Aula 1:
Gestão de Energia e Operação de
Sistemas Elétricos de Potência
Planejamento de Sistemas Energéticos
Sistemas Elétr...
Conteúdo
1. Introdução
2. Evolução da Gestão e Operação de Sistemas
Elétricos de Potência
3. Estados Operativos de um Sist...
1. Introdução
• Os Sistemas Elétricos de Potência ou Sistemas Eletro-
Energéticos:
- podem ser definidos como conjunto de ...
1. Introdução
Fig. 1: Desenho ilustrativo de um Sistema Elétrico de Potência
(ou Sistema Eletro-Energético)
1. Introdução
Fig. 2: Diagrama unifilar exemplificando um Sistema Elétrico de Potência
• A gestão de energia e operação de Sistemas Elétricos é uma
tarefa extremamente difícil e complexa,
- exigindo um planeja...
• Em decorrência do grande desafio e da grande quantidade de
informações a serem analisadas e processadas, tornou-se
impre...
1. Introdução
Fig. 3: Visão geral de 2 Centros de Operação e Controle: a) CPFL; b) ISA-CTEEP
- Planejamento (Operação e Expansão);
- Supervisionamento;
- Operação e Controle;
- Análise das atividades;
Tarefas dos Ce...
• Os Estudos tradicionais em Sistemas Elétricos podem ser
divididos da seguinte forma:
Tipo de Estudo Período de análise
T...
2. Evolução da Gestão e Operação de Sistemas
Elétricos de Potência
• Até meados do século XX
- a mentalidade vigente em re...
Os primeiros Centros de Controle eram dotados de 2 sistemas
independentes:
• Sistema Supervisório (ou SCADA - Supervisory ...
• Essa estratégia, de dois sistemas independentes, perdurou até o final
da década de 60, quando os pesquisadores começaram...
• Funções de um Centro de Controle Moderno
- Controle de Geração;
- Sistema e Controle Supervisório;
- Análise e Controle ...
3. Estados Operativos de um Sistema Elétrico de
Potência
Para a determinação dos estados operativos, as seguintes restriçõ...
Baseando-se nas restrições, quatro estados operativos foram
definidos: Normal Seguro; Normal Alerta; Emergência; Restaurat...
• Estado de Emergência:
- O que caracteriza o estado de emergência é a violação das restrições de
operação. A emergência p...
Em linhas gerais, as transições possíveis de estados operativos podem
ser visualizadas através da figura a seguir:
3. Esta...
4. Conceito de Segurança em Sistemas Elétricos e
Sistema de Análise de Redes
Considerando os Estados Operativos, pode-se d...
• Monitoração de Segurança:
- Consiste na identificação da topologia e das condições atuais de
operação do sistema e de po...
• Como são executadas as estratégias de Segurança apresentadas
anteriormente?
- Para a execução das estratégias supracitad...
Sistema de Análise de Redes:
Funções do Sistema de Análise de Redes
• Programa de Pré-Filtragem:
- executa testes de compatibilidade sobre as medidas a...
Exemplo de Modelo Barra-Linha considerando
chaves e medidores
Barra – Usinas e subestações
Linha – linhas de transmissão e...
Funções do Sistema de Análise de Redes
• Processo de Estimação de Estado:
- Responsável pelo processamento de medidas e in...
Funções do Sistema de Análise de Redes
• Processo de Estimação de Estado:
- Responsável pelo processamento de medidas e in...
Funções do Sistema de Análise de Redes
• Processo de Estimação de Estado:
- Responsável pelo processamento de medidas e in...
Funções do Sistema de Análise de Redes
• Programa de Previsão de Carga:
- baseia-se na previsão de demanda da rede supervi...
Funções do Sistema de Análise de Redes
• Programa de Análise de Segurança:
- Este programa caracteriza-se pela determinaçã...
Funções do Sistema de Análise de Redes
• Programa de Análise de Segurança:
- Este programa caracteriza-se pela determinaçã...
Funções do Sistema de Análise de Redes
• Programa de Análise de Segurança:
• Controle Preventivo:
- Caso a análise de segu...
5. Gestão de Energia no Sistema Elétrico Brasileiro
• Setor Elétrico Brasileiro (SEB):
- Opera sob concessão, autorização ...
• ONS (regido pela Lei nº 9.648)
- Responsável pela Gestão de Energia das instalações de Geração e
Transmissão de energia ...
Exemplo de Hierarquia da Operação
ONS => Agentes (de geração e transmissão)
CNOS
Centro Nacional de
Operação do Sistema
Br...
Modelo Institucional do Setor Elétrico Brasileiro:
• Institucionaliza e define responsabilidades entre entidades da
estrut...
