UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA JOÃO PAULO DIAS LIBERATO - PDF
UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA JOÃO PAULO DIAS LIBERATO
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Salvador Bentes Frade
1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA JOÃO PAULO DIAS LIBERATO ESTUDO E APLICAÇÃO DE UM SUPERVISÓRIO INTEGRADO A UM BANCO DE DADOS PARA A REDE DE DISTRIBUIÇÃO DO CAMPUS PICI Fortaleza Junho 2014
2 i JOÃO PAULO DIAS LIBERATO ESTUDO E APLICAÇÃO DE UM SUPERVISÓRIO INTEGRADO A UM BANCO DE DADOS PARA A REDE DE DISTRIBUIÇÃO DO CAMPUS PICI Trabalho final de curso submetido à Coordenação do curso de Engenharia Elétrica, como requisito parcial para a obtenção do título de Engenheiro Eletricista. Orientadora: Prof.ª Ruth Pastôra Saraiva Leão, Ph.D. Coorientador: Prof. Raimundo Furtado Sampaio, M.Sc. Fortaleza Junho 2014
3 ii JOÃO PAULO DIAS LIBERATO ESTUDO E APLICAÇÃO DE UM SUPERVISÓRIO INTEGRADO A UM BANCO DE DADOS PARA A REDE DE DISTRIBUIÇÃO DO CAMPUS PICI Trabalho final de curso submetido à Coordenação do curso de Engenharia Elétrica, como requisito parcial para a obtenção do título de Engenheiro Eletricista. Aprovado em: / /. BANCA EXAMINADORA Prof.ª Ruth Pastôra Saraiva Leão, Ph.D. (Orientadora) Universidade Federal do Ceará (UFC) Prof. Raimundo Furtado Sampaio, M.Sc Universidade Federal do Ceará (UFC) Eng. André Valentim Companhia Energética do Ceará (Coelce)
4 iii Seja quem você for, seja qual for a posição social que você tenha em na vida, a mais alta ou a mais baixa, tenha sempre como meta muita força, muita determinação e sempre faça tudo com muito amor e com muita fé em Deus, que um dia você chega lá. De alguma maneira você chega lá. Ayrton Senna
5 iv A Deus, À minha mãe, Aparecida Liberato, A meu avô, Joaquim Liberato (in memoriam), À minha Esposa, Kenia Pontes, A todos os familiares e amigos.
6 v AGRADECIMENTOS Agradeço a Deus, por me prover forças quando tudo parecia conspirar para o fracasso e por não me deixar desistir perante as diversas vezes em que fui tentado a optar por outros caminhos. Agradeço pela sabedoria em saber ouvir muito e falar somente o necessário. À minha mãe, Aparecida Liberato, pelo apoio incondicional, sem mensurar esforços, e que apesar da condição financeira desfavorável, sempre buscou me prover o suporte necessário para minha formação e que apostou na educação como forma de ascensão social. À minha esposa, Kenia Pontes, pela paciência e por acreditar naquilo que me propus a fazer. Obrigado por me suportar, por vezes financeiramente, durante a caminhada e por ter assimilado a importância das inúmeras noites que dormimos separados. Ao meu avô, Joaquim Liberato (in memoriam), pelo exemplo e pelo caráter. Ao meu tio Sebastião Cavalcante e minhas tias Mariana Dias e Vanderlisa Dias, pela acolhida em vossas casas. Ao professor Wamberto de Queiroz, por me permitir atuar como bolsista de extensão universitária no campus Sobral e por seu apoio ao longo do curso. À professora Vanessa Teixeira, por me receber como orientando e por me apoiar em apresentações em Encontros Universitários e Feiras das Profissões. Ao professor Fernando Antunes, por sua valiosa orientação enquanto eu como bolsista de iniciação científica no GPEC. Aos professores Raimundo Furtado e Ruth Leão, pelos ensinamentos compartilhados ao longo da elaboração deste trabalho e por compartilharem de seu vasto conhecimento, embasando minhas decisões e promovendo discussões pertinentes aos desafios enfrentados. Aos meus colegas dos cursos de Engenharia Elétrica e Engenharia da Computação de Sobral e Engenharia Elétrica em Fortaleza, em especial, Wilker Dias, Alexandre Teixeira,
7 vi Lucélia Alves, Rodrigo Carvalho, Diego Osterno e Lucivando Ribeiro, por firmarmos uma parceria sólida na busca conjunta pelo conhecimento. À todos os professores aos quais, em algum momento, tive a oportunidade de compartilhar uma sala de aula, que externaram seus conhecimentos e os tornaram de posse comum. Aos amigos extra faculdade, aos quais recusei incontáveis convites. Obrigado pela parceria e pela torcida.
