Embed Size (px)
Citation preview
ANÁLISE INTELIGENTE DE MEDIÇÕES COM IDENTIFICAÇÃO DAS
CONDIÇÕES CRÍTICAS DOS SISTEMAS ELÉTRICOS
Ana Paula Brentan de Oliveira
ISA CTEEP
RESUMO DO ARTIGO:
Atualmente está disponível uma infinidade de dados obtidos através de medições das
grandezas elétricas nos sistemas de transmissão de energia, entretanto soluções para
viabilizar a análise e gerar informações concretas com base nesses dados ainda não
são adequadamente exploradas. O trabalho deseja expor uma solução desenvolvida
na ISA CTEEP que através de linguagem e estruturas de livre acesso, viabilizou-se a
divulgação corporativa das medições com informações relevantes.
A solução disponibiliza informações sobre quando ocorreram as máximas medições e
indica se existiram violações de capacidade operativa em regime normal de operação
ou em contingência. O sistema realiza simultaneamente a análise para todas ou uma
seleção de linhas de transmissão e/ou transformações.
O sistema foi desenvolvido utilizando a linguagem de programação Python, a qual
atualmente, segundo o Institute of Electrical and Electronics Engineers - IEEE
Spectrum [1], é a linguagem mais utilizada nos desenvolvimentos web e enterprise,
trata-se de uma linguagem livre e multiplataformas que viabilizou disponibilizar a
solução em rede corporativa na companhia.
A proposta contribui para fornecer subsídios para tomadas de decisões das áreas de
Planejamento da Expansão, Operação e Gestão de Ativos. Antes do trabalho as
informações eram fornecidas via relatórios estáticos e anualmente, elaborados em
editor de planilhas. A solução agiliza a análise de medições e proporciona a obtenção
de informações em períodos dinâmicos.
PALAVRAS-CHAVE: Medições, Análise, Inteligente, Condições Críticas
ANÁLISE INTELIGENTE DE MEDIÇÕES COM IDENTIFICAÇÃO DAS
CONDIÇÕES CRÍTICAS DOS SISTEMAS ELÉTRICOS
1. INTRODUÇÃO
Os sistemas de transmissão desempenham papel fundamental no suprimento da demanda de energia elétrica, conectando os centros de geração e consumo através de diversas estruturas, linhas e equipamentos. Restrições de investimento na expansão e manutenção do setor de transmissão, por motivos: financeiros, ambientais e/ou jurídicos, podem desalinhar o crescimento de demanda com a expansão da infraestrutura de transmissão. Segundo informações da Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL, no último levantamento elaborado pela equipe de fiscalização em 2017, indicou atraso em 43% nas obras de construção de linhas de transmissão em andamento [2]. As consequências são vivenciadas na operação do sistema, na medida em que se aproxima dos limites de transferência de energia, podendo ocasionar o fenômeno denominado sobrecarga. Para evitar que as sobrecargas gerem perturbações, desgastes ou redução de vida útil e assim comprometam a segurança e confiabilidade do sistema de transmissão, são necessárias ações de monitoramento e medidas operativas para intervenções no sistema. As equipes de estudos de operação e proteção realizam análises de planejamento da operação elétrica em diversos horizontes e cenários, para desenvolver as análises operativas observa-se frequentemente as medições de corrente e potência elétrica medidas e/ou simuladas no sistema de transmissão. O trabalho contempla uma solução para aprimorar a busca das medições armazenadas, realizar simulações e comparações entre os limites operativos e os verificados, em determinados períodos de interesse. Por fim, contribuir com mais informações para diversas áreas, que tem suas atividades influenciadas devido as condições críticas do sistema, subsidiando as tomadas de decisões e norteando as ações de ampliações, melhorias e reforços nos sistemas elétricos. Antes do trabalho, as análises eram realizadas pelos engenheiros, através do manuseio de medições armazenadas nos bancos de dados com uma interface no editor de planilhas Excel. O processo requer licença de acesso; localizar cada endereço de medição no banco de dados; elaborar lógica de seleção das informações; elaboração e formatação de gráficos, de acordo com as necessidades. Ao longo do ano, o processo se repete para os diversos ativos da companhia, inclusive com elaboração de um relatório anual, enviado as gerências e áreas de interesse, que analisa as violações de carregamento nas linhas e equipamentos da rede, buscando compreender as condições que o sistema está operando. O trabalho disponibilizou uma solução que otimiza a obtenção dos resultados de desempenho do sistema em relação ao carregamento, os limites operacionais, medições e/ou simulações, sempre destacando as condições críticas.
