Sistema de Medição Sincronizada de Fasores do SIN

Sistema de Medição

Sincronizada de

Fasores do SIN

CIGRÈ – SC-B5 – Proteção e Automação Medição Fasorial - Teoria e Prática

8 e 9 de Novembro de 2007 ELETROSUL – Florianópolis

Rui Menezes de Moraes

Projeto SMSF - SIN

Motivação

• Aumentar a confiabilidade do SIN utilizando tecnologia de medição sistêmica para monitoramento e controle

• Atender recomendação dos relatórios de análise dos blecautes de 1999 e 2002

Objetivo

• Implantar uma infra-estrutura de medição sincronizada de fasores, robusta, com disponibilidade adequada e segura, com ferramentas para:

D Registro e análise do desempenho dinâmico do SIN (Projeto 6.2) D Melhoria da estimação de estado e visualização em tempo real

Projetos no ONS

Projetos incluídos no Plano de Ação do ONS (2007-2009) • Para aplicações off-line:

9 Projeto 6.2 – Implantação do Sistema de registro de fasores O objetivo principal é instalar um sistema de PMU para registro do desempenho dinâmico do SIN durante perturbações sistêmicas

Este sistema deve considerar os requisitos necessários para permitir a implantação das aplicações de tempo real

• Para aplicações em tempo-real:

9 Projeto 11.11 – Aplicação da Tecnologia de Medição Fasorial

para Suporte à Decisão em Tempo Real

Resolução ANEEL

Responsabilidades do ONS

• Reavaliar a arquitetura do Sistema de Medição Fasorial e os requisitos de telecomunicação (Concluído)

• Reavaliar os requisitos, a quantidade e a localização das

Unidades de Medição Fasorial - PMU e demais equipamentos associados, a serem implantadas nas instalações dos Agentes

(Concluído para o projeto 6.2)

• Definir o cronograma e coordenar a implantação das PMU nas instalações dos Agentes (Em execução)

• Especificar, adquirir e colocar em operação a Central de Coleta de Dados (Concluída a especificação)

• Coordenar a homologação das PMU, por meio de ensaios em

Resolução ANEEL

Responsabilidades dos Agentes

• Caberá às concessionárias e autorizadas adquirir, instalar, operar e manter as PMU, bem como prover os meios de

telecomunicação para a disponibilização das medidas na Central de Coleta de Dados no ONS, atendendo os requisitos técnicos, especificações e cronogramas definidos pelo ONS (A ser iniciado) Viabilização

• O custo dos equipamentos e das atividades será considerado, após auditado pela ANEEL, nas revisões periódicas das receitas anuais permitidas, nas respectivas tarifas ou no custo dos

serviços de operação, conforme cada caso

• Necessário esclarecimentos da ANEEL sobre dúvidas dos Agentes

D Compartilhamento de dados de medição

Arquitetura do Sistema de

Medição Sincronizada

Requisitos básicos

• Do sistema:

9 Deve ser flexível – Atender as necessidades do ONS e dos Agentes 9 Deve ser expansível

9 A segurança de rede deve ser considerada (Agentes e ONS)

• Para aplicações off-line:

9 A freqüência máxima de oscilação entre áreas é de 2 Hz

9 A aquisição e armazenamento dos dados deve ser confiável e suportar falhas nos canais de telecomunicação

• Para aplicações em tempo real:

9 Uma taxa de exteriorização de 10 fasor por segundo é suficiente para as aplicações previstas

Requisitos das Aplicações

Aplicação Localização da _PMU Taxa de Dados

(Fasores/s) Latência Confiabilidade do dado Registro de distúrbios de longa duração Monitoramento em tempo-real Estimação de estado Monitoramento de ângulo de fase SEs de interligação 10 – 60 Monitoramento de oscilações em tempo-real Proteção e Controle Sistêmicos Crítica (Armazenagem local) Não crítica Barras

principais 1 – 10 1 – 5 s Não crítica

Barras

selecionadas 1 – 10 1 – 5 s Não crítica

Arquitetura do SMSF

• Arquitetura em três níveis • Canais de telecomunicações dedicados para garantia de largura de banda e segurança do sistema • Fasores em tempo real utilizando protocolo UDP/IP, endereçamento multicast e formato C37.118 • Duas opções de

