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Aplicação do Sistema de Reconfiguração Automática de Cargas (Self-healing) em Campina GrandePB – Grupo Energisa

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Aplicação do Sistema de Reconfiguração

Automática de Cargas (

Self-healing

) em Campina

Grande/PB – Grupo Energisa

Thiago A. Enei Alves, Anderson Paiva de Figueiredo

Resumo  Este artigo visa explicar o conceito de self-healing e

demonstrar a utilização do sistema de reconfiguração automática da S&C Electric Company - Intelliteam® SG Automatic Restoration System – na rede de distribuição de energia elétrica do Grupo ENERGISA, na cidade de Campina Grande-PB. Para tanto, serão abordados os diferenciais entre sistemas com inteligência distribuída e centralizada, os conceitos dos índices de medição de qualidade da energia fornecida, além de expor o diagrama unifilar do projeto e o sistema de comunicação usado. Por fim, serão demonstrados os impactos reais de uma reconfiguração automática ocorrida no dia 24 de outubro de 2013, após uma falha em dos alimentadores do sistema.

Palavras-chaves  self-healing, inteligência distribuída,

Intelliteam® SG, reconfiguração automática de redes,

smart-grid, grupo Energisa.

I.INTRODUÇÃO

Um dos fatores fundamentais para a vida moderna é, sem dúvidas, o sistema de energia elétrica. Apesar de tamanha importância, ele pode estar vulnerável a falhas, tornando-se constante preocupação daqueles que o gerenciam e operam. Além dos problemas e incômodos aos seus consumidores, uma interrupção de energia elétrica envolve perdas financeiras, visto que uma concessionária no momento da interrupção, além de não vender, é avaliada anualmente, entre outros fatores, pela qualidade de fornecimento de energia aos seus consumidores, estando sujeita a multas.

O sistema de self-healing ou reconfiguração automática, segundo o Department of Energy – USA (DOE) e (OHARA,2009), é a capacidade da rede frente a um distúrbio, (OHARA, 2009) de atuar sobre estas falhas de forma autônoma, isolando o problema, reduzindo ao máximo o número de clientes afetados em menor tempo possível e retornando ao seu estado normal após concluído o reparo na infraestrutura afetada.

Neste processo, o tempo assume imensa importância já que um dos principais indicadores de qualidade de fornecimento de energia (DEC - Duração Equivalente de Interrupção por Unidade Consumidora ) tem o tempo como seu principal argumento.

Análise da causa do defeito, isolamento do trecho, verificação das condições de segurança e a análise das

alternativas para transferência de cargas, são ações realizadas pelo operador em uma situação de desligamento de um trecho da rede. Este processo, em média, pode ter durações variáveis (menos de três ou mais de trinta minutos), a depender da complexidade do problema, de sua prioridade e da quantidade de ocorrências que podem estar impactando o centro de operação naquele momento. Esse tempo pode ser considerado extremamente longo se comparado com os 2 minutos e 59 segundos que é o tempo máximo permitido pela ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica) sem penalização a concessionária

O segmento da distribuição de energia possui a maior malha de circuitos que proporcionam o atendimento aos consumidores finais. É neste segmento que estão as maiores mudanças e oportunidades de implantação de conceitos como o apresentado neste artigo. Esta tecnologia permite a estruturação de uma integração plena entre as subestações, redes elétricas e equipamentos elétricos (COPEL, 2010), além de auxiliar o centro de operação a resolver interrupções de energia de forma eficiente, atuando na diminuição do número de clientes afetados, ao passo que produz resposta e correção em um tempo menor do que a resposta humana.

Restará demonstrado através do caso concreto que o Sistema Intelliteam® da S&C Electric Company atuou de forma satisfatória e se tornou fundamental para auxiliar o centro de operações da ENERGISA – PB em interrupções de energias e restabelecimento dos clientes.

