Utilização de Tecnologias de Sistemas de Informação em Sistemas de Automação de Energia Engenharia de Software e Desenvolvimento de Projectos de I&D

(1)

2006-12-14

Palestras Engenharia de

Rogério Paulo

{rpaulo@efacec.pt}

juntos inovamos

www.efacec.pt

Engenharia de Software e

Desenvolvimento de Projectos de I&D

Utilização de Tecnologias de Sistemas de Informação em

Sistemas de Automação de Energia

(2)

Rogério Paulo, Palestras Engenharia de Software, FCUP 2006

juntos inovamos

Sumário

• Automação de Sistemas de Energia

– Visão geral deste domínio de engenharia

– Aplicação de tecnologias de sistemas de informação

• I&D na EFACEC

(Área de Negócio de Automação de Sistemas de

Energia)

– Apresentação da unidade de I&D

– Visão geral do processo de desenvolvimento

• Projecto INTEGRA

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Automação de Sistemas de Energia

Visão geral do domínio de engenharia

Aplicação de tecnologias de sistemas de informação

(4)

juntos inovamos

(5)

Rede Eléctrica em Portugal Continental

• Rede de transporte (REN)

– Subestações e postos de corte: 55

– Linhas: 6600 Km

– Centrais: 36

• Rede de distribuição (EDP)

– Subestações: 375

– Linhas AT/MT/BT: 190.000 Km

– Postos de Transformação: 50649

• Produção dispersa

(6)

juntos inovamos

Gestão do Sistema Eléctrico

Painel

Subestação

Centro de

Operação

Central

Subestação

Centro de

Operação

Centro de

Gestão

Lo

cal

Re

de

Ge

stã

o

(7)

Gestão do Sistema Eléctrico

• Decisão e controlo

• Decomposição temporal

– Planeamento

– Decisão em tempo real e controlo

– Análise a posteriori

Tomada de decisão

Dados e

Informação

(8)

juntos inovamos

Gestão do Sistema Eléctrico

• Planeamento de operação

– Geração

– Interligações

– Tensão / Potência reactiva

– Previsão de cargas

(9)

Gestão do Sistema Eléctrico

• Operação em tempo real

– Equilíbrio entre geração e consumo

– Gestão das energias nas interligações

– Vigilância do sistema

– Manutenção da integridade do sistema

– Manutenção dos perfis de tensão

– Reposição de serviço

– Alteração dos equipamentos em uso (linhas,

transformadores, ...)

(10)

juntos inovamos

Gestão do Sistema Eléctrico

• Análise a posteriori

– Relatórios

– Análise de perturbações

– Análise de desempenho

– Contagem de energia

– Gestão da manutenção

(11)

Sistemas SCADA/DMS/EMS

• DMS

– Fluxo de Cargas

– Curto-Circuito

– Alocação de Cargas

– Estimador de Estados

– Previsão de Cargas

– Gestão Defeitos

– Controlo de Tensão /

Potência Reactiva

– Energias Renováveis

• EMS

– Análise de Contingências

– OPF – Optimal Powerflow

– Despacho Económico /

Unit Commitment

– Análise Segurança

Dinâmica

– AGC – Automatic

Generation Control

– OTS – Operator Training

Simulator

(12)

juntos inovamos

Sistemas SCADA/DMS/EMS

SERVIDORES SCADA

PROJECÇÃO VIDEO

IMPRESSORAS

FRONT-END DE

COMUNICAÇÕES

LAN

POSTOS OPERAÇÃO

_OUTRAS

REDES

POSTO

REMOTO

WATCHDOG

(13)

(14)

juntos inovamos

(15)

Sistemas SCADA/DMS/EMS

Site

Contingência

Site

Principal

Repetidor

Cluster

(16)

juntos inovamos

Automação de Subestações

• Funções

– Aquisição e controlo remoto

– Protecção

– Automação

• Garantir a intervenção atempada

• Garantia da qualidade de serviço

• Facilitar a exploração

(17)

(18)

juntos inovamos

(19)

Automação de Subestações

• Funções Automáticas

– Corte por tensão zero

• Preparar o reaparecimento de tensão

– Fecho Sincronizado

• Garantir um desfasamento mínimo no fecho

– Regulação de Tensão

• Regulação da relação de transformação, com transformadores isolados ou em

paralelo

– Sequências de controlos

• Painel em Bypass, Transferência de Barramento, etc.

– Religação

• Diminuir a indisponibilidade para defeitos temporarios

– Encravamentos

• Um unico órgão em manobra, Seccionadores de terra, etc.

– Deslaste

(20)

juntos inovamos

Automação de Subestações

• Funções de Protecção

– O sistema de energia está exposto a avarias

(curto-circuitos):

• descargas atmosféricas

• contacto com animais e árvores

• envelhecimento dos equipamentos

• erros humanos

– Objectivos

• Protecção de pessoas, animais e bens

• Protecção dos equipamentos do sistema de energia (linhas,

transformadores, máquinas,...)