Modelo Institucional do Setor Elétrico Brasileiro:
5. Gestão de Energia no Sistema Elétrico Brasileiro
Fig. 5: Instituiçõe...
Modelo Institucional do Setor Elétrico Brasileiro:
• Conselho Nacional de Política Energética (CNPE):
- é um órgão de asse...
Modelo Institucional do Setor Elétrico Brasileiro:
• Comitê de Monitoramento do Setor Elétrico (CMSE):
- Está no mesmo âmb...
Modelo Institucional do Setor Elétrico Brasileiro:
• Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL):
- Teve início em 1996, ...
Fig. 6: Integração Eletro-energética no Brasil
Fig. 7: Sistema Interligado Nacional (SIN) – Horizonte 2013
Fig. 8: Oferta de Energia Elétrica por Fonte – 2010.
Fonte: Empresa de Pesquisa Energética (2011, p. 16)
Referências Bibliográficas
ABUR, A. & EXPÓSITO, A.G. (2004). Power system state estimation: theory and implementation.
Mar...
CANAL DE COMUNICAÇÃO ATRAVÉS DE MICRO ONDAS, LEVANDO
SINAIS DE PULSOS PARA ALTERAR A GERAÇÃO DA USINA,
DISTÂNCIA DE APROXI...
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50000
55000
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Durante o 1º tempo, queda na carga do Brasil de 993MW, devido grande concentração de pessoas diante
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Aula 1 gestao de energia e operacao de sistemas eletroenergeticos

  1. 1. Aula 1: Gestão de Energia e Operação de Sistemas Elétricos de Potência Planejamento de Sistemas Energéticos Sistemas Elétricos de Potência Docente: Dr. Raphael Augusto de Souza Benedito E-mail:raphaelbenedito@utfpr.edu.br disponível em: http://paginapessoal.utfpr.edu.br/raphaelbenedito
  2. 2. Conteúdo 1. Introdução 2. Evolução da Gestão e Operação de Sistemas Elétricos de Potência 3. Estados Operativos de um Sistema Elétrico de Potência 4. Conceito de Segurança em Sistemas Elétricos e Sistema de Análise de Redes 5. Gestão de Energia no Sistema Elétrico Brasileiro
  3. 3. 1. Introdução • Os Sistemas Elétricos de Potência ou Sistemas Eletro- Energéticos: - podem ser definidos como conjunto de equipamentos físicos e elementos de circuitos elétricos conectados, que atuam de modo coordenado - com o intuito de gerar, transmitir e distribuir Energia Elétrica aos consumidores. Geração: Perfaz a função de converter alguma forma de energia (hidráulica, térmica, etc) em energia elétrica; Transmissão: Responsável pelo transporte de energia elétrica dos Centros de Produção aos Centros de Consumo, ou até outros sistemas elétricos, interligando-os; Distribuição: Distribui a energia elétrica recebida do sistema de transmissão aos grandes, médios e pequenos consumidores.
  4. 4. 1. Introdução Fig. 1: Desenho ilustrativo de um Sistema Elétrico de Potência (ou Sistema Eletro-Energético)
  5. 5. 1. Introdução Fig. 2: Diagrama unifilar exemplificando um Sistema Elétrico de Potência
  6. 6. • A gestão de energia e operação de Sistemas Elétricos é uma tarefa extremamente difícil e complexa, - exigindo um planejamento prévio bem elaborado; - e a análise simultânea de uma grande quantidade de informações técnicas e econômico-financeiras. • Além disso, vale lembrar que armazenar uma grande quantidade de energia na forma elétrica é uma tarefa inviável. 1. Introdução Mas qual é o objetivo da gestão de energia e operação de Sistemas Elétricos? • Podemos dizer que a gestão de energia e a operação de sistemas eletro-energéticos tem como objetivo principal o suprimento do seu mercado de energia elétrica, levando-se em conta: – Continuidade; – Qualidade; – Economia.
  7. 7. • Em decorrência do grande desafio e da grande quantidade de informações a serem analisadas e processadas, tornou-se imprescindível automatizar a Operação e o Gerenciamento de Sistemas Eletro-Energéticos. • A automação da Operação, ou Gerenciamento de Energia, só foi possível com a implantação de dois tipos de Centros de Controle: - Um responsável pela gestão dos Sistemas de Geração e 1. Introdução - Um responsável pela gestão dos Sistemas de Geração e Transmissão, denominado Sistema de Gerenciamento de Energia ou EMS (Energy Managment System); - Outro responsável pela gestão dos Sistemas de Distribuição de Energia, denominado Sistema de Gerenciamento de Distribuição ou DMS (Distribution Managment System).