8 vii RESUMO LIBERATO, J. P. D. Estudo e aplicação de um supervisório integrado a um banco de dados para a rede de distribuição do campus Pici. Universidade Federal de Ceará UFC, O principal objetivo deste trabalho é o estudo da funcionalidade de um sistema de Supervisão Controle e Aquisição de Dados (SCADA), baseado no Elipse Power, integrado a um banco de dados. O estudo visa apresentar uma proposta para implantação de um sistema de supervisão integrado a um banco de dados para uma subestação 69-13,8 kv e uma rede de distribuição em média tensão para o campus Pici da Universidade Federal do Ceará (UFC). Ações para melhorar a confiabilidade de suprimento e desenvolver uma rede elétrica inteligente para o campus do Pici demandam em primeira instância a modernização da rede elétrica atual, de tecnologia ultrapassada e pouco confiável. O software Elipse Power, responsável pela supervisão, controle, análise e gerenciamento de dados, foi integrado ao banco de dados SQL Server que permite armazenar dados de tempo real e dados históricos do sistema elétrico. Para a interface do SCADA com o usuário, foram criadas telas que permitem acompanhar a operação do sistema elétrico do campus universitário, enviar comandos a equipamentos de campo, realizar consultas de alarmes e eventos em tempo real ou de valores históricos. Para testar as funcionalidades do supervisório e banco de dados, foi usado um simulador com protocolo Modbus. Palavras-chave: SCADA, banco de dados, automação, subestação, supervisório, IEC 61850, Elipse Power, SQL Server.
9 viii ABSTRACT LIBERATO, J. P. D. Study and implementation of a supervisory integrated into a database for distribution system of the campus Pici. Universidade Federal de Ceará UFC, The main objective of this work is to study the functionality of a system Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) based on the Ellipse Power, integrated with a database. The study aims to present a proposal to implement a supervision system for a substation 69-13,8 kv and a distribution network in medium voltage for the Pici campus of the Universidade Federal do Ceará (UFC). Actions to improve the reliability of energy s supply and develop a smart grid for the Pici campus suggest, in first place, upgrade the electric network existing, with technology outdated and unreliable. Elipse Power software, responsible for the supervision, control, and analysis and data management was integrated into the SQL Server database to store real-time data and historical data of the electrical system. For SCADA interface, were created screens to control and monitoring the operation of the electrical system of the university campus, to send commands in to field devices, consult the alarms and events in real time or values it were created Historic. To test the functionalities of the supervisory and the database, was used a simulator for Modbus protocol. Keywords: SCADA, database, automation, substation, supervisory, IEC 61850, Elipse Power, SQL Server.