Arquitetura das subestações

• Dados de tempo real das PMU enviados

no formato C37.118 com

endereçamento UDP/IP multicast

9 Dados das PMU serão roteados para o SPDC

onde serão alinhados e armazenados

9 O Agente pode, opcionalmente, utilizar uma

taxa de fasores maior que a do ONS (10 fps)

• A banda total deve considerar:

9 Os fasores em tempo real para o CDCP/CDCS

do ONS (10fps)

9 Os fasores em tempo real para o PDC do

Agente (Taxa de exteriorização selecionada pelo Agente)

9 Banda adicional reenvio de dados perdidos

em tempo real

• O Concentrador de Fasores da Subestação – SPDC é obrigatório para:

9 Permitir a utilização de diferentes configurações de fasores e taxas de

exteriorização para o ONS ou Agente

9 Armazenar os dados fasoriais e responder aos comandos do CDCP/ CDCS para

Concentrador de fasores na Subestação

Comandos ds PMU: • Requisição configuração • Parada/partida de envio de fasores Banco de dados de configuração Banco de dados de configuração Concentrador de Fasores da Subestação SPDC Concentrador de Fasores da Subestação SPDC Banco de dados de fasores - FIFO Banco de dados de fasores - FIFO Comandos do SPDC: • Requisição de configuração • Partida/parada de envio de fasores • Requisição de dados faltantes Fluxo de fasores C37.118: • Para o ONS (10pps)

• Para o Agente (ex: 30pps)

LAN da Subestação

WAN do SMSF

Fluxo de fasores C37.118: • De PMU, Relés, DFR, etc.

Alinhamento dos dados Processamento dos fasores

Armazenamento Reenvio de dados

Firewalling

Conversor de protocolos

Alinhamento dos dados Processamento dos fasores

Armazenamento Reenvio de dados

Firewalling

Arquitetura do CC do Agente

• Geral

9 Quando o dado chega ao

Centro de Controle do Agente é enviado diretamente para o CDC do ONS

9 Se o Agente utilizar um APDC,

o protocolo multicast

encaminhará o dado para o APDC também

• Concentrador de Fasores do Agente (APDC):

9 O uso do APDC é opcional 9 O APDC não concentra os

fasores para enviar para o ONS. Ele recebe os dados via protocolo multicast

9 O APDC pode ser utilizado para

enviar os fasores para o SCADA/EMS do Agente APDC Multiplexer Router Canal Primário Canal Secundário

Canais para subestações

Arquitetura do CDC - ONS

Estrutura em 2 níveis (FEPDC e Master PDC)

• Front-end Phasor Data Concentrators (FEPDC):

9 Alinha os dados recebidos dos SPDC das diversas SE de acordo com a etiqueta de tempo e realiza outros processamentos

9 Inicia o processo de recuperação dos dados dos SPDC quando

ocorre falha nos canais de telecomunicação, enviando a solicitação para o SPDC correspondente

9 Armazena os dados recebidos por um período de tempo definido, mantendo a base de dados de fasores em tempo real

• Master Phasor Data Concentrator (MPDC):

9 Alinha os dados de todos os FEPDC e distribui dados para o servidor de aplicação para ser utilizado pelo SCADA

• Bancos de dados:

9 Banco de dados on-line de fasores das PMU

Arquitetura do CDC

Armazenamento por 5 anos de todos eventos

FEPDC 1

DB

DB DB_DB

armazenamento dos dados por 15 dias

DB

DB DB_DB

PMU & EVENT TRIGGER gerenciador de informações

DB

DB

Rede de Comunicações

Base de Dados on-line

Base de Dados Armazenamento de eventos selecionados FEPDC 2 FEPDC n Fluxo de dados C37-118 dos SPDC Comando para recuperação de dados Dados alinhados dos SPDC MASTER PDC PMU Info & Status PMU Info & Status