  8. 8. 1. Introdução Fig. 3: Visão geral de 2 Centros de Operação e Controle: a) CPFL; b) ISA-CTEEP
  9. 9. - Planejamento (Operação e Expansão); - Supervisionamento; - Operação e Controle; - Análise das atividades; Tarefas dos Centros de Controle EMS DMS responsáveis pelo 1. Introdução - Análise das atividades; - Vários outros estudos em SEP. DMS • A dificuldade ou até mesmo a complexidade da gestão de energia aumenta à medida que mais agentes (geradores, transmissores, consumidores, etc), novas tecnologias e forças sócio-econômicas são incluídos nos Sistemas Eletro- Energéticos.
  10. 10. • Os Estudos tradicionais em Sistemas Elétricos podem ser divididos da seguinte forma: Tipo de Estudo Período de análise Transitório Eletromagnético Milisegundos (0,001 s) Transitório Eletromecânico 0,1 segundos 1. Introdução Atuação dos Reguladores de velocidade 1 a poucos segundos Atuação do Controle Automático de Geração alguns segundos (10s), ou até 100 segundos Redespacho Econômico vários minutos Planejamento da Operação do Sistema horas; 1 dia; 1 semana ou 1 mês Planejamento da Expansão do Sistema 5; 20; 30 anos Estudos em Regime Permanente (fluxo de potência) -
  11. 11. 2. Evolução da Gestão e Operação de Sistemas Elétricos de Potência • Até meados do século XX - a mentalidade vigente em relação ao gerenciamento de energia elétrica era local, já que os sistemas eram isolados. • Entretanto, devido à necessidade de um maior aproveitamento energético, e à expansão e interligação dos Sistemas Elétricos, tornou-se imperativo uma gestão ou controle central para todo Sistematornou-se imperativo uma gestão ou controle central para todo Sistema sob jurisdição de uma mesma empresa. Desse modo, os controles locais passaram a compartilhar seus dados com um controle central e assim integrar o nível mais baixo na hierarquia de gestão e controle. Os controles centrais ficaram responsáveis pela coordenação geral dos sistemas, isto é, passaram a ocupar o nível mais alto na hierarquia.
  12. 12. Os primeiros Centros de Controle eram dotados de 2 sistemas independentes: • Sistema Supervisório (ou SCADA - Supervisory Control and Data Acquisition): - aquisição e processamento de dados no sistema elétrico através das unidades terminais remotas (UTRs); - representação dos dados aos operadores via interfaces homem-máquina; 2. Evolução da Gestão e Operação de Sistemas Elétricos de Potência - representação dos dados aos operadores via interfaces homem-máquina; - controle remoto de abertura e fechamento de disjuntores e de dispositivos reguladores de níveis de tensão (reatores, capacitores, taps de transformadores, etc). • Controle de Geração: - controle de geração das usinas do sistema com intuito de estabilizar a freqüência, devido às alterações nas cargas demandadas. - Para este fim, duas sub-funções são inerentes ao processo: - Controle Automático de Geração (CAG); - Despacho Econômico (ou ótimo).
  13. 13. • Essa estratégia, de dois sistemas independentes, perdurou até o final da década de 60, quando os pesquisadores começaram a analisar o problema de um ponto de vista sistêmico, tendo como motivação: - Blecautes freqüentes que ocorriam nas redes elétricas em todos os países (principalmente no Nordeste dos EUA); - Avanço tecnológico nas áreas de computação e telecomunicação; - Evidente necessidade de se dispor de estratégias de controle e 2. Evolução da Gestão e Operação de Sistemas Elétricos de Potência - Evidente necessidade de se dispor de estratégias de controle e operação mais rápidas e efetivas, em resposta a fragilidade dos Sistemas Elétricos face às mudanças dos estados operativos. • A partir daí surge o conceito de Segurança e de Controle de Segurança em Tempo-Real - definido como um sistema integrado de controles manuais e automáticos (computador), responsáveis pela permanente operação do Sistema Elétrico frente às várias condições de operações.
  14. 14. • Funções de um Centro de Controle Moderno - Controle de Geração; - Sistema e Controle Supervisório; - Análise e Controle de Segurança em Tempo-Real. • Novo objetivo da Operação em Tempo-Real: 2. Evolução da Gestão e Operação de Sistemas Elétricos de Potência • Novo objetivo da Operação em Tempo-Real: - Manter o Sistema Elétrico operando sem sobrecarga em equipamentos e atendendo todos os consumidores, em qualquer condição ou estado de operativo. Obs.: A determinação dos estados operativos de um sistema elétrico é imprescindível à operação e controle do mesmo. Isto porque consiste em verificar se o sistema está ou não operando adequadamente e, caso não esteja, deve indicar o que deve ser feito para corrigir essa operação inadequada.