10 ix LISTA DE FIGURAS Figura 1- Ramificações da atual rede de distribuição do campus Pici... 4 Figura 2- Diagrama unifilar da atual rede de distribuição do campus Pici Figura 3- Diagrama unifilar da futura rede de distribuição do campus Pici Figura 4- Áreas de aplicação de Smart Grids Figura 5- Computador SEL Figura 6- Exemplo de estrutura de rede em uma aplicação SMS Figura 7- Protocolos de comunicação Figura 8- Exemplo de arquitetura de um SAS Figura 9- Camadas de comunicação de acordo com o padrão OPC Figura 10- Níveis hierárquicos do sistema de automação de subestações Figura 11- Níveis hierárquicos em uma subestação Figura 12- Relés de proteção (a) eletromecânico (b) digital Figura 13-Diagrama de blocos de funcionamento de um relé Figura 14- Medidor eletrônico modelo E Figura 15- Analisador de energia Figura 16- Estrutura do Elipse Power Figura 17- Exemplo de um SGBD Figura 18- Estrutura básica da rede de comunicação dos alimentadores do campus do Pici.. 45 Figura 19- Modelo elétrico do campus Pici Figura 20- Tela representando a entrada de linha da SE Pici operada e mantida pela Coelce. 51 Figura 21- Tela de barramentos da SE Figura 22- Tela da distribuição de alimentadores Figura 23- Projeção da tela da microrrede (a desenvolver) Figura 24- Tela de alarmes
11 x Figura 25- Tela de eventos Figura 26- Tela de representação dos estados das chaves Figura 27- Tela de representação dos estados dos religadores Figura 28- Tela de gráficos Figura 29- Tela inicial Figura 30- SQL Configuration Manager Figura 31- Configuração da conexão com o BD Figura 32- Exemplo de comunicação Figura 33- Simulador Modbus
12 xi LISTA DE TABELAS Tabela 1- Partes da norma IEC Tabela 2- Comparativo entre Access e SGBD
13 xii LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS AMI AMR ANEEL BD CID CIM CLP Advanced Metering Infrastructure Automatic Meter Reading Agência Nacional de Energia Elétrica Banco de Dados Configuration IED Description Common Information Mode Controlador Lógico Programável COELCE Companhia Energética do Ceará COM DCOM DEC DEE DMS EMS DNP ERP FEC GOOSE GREI ICD IEC IED IHM Modelo Objeto/Componente Modelo Objeto/Componente Distribuído Duração Equivalente de Interrupção por Consumidor Departamento de Engenharia Elétrica Distribution Management System Energy Management System Distributed Networks Protocol Enterprise Resource Planning Frequência Equivalente de Interrupção por Consumidor Generic Object Oriented Substation Event Grupo de Redes Elétricas inteligentes IED Capability Description International Electrotechnical Commission Intelligent Eletronic Device Interface Homem Máquina
14 xiii LAN MMS MUSD OLE OPC Local Area Network Manufacturing Message specification Montante de Uso do Sistema de Distribuição Object Linking Embedding OLE for Process Control ORDBM Object Relational Database Management System PRODIST Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional RAM SAS SCADA SCD SCL SE SEL SEP SGBD SMS SQL SSD TC TCP TP UCS UFC Random Access Memory Sistema de Automação de Subestação Supervisory Control and Data Acquisition System Configuration Description Substation Configuration Language Subestação de Energia Schweitzer Engineering Laboratories Sistema Elétrico de Potência Sistema de Gerenciamento de Banco de Dados Sistema de Monitoramento de Subestações Structured Query Language Substation Specification Description Transformador de Corrente Transmission Control Protocol Transformador de Potencial Unidade de Controle da Subestação Universidade Federal do Ceará
15 xiv UTR XML Unidade Terminal Remota extensible Markup Language
16 xv SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS... ix LISTA DE TABELAS... xi LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS... xii CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO Justificativa Rede elétrica do campus Pici Topologia atual Topologia futura Objetivos Estrutura do trabalho... 6 CAPÍTULO 2: CONCEITOS, TECNOLOGIAS E ESTRATÉGIAS DE AUTOMAÇÃO PARA MODERNIZAÇÃO DE REDES ELÉTRICAS Introdução Normas e regulamentações Smart Grids Automação em subestações Comunicação Acesso remoto a subestações e coleta de dados Protocolos de comunicação Norma IEC Padrão OPC Hierarquia do sistema de automação Processo Nível Dispositivos Eletrônicos Inteligentes (IED) Nível Unidade de Controle da Subestação (UCS) Nível Centro de controle Nível Conclusão CAPÍTULO 3: SISTEMA SUPERVISÓRIO E BANCO DE DADOS Introdução Sistemas supervisórios... 33
17 xvi 3.3 Elipse Power Banco de dados MySQL Access Oracle Database SQL Server SGBD escolhido Comunicação entre supervisório e IEDs de uma subestação de energia Conclusão CAPÍTULO 4: SISTEMA SCADA E BANCO DE DADOS PARA A AUTOMAÇÃO DO CAMPUS PICI Introdução Sistema SCADA Pici Requisitos de software Modelador elétrico do Elipse Power Sistema supervisório da rede Pici Telas e sinóticos Alarmes Eventos Estado das chaves e disjuntores Gráficos de tempo real e históricos Relatórios Arquitetura de sistema de comunicação Uso do SQL Server como fonte de dados Aquisição de dados via Elipse Power Simulador Modbus Drivers de comunicação Conclusão CAPÍTULO 5: CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS Conclusões Trabalhos futuros REFERÊNCIAS... 72
