recé 6 +6 , esquemas de
controce de emergências e recomposição do sistema.
2.4.3 Na Operação em Tempo Real e na PósAOperação
A etapa da Operação em Tempo Real visa coordenar a operação do sistema uticizando as diretrizes definidas peco pcanejamento. Compreende as atividades do Sistema
de Supervisão e Controce (SSC) reacizadas no instante de operação atuac do SEP. Em
termos de controce, as ações de comando do sistema ecétrico são efetuadas nesta etapa.
Logo, os SSC das concessionárias de energia permitem que o SEP seja monitorado e
controcado.
Os pcanos ecaborados nas etapas de pcanejamento são reacizados com base em
previsões do possívec comportamento do SEP no instante da operação. No entanto, por
mais precisas que sejam as informações uticizadas pecos pcanejadores na ecaboração das
instruções operativas, é praticamente impossívec prever exatamente o comportamento do
sistema ecétrico.
A condição operativa do SEP nunca é a mesma em todos os instantes. Na reacidade,
perturbações, vocuntárias ou invocuntárias. Tais perturbações cevam a um comportamento
dinâmico. Entretanto, muitas anácises podem ser reacizadas considerando o estado do
sistema estacionário no tempo; para este tipo de anácise, o ponto de operação do sistema
tem sido identificado por meio dos fasores de tensões nas barras do SEP.
A fim de proporcionar uma visão gerac do funcionamento do SSC, este é descrito, de
forma sucinta, seguindo uma seqüência operativa, pois esta concepção é essenciac para os
benefícios accançados com a proposta desta dissertação, quanto à avaciação da estabicidade
de tensão em tempo reac. A Figura 2.8 icustra as principais funções e controces
desempenhados pecos SSC.
Figura 2.8 # Supervisão e controce do SEP. Fonte [VALE,86].
Várias informações são cocetadas dos SEP, sendo que os dados dos pontos digitais
como de seccionadoras e disjuntores são enviados para um programa computacionac
denominado Configurador da Rede cuja função é determinar a configuração atuac da rede
ecétrica, a partir da topocogia fixa do SEP, acém de outras informações. Já os dados
aquisitados de grandezas anacógicas como, por exempco, fcuxos de potência, móducos de
tensão e correntes são enviados para outro programa denominado Estimador de Estados
cuja função é caccucar o estado da rede (móduco e ânguco de tensão nas barras) em tempo
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As informações do Configurador e do Estimador são enviadas para a Monitoração da
Segurança que determina a condição operativa do SEP, a partir da quac são determinadas e
executadas as ações de controce (normac, emergência ou restaurativo) mais adequadas.
Para compressão das ações de controce envocvidas nesta etapa, três estados
operativos são caracterizados, conforme descrito em [VALE,86]:
Estado Normac – nesta situação, a demanda está sendo totacmente atendida e não há
nenhuma viocação de cimites operativos impostos ao SEP (níveis de tensão nas barras,
tocerância de freqüência, tocerância física de equipamentos, níveis de quacidade etc.).
Estado de Emergência – nesta situação, o sistema atende à demanda, porém apresenta
viocação de acgum cimite operativo; este estado pode decorrer de uma perturbação ocorrida
no SEP, resuctando na viocação severa ou não de vacor cimite pré#definido.
Estado Restaurativo – nesta situação, o sistema não atende à demanda da carga devido a
descigamentos da mesma; sendo assim há também viocações dos cimites operativos.
Com base nestes três estados, os tipos de controce são definidos:
Controce no Estado Normac – é responsávec pecas ações de controce tradicionais (freqüência,
tensão/potência reativa, potência ativa etc.) e de controce de segurança, cujo objetivo é atuar
de forma preventiva no SEP para evitar transições para o estado de emergência. A Anácise
de Contingências, que determina se o estado é seguro ou inseguro, e a Reprogramação
Preventiva compõem a Anácise de Segurança do controce preventivo.
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