  15. 15. 3. Estados Operativos de um Sistema Elétrico de Potência Para a determinação dos estados operativos, as seguintes restrições devem ser consideradas: • Restrições de Carga [ g(x) = 0 ]: - traduzem o fato de que o Sistema deve atender todos os seus consumidores. Logo, são restrições de igualdade, sendo “x” as variáveis de estado (tensões fasoriais nas barras do sistema); • Restrições de Operação [ h(x) ≤ 0 ]: - refletem a necessidade de serem obedecidos os limites de operação dos equipamentos do Sistema, por exemplo, a máxima potência que pode ser transmitida por uma determinada linha de transmissão; • Restrições de segurança [ s(x) ≤ 0 ]: - consiste de analisar um conjunto preestabelecido de contingências possíveis (ou as mais prováveis) de equipamentos do Sistema para um determinado estado de operação. Tem o papel de verificar a capacidade do Sistema elétrico continuar operando da forma adequada após a simulação de alguma perturbação (contingência).
  16. 16. Baseando-se nas restrições, quatro estados operativos foram definidos: Normal Seguro; Normal Alerta; Emergência; Restaurativo. • Estado Normal Seguro: - É o estado de operação ideal, pois são obedecidos os três conjuntos de restrições: carga, operação e segurança. Isto significa que o sistema está em perfeitas condições de operação, sendo que, nenhuma das contingências de segurança preestabelecidas, se de fato ocorrer, levará o 3. Estados Operativos de um Sistema Elétrico de Potência está em perfeitas condições de operação, sendo que, nenhuma das contingências de segurança preestabelecidas, se de fato ocorrer, levará o sistema ao estado de emergência. • Estado Normal Alerta (ou Inseguro): - Neste estado, são obedecidas as restrições de carga e operação; nem todas as restrições de segurança são obedecidas. Da mesma maneira que no estado seguro, o sistema está intacto, com atendimento de toda a sua demanda e sem nenhuma violação de limites de operação, porém, a ocorrência de pelo menos uma das contingências listadas como possíveis poderá levar o sistema para o estado de emergência.
  17. 17. • Estado de Emergência: - O que caracteriza o estado de emergência é a violação das restrições de operação. A emergência pode ser provocada por uma contingência e conseqüente desligamento de um ou mais componentes do sistema (linhas, geradores, etc). • Estado Restaurativo: 3. Estados Operativos de um Sistema Elétrico de Potência • Estado Restaurativo: - Este estado é atingido quando uma emergência é eliminada por desligamento manual ou automático de partes do sistema, efetuado pelo centro de controle ou por dispositivos locais. - As restrições operacionais são obedecidas, mas o sistema não está intacto (cargas não-atendidas, ilhamentos, etc). Nota-se, portanto, que ao se passar do estado de emergência para o estado restaurativo, sacrifica-se a integridade total do sistema, a fim de se resgatar a observância das restrições de operação.
  18. 18. Em linhas gerais, as transições possíveis de estados operativos podem ser visualizadas através da figura a seguir: 3. Estados Operativos de um Sistema Elétrico de Potência Fig. 4: Estados operativos e transições possíveis de estados
  19. 19. 4. Conceito de Segurança em Sistemas Elétricos e Sistema de Análise de Redes Considerando os Estados Operativos, pode-se dizer que o objetivo do Controle de Segurança é: - Manter o sistema operando no estado normal de operação, ou seja, minimizar as transições desse estado para o estado de emergência ou para o estado restaurativo. • Segurança de um Sistema Elétrico de Potência: - Está relacionada diretamente com as estratégias de segurança adotadas pelos centros de controle, quando o Sistema está no estado normal. Monitoração de Segurança; - Estratégias: Análise de Segurança (propriamente dito); Controle Preventivo.
  20. 20. • Monitoração de Segurança: - Consiste na identificação da topologia e das condições atuais de operação do sistema e de possíveis violações das restrições de operação. Para isto, os dados obtidos em tempo-real são processados em intervalos curtos de tempo. • Análise de Segurança (propriamente dito): - Caracteriza-se pela determinação da segurança do sistema frente a um 4. Conceito de Segurança em Sistemas Elétricos e Sistema de Análise de Redes - Caracteriza-se pela determinação da segurança do sistema frente a um conjunto de contingências previamente estabelecidas. Realiza-se através de programas de simulações estáticas e/ou dinâmicas, onde se verifica a resposta do sistema perante as várias contingências, e o novo estado operativo obtido. • Controle Preventivo: - Caso a análise de segurança acuse que o sistema esteja no estado normal- alerta, o próximo passo é determinar as ações que devem ser tomadas para levar o sistema ao estado seguro (atendimento aos limites de carga, operativos e de segurança) se isto for possível.