18 APÊNDICE I TAGS DE COMUNICAÇÃO UTILIZADOS PARA VALIDAR A COMUNICAÇÃO DO ELIPSE POWER xvii
19 1 CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO A demanda, cada vez mais crescente, por energia elétrica exige que o setor elétrico nacional seja preparado para atender aos requisitos do crescimento econômico, mantendo a confiabilidade do sistema e os níveis de qualidade mínimos exigidos pela legislação vigente. Para tanto, os sistemas de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica devem ser enquadrados nos termos dos indicadores de qualidades detalhados nos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional (PRODIST). Assim sendo, tanto os produtores como as empresas concessionárias de energia elétrica estão em constante busca pela evolução das práticas de operação, investindo em sistemas automatizados que proporcionam maior segurança e confiabilidade ao sistema. Esta evolução tem conduzido ao conceito de redes elétricas inteligentes (REI) ou Smart Grids. As redes são ditas inteligentes por que incorporam estratégias de controle e gerenciamento em que os componentes da cadeia estão interconectados entre si, através de uma comunicação interativa. Para GGEE (2012): As redes elétricas inteligentes podem ser compreendidas como a rede elétrica que utiliza tecnologia digital avançada para monitorar e gerenciar o transporte de eletricidade em tempo real com fluxo de energia e de informações bidirecionais entre o sistema de fornecimento de energia e o cliente final. No contexto de redes inteligentes, estão presentes os sistemas de Supervisão Controle e Aquisição de Dados (SCADA), que tem como função principal monitorar valores e estados coletados nos Dispositivos Eletrônicos Inteligentes, no inglês Intelligent Eletronic Devices (IED), instalados ao longo da rede (MELLO, 2006). O Elipse Power (2013) é um dos principais software SCADA do mercado, que possui tais funcionalidades.
20 2 1.1 Justificativa A rede de distribuição que alimenta o campus Pici da Universidade Federal do Ceará (UFC) tem extensão aproximada de 6,3 km e é suprida por um alimentador em 13,8 kv a partir da subestação PICI II da Companhia Energética do Ceará (COELCE). A rede elétrica em média tensão tem topologia radial e é protegida apenas por um único relé secundário associado a um disjuntor no ponto de entrega (GIROUX, 2012). A carga instalada no campus Pici é de 13,5 MVA e a demanda de kw (GIROUX, 2012). A baixa confiabilidade de suprimento e a não conformidade da instalação às normas vigentes demandaram esforços no sentido de modernizar a rede elétrica do campus universitário Pici. A modernização da rede do campus Pici contará com a construção de uma subestação 69-13,8 kv e uma rede em média tensão com três alimentadores e alocação de religadores ao longo da rede, permitindo flexibilidade de manobra e de encontro de alimentadores (LOPES, 2011). Nos estudos mostrados por MOURA (2010), BARROS (2010) e VALE (2011), reforçado por LOPES (2011), é justificada a necessidade da evolução e modernização da rede Pici. Em GIROUX (2012), é proposta a implantação de um sistema SCADA local na subestação, com desenvolvimento das interfaces gráficas, automatismos e integração dos sistemas de proteção e controle via sistema digital baseado na IEC
21 Rede elétrica do campus Pici O sistema de distribuição interno ao campus Pici atende à demanda de energia dos cursos do Centro de Tecnologia, Ciências Agrárias, Centro de Ciências, Biblioteca Geral, Restaurante Universitário, Pró-Reitora de Graduação e Pós-Graduação, Museu Seara da Ciência, complexo esportivo, residência universitária e outros serviços. Segundo a norma ABNT NBR sobre Instalações elétricas de média tensão de 1 kv a 36,2 kv, a Norma Técnica NT-002/2011 da Coelce sobre Fornecimento de energia elétrica em tensão primária de distribuição e o Módulo 3 do PRODIST sobre Acesso ao Sistema de Distribuição, o suprimento em 13,8 kv tem como condição uma carga instalada superior a 75 kw e uma demanda contratada (MUSD) inferior a kw (BARROS, 2010). Constata-se que o MUSD do campus Pici é superior a kw, portanto, a necessidade de mudança na tensão de conexão de 13,8 kv para 69 kv para a rede do campus do Pici é um requerimento de norma Topologia atual A Figura 1 mostra uma visão aérea da atual configuração da rede elétrica do campus. Em destaque a localização do disjuntor geral na entrada de linha. Também são destacadas no diagrama unifilar da Figura 2 as chaves seccionadoras distribuídas ao longo dos alimentadores dos Centros de Ciências (CC), Centro de Tecnologia (CT), Centro de Ciências Agrárias (CA), Biblioteca Central (BC) e Restaurante universitário (RU).