2. PREMISSAS E DEFINIÇÕES
Para desenvolver a solução foi necessária a definição de premissas e critérios para permitir uma padronização a fim de proporcionar o desenvolvimento de códigos computacionais. As linhas de transmissão e transformações podem ter duas características principais, ligação sistêmica (anel) ou radial. Sistêmica indica que a linha e a transformação possuem fluxo de corrente elétrica em ambos os sentidos e radial o fluxo possui sentido único, tal característica interfere nas análises de contingências. Outro critério importante é a definição da quantidade de unidades de transformações na subestação ou quantidade de circuitos nas linhas de transmissão, pois na análise de contingências verifica-se a capacidade dos transformadores e circuitos para suportar a demanda remanescente. A seguir explora-se em cada item as informações desejadas para cada tipo de linha e transformação considerando a ligação (sistêmica ou anel) e a quantidade de unidades de transformação e circuitos: I - Linhas Sistêmicas Característica: Fluxo de corrente elétrica em ambos os sentidos, com circuito único ou múltiplos. Análises:
Máxima medição de potência ou corrente elétrica em relação percentual ao limite;
Data da máxima medição;
Condição do sistema na máxima medição;
Quantidade de dias com violações.
Figura 1: Diagrama - Exemplo de linha sistêmica.
Fonte: ISA CTEEP,2018.
II- Linhas Radiais Característica: Fluxo de corrente elétrica em sentido único, com múltiplos circuitos. Análises:
Máxima medição de potência ou corrente elétrica em relação percentual ao limite;
Data da máxima medição;
Condição do sistema na máxima medição;
Quantidade de dias com violações;
Máxima do somatório dos circuitos – simulação de contingência;
Data da máxima do somatório dos circuitos – simulação de contingência.
Figura 2: Diagrama – Exemplo de linhas radiais.
Fonte: ISA CTEEP, 2018.
III- Unidades de transformações sistêmicas Característica: Unidade ou unidades de transformação com ligação sistêmica (anel). Análises:
Máxima medição de potência ou corrente elétrica em relação percentual ao limite;
Data da máxima medição;
Condição do sistema na máxima medição;
Quantidade de dias com violações.
Figura 3: Diagrama - Exemplo de unidades de transformações sistêmicas.
Fonte: ISA CTEEP, 2018.
IV- Unidades transformações radiais Característica: Mais de uma unidade de transformação paralelas para atendimento de carga. Análises:
Máxima medição de potência ou corrente elétrica em relação percentual ao limite;
Data da máxima medição;
Condição do sistema na máxima medição;
Quantidade de dias com violações;
Máxima do somatório das transformações – simulação de contingência;
Data da máxima do somatório das transformações – simulação de contingência.
Figura 4: Diagrama - Exemplo de unidades de transformações radiais.
Fonte: ISA CTEEP, 2018.
V- Unidade de transformação radial Característica: Única transformação. Análises:
Máxima medição de potência ou corrente elétrica em relação percentual ao limite;
Data da máxima medição;
Quantidade de dias com violações.
Figura 5: Diagrama – Exemplo de unidade de transformação radial.
Fonte: ISA CTEEP, 2018.
VI- Alimentadores Característica: Circuito único de atendimento de cargas de distribuição. Análises:
Máxima medição de corrente elétrica em relação percentual ao limite;
Data da máxima medição;
Quantidade de dias com violações.
Figura 6: Diagrama – Exemplo de alimentadores.
Fonte: ISA CTEEP, 2018.
A Tabela 1 define os critérios utilizados para selecionar as melhores informações, a fim de utilizar apenas as medições coerentes e eliminar possíveis equívocos que interfiram de forma negativa nas conclusões e indicações de condições críticas falsas.
Tabela 1: Critérios para definir informações.
Fonte: Autora.
Informações Critério Linhas de Transmissão / Transformações
Máxima medição de potência ou corrente
elétrica em relação percentual ao limite [%]Máxima medição até 150% maior que o limite nominal
Linhas Sistêmicas
Linhas Radiais
Transformações Sistêmicas
Transformações Radiais
Única Transformação
Alimentadores
Data da máxima mediçãoData da máxima medição definida, conforme critério do
item anterior
Linhas Sistêmicas
Linhas Radiais
Transformações Sistêmicas
Transformações Radiais
Única Transformação
Alimentadores
Condição do sistema na máxima medição
Verifica as medições de todos os circuitos na data da
máxima medição.
Contingência: Se algum circuito estiver com
medições entre 0 ou 0,5% do limite nominal da função
de transmissão.
Regime Normal: Todos circuitos com valores acima
de 0,5% do limite nominal da função de transmissão.
Linhas Sistêmicas
Linhas Radiais
Transformações Sistêmicas
Transformações Radiais
Quantidade de dias com violaçõesSoma quantos dias as medições atingiram entre 100 à
150% o limite nominal da função de transmissão.