A. Conceitos Básicos

1) Índice de Medição de Qualidade da Energia Fornecida:

Os dois principais indicadores de qualidade de fornecimento de energia elétrica, segundo ANEEL (2014, p.44), são os índices de duração e de frequência da interrupção. Estes são o DEC: Duração Equivalente de Interrupção por Unidade Consumidora, e o FEC: Frequência Equivalente de Interrupção por Unidade Interruptora. Estes, por sua vez, se baseiam nos indicadores de continuidade individuais, DIC e FIC, cujas fórmulas de cálculo são:

= ( ) (1)

(2)

onde:

DIC: duração de interrupção individual por unidade consumidora ou por ponto de conexão, expressa em horas e centésimos de hora;

FIC: frequência de interrupção individual por unidade consumidora ou ponto de conexão, expressa em números de interrupções;

i: índice de interrupções da unidade consumidora no período de apuração, variando de 1 a n;

n: número de interrupções da unidade consumidora considerada, no período de apuração;

t(i): tempo de duração da interrupção (i) da unidade consumidora considerada ou ponto de conexão, no período de apuração;

Já o DEC e FEC são calculados seguindo:

= ( ) (3)

= ( ) (4)

onde:

DEC: Duração equivalente de interrupção por unidade consumidora, expressa em horas e centésimos de hora; FEC: Frequência equivalente de interrupção por unidade consumidora, expressa em números de interrupções e centésimos de número de interrupções;

i: Índice de unidades consumidoras atendidas em BT ou MT faturadas do conjunto;

Cc: número total de unidades consumidoras faturadas do conjunto no período de apuração, atendidas em BT ou MT.

2) Sistema Intelliteam® SG: O sistema de reconfiguração

automática Intelliteam® SG é uma solução para recomposição de sistemas de distribuição elétrica após a ocorrência de faltas em redes de distribuição. Esta solução reconfigura o sistema de distribuição depois de uma falta e rapidamente recompõe o serviço para os segmentos ou alimentadores que não foram afetados pela falta. Ele usa o excesso de capacidade disponível de qualquer fonte alternativa – convencional, eólica, recursos de geração distribuída e até mesmo bancos de baterias – para restaurar o serviço em segundos aos segmentos da linha que não sofreram faltas, nunca sobrecarregando nenhuma parte do sistema. (S&C Electric, 2015). Seu princípio de funcionamento se baseia em algumas etapas, como segue:

1. Interrupção de falta através de religadores ou disjuntores;

2. Detecção do segmento onde ocorreu a falha na rede; 3. Isolamento do segmento com falta;

4. Verificação de capacidade de fontes alternativas (alimentadores adjacentes ou reservas, fonte renováveis, etc)

5. Recomposição do sistema de forma sequencial, com o acionamento dos pontos de manobra que fazem interface entre cada fonte.

Todos estes passos são tipicamente realizados em segundos, reconfigurando e restabelecendo energia ao máximo de clientes possíveis, sem nunca sobrecarregar os alimentadores reservas. Para isso, o sistema se baseia em informações de

capacidade de cada alimentador, corrente máxima que cada ponto de manobra pode suportar e as cargas reais naquele momento, tomando as decisões de forma independente.A solução usa do conceito de “Inteligência Distribuída”,. Isto significa que cada equipamento da rede, como religadores e chaves de diferentes fornecedores, possui uma interface conectada fisicamente a eles, chamada de Intellinode. Esta plataforma possui esquemas de lógica e inteligência embarcada capazes de conhecer, através de sistemas de comunicação, todos os parâmetros necessários para uma recomposição, não só do seu próprio ponto como dos outros envolvidos no sistema. Há outros sistemas que usam o princípio da inteligência centralizada, onde necessita de um meio de comunicação altamente confiável para concentrar os dados da rede em um único hardware que, após o processamento do status da rede, envia comandos para os equipamentos de linha a fim de isolar o trecho defeituoso e reenergizar os trechos saudáveis. Já a inteligência distribuída pode ser aplicada em qualquer contexto, principalmente onde o meio de comunicação entre os equipamentos e o centro de operação não é robusto o suficiente para uma operação tão crítica quanto esta. Além disso, outra vantagem que pode ser destacada é que, desta forma, a falha de um dos hardwares não indisponibiliza o sistema de reconfiguração por completo. . Por fim, o Intelliteam® SG conta com uma alta capacidade de expansão, sendo permitido em suas configurações um número ilimitado de fontes e a possibilidade do sistema retornar a situação normal automaticamente.