22 4 Figura 1- Ramificações da atual rede de distribuição do campus Pici. Fonte: Adaptada de LOPES (2011) Figura 2- Diagrama unifilar da atual rede de distribuição do campus Pici. Fonte: (LOPES, 2011) Topologia futura A Figura 3 mostra a subestação e a nova topologia projetada para a rede Pici, com religadores localizados na saída de cada alimentador, e seis outros religadores
23 5 distribuídos na rede primária, sendo quatro normalmente fechados (NF) e dois normalmente abertos (NA). A barra em 69 kv será alimentada por um derivação da saída de linha da SE Pici II. O ponto de entrega em 69 kv é protegido por um disjuntor geral à montante e a tensão de 69 kv rebaixada para 13,8 kv por dois transformadores em paralelo. Figura 3- Diagrama unifilar da futura rede de distribuição do campus Pici. Fonte: (LOPES, 2011) 1.2 Objetivos O principal objetivo deste trabalho é estudo de um Sistema de Supervisão, Controle e Aquisição de Dados (SCADA), baseado no software Elipse Power, para o sistema elétrico do campus universitário Pici da UFC, usando o banco de dados SQL Server da Microsoft.
24 6 O sistema supervisório é capaz de monitorar em tempo real a operação da rede, executar comandos, acessar dados históricos e on-line, gerar alarmes, registro de eventos e gráficos de tendências. Este trabalho também busca: Criar uma interface gráfica que represente a rede elétrica do campus Pici, onde seja possível controlar, verificar e visualizar os estados dos dispositivos eletrônicos inteligentes (IED) e dos elementos de proteção e controle; Apontar as opções de bancos de dados mais usuais no mercado e exibir detalhes de cada produto estudado e com isso, definir o banco adotado para o SCADA da rede Pici; Reunir bibliografia específica para o tratamento de sistemas supervisórios operando com auxílio de Sistema de Gerenciamento de Banco de Dados (SGBD); Discorrer sobre o sistema supervisório proposto para a SE do campus Pici, analisando as possibilidades e funcionalidades adicionais contidas no SCADA. 1.3 Estrutura do trabalho O trabalho está dividido em cinco capítulos. O Capítulo inicial traz uma breve introdução a respeito dos temas a serem abordados ao longo do texto, apresenta a justificativa para a elaboração desta monografia, faz-se uma exposição da topologia da rede estudada, lista os objetivos que se deseja alcançar e expõe a estrutura do texto.
25 7 O Capítulo 2 é reservado para o estudo dos inúmeros sistemas, equipamentos e dispositivos que podem ser aplicados para automatizar uma subestação de energia, explora a estrutura de um sistema SCADA, insere o conceito de Smart Grid e aborda a comunicação ente os elementos de uma SE. O terceiro Capítulo, dedicado ao banco de dados, expõe as funcionalidades dos softwares aplicáveis à estrutura de um sistema SCADA, define banco de dados e sua função no contexto da automação de uma SE, aborda sobre os principais Bancos de Dados (BD) comerciais disponíveis e define o utilizado para o case estudado. Também é dedicado um espaço para o supervisório proposto para a SE da rede de distribuição do campus Pici. No Capítulo 4 é definida a estrutura de banco de dados utilizada, justificando o uso do SQL Server. Também destaca-se a forma de leitura de dados de supervisório a partir do Elipse Power. Além disso, será detalhado o tratamento de alarmes, históricos e eventos. Finalmente, no Capítulo 5, são apresentadas as conclusões retiradas a partir deste estudo e projetam-se perspectivas futuras atreladas ao tema proposto.
