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Potencialidades do Laboratório de Redes Elétricas Inteligentes do Cepel são apresentadas em pré-evento do Fórum Latino-Americano de Smart Grid

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Potencialidades do Laboratório de Redes Elétricas Inteligentes do Cepel são apresentadas em pré-evento do Fórum Latino-Americano de Smart Grid

14-09-2020

“O Laboratório de Redes Elétricas Inteligentes do Cepel é uma resposta do Centro aos novos desafios que se apresentam. De fato, o sistema elétrico está passando por uma grande transformação, à medida que mais e mais energias renováveis são conectadas à rede. Como a maioria destas fontes utiliza eletrônica de potência para se conectar à rede, são esperados novos desafios na integração dos recursos de energia distribuída ao sistema”, destacou o diretor-geral do Cepel, Amilcar Guerreiro, no webinar “Requisitos laboratoriais para smart grids - integração de recursos energéticos distribuídos e cyber security", realizado, no último dia 10, pelo Fórum Latino-Americano de Smart Grid.


O webinar foi aberto pelo diretor do Fórum, Julio Rodrigues, que frisou a competência laboratorial do Cepel e do Instituto Militar de Engenharia (IME) nos temas abordados. Moderado por Cyro Vicente Boccuzzi, presidente do Fórum, o evento contou com palestras técnicas do pesquisador do Cepel Oscar Solano e do professor e pesquisador do IME Paulo Cesar Pellanda.


Amilcar Guerreiro ressaltou que o Centro é o maior do gênero na América do Sul, sendo referência no Brasil e no exterior. Com mais de 45 anos de experiência em pesquisa, desenvolvimento e inovação, a instituição oferece uma gama de soluções tecnológicas especialmente voltadas à geração, transmissão, distribuição e comercialização de energia elétrica, com potencial aplicação em outros setores produtivos. Em seus 36 laboratórios, alguns únicos na América Latina, são realizados serviços técnicos diferenciados e ensaios normatizados. Um destes laboratórios é justamente o de Redes Elétricas Inteligentes, em construção na Unidade Adrianópolis (Nova Iguaçu/RJ), e cuja primeira fase de comissionamento está prevista para o final de 2020.


De acordo com Guerreiro, o desempenho ideal de um sistema de controle ativo só pode ser garantido com uma abordagem de teste holística, que verifique não somente o componente, mas, também, sua integração à rede, como um sistema completo. E isso poderá ser realizado no Laboratório de Redes Elétricas Inteligentes do Cepel. Na primeira fase do laboratório, entrará em operação a área de pesquisa experimental baseada em bancada Power Hardware in the Loop (PHIL). “A metodologia Hardware in the Loop é usada no desenvolvimento de sistemas complexos em diferentes aplicações na indústria. Permite uma representação virtual de um sistema dinâmico e, posteriormente, serve como ambiente para o equipamento em teste. O Power Hardware in the Loop é uma variante deste conceito original, complementando-o com adição de energia no grid, permitindo teste físico para dispositivos elétricos, como motores, inversores e geradores, equipamentos que vão cada vez mais aparecer na rede de distribuição”, explicou.


A bancada PHIL projetada para o laboratório do Cepel é a primeira do gênero no país e permitirá a simulação do comportamento, desempenho e confiabilidade de equipamentos de corrente contínua e corrente alternada (emulador de fotovoltaica, bateria, inversores, dentre outros), pois combina os benefícios das simulações computacionais em tempo real e de ensaios laboratoriais, antecipando, em ambiente controlado, comportamentos não desejáveis de dispositivos reais.


Papel do laboratório do Cepel na integração dos recursos energéticos distribuídos


O pesquisador Oscar Solano explicou que, além da bancada PHIL, com capacidade de ensaiar até três equipamentos de 30 kVA de forma simultânea, está em fase avançada de implantação a área de serviços de avaliação de conformidade de dispositivos de potência do Laboratório de Redes Elétricas Inteligentes do Cepel. Com comissionamento previsto para março de 2021, esta área contará com bancada para ensaio segundo norma ABNT 16150 e capacidade de testar inversores até 300 kVA, maior potência do país.


Segundo Solano, as áreas de bancada PHIL e de avaliação de conformidade de dispositivos de potência podem contribuir significativamente para a definição e avaliação de funções avançadas para inversores, assim como ocorreu no Havaí, estado com maior adoção de geração fotovoltaica per capita dos Estados Unidos (uma a cada três casas), e na Alemanha, a partir do caso conhecido como “The 50.2 Hz Risk”, em 2011.


O laboratório do Cepel contará com outras duas áreas: uma de avaliação de conformidade de dispositivos de comunicação, cujo foco inicial serão ensaios de interoperabilidade dos protocolos aplicados às redes elétricas inteligentes, e outra de pesquisa experimental em microrrede híbrida de baixa tensão, que vai considerar geração fotovoltaica, baterias, geração a diesel (para representar os sistemas isolados da região Norte) e emulação de geração eólica. “Esta área vai permitir criar cenários para avaliar diferentes níveis de penetração de geração renováveldistribuída, técnicas de gerenciamento de carga, bem como propor oportunidades para os diferentes agentes do setor”, comentou Solano.