Todo este sistema pode ser monitorado por um SCADA, com objetivo de conhecer as ações tomadas pelo sistema, dos estados dos pontos de manobra e das capacidades dos alimentadores após uma reconfiguração.As figuras 1 e 2 ilustram a execução hipotética de uma reconfiguração automática após a perda de um dos alimentadores do circuito. Vale salientar que todas as transferências mostradas a seguir são sempre qualificadas pela carga, ou seja, o sistema nunca transfere se a fonte alternativa não tiver capacidade suficiente e só atua com a confirmação de que não há equipes trabalhando no trecho. A sequência da atuação do sistema é:

1. Condição normal do circuito. Perda do alimentador SRC 3.

2. Os pontos de manobra envolvidos, IR4, IR5, IR6, IR7 e IR9, abrem por falta de tensão.

(3)

Fig. 1. Reconfiguração automática

4. Intelliteam® continua analisand carga e opta por manobrar IR9; 5. Intelliteam® verifica carga e fech 6. Intelliteam® verifica carga e fech temos recomposição completa.

ca – 1 até 4

ndo as condições de

cha IR7;

echa IR6. Neste ponto,

Fig. 2. Reconfiguraç

B. Desenvolvimento 1) Intelliteam® SG – Projeto

sistema na rede de distribuiç em Campina Grande foi esc atender uma das regiões da r impactos com as ocorrências transferências de cargas. Par este escopo contemplou: O e análise das condições operativ instalação de módulos de int comissionamento do sistema times envolvidos.

A concessionária definiu d automática, sendo onze automatizada. O circuito esco três subestações diferentes, se a Figura 3 demonstra.

ração automática – 4 até 6

eto ENERGISA: A instalação do ição aérea do Grupo ENERGISA scolhida pela concessionária para rede que além de sofrer grandes ias, possui elevada capacidade de ara alcançar os bons resultados, studo de enlace de comunicação tivas da rede, inspeção em campo, nterface, sistemas de rádio mesh, a em campo e treinamentos dos

(4)

Fig. 3. Unifiliar Intelliteam® - ENE

As configurações foram realizadas de ac atual do sistema, definindo as prioridade estabelecendo os valores máximos de ca dos alimentadores e dos pontos de manob Para que o sistema tivesse a eficiê equipamentos de comunicação foram tro se os modens GPRS dual chip pelos SpeedNet® 900Mhz. Esta mudança benef maior capacidade de fluxo de dados, além na troca de informações e grande dispon de rádio. Os novos equipamentospossuem que é capaz de implementar caminhos comunicação. Com o enlace entre os equ funcionando adequadamente, as informa em uma das subestações do circuito e ENERGISA para monitoramento a p operações, localizado em João Pessoa, Pa

2) Desafios: O principal desafio encontr do estudo de enlace de rádios, onde dis quilômetros eram influenciados por urbanos, como: Crescimento vertical d vegetação. A Figura 4 demonstra os escolhidos pela concessionária..

Fig. 4. Pontos de manobras do circuito. Portadores d NERGISA

acordo com a situação des de transferências e capacidade de reserva obras.

ciência esperada, os trocados.Substituiram-os ráditrocados.Substituiram-os mesh S&C

eficiou o sistema com lém de alta velocidade onibilidade dos sinais em a tecnologia mesh os alternativos para a uipamentos de campo ações se concentram e entram na rede da partir do centro de Paraíba.

trado foi a realização istâncias médias de 3 vários parâmetros da cidade, relevo e s pontos de manobra

s de rádios de comunicação

Com o estudo de enlace reali Electric, determinou-se o tipo que atendesse ao cenário.