(21)

(22)

juntos inovamos

Sistemas Informáticos de Suporte

• Integração de várias tecnologias de sistemas de

informação:

– plataformas computacionais e sistemas embebidos

– redes de comunicações e sistemas distribuídos

– sistemas de gestão de informação

– sistemas críticos de tempo-real

– orientação ao objecto

– inteligência artificial

– interacção homem-máquina

– computação gráfica

– integração empresarial

– segurança em sistemas informáticos

– ambientes integrados de engenharia

– etc.

(23)

I&D na EFACEC

Área de negócio de Automação de Sistemas de Energia

Visão geral do processo de desenvolvimento

(24)

juntos inovamos

Grupo EFACEC – Áreas de Negócio

(25)

Grupo EFACEC – Áreas de Negócio

(26)

juntos inovamos

Grupo EFACEC – Áreas de Negócio

(27)

Industrial Premises

Subsidiaries / Branches and Agents.

Portugal China Czech Republic Hungary Singapore Angola Zimbabwe Tunisia Saudi Arabia Hong Kong France Lebanon Greece _Turkey Island Mozambique Morocco Ghana Ethiopia Cyprus Egypt Malta Mexico Dominican Rep. Jamaica Venezuela Costa Rica El Salvador Peru Paraguay Brazil Argentina Chile Algeria Malaysia India Porto Rico North I. Italy Romania Botswana South Africa Kuwait Denmark Spain Eslovaquia Tanzania Ivory Coast Uganda Kenya Zambia Norway Malawi Florida

(28)

juntos inovamos

Grupo EFACEC - Turnover

48,9%

2,7%

2,9%

22,9%

8,8%

12,2%

1,6%

(29)

Automação de Sistemas de Energia

• Distribuição de Energia Eléctrica

– Centros de Comando e Gestão (SCADA / DMS)

– Automação de subestações

– Automação da rede de distribuição

• Transporte

– Centros de Comando e Gestão (SCADA / EMS)

– Automação de subestações

• Geração e Energias Renováveis

– Automação de Centrais Termoeléctricas

– Automação de Centrais Hidroeléctricas

– Automação de Parques Eólicos

(30)

juntos inovamos

Automação de Sistemas de Energia

• Sistemas Ferroviários

– Centros de Comando e Gestão de Redes de Tracção

– Automação de Subestações de Tracção

– Controlo e Supervisão Técnica de Sistemas Auxiliares:

– Comunicações, video-vigilância, sistemas de informação ao

público, bilheteira, detecção de incêndios, sistemas de

ventilação, elevadores, etc.

(31)

(32)

juntos inovamos

I&D em Automação de Sistemas de Energia

Unidade de

I&D

Unidade

Operacional

Unidade

Comercial

Mercado

Automação de Sistemas de Energia

Unidade de

Produção

(33)

Processo de I&D - Enquadramento

• Enquadramento

– Ambiente heterogéneo

– Desenvolvimento de Hardware

– Desenvolvimento de Software

– 2 Polos geográficos

– ~40 pessoas

– Integração com instituições externas

• outras unidades/áreas do grupo, empresas, instituições do SCTN, etc.

• Enquadramento Tecnológico (SW)

– Sistemas críticos

– Disponibilidade elevada

– Sistemas embebidos de tempo-real

– Sistemas de informação de grande dimensão

– Múltiplas linguagens

(34)

juntos inovamos

Processo de I&D - Enquadramento

• Processo

– Genérico para a unidade de I&D

– Particularizado para cada domínio de desenvolvimento

• Objectivos

– Integrar diferentes ambientes

– Documentação consistente para os diferentes produtos

– Rotação de colaboradores por diferentes equipas

(35)

Processo Genérico de Desenvolvimento

Requisitos e Tabelas de Conformidades

Manual do Utilizador

Plano de testes de Aceitação

Desenho de Sistema

Desenho da Arquitectura

Plano de Testes de Sistema e de Integração

Implementação

Desenho dos módulos

Plano de Testes Unitários

Resultados dos testes

Actualização do Manual

Integração

Desenho

(36)

juntos inovamos

Processo Genérico de Desenvolvimento

• Controlo

– Indicadores de Desempenho

• Calculados e publicados mensalmente

• Funcionamento e optimização do processo

– Revisão e ajuste do próprio processo

• Ferramentas de Suporte

– Ferramentas Office

• documentação e gestão de projecto

– SGD

• gestão documental

– SubVersion, SourceSafe, TFS

• gestão de configurações

– Timecard

• gestão de alocação de recursos

– ProjectLink

(37)