Como assinalou o pesquisador, o novo laboratório do Cepel está preparado, em termos de capacidade elétrica e infraestrutura, para futuras expansões a partir das demandas do mercado, que devem crescer muito. Segundo Nota Técnica divulgada pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE), estima-se que, até 2050, um terço da energia seja produzida por recursos energéticos distribuídos, que, sabidamente, podem afetar várias características do sistema, como perfil de tensão e fluxo de potência. A integração eficiente destes recursos nas redes elétricas exigirá, portanto, uma suíte de soluções tecnológicas, incluindo maior participação do armazenamento de energia, gerenciamento pelo lado da demanda, tarifas time -of –use, investimentos em geradores flexíveis; veículos elétricos conectados à rede e inversores com funções avançadas (serviços ancilares). O comportamento destas tecnologias poderá ser estudado experimentalmente no Cepel.


Como afirmou Cyro Vicente Boccuzzi, é o Cepel saindo na frente com uma infraestrutura capaz de testar e homologar equipamentos, preparar os sistemas e desenvolver tecnologias. Solano acrescentou: “As distribuidoras, por exemplo, poderão se beneficiar desta infraestrutura por meio de parcerias e projetos de P&D, nos quais será possível avaliar, de forma detalhada e considerando as especificidades de suas redes elétricas, os impactos/benefícios da inserção de Recursos Energéticos Distribuídos e das suas funções de suporte à rede, o que constitui um ótimo insumo para a adequação de seus requisitos à conexão de Acessantes".


O pesquisador ainda ressaltou que a versatilidade do laboratório, onde será possível combinar todas as áreas num mesmo ensaio, permitirá avaliar novas tecnologias considerando a heterogeneidade das redes elétricas brasileiras. “Como exemplo podem ser destacadas as soluções voltadas a microrredes, um assunto que ganha muita atenção no contexto de tarifas variáveis de energia, no qual se torna financeiramente atrativo operar de forma ilhada no horário de ponta”, concluiu.


O futuro laboratório de segurança cibernética de Itaipu


O professor Paulo Cesar Pellanda apresentou o projeto de implantação do laboratório de segurança cibernética de sistemas elétricos baseado em simulação HIL (Hardware in the Loop) em tempo real na Itaipu Binacional. Trata-se de um ambiente de tecnologia de informação, comunicação e automação, aplicado a infraestruturas críticas, no caso sistemas elétricos de potência. Pellanda é o coordenador técnico-científico do projeto que está sendo viabilizado por meio de um acordo de cooperação, assinado em 2018, entre Itaipu, seu Parque Tecnológico e o Exército Brasileiro, por meio do IME. Um dos objetivos é subsidiar a garantia da disponibilidade de ativos e a continuidade da geração da hidrelétrica na iminência de ataques cibernéticos.


Antes de abordar o panorama do projeto do laboratório, seu estágio atual e perspectivas, Pellanda mencionou o complexo de laboratórios do IME (e sua abrangência de estudos) e traçou o histórico de cooperação com Itaipu a partir de 2008, envolvendo, inclusive a participação decisiva do Cepel em alguns dos projetos, como o de estabilidade de sistemas elétricos de potência, que contou com Nelson Martins, ex-pesquisador do Centro. Neste projeto, foi desenvolvido um método inovador de ensaio de campo, pouco invasivo, para avaliar a efetividade de estabilizadores de sistemas elétricos e sua aplicação em usinas de grande porte.


Segundo o professor, na avaliação de especialistas em segurança cibernética de estruturas críticas, em um futuro próximo, o alvo principal de ataques cibernéticos em nível de tecnologia de automação será o sistema elétrico, com impactos abrangentes e relevantes. Itaipu, por sua vez, está em fase de contratação da atualização tecnológica da usina, o que deve durar 10, 12 anos e custar em torno de um bilhão de dólares. Junto com as vantagens advindas da automatização, da centralização, do controle remoto do sistema, vêm também as vulnerabilidades, com inúmeras portas de acesso para ataques cibernéticos. Fica evidente, portanto, a importância do futuro laboratório.


O projeto contempla dispositivos físicos e industriais, tanto na área de Tecnologias da Informação e da Comunicação (TIC), quanto de automação, e uma configuração representativa de infraestrutura de sistemas elétricos. “O objetivo geral do projeto é instalar, comissionar e operar este laboratório, voltado a estudos e análises aplicados a infraestruturas industriais críticas [...] Dentre os principais produtos do Laboratório estão o estudo e o desenvolvimento de metodologias para avaliação de impactos de ataques cibernéticos em áreas e ambientes simulados, para não expor o sistema físico de alto valor agregado a riscos que possam acarretar falha operativa e danos aos equipamentos”, afirma Pellanda, ao apresentar a arquitetura do laboratório, basicamente composto de computadores, e várias camadas, incluindo, camada de negócios, de controle de processos, de gerenciamento e de supervisão e monitoramento.


Acordo de cooperação com o Cepel


Neste último aspecto, de supervisão e monitoramento, o professor assinalou que o laboratório vai comportar pesquisas em parceria com o Cepel para aprimoramento do sistema SCADA SAGE, desenvolvido pelo Centro e amplamente utilizado por empresas do setor elétrico, para incorporar a visão de segurança cibernética. “Vai ser um aprendizado mútuo para as duas instituições. Estamos para assinar mais um acordo de cooperação com o Cepel”, acrescentando, também, haver possibilidades de trabalho conjunto entre o Laboratório de Redes Elétricas Inteligentes do Centro e o de Segurança Cibernética de Itaipu.


A previsão é de que a infraestrutura do laboratório esteja instalada em dezembro de 2020, para que possam ser realizados testes e comissionamentos iniciais no primeiro semestre do ano que vem, e, no segundo semestre, o laboratório entre em operação.