SAGE-EMS – Transformando dados em informações para o apoio à decisão em tempo real
Um Sistema de Gerenciamento de Energia (EMS) é composto por aplicativos de Análise de Redes Elétricas que executam em tempo real, fornecendo informações a partir de dados obtidos de um sistema SCADA. Estes aplicativos monitoraram a operação do sistema elétrico, fornecendo uma estimativa confiável do estado do sistema, informando ocorrências de condições operativas indesejáveis e produzindo estratégias de controle que permitam alterar o ponto de operação para uma condição operativa normal. Também possibilitam aos engenheiros de operação a realização de estudos relativos a condições de pós-operação e análise detalhada da condição operativa corrente, permitindo a simulação de manobras na rede.
O SAGE-EMS, plataforma de Análise de Redes do SAGE, é composto por uma série de aplicativos para auxílio à operação. Conta também com um ambiente para estudos em tempo real, onde simulações podem ser executadas a partir de casos obtidos do tempo real. Os principais aplicativos disponíveis são detalhados a seguir.
Configurador de RedesEste aplicativo produz o modelo de representação elétrica através das medidas dos estados das diversas chaves e disjuntores coletados pelo SAGE SCADA. Também monitora o estado operativo dos equipamentos conectados ao sistema, gerando alarmes sobre a conexão/desconexão dos equipamentos à rede. O Configurador também é fundamental para a indicação de ilhas elétricas, condição crítica na operação de redes interconectadas.
Estimador de EstadosEsta aplicação fornece um estado coerente e confiável dos fluxos de linhas e transformadores além das tensões e ângulos dos diversos barramentos do sistema elétrico. Para isso, o Estimador utiliza um algoritmo baseado no método dos mínimos quadrados. As medidas cujos valores divergem da solução do sistema elétrico são identificadas como erro grosseiro e retiradas momentaneamente do processo de solução. Com isso, o estimador produz uma solução robusta e confiável, corrigindo falhas de medição. O Estimador considera a precisão estatística dos diversos transdutores, assim como a curva de capabilidade calculada dinamicamente para as unidades geradoras.
Para o sistema elétrico brasileiro, o Estimador de Estados leva cerca de 6 segundos para realizar a solução da rede, e a cada 30 segundos um estado atualizado do sistema é disponibilizado com um resíduo (mismatch) menor que 1 MWA. Além disso, a estimação do SIN possuiu um índice J(x) total de cerca de 70.000 MVA e taxa de convergência acima de 99.8%.
Figura 1 – Unifilar de Área com o resultado da estimação em substituição às medições SCADA
Com base nessa solução da rede elétrica produzida pelo Estimador de Estados (caso base), uma série de outros aplicativos são disponibilizados ao operador visando fornecer subsídios para garantir uma operação confiável e segura do sistema elétrico.
Análise de ContingênciasEsta aplicação processa periodicamente uma lista de contingências definidas pelo usuário e informa as violações de tensões e fluxos para cada uma delas. O operador tem uma indicação clara da condição atual do sistema caso ocorra qualquer das contingências cadastradas. Com isso, poderá mitigar ou eliminar condições inseguras caso a contingência seja de fato verificada. A verificação de uma lista de 750 contingências é feita em cerca de 60 segundos.
Fluxo de Potência ÓtimoO programa Fluxo de Potência Ótimo – FPO gera uma solução de fluxo de potência que otimiza uma função objetivo escolhida, atendendo a restrições físicas e operativas dos equipamentos.
A solução ótima do problema é obtida a partir de ajustes nas variáveis de controle disponíveis. A aplicação fornece uma solução completa, incluindo tensões e ângulos nas barras e fluxos nos circuitos, para toda a rede modelada (sistema interno e externo), bem como os valores calculados para as variáveis de controle utilizadas na solução.
As seguintes funções objetivo estão disponíveis no FPO: Mínima Perda Ativa/Reativa; Máxima Transferência; Mínimo Custo de Alocação de Shunts ou de Injeção de Potência Reativa; Número de Controles Alterados; Mínimo Corte de Carga; Mínimo Custo de Geração de Potência Ativa/Reativa; Mínimo Desvio de Potência Ativa; Mínimo Desvio de Intercâmbio; e Máximo Carregamento.
Ao final da solução, o FPO sugere as ações de controle necessárias para mover o ponto de operação do sistema para um ponto otimizado que satisfaz as restrições físicas e operativas da rede elétrica. Proposição de Ações CorretivasEsta aplicação se baseia na solução de um FPO, sendo complementar à função de análise de contingências. Todas as opções disponíveis no FPO, tais como função objetivo, variáveis de controle, restrições, custos associados e parametrizações, poderão também ser utilizadas nesta aplicação.
A cada execução, a aplicação produz uma lista de ações a ser proposta ao operador para minimizar ou eliminar os efeitos de uma determinada contingência caso venha a ocorrer em virtude da atual condição operativa do sistema.
Análise de Redes em Modo de EstudosPara enriquecer o ferramental de apoio à decisão em tempo real disponível ao operador do sistema, o SAGE-EMS inclui um ambiente independente e paralelo ao de tempo real para a simulação de diversas condições operativas e validação de ações que poderão ser aplicadas no sistema. Este ambiente, chamado de Modo de Estudos, é composto pelos mesmos aplicativos de análise de redes disponíveis no ambiente de tempo real.
O Gerenciador de Casos de Estudos permite a obtenção do caso do tempo real e o seu armazenamento em uma base de dados. Este caso base pode ser de fluxo de potência, de estimação a partir de uma fotografia do tempo real ou de estimação oriundo da base histórica.
Controle Automático de GeraçãoA aplicação de Controle Automático de Geração (CAG) é responsável pelo controle automático em malha fechada da frequência e/ou intercâmbio de uma área. O operador define quais máquinas entrarão no controle da área (regulação), podendo definir também em qual faixa mínima ou máxima que o gerador irá operar. No modo de regulação em carga base, pode ser definido um valor de ponto base manual ou oriundo de um programa. No modo de operação de controle de intercâmbio, também são previstos a entrada de manual de valores ou de uma grade horária.
Figura 2 – Tela de sumário do CAG.
O módulo de Monitoração da Reserva é responsável por calcular os desvios de geração em relação ao programado, bem como por realizar os cálculos de reserva de geração por máquina, usina, área e sistema. Este aplicativo fornece uma completa visão da situação real das reservas de geração disponíveis e dos desvios dos valores programados, dando assim subsídios para uma rápida e efetiva atuação para a correta operação do sistema.
Figura 3 – Tela de monitoração de reservas de geração.
Esta aplicação gera previsões de carga a partir de medidas analógicas selecionadas de carga e temperatura. A metodologia de previsão baseia-se em redes neurais artificiais polinomiais (GMDH – Group Method Data Handling) e sistema de inferência fuzzy. Como resultado, tem-se a previsão de cargas 48 horas à frente de forma bastante confiável, dado um histórico de valores de carga dos últimos três anos para cargas de todo o sistema, áreas de controle, submercados e unidades federativas.
Figura 4 – Exemplo de resultados do previsor x carga corrente.