Linhas Sistêmicas
Linhas Radiais
Transformações Sistêmicas
Transformações Radiais
Única Transformação
Alimentadores
Máxima do somatório dos circuitos – simulação
de contingência
Máximo valor da somatória das medições dos circuitos
até 250% maior que o limite nominal da função de
transmissão.
Linhas Radiais
Transformações Radiais
Data da máxima do somatório dos circuitos –
simulação de contingência
Data da considerada máxima medição em
contingência simulada.
Linhas Radiais
Transformações Radiais
Limite operativo mais crítico Cadastrado no banco de dados da operação
Linhas Sistêmicas
Linhas Radiais
Transformações Sistêmicas
Transformações Radiais
Única Transformação
Alimentadores
Componente limitador Cadastrado no banco de dados da operação
Linhas Sistêmicas
Linhas Radiais
Transformações Sistêmicas
Transformações Radiais
Única Transformação
Alimentadores
Uma vez que os sistemas de medições são susceptíveis a geração de medições incoerentes, proveniente de ruídos e/ou interferências, torna-se essencial o desenvolvimento lógicas de análise que contemple essa visão. A principal premissa da solução foi identificar com assertividade as medições que realmente ultrapassaram os limites operativos, retirando a menor quantidade de medições possíveis e disponibilizando gráficos para auxiliar na validação da coerência dos dados.
3. DESENVOLVIMENTO
A solução PI System permite o armazenamento e a consulta das medições de todas as instalações de transmissão ISA CTEEP. O PI System é uma solução baseada em servidores com estrutura de acesso aos dados por interfaces e protocolos, possibilitando desenvolver uma visão e gestão dos ativos. Um exemplo de interface é o PI Datalink, via editor de planilhas Excel.
Figura 7: Representação da solução PI System.
Fonte: OSISoft, 2017 [3].
Há uma solução de acesso disponível via mecanismo de comunicação cliente/servidor (socket) via rede ao PI Server, que permite acesso às medições. Essa solução utiliza protocolo Transmission Control Protocol/Internet Protocol - TCP/IP. Assim, podem-se desenvolver ferramentas computacionais robustas e inteligentes, gerando uma alternativa de acesso as medições e disponibilizando em rede corporativa. A solução computacional utiliza-se de linguagem de programação Python, livre e multiplataformas. Para o desenvolvimento utilizou-se a estrutura Django baseada em Python que une estruturas específicas como: banco de dados, views, Uniform Resource Locator - URL, HyperText Markup Language – HTLM e servidor para soluções web [4]. Com as premissas e definições elaborou-se a infraestrutura apresentada no fluxograma da Figura 8.
Figura 1: Fluxograma da solução desenvolvida.
Fonte: Autora.
O sistema é composto por uma interface de gestão para controle de usuários, formulário de cadastro para as linhas de transmissão e/ou transformações e controle de alterações. A lógica desenvolvida na solução consiste em realizar acessos ao banco de dados das medições ISA CTEEP, processar os dados recebidos e disponibilizar um resumo das condições críticas, além disso é possível gerar gráficos para cada Linha de Transmissão – LT e Transformação – TR com todas as medições. A infraestrutura computacional da solução foi instalada em um servidor no departamento de Operação ISA CTEEP, é gerenciada pelos colaboradores do departamento e está disponível em rede corporativa nos navegadores web através de um link (http://10.118.22.94/top/FP/). Na Figura 9, é possível observar a interface desenvolvida para realizar as consultas, através de um navegador web.
Figura 2: Interface – Fluxo de Potência Identificação de Condições Críticas.
Fonte: Autora.
Na página inicial, constam todas as LTs e TRs cadastrados no banco de dados, separadas de acordo as características. É possível adicionar LTs e TRs e modificar os cadastros na interface Gestão com perfil administrador. Primeiro o usuário seleciona as LTs e/ou TRs que deseja consultar, basta clicar no checkbox na frente de cada LT e/ou TR, além disso, é possível selecionar todas as LTs e/ou TRs por grupo clicando no checkbox dos títulos, conforme Figura 10.
Figura 3: Figura 4: Seleção das FTs.
Fonte: Autora.
O período de análise é definido nos campos Data Inicial, Data Final e Intervalo, conforme é possível observar na Figura 11. Estes campos são preenchidos automaticamente com o último mês, porém deve-se alterar conforme o objetivo da consulta.
Figura 4: Definição do período.
Fonte: Autora.
Clicando no botão ‘Consultar’, inicia-se o processamento. O tempo é proporcional à quantidade de LTs e/ou TRs selecionados, a próxima página trata-se do resultado.
Figura 12: Interface – Resultados.
Fonte: Autora.
De acordo com os critérios da Tabela 1, as informações são exibidas. As linhas das tabelas
são coloridas para identificar as condições rapidamente, os itens vermelhos são violações em
regime normal de operação, os em laranja representam violações em contingência e os verdes
não apresentaram nenhum tipo de violação.