26 8 CAPÍTULO 2: CONCEITOS, TECNOLOGIAS E ESTRATÉGIAS DE AUTOMAÇÃO PARA MODERNIZAÇÃO DE REDES ELÉTRICAS 2.1 Introdução Neste capítulo serão descritos equipamentos e técnicas utilizadas atualmente por concessionárias de energia elétrica e instalações particulares para promover automação e modernização do sistema de distribuição de energia elétrica. Será abordado o conceito de redes inteligentes e as funções dos principais equipamentos e IEDs de uma SE, além da abordagem sobre características dos novos conceitos acerca de relés de proteção, coleta de dados e eventos na SE e rede de distribuição. 2.2 Normas e regulamentações As concessionárias de energia elétrica estão submetidas a diversas normas e regulamentações que visam definir e estabelecer requisitos para garantir a qualidade e continuidade dos serviços prestados. No Brasil, a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) elaborou os Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional (PRODIST). Em especial em seu módulo 8, que estabelece os procedimentos relativos à qualidade da energia elétrica fornecida ao consumidor do país e no módulo 4, que trata dos procedimentos operativos do sistema de distribuição. Diante das regras definidas pelos órgãos normativos e regulamentadores, e também para garantia da sustentabilidade financeira própria, tanto os produtores quanto as empresas que respondem pela transmissão e distribuição de energia elétrica, se veem obrigados a investir na modernização e automatização de seus processos e operações
27 9 para garantir que a energia entregue ao usuário final esteja enquadrada dentro dos padrões aceitáveis. Por outro lado, os consumidores têm suas responsabilidades definidas no módulo 5, aplicável às conexões no sistema de distribuição, em específico, aos sistemas de medição. O documento é dividido em cinco seções: Introdução; Aplicabilidade; Especificação dos sistemas de medição; Implantação, inspeção e manutenção dos sistemas de medição; Leitura, registro, compartilhamento e disponibilização das informações de medição. As melhorias citadas passam pelo investimento em novas tecnologias aplicáveis aos sistemas elétricos. Com o passar dos anos, os dispositivos até então predominantemente eletromecânicos, passam a ser substituídos por dispositivos baseados em microprocessadores, acumulando novas funcionalidades e uma maior capacidade de processamento e troca de informações entre setores distintos, tornando-se dispositivos inteligentes. 2.3 Smart Grids Também denominadas Redes Elétricas Inteligentes (REI), o conceito de Smart Grids está diretamente relacionado ao uso de tecnologia de informação e comunicação incorporada às redes elétricas. Segundo FALCÃO (2009), a filosofia de uma Smart Grid pode ser associada aos avanços dos sistemas de controle e comunicação em
28 10 relação à própria estrutura de energia elétrica já existente, no intuito de fornecer a informação correta ao destinatário correto. As REI oferecem vários benefícios como maior segurança e confiabilidade do suprimento, envio de informações em tempo real para auxiliar os consumidores a controlar custos com energia, capacidade de recomposição automática da rede elétrica (self-healing) em situações de falta, melhor integração de fontes renováveis de energia, etc. O termo rede inteligente se deve às possibilidades de interconexão entre sistemas diversos, usando tecnologia de comunicação avançada, permitindo integrar os componentes da rede, como IEDs, por exemplo, no intuito de prover um canal de troca de informações comuns aos participantes da rede. De posse destas informações é possível tratar estratégias de proteção, controle e gerenciamento de energia, por exemplo. A concepção de rede inteligente pode ser implantada nos diversos segmentos do sistema elétrico, como ilustrado na Figura 4. Figura 4- Áreas de aplicação de Smart Grids. Fonte: (FALCÃO, 2009)