  21. 21. • Como são executadas as estratégias de Segurança apresentadas anteriormente? - Para a execução das estratégias supracitadas, os centros de controle são constituídos pelo Sistema de Análise de Redes, que aglutinam várias funções ou programas distintos, que se interagem. 4. Conceito de Segurança em Sistemas Elétricos e Sistema de Análise de Redes Nota: Devido às jurisdições das empresas e visando à redução das dimensões dos problemas de análise de redes, a rede elétrica é comumente dividida em sistema interno e sistema externo. i) Sistema interno: abrange todas as barras e circuitos pertencentes e supervisionados por uma dada empresa, e também de áreas fronteiriças supervisionadas. ii) Sistema externo: compreende todas as áreas não supervisionadas que são interligadas ao sistema interno de uma dada empresa.
  22. 22. Sistema de Análise de Redes:
  23. 23. Funções do Sistema de Análise de Redes • Programa de Pré-Filtragem: - executa testes de compatibilidade sobre as medidas analógicas, de modo a detectar e excluir possíveis medidas errôneas contidas no plano de medição, as quais comprometeriam a modelagem do SEP e, por conseguinte, os demais aplicativos do sistema de análise de redes. São aquelas realizadas continuamente e usualmente se constituem de fluxo de potência ativa e reativa nas linhas, injeção de potência ativa e reativa e magnitudes de tensão nas barras. • Configurador de redes: - é responsável pela obtenção, em tempo-real, da topologia e a correspondente configuração de medidores, no modelo barra linha, que corresponde ao diagrama unifilar (ou trifilar) da rede. Para isto, o configurador processa medidas digitais, transmitidas pelo sistema SCADA, que consistem em informações lógicas sobre os estados de disjuntores/chaves.
  24. 24. Exemplo de Modelo Barra-Linha considerando chaves e medidores Barra – Usinas e subestações Linha – linhas de transmissão e transformadores Geradores e cargas são considerados parte externa do sistema e são modelados através de injeções de potência nas barras do sistema
  25. 25. Funções do Sistema de Análise de Redes • Processo de Estimação de Estado: - Responsável pelo processamento de medidas e informações redundantes e contaminadas por ruído, com a finalidade de fornecer a melhor estimativa para as tensões complexas (variáveis de estado) nas barras pertencentes ao sistema interno. i) Análise de Observabilidade; ii) Estimação de Estado propriamente dito; iii) Processamento de Erros Grosseiros.iii) Processamento de Erros Grosseiros. i) Análise de Observabilidade - verifica se as informações contidas nas telemedidas são suficientes para o cálculo das tensões complexas em todas as barras do sistema. Em caso negativo, o algoritmo deve indicar ou as ilhas observáveis do sistema interno, ou as pseudo-medidas (dados históricos ou de previsão de carga) necessárias para restauração da observabilidade.
  26. 26. Funções do Sistema de Análise de Redes • Processo de Estimação de Estado: - Responsável pelo processamento de medidas e informações redundantes e contaminadas por ruído, com a finalidade de fornecer a melhor estimativa para as tensões complexas (variáveis de estado) nas barras pertencentes ao sistema interno. i) Análise de Observabilidade; ii) Estimação de Estado propriamente dito; iii) Processamento de Erros Grosseiros.iii) Processamento de Erros Grosseiros. ii) Estimação de Estado propriamente dito - através da representação matemática do SEP em equações algébricas não-lineares, realiza-se o cálculo das variáveis de estado da porção observável do sistema;
  27. 27. Funções do Sistema de Análise de Redes • Processo de Estimação de Estado: - Responsável pelo processamento de medidas e informações redundantes e contaminadas por ruído, com a finalidade de fornecer a melhor estimativa para as tensões complexas (variáveis de estado) nas barras pertencentes ao sistema interno. i) Análise de Observabilidade; ii) Estimação de Estado propriamente dito; iii) Processamento de Erros Grosseiros.iii) Processamento de Erros Grosseiros. iii) Processamento de Erros Grosseiros - é responsável pela detecção e identificação de medidas com grau de imprecisão muito maior do que o suportado pelo modelo de medição, ou seja, de medidas portadoras de erros grosseiros (EGs). Caso o algoritmo detecte e identifique alguma medida com EG, esta é removida e as variáveis de estado são estimadas novamente.