É possível observar as medições e as simulações em um gráfico, clicando na coluna inicial de
cada LT e/ou TR com a finalidade de observar o perfil do carregamento e verificar a coerência
dos dados, conforme as Figuras 13 e 14.
Figura 13: Seleção do gráfico.
Fonte: Autora.
Figura 14: Gráfico das medições e simulação.
Fonte: Autora.
4. RESULTADOS
Em 2017, foi a primeira vez que o estudo elaborado anualmente na área de Estudos de Operação e Proteção contou com auxílio de uma ferramenta automática para analisar as medições de todas as linhas e transformações do sistema ISA CTEEP, reduzindo significativamente o tempo dedicado na elaboração do relatório. A aplicação da solução nesse processo ofereceu subsídios para implantar as primeiras melhorias na solução elaborada, adequando-a as necessidades práticas.
A área de Análise de Desligamentos utiliza o estudo das medições para elaborar as recomendações nos documentos de intervenções no sistema ISA CTEEP, a solução foi apresentada para área contribuindo para agilizar os processos. Apresentou-se a solução para o Centro de Operação da Transmissão – COT, assim os operadores do sistema podem compreender com agilidade o comportamento do carregamento de uma linha de transmissão e/ou transformação momentos que antecederam uma perturbação. Assim, o trabalho auxilia as decisões de transferência, remanejamento e corte de carga em tempo real.
Os operadores podem fornecer informações para os demais agentes quando solicitado de maneira rápida e eficiente. Por exemplo, uma solicitação recorrente das distribuidoras é a máxima medição de um alimentador, para viabilizar transferências de carga via rede de distribuição, pois o controle e medição da saída de determinados alimentadores é pela ISA CTEEP.
A solução oferece subsídios às áreas de Planejamento da Expansão e Gestão de Ativos para identificar áreas críticas que precisam receber ampliações, reforços ou melhorias, compreendendo os cenários e períodos que as condições críticas são observadas.
Destaca-se os ganhos auferidos no tempo de elaboração dos levantamentos, antes da solução era necessário dedicar-se na busca e interpretação das medições de cada linha de transmissão e/ou transformação estudado, via planilhas. Atualmente com redução de 97% do tempo anteriormente utilizado, o sistema elabora com mais precisão e informações, relatórios detalhados de um grupo de linhas de transmissão e/ou transformações. A análise das medições faz parte dos processos de diversas áreas dentro de uma companhia de transmissão de energia, seja para controle técnico ou financeiro. Destaca-se nesse trabalho os recursos e resultados obtidos. A utilização de uma linguagem de programação inovadora, Python, que permitiu disponibilizar a solução na rede corporativa e como resultado a disseminação de informações pertinentes para diversas áreas. A dificuldade atual é a capacidade de interpretar e utilizar o aglomerado de medições existentes, com a análise disponível de maneira dinâmica, existem mais subsídios para tomadas de decisões e orientação com base em dados concretos, medições, as quais retratam com fidelidade as condições dos sistemas elétricos. Utilizando o mesmo método é possível desenvolver outros trabalhos de análise de medições, de acordo as necessidades dos processos, além de permitir aplicação de inovações nos processos de Projetos, Operação e Manutenção.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] DIAKOPOULOS, Nick; CASS, Stephen. Institute of Electrical and Electronics Enginners -
IEEE (Org.). Interactive: The Top Programming Languages 2017. Disponível em:
<https://spectrum.ieee.org/static/interactive-the-top-programming-languages-2017>. Acesso
em: 15 jul. 2018.
[2] VIEIRA, Isabela. Painéis de Acompanhamento dos Empreendimentos de
Transmissão. Disponível em: <www.aneel.gov.br/paineis-transmissao>. Acesso em: 15 jul.
2018.
[3] OSISoft (Org.). Infraestrutura de Dados. Disponível em: <http://pages.osisoft.c om/data-
infrastructure_pt.html>. Acesso em: 15 jul. 2018.
[4] DJANGO (Org.). Django makes it easier to build better Web apps more quickly and with less code. Disponível em: <https://www.Djangoproject.com/>. Acesso em: 21 maio 2017.
BIOGRAFIA DA AUTORA
ANA PAULA BRENTAN DE OLIVEIRA é Engenheira Eletricista, graduada pela Faculdade de Engenharia de Sorocaba – FACENS em dezembro de 2017 na modalidade eletrotécnica e eletrônica. Trabalha na empresa ISA CTEEP desde 2016, atuando na área da Avaliação da Operação e Proteção. Atuou ou tem experiência nas áreas de Processos de Distribuição, Estudos de Operação e Proteção.
E-mail: [email protected]
Fone: (11) 4589-6587