29 11 O desenvolvimento de REI, entretanto, tem se voltado, com maior número de ações e investimentos, aos sistemas de distribuição e no lado do consumidor, tendo-se a geração distribuída e a medição eletrônica inteligente como os principais fomentadores. 2.4 Automação em subestações Uma subestação é parte de um sistema elétrico de geração, transmissão e distribuição e agrupa equipamentos, condutores e acessórios, destinados à proteção, medição, manobra e transformação de grandezas elétricas. Os equipamentos de automação de uma subestação devem ser capazes de monitorar e controlar a planta, a fim de garantir uma resposta rápida a eventos em tempo real com ações adequadas, e manter a continuidade de suprimento de energia elétrica. Para SILVA (2002), alguns dos motivos que levam à necessidade de automatizar os sistemas elétricos são: Melhoria na qualidade do fornecimento de energia elétrica, com redução da quantidade e do tempo de interrupções, por meio da supervisão direta e em tempo real do sistema elétrico; Melhoria da qualidade de informação para a operação local e remota; Redução da incidência de ocorrências no sistema elétrico em razão de erros humanos de operação; Implementação de novas funções para controles sistêmicos e de comandos de equipamentos; Operação remota de SEs com base no centro de operação do sistema, padronizando os relatórios;
30 12 Redução do custo operacional, com a automação de tarefas e centralização de ações operativas; Melhoria dos níveis de tensão, segurança operacional e dos índices de Duração Equivalente de Interrupção por Consumidor (DEC) e Frequência Equivalente de Interrupção por Consumidor (FEC); Melhorar o planejamento operacional e de engenharia. A Figura 5 mostra um computador industrial utilizado no nível 2 como UCS em subestações automatizadas. Este computador opera em plataforma Windows e nele são instalados os softwares para gerenciamento do processo de automação do nível 2 da subestação, como Elipse Power e SQL Server. Figura 5- Computador SEL-3354 Fonte: Catálogo SEL. Esta UCP da SEL especificada para a subestação do campus Pici possui as seguintes características: Configuração de hardware e software flexíveis: permite a instalação em qualquer sistema de proteção (Geração, Transmissão, Distribuição ou Industrial);
31 13 Fornece acesso remoto aos dados provenientes de relés de proteção e outros dispositivos digitais, para diferentes usuários locais e/ou remotos; Simplifica e gerencia o acesso remoto aos equipamentos digitais de uma subestação, via porta serial, rede ethernet, ou outros meios físicos, otimizando o processo de coleta de dados, ajustes e parametrização remota; Multitarefa e multiusuário, permitindo acesso via diferentes portas seriais; Conexão ponto-a-ponto ou multiponto através de conversores EIA232/EIA485; Permite a conexão a qualquer equipamento digital (Relés, RDP, medidores, CLPs, impressoras, etc) que possua porta serial de comunicação, independente de protocolo ou fabricante Comunicação A troca de informações entre os dispositivos que compõem uma subestação automatizada, usina geradora de energia ou uma rede de transmissão/distribuição é essencial para garantir o perfeito funcionamento do sistema, seja quanto à operação como também em termos de segurança da instalação e do pessoal. A velocidade e a confiabilidade com que as informações trafegam, pode ser comprometedora quando se tem um evento inesperado, como a abertura de um disjuntor, por exemplo. Estas informações podem ser utilizadas pelo sistema de proteção para atuar um elemento de proteção e evitar danos ao Sistema Elétrico de Potência (SEP). Para tanto, é necessário que haja uma permuta de informações entre os diversos componentes da instalação, como relés e disjuntores, por exemplo, e que sejam capazes de eliminar, ou isolar o defeito, de maneira segura e o mais breve possível.
32 14 A norma internacional de comunicação para dispositivos em um ambiente de subestação, conhecido como padrão IEC contribuiu de forma significativa para estabelecer o modo de comunicação e troca de informação dentro de uma subestação de energia elétrica. A comunicação entre os IEDs padronizada pela IEC se dá tanto de maneira vertical (cliente-servidor), como horizontal (editor-assinante). Os mecanismos utilizados para este tipo de integração são modelados na norma IEC 61850, da seguinte forma (ALMEIDA, 2013): Generic Object Oriented Substation Event (GOOSE) modelo definido pelo IEC 61850, o qual fornece mecanismo rápido e confiável para transferência de dados (valores e estados) de eventos em subestações. As mensagens GOOSE trafegam em redes locais virtuais, Local Area Network (LAN), com endereçamento realizado pelo endereço Media Access Control (MAC). Não possuem endereço de Internet Protocol (IP) e nem são roteáveis. Utilizam o mecanismo de rede conhecido como