3) Resultados Práticos:

comissionado, o sistema en setembro de 2013, e em 24 d ocorrência, o qual se tornou o A sequência de eventos da fal a Figura 5 mostra as fases im tomadas pelo sistema Intellite

1. Ocorrência de uma religador B. 2. Desarme do alimenta 3. B abriu às 03:37:12; 4. C abriu às 03:37:14; 5. D abriu às 03:37:15; 6. E fechou às 03:39:17 7. H fechou às 03:39:18 8. D fechou às 03:39:27

Fig. 5. Fases importantes do eve 24/1

lizado pelos engenheiros da S&C po e a disposição das antenas para

: Uma vez configurado e entrou em operação a partir de 4 de outubro de 2013 houve uma

objeto de estudo deste artigo. falha é descrita conforme abaixo e importantes da sequência de ações

iteam® SG.

a falta entre a estação M1 e o

ntador M1 às 03:36:50; 2;

4; 5; 17; :18; :27.

(5)

Os números totais de consumidores sem fornecimento de energia elétrica durante a ocorrência do curto-circuito e após recomposição estão descritos na Tabela I.

TABELA I.NÚMERO DE CLIENTES AFETADOS E RECOMPOSTOS. Informações Gerais Quantidade

Total de clientes envolvidos

Clientes isolados após reconfiguração

Clientes recompostos após reconfiguração

16.295

244

16.051

Através do sistema Intelliteam® SG, esta sequência de eventos durou 2 minutos e 37 segundos, contando desde a percepção da falha à normalização das cargas. Como o sistema estava em fase de ampliação da sua maturidade, a funcionalidade Fast Self-healing ainda não estava habilitada, o que pemitiria uma ação ainda mais rápida para recomposição, cerca de 1 (um) minuto.

De acordo com a estimativa do DEOP – Departamento de Operação da ENERGISA – PB, o isolamento de uma falta como esta poderia levar até 15 minutos para reestabelecimento, incluindo a percepção da falha, a análise de todas as condições e alternativas, isolamento do trecho afetado e normalização das demais cargas. Este tempo seria maléfico aos índices de DEC e FEC da concessionária, considerando o tempo máximo sem punições de 2 minutos e 59 segundos.

Como mostrado na Tabela I, o número de clientes recompostos equivale a 98,5% dos clientes afetados, sendo considerado excelente resultado. Com o conhecimento do número de clientes faturados que é de 51.063, o DEOP estimou a relação de DEC e FEC evitados, a partir de (1), (2), (3) e (4):

!

" # $ ! = 19%

e

!

" # $ !

= 16%

II.OBSERVAÇÕES FINAIS

Com o objetivo de ampliar a qualidade dos serviços de distribuição de energia, diversas concessionárias tem buscado a implementação de soluções e ferramentas inteligentes que auxiliem no alcance desses resultados.

Com a atuação real do sistema apresentado neste artigo, conclui-se que esta solução trouxe diversos benefícios à concessionária, destacando-se a satisfação real do cliente, redução de custos com operação e manutenção e a melhoria significativa dos índices de fornecimento de energia.

Enfatiza-se que o sistema atual, exigido pela concessionária por medidas de maturação da nova tecnologia, ainda não se encontra configurado em seu estado de mais rápida atuação.

III.REFERÊNCIAS

[1] OHARA, A. T, “Sistema de Recomposição Automática de Redes de Distribuição – A aplicação do conceito de self-healing. IN: Anais do VI CIERTEC 2009 – Seminário Internacional sobre Smart Grid em Sistemas de Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica. Belo Horizonte, Minas Gerais: 2009.

[2] COPEL – Companhia Paranaense de Energia. Disponível em www.copel.com. Acesso em Abril de 2014.

[3] ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica. “Resolução ANEEL nº 602, de 2014.” Disponível em: < http://www.aneel.gov.br/arquivos/PDF/Modulo8_Revisao_5.pdf>. Acesso em: 14 de abril de 2014.

[4] S&C Electric Company. Disponível em www.sandc.com. Acesso em Abril de 2015

Imagem

Fig. 1. Reconfiguração automática  4.  Intelliteam ®  continua  analisand carga e opta por manobrar IR9;
Fig. 3. Unifiliar Intelliteam ®  - ENE As configurações foram realizadas de ac atual do sistema, definindo as prioridade estabelecendo  os  valores  máximos  de  ca dos alimentadores e dos pontos de manob Para  que  o  sistema  tivesse  a  eficiê equipamen

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