  28. 28. Funções do Sistema de Análise de Redes • Programa de Previsão de Carga: - baseia-se na previsão de demanda da rede supervisionada e da não supervisionada. Este programa é utilizado pelo Controle Automático de Geração (CAG) para melhor balancear a potência gerada com a carga demandada, e, consequentemente, evitar alterações bruscas na freqüência do sistema interligado. O programa de previsão de carga possibilita, ainda, a previsão da demanda por barra do sistema interligado, através dos fatores de distribuição, obtidos pelas análises das curvas de consumo (diário-semanais).(diário-semanais). • Fluxo de Carga (ou Potência): - visa à determinação das tensões complexas (magnitudes e ângulos) de todas as barras da rede interna e/ou externa do SEP. Para isto, o configurador deve conter, previamente, informações a respeito da topologia e da previsão de carga da rede externa. - Neste programa, as tensões complexas são obtidas pela execução do algoritmo de fluxo de carga, considerando as barras da rede interna como referências (a partir dos resultados do estimador de estado), e as da rede externa dos tipos PV ou PQ. Também pode ser utilizado na verificação dos efeitos de ações de controles preventivos ou corretivos, antes mesmo de os mesmos serem executados.
  29. 29. Funções do Sistema de Análise de Redes • Programa de Análise de Segurança: - Este programa caracteriza-se pela determinação da segurança do sistema elétrico através da análise de um conjunto de contingências previamente estabelecidas. Dessa forma o programa de análise de segurança é constituído por subprogramas, ou rotinas específicas, responsáveis pela seleção e simulação das contingências mais plausíveis de ocorrer. Estas simulações podem ser divididas em estáticas ou dinâmicas. i) Simulações Estáticas: - desprezam o comportamento dinâmico dos elementos dos sistemas- desprezam o comportamento dinâmico dos elementos dos sistemas elétricos, representando tais sistemas através de equações algébricas não-lineares ou lineares. - Apesar das aproximações na modelagem matemática, as simulações estáticas dão um bom indicativo do comportamento dos sistemas elétricos e, além disso, suas exigências computacionais viabilizam suas utilizações em tempo-real. - Dentre as análises que englobam esse tópico pode-se citar: a Análise de Instabilidade (ou colapso) de Tensão, Análise de Fluxo de Potência e de Estimação de Estado sob condições de contingências de equipamentos (perda de geradores, linhas, trafos, medidores, UTRs, etc); a Análise e Detecção de Ilhamento Elétrico e Identificação de Ramos Críticos (ou Linhas Críticas).
  30. 30. Funções do Sistema de Análise de Redes • Programa de Análise de Segurança: - Este programa caracteriza-se pela determinação da segurança do sistema elétrico através da análise de um conjunto de contingências previamente estabelecidas. Dessa forma o programa de análise de segurança é constituído por subprogramas, ou rotinas específicas, responsáveis pela seleção e simulação das contingências mais plausíveis de ocorrer. Estas simulações podem ser divididas em estáticas ou dinâmicas. i) Simulações Dinâmicas: - exigem grande esforço computacional, já que o comportamento- exigem grande esforço computacional, já que o comportamento dinâmico dos elementos não é desprezado, fazendo-se com que os sistemas elétricos sejam representados através de equações diferencias. - Dentre as análises de simulações dinâmicas, enquadram-se: o problema de estabilidade à pequenas perturbações e estabilidade transitória
  31. 31. Funções do Sistema de Análise de Redes • Programa de Análise de Segurança: • Controle Preventivo: - Caso a análise de segurança acuse que o sistema elétrico em análise esteja vulnerável a uma dada contingência, o próximo passo é determinar as ações que devem ser tomadas para levar o sistema ao estado de segurança, se isto for possível. - Para determinar as melhores estratégias preventivas a serem tomadas, executa-se novamente simulações estáticas e dinâmicas. - Após tais simulações, as ações preventivas são implementadas.- Após tais simulações, as ações preventivas são implementadas. • Programa de Carga Ótimo: - é comumente utilizado para se determinar quais as melhores estratégias de controle corretivo ou preventivo devem ser tomadas pela operação e suas conseqüências para o sistema. - Neste aplicativo, busca-se encontrar uma solução ótima que satisfaça as restrições de operação, de cargas, e de segurança, sem alterar em demasia o ponto de operação do sistema. A ele, podem-se agregar fatores econômicos, de modo a diminuir os custos operativos.
