* Bolsista de Iniciação Científica PIBIC/CNPq

Uma ferramenta interativa para modelagem e simulação de confiabilidade de sistemas elétricos

Antonio Castelo Filho Luiz Carlos Lucca*

Instituto de Ciências Matemáticas e Computação, ICMC, USP

13566-590, São Carlos, SP

E-mail: castelo@icmc.usp.br, llucca@icmc.usp.br

RESUMO

Muitas são as aplicações que necessitam uma de representação por grafos, seja para

otimização, simulação ou para simples visualização. Com o desenvolvimento de teorias

computacionais, tais como estrutura de dados, interação usuário computador, visualização

científica e de informações, engenharia de software, entre outras, da teoria dos grafos e da

capacidade computacional dos novos computadores, vários problemas que podem ser

modelados por grafos podem ser resolvidos utilizando ferramentas computacionais interativas.

Muitos problemas também podem ter uma representação equivalente tendo apenas os atributos e

métodos distintos para diferenciá-los. Este trabalho apresenta uma ferramenta interativa para a

modelagem e simulação de problemas que podem ser representados por grafos. Mais

especificamente, uma aplicação em confiabilidade de sistemas elétricos é apresentada.

Palavras-chave: computação gráfica, estrutura de dados, interface gráfica, confiabilidade,

sistemas elétricos, categoria 2.

1. Introdução

Sistemas elétricos é um conjunto de equipamentos interligados pela rede elétrica que

convertem, geram e consomem energia. Uma vez estes equipamentos energizados, pode-se

obter diversas informações à cerca da confiabilidade e autonomia elétrica: falhas passivas (que

afetam um único elemento) ou falhas ativas (que provocam falha em cadeia) podem ser obtidas

analisando a maneira com que os elementos foram interligados; se podemos melhorar a

confiabilidade do sistema pode garantir que ao ocorrer uma contingência (falha) ainda pode-se

suprir a demanda de energia e assim, evitar multas dos órgãos de fiscalização, além de garantir

que a organização dos equipamentos possa ser ideal. Este projeto modela matematicamente os

equipamentos elétricos, as taxas de falha e a estrutura de dados para representação dos

equipamentos, além de fornecer uma interface gráfica, permitindo fácil interatividade com o

usuário.

2. Metodologia

A relação entre equipamentos, suas ligações e confiabilidade do sistema pode ser

expressa utilizando a estrutura de grafos [1]: mapeados os vértices (equipamentos) e as arestas

(ligações) pode-se aplicar algoritmos [2] sobre a estrutura, de modo a obtermos os dados

necessários para a análise de risco de um sistema elétrico. Cada vértice deve possuir

características comuns, como taxa de falha, tensão, etc. (a taxa de falha se baseia em estatísticas

colhidas em campo, registrando as características da falha, período do ano, condições climáticas

e tempo de vida do equipamento). Porém, cada elemento possui características únicas como, por

exemplo, o estado (aberto/fechado) de uma chave. Cada aresta pode representar uma simples

ligação ou pode possuir características únicas como, por exemplo, a tensão máxima suportada;

além disso, pode-se expressar o grafo correspondente a um sistema elétrico como um grafo

orientado, no sentido de garantir que o fluxo deve ser contínuo e único em certos equipamentos

como, por exemplo, em fontes, pois elas apenas geram energia.

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Além do mapeamento matemático e dos algoritmos de confiabilidade criados, a interação do

usuário com o sistema deve satisfazer alguns princípios básicos de usabilidade: em HCI (Human

Computer Interaction), o termo interface se refere ao estudo dos meios de interação entre os

usuários e o sistema que eles operam [3].

O desenvolvimento de técnicas de manipulação de grafos e da própria área de

visualização permitiu que novos paradigmas de representação surgissem. Bons exemplos de

plataformas que manipulam estes conjuntos de dados podem ser encontrados sem nenhuma

dificuldade pela internet; como exemplo, podemos citar a PEX (Projection Explorer) [4], que

possui várias técnicas de visualização e clusterização implementadas e o Simulink que e uma

ferramenta integrada ao MatLab que representa sistemas de engenharia. Como o

desenvolvimento das ferramentas tende a ser gradual, é de fundamental importância garantir que

o sistema possa ser expansível e de fácil manutenção. Nesse sentido padrões de arquitetura de

engenharia de software, como o MVC (Model, View, Controller) podem garantir que isso seja

possível.

O MVC é um padrão de arquitetura de software que separa a lógica de negócio

(estrutura de dados e modelagem) da lógica de apresentação (visualização), permitindo o

desenvolvimento, teste e manutenção isolados de ambos. O sistema possui separação visível

destas duas partes; assim, separamos a estrutura de dados da visualização mantendo um

controlador que faz interface com ambos.

3. Resultados

Abaixo uma imagem do sistema criado: através da estrutura de dados pode-se obter

características do grafo (visualmente representado por equipamentos elétricos e arestas), como

confiabilidade, contingência simples e dupla, equipamentos isolados, sobrecarga, etc.

4. Referências

[1] Data Structures and Algorithms. Addison-Wesley, 1983.

[2] Algorithmic Graph Theory. Cambridge University Press, 1985.

[3] Human-Computer Interaction (3rd Edition). Prentice Hall, 2003.

[4] Fernando Vieira Paulovich, Maria Cristina F. Oliveira, and Rosane Minghim. The

projection explorer: a exible tool for projection-based multidimensional visualization. In:

Proceedings of XX Brazilian Symposium on Computer Graphics and Image Processing

(SIBGRAPI 2007), Belo Horizonte. IEEE Computer Society Press, 2007. 657

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