Arquitetura do CDC

Multiport Router

Consoles _FEPDC

Router

IS&R Online DB Event

Archive DB FEPDC CNP (To the CC WAN via the firewall) Consoles CNP (To the CC WAN via the firewall) PMU Config. and event trigger DB Router Router To COSR PMS LANs To COSR PMS LANs IS&R FEPDC Console CNP (To the CC WAN via the firewall) IS&R CC WAN (By Purchaser) IS WAN (By Purchaser) Firewall Firewall SCDC PCDC PDP SHP Corporate Network Application Server Application Server Application Server Application Server UI Server IS&R EUSS IS&R • PCDC

9 Primary Central Data Concentrator • SCDC

9 Secondary Central Data Concentrator • FEPDC

9 Front-End Phasor Data Concentrator • PDP

9 Program Development Platform • SHP

9 System Homologation Platform • IS&R

9 Information Storage and Retrieve System

• CNP

9 Communications Network Processor • EUSS

9 External Users Support System • UI Server

Transferência de dados no PCDC & SCDC

Sync Phasor Data

Principais vantagens da Arquitetura

• Flexibilidade

9 Permite a utilização de diferentes taxas de exteriorização de fasores 9 Duas alternativas de conexão para envio de dados para o ONS

9 Uso opcional do Concentrador de Dados do Agente

9 Os dados das PMU podem ser enviados diretamente para outra subestação ou Centro de

Controle sem a necessidade de passar pelo SPDC (Permite aplicações em tempo-real)

• Confiabilidade

9 Suportabilidade para falhas de hardware & software 9 Os dados são armazenados de modo seguro

9 O SPDC permite suportar falhas nos canais de telecomunicação sem perda de dados

• Escalabilidade

9 Estrutura projetada para ser expansível, devendo permitir o aumento do número de PMUs

para a tender à expansão do SIN ( uso de múltiplos FEPDCs)

• Baixa latência

Tráfegos na rede

Rede IP privada com 3 tipos de tráfego: •Tráfego em Tempo-Real – RT

9 Latência máxima de 2 segundos

9 Dados transmitidos 24 horas por dia, 7 dias na semana

9 Determina a banda do canal

•Tráfego Offline – OL

9 Não possui requisito de latência 9 Dados transmitidos apenas quando

solicitados pelos CDCP/CDCS 9 Necessita alta confiabilidade

•Tráfego de controle – CT

9 Bidirecional com baixa largura de banda

Latência máxima: 200ms Confiabilidade: 99,7% Latência máxima: 100ms Confiabilidade: 99,9% SPDC Router/Switch Router/Switch Router/Switch ACDC (optional) Router/Switch ONS WAN ONS COSR Local Area Network

Agent Control Center Local Area Network Router/Switch

PCDC

Router/Switch

ONS CNOS Local Area Network

SCDC Router/Switch

ONS COSR Local Area Network

Tráfegos na rede

NOME DE PARA DIR TIPO PROTOCOLO ENDEREÇAMENTO

PMU-RT SPDC-RT1 SPDC-RT2 SPDC-SD1 SPDC-SD2 PMU-CTRL1 PMU-CTRL2 PMU SPDC SPDC-CTRL1 SPDC-CTRL2 UDP/IP multicast RT

Ö

SPDC CDC-ONS

_Ö

RT UDP/IP multicast

SPDC CDC-ONS

_Ù

OL TCP/IP unicast

SPDC CDC-A

_Ù

OL TCP/IP unicast

Ö

Ù

SPDC CDC-A

Ù

UDP/IP multicast

Ù

RT CT CT

SPDC CDC-ONS CT TCP/IP unicast

Ù

SPDC CDC-A CT TCP/IP

PMU SPDC TCP/IP unicast

PMU CDC-A TCP/IP unicast

unicast

PMU Unidade de Medição Fasorial

SPDC Concentrador de Dados da Subestação

Extensão da Norma C37.118-2006

COMMAND

WORD BITS DEFINITION

Bits 15–4 Reserved for future use.