  32. 32. 5. Gestão de Energia no Sistema Elétrico Brasileiro • Setor Elétrico Brasileiro (SEB): - Opera sob concessão, autorização ou permissão do Estado; - Atualmente atende 98% da população; - Marco regulatório do SEB foi consolidado pela Lei No.10.848 de 15 de Março de 2004. • Marco Regulatório: - Um dos aspectos principais deste marco: Operação sistêmica da Rede de Transmissão e Despacho Centralizado da Geração
  33. 33. • ONS (regido pela Lei nº 9.648) - Responsável pela Gestão de Energia das instalações de Geração e Transmissão de energia elétrica no Sistema Interligado Nacional (SIN), compreendendo as seguintes atividades: Coordenação; Controle; 5. Gestão de Energia no Sistema Elétrico Brasileiro Controle; Planejamento Programação - Está sob a fiscalização e regulação da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL)
  34. 34. Exemplo de Hierarquia da Operação ONS => Agentes (de geração e transmissão) CNOS Centro Nacional de Operação do Sistema Brasília DF 5. Gestão de Energia no Sistema Elétrico Brasileiro Regional Sul Florianópolis SC Regional Sudeste Rio Janeiro. RJ Regional Norte Belém. PA Regional Nordeste Recife. PE COS-SP CENTRO DE OPERAÇÃO CESP Usina Ilha Solteira Usina Três Irmãos Usina Jupiá Usina P. Primavera Usina Jaguari Usina Paraibuna Regional CTEEP Bauru Regional CTEEP Cabreuva
  35. 35. Modelo Institucional do Setor Elétrico Brasileiro: • Institucionaliza e define responsabilidades entre entidades da estrutura do setor elétrico. • Resolução CNPE No. 005, de 21 de Julho de 2003 versa sobre: 5. Gestão de Energia no Sistema Elétrico Brasileiro
  36. 36. Modelo Institucional do Setor Elétrico Brasileiro: 5. Gestão de Energia no Sistema Elétrico Brasileiro Fig. 5: Instituições principais do modelo do setor elétrico nacional
  37. 37. Modelo Institucional do Setor Elétrico Brasileiro: • Conselho Nacional de Política Energética (CNPE): - é um órgão de assessoramento interministerial à Presidência da República, regido pela Lei nº 9.478. Atua através da elaboração de políticas e diretrizes para o aproveitamento dos recursos energéticos, principalmente do petróleo e seus derivados como o 5. Gestão de Energia no Sistema Elétrico Brasileiro energéticos, principalmente do petróleo e seus derivados como o gás natural no Brasil e não somente da energia elétrica. • Ministério de Minas e Energia (MME) : - é responsável por formular e implantar as políticas elaboradas pelo CNPE, além de monitorar os suprimentos de energia nacional e planejar a sua utilização, inclusive em aproveitamento de recursos hidráulicos.
  38. 38. Modelo Institucional do Setor Elétrico Brasileiro: • Comitê de Monitoramento do Setor Elétrico (CMSE): - Está no mesmo âmbito do MME. Avalia continuamente as reservas eletroenergéticas do país. Também é sua atribuição acompanhar a geração, transmissão, distribuição e comercialização de energia elétrica, além da sua importação e 5. Gestão de Energia no Sistema Elétrico Brasileiro comercialização de energia elétrica, além da sua importação e exportação. • Empresa de Pesquisa Energética (EPE) : - Foi criada através da Lei nº 10.847. É responsável por pesquisas e estudos de planejamento do setor eletroenergético para subsidiar a implantação de ações definidas pelo MME, elaborar e publicar o Balanço Energético Nacional (BEN) e determinar o aproveitamento ótimo dos potenciais hidráulicos.
  39. 39. Modelo Institucional do Setor Elétrico Brasileiro: • Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL): - Teve início em 1996, através da Lei 9.247 e também é vinculada ao MME. Suas funções são fiscalizar e regular a geração e transmissão de energia elétrica, mediar conflitos entre agentes do setor elétrico e consumidores. 5. Gestão de Energia no Sistema Elétrico Brasileiro consumidores. - Exclusivamente para os consumidores, deve garantir a qualidade do serviço prestado pelas concessionárias, promover tarifas justas, exigir investimentos dos agentes e estimular a competição entre eles. • Câmara de Comercialização de Energia Elétrica (CCEE): - Atua desde o Decreto nº 5.177, sob tutela da ANEEL, e é uma entidade sem fins lucrativos, que tem o propósito de viabilizar a comercialização de energia elétrica através do Sistema Interligado Nacional (SIN), intermediando compra e venda de energia e todo o processo contratual.
  40. 40. Fig. 6: Integração Eletro-energética no Brasil
  41. 41. Fig. 7: Sistema Interligado Nacional (SIN) – Horizonte 2013
  42. 42. Fig. 8: Oferta de Energia Elétrica por Fonte – 2010. Fonte: Empresa de Pesquisa Energética (2011, p. 16)
  43. 43. Referências Bibliográficas ABUR, A. & EXPÓSITO, A.G. (2004). Power system state estimation: theory and implementation. Marcel & Dekker Publishers, Nova York, EUA AZEVEDO, G. P.; OLIVEIRA FILHO, A. L. (2001) Control Centers with Open Archictectures. IEEE Computer Applications in Power Transaction on Power, p.27-32, outubro. DY LIACCO, T. E. (1974). Real-Time Computer Control of Power Systems. Proceedings of the IEEE, Vol. 62, no7, p.884-891, julho. MONTICELLI, A. (1999). State Estimation in Electric Power Systems: A Generalized Approach. Kluwer Academic Publishers, Massachusetts, USA. MONTICELLI, A. (2000). Electric Power System State Estimation. Proceedings of the IEEE, Vol. 88, No 2, fevereiro.88, N 2, fevereiro. MONTICELLI, A. J. (1983). “Fluxo de Carga em Redes de Energia Elétrica”, São Paulo - Brasil: Edgard Blucher. WU, F. F.; MOSLEHI, K.; BOSE, A. (2005). Power System Control Centers: Past, Present, and Future. Proceedings of the IEEE, Vol. 93, No11, p.1890-1908, novembro. WU, F. F. (1988). Real-time network security monitoring, assessment and optimization. Electrical Power and Energy Systems, Vol. 10, No 2, p.83-100, Abril. ONS - OPERADOR NACIONAL DO SISTEMA ELÉTRICO (2009). Procedimento de Redes. Revisão 2009. Endereço na Internet: http://www.ons.org.br. EPE – Empresa de Pesquisa Energética (2011). Endereço na Internet: http://www.epe.gov.br.