Processo Genérico de Desenvolvimento

• Testes

– Reviews

• Peer-review de procedimentos, código e documentação

– Testes Unitários

• Automatizados, white-box, code-coverage

– Testes de Integração

• Interfaces dos módulos

– Testes de Sistema

• Funcional, desempenho, consumo de recursos, situações anómalas

– Testes de Aceitação

(38)

juntos inovamos

Processo de I&D – Tipos de Projectos

• Desenvolvimento de novos produtos

– Metodologias de desenvolvimento mais ágeis

– Projectos com mais iterações

– Processo alargado

• Fases prototipais e instalações piloto

– Participação alargada da unidade de I&D

• Marketing

• Intervenção nos primeiros projectos de aplicação

• Actualização de produtos

– Metodologias de desenvolvimento tradicionais

– Major features

• Processo completo

– Bug fixing / Minor features

(39)

Projecto

(40)

juntos inovamos

Objectivos

• Introduzir tecnologia IEC 61850 na oferta

EFACEC

– Desenvolver produtos

– Experimentar e validar soluções

• Preparar a próxima geração de sistemas de

automação EFACEC

– Novos paradigmas

– Novas soluções

– Novos métodos

(41)

Execução do Projecto

• Financiamento

– Grupo EFACEC

– Programa DemTec (AdI)

(42)

juntos inovamos

IEC 61850 - Enquadramento

• Enfoque

– Título: “Redes de comunicações e sistemas em subestações”

– Sistemas de automação distribuída de subestações (SAS)

• Objectivos

– Interoperabilidade funcional entre dispositivos e sistemas de

múltiplos fabricantes

– Sustentabilidade de longo-prazo

– Arquitectura unificada para a subestação

• Características

– Arquitectura independente da tecnologia

– Suporte para a distribuição das funções actuais e previstas

– Simplificar a integração de sistemas e engenharia

(43)

IEC 61850 – Âmbito da aplicação

Painel

Instalação

Processo

Tele-controlo

Engenharia

Tele-protecção

Inter-painel

Painel-Instalação

Processo-Painel

IEC 61850

Outros ou n/a

(44)

juntos inovamos

Sistema Piloto

Saídas do Projecto

Novas Aplicações

Geração

Actual

Geração

Novas Ferramentas

Interface ao

Utilizador

IEC 61850

Plataforma RT

HW/SW

Configuração

Saídas do projecto

Produtos

Software

Dispositivos

(45)

Actividades do projecto

Promoção

Projecto Piloto

Estudos

Preliminares

Especificação de

Produtos

Desenvolvimento de Produtos

(46)

juntos inovamos

Desenvolvimento de Ferramentas de Engenharia

• Navegador de dispositivos

– De qualquer fabricante

– Visualização hierárquica em tempo-real

• Funções

– Exploração e

visualização de

modelos de informação

– Execução de

controlos e alteração

de parâmetros

– Diagnóstico de

comunicações

– …

(47)

Desenvolvimento de Ferramentas de Engenharia

• Suporte à engenharia de automação

– Manipulação da configuração de dispositivos

– Manipulação de modelos IEC 61850

– Parametrização de dispositivos

– Programação de funções

automáticas

– Importação e exportação

de modelos SCL

– Gestão de configurações

– Orientação ao sistema

– …

(48)

juntos inovamos

Processo de Desenvolvimento

Caracterização do processo de desenvolvimento

adoptado na EFACEC para o desenvolvimento do Automation Studio

(49)

Modelo de Desenvolvimento

Análise

Requisitos

Desenho

Arquitectural

Implementação

Teste

Integração

Análise de

Mercado

Sessões de

Brainstorming

Análise de

Concorrência

Requisitos

Funcionais

Cenários de

Teste

Requisitos Não

Funcionais

(50)

juntos inovamos

Modelo de Desenvolvimento

Análise

Requisitos

Desenho

Arquitectural

Implementação

Teste

Integração

Diagramas de

Estado

Desenho de

Software

Diagramas de

Classes

«interface»

ITracer

+Trace(message : ITraceMessage) : bool

Diagramas de

Sequência

Cliente

Servidor

GetEstado()

EstadoServidor

(51)

Modelo de Desenvolvimento

Análise

Requisitos

Desenho

Arquitectural

Implementação

Teste

Integração

Codificação

Documentação

(in-source e SGD)

Desenho de

Software

Testes Unitários e

Debugging

(52)

juntos inovamos

Modelo de Desenvolvimento

Análise

Requisitos

Desenho

Arquitectural

Implementação

Teste

Integração

Testes de

integração

Integração de

componentes

no sistema

Testes de

aceitação

(53)

Ferramentas de Desenvolvimento

•Visual Studio Team Developer

–Desenvolvimento de Código

–Testes Unitários

•Visual Studio Team Foundation

–Controlo de versões

–Builds automáticos

•Ferramentas para Desenvolvimento Orientado por Modelos

–Geração de código a partir de modelos