Bits 3–2–1–0:

0001 Turn off transmission of SPDC

data frames. 0010 Turn on transmission of SPDC data frames. 0011 Send SPDC HDR file. 0100 Send SPDC CFG-1 file. 0101 Send SPDC CFG-2 file. 1000 Extended frame.

1001 Send SPDC buffer data defined by 16 bytes in extended frame

N FIELD SIZE DEFINITION

1 SOC_S 4 Buffer start SOC time

stamp

2 FRACSEC_S 4 Buffer start Fraction of Second and Time Quality

3 SOC_E 4 Buffer end SOC time stamp

4 FRACSEC_E 4 Buffer end Fraction of Second and Time Quality

Requisito de latência total

Processamento na PMU 30 ms

Tráfego na LAN da Subestação 30 ms

Processamento no SPDC 650 ms

Latência no canal da Subestação ao CC Agente 200 ms

Tráfego na LAN do CC Agente 30 ms

Latência do canal do CC Agente CC ao COSR 100 ms

Tráfego na LAN do COSR 30 ms

Latência do canal COSR ao CNOS 100 ms

Tráfego na LAN do CNOS 30 ms

Processamento no CDC 800 ms

TOTAL 2.000 ms

Estratégia de localização das PMU

• Foco no registro dos modos de oscilações locais (0.8 – 2.0

Hz) e entre áreas (0.3 – 0.8 Hz)

• A estratégia de localização considerou pontos:

9 Onde o desempenho dinâmico dos perfis de tensão são críticos

9 Que são cruciais para o suprimento dos principais centros de carga 9 Vizinhas ao link CC associado ao Sistema de Transmissão de Itaipu • Os pontos selecionados foram escolhidos baseados em

extensivos estudos de estabilidade eletromecânica, de estabilidade para pequenos sinais e de estabilidade de tensão.

Principais Modos de Oscilação Inter-Área

9 Norte x Sul 0,20 – 0,40 Hz 9 Sul x Sudeste 0,60 – 0,80 Hz 9 Norte x Nordeste 0,55 – 0,65 Hz

9 Mato Grosso x SIN

0,40 – 0,45 Hz

9 Rio de Janeiro x SIN

1,10 – 1,30 Hz

Oscilações Eletromecânicas no SIN

Faixa de Freqüência

Arranjo final

SUBESTAÇÃO SUBESTAÇÃO

ADRIANOPOLIS JAGUARA-SE AGUA VERMELHA JAGUARA-US ANGELIM II JARDIM SE ANGRA FUR JUPIA ARARAQUARA L.C.BARRETO ARARAQUARA FUR LUZIANIA

AREIA MARIMBONDO ASSIS MILAGRES B. ESPERANCA MIRACEMA B.DESPACHO 3 NEVES 1

B.J.LAPA II NOVA PONTE BATEIAS OLINDINA

BAURU OURO PRETO 2 C. PAULISTA P. AFONSO IV CAMACARI II P.DUTRA

COLINAS RECIFE II EMBORCACAO S.DA MESA F.IGUACU 60HZ S.JOAO PIAUI

FORTALEZA II SAMAMBAIA FURNAS SAO SIMAO-SE GRAVATAI SAO SIMAO-US IBIUNA SERRA MESA 2 ILHA SOLTEIRA SOBRAL III

Principais desafios

• O sistema deverá começar

pequeno, mas deve possibilitar expandir até a configuração final

9 Necessidade de metodologia de

ensaio para garantir a expansibilidade do sistema

• Inexistência de produtos com a

funcionalidade requerida pelo SPDC

9 Dados de comando não previsto na

Norma C37.118

• Norma não prevê especificação do

desempenho dinâmico das PMU nem método de ensaio

• Disponibilidade e custo dos canais

de telecomunicação ~ 250 Gbytes para 15 dias _{de armazenamento}

contínuo Centros de Controle ONS Largura de banda (bps) COSR-NMW 400.800 COSR-NE 293.200 COSR-S 123.600 COSR-SE 830.800 TOTAL 1.648.400