  44. 44. CANAL DE COMUNICAÇÃO ATRAVÉS DE MICRO ONDAS, LEVANDO SINAIS DE PULSOS PARA ALTERAR A GERAÇÃO DA USINA, DISTÂNCIA DE APROXIMADAMENTE 500KM G USINA ILHA SOLTEIRA COS-SP BOM JARDIM USINA QUE OPERA NO CONTROLE AUTOMÁTICO DE GERAÇÃO SISTEMA DE SUPERVISÃO E CONTROLE AUTOMÁTICO DA GERAÇÃO UTR UTR RV FREQÜÊNCIA 60 Hz, NÃO É ENVIADO PULSOS PARA ALTERAR GERAÇÃO FREQÜÊNCIA 59,90 Hz, É ENVIADO PULSOS PARA AUMENTAR A GERAÇÃO ENTRANDO CARGA FREQÜÊNCIA 60,10 Hz, É ENVIADO PULSOS PARA DIMINUIR A GERAÇÃO SAINDO CARGA
  45. 45. 45000 50000 55000 MW Durante o 1º tempo, queda na carga do Brasil de 993MW, devido grande concentração de pessoas diante da televisão, aparelho de baixo consumo, onde apagaram a iluminação dos outros cômodos.Durante o intervalo, aumento na carga do Brasil de 3183MW, devido grande números de pessoas, deslocarem ao mesmo tempo para outros cômodos, ascendendo a iluminação, abrindo a geladeira, utilizando o micro ondas e outros. Durante o 2º tempo queda na carga de 2222MW, em função das pessoas retornarem para diante da televisão. No final do jogo aumento na carga em 4210MW em 13 Minutos, em função das pessoas deslocarem para outros cômodos, ascendendo iluminação, abrindo geladeira , utilizando o micro ondas e o chuveiro elétrico Essas variações bruscas de carga, requer uma atenção especial das equipes de operação, pois ocorrem variações rápidas na freqüência, devendo as equipes atuarem rapidamente nos ajustes de geração. Azul: dia normal COMPORTAMENTO DA CARGA DURANTE O JOGO DA COPA DO MUNDO BRASIL E TURQUIA 25000 30000 35000 40000 45000 00:00 01:05 02:10 03:15 04:20 05:25 06:30 07:35 08:40 09:45 10:50 11:55 13:00 14:05 15:10 16:15 17:20 18:25 19:30 20:35 21:40 22:45 23:50 Hora Inicio 1º tempo término 1º tempo Inicio 2º tempo término 2º tempo Vermelho: dia de jogo
  46. 46. 59,85 59,90 59,95 60,00 60,05 60,10 60,15 06:01 06:04 06:07 06:10 06:13 06:16 06:19 06:22 06:25 06:28 06:31 06:34 06:37 06:40 06:43 06:46 06:49 06:52 06:55 06:58 Freqüência no SIN (06h00 às 07h00) COMPORTAMENTO DA FREQÜÊNCIA DURANTE O JOGO DA COPA DO MUNDO BRASIL E TURQUIA 06:01 06:04 06:07 06:10 06:13 06:16 06:19 06:22 06:25 06:28 06:31 06:34 06:37 06:40 06:43 06:46 06:49 06:52 06:55 06:58 Verificada Lim. Inf. Reg. Permanente Lim. Sup. Reg. PermanenteFreqüência no SIN (07h00 às 08h00) 59,85 59,90 59,95 60,00 60,05 60,10 60,15 07:01 07:04 07:07 07:10 07:13 07:16 07:19 07:22 07:25 07:28 07:31 07:34 07:37 07:40 07:43 07:46 07:49 07:52 07:55 07:58 (Hz) Verificada Lim. Inf. Reg. Permanente Lim. Sup. Reg. Permanente

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