• Elevado volume de dados para

Aplicação da Tecnologia de

Medição Fasorial para Suporte à

Etapas do Projeto

Etapa /

Produto Data Descrição

1 / P01

_18/12/2006

D

20/04/2007

D

18/05/2007

D

26/10/2007

D

Avaliação dos ganhos econômicos devidos à

implantação do Sistema de Medição

Fasorial-SMF

1 / P02

Criação de indicadores para exame da relação

custo-benefício pela adoção do SMF

2 / P03

Avaliação dos requisitos para o SMF e para as

PMUs

3 / P4&P5

Questões e soluções para usar dispositivos

Etapas do Projeto

Etapa /

Produto Data Descrição

4 / P06

_17/07/2007

D

30/11/2007

D

23/07/2007

D

identificação do número mínimo de PMU

requeridos, em termos absolutos, tanto com

relação ao adequado dimensionamento do

sistema quanto ao percentual de referência a

ser adotado nas futuras avaliações dos projetos

de expansão do SIN

4 / P07

definição dos requisitos de comunicação para a

arquitetura dos SMF definida no item anterior

-Em elaboração

5 / P08

evolução do SMF identificando, em cada fase,

Etapas do Projeto

Etapa /

Produto Data Descrição

6 / P09

_18/05/2007

D

Ajustes requeridos para adequação dos

estimadores de estado e das informações do

sistema SCADA para uso com as informações

fasoriais a serem encaminhadas ao CNOS

21/09/2007

D

6 / P11

Etapas do Projeto

Etapa /

Produto Data Descrição

7 / P12.1

_31/08/2007

D

Relatório resumindo os resultados da avaliação

das aplicações e das aplicações selecionadas a

serem usadas nas atividades de tomada de

decisão em tempo real e as opções para

implantar as aplicações selecionadas tanto pela

compra / customização / integração dos produtos

disponíveis quanto pelas possibilidades de

desenvolvimento de suporte adicional

7 / P12.2

_16/10/2007

D

Relatório de projeto das aplicações em tempo

real selecionadas para uso nas atividades de

tomada de decisão em tempo real

7 / P12.3

_31/08/2007

D

Etapas do Projeto

Etapa /

Produto Data Descrição

8 / P13.1

_15/01/2008

D

Construção de um ambiente para validação de

conceitos em relação as aplicações identificadas

na fase.

Em desenvolvimento

8 / P13.2

_15/01/2008

D

Manuais do usuário para suportes adicionais do

software desenvolvido e integrado.

Aplicações que o ONS está

avaliando para uso no apoio à

Aplicações para o Tempo Real

• StressMon – Monitoração do Stress do Sistema

• SynchAssist – Fechamento de conexão entre duas Ilhas Elétricas • LoopAssist – Fechamento de anel em ilha elétrica

VPAM – Monitoração do angulo de fase de tensão

SyncAssist

LoopAssist

DampAlarm – cont.

Dominant mode 1 2 3 4

Ambiente de Validação de Conceitos para PMUs

S1 S2 S3 S4

Base de tempo real

Sistema EMS SAGE

Base de Dados Fonte

Console do Instrutor EPRI-API Technology CIM Base de Dados OTS Console dos treinandos Filtro Estático (CEPEL) Protocolo de Comunicação Controles e dados aquisitados Filtro Dinâmico (CEPEL) Descrição da Rede Elétrica Simulador de Treinamento OTS Simulação Dinâmica pool 1 pool 2 Pool 3 Master Análise de PRONI (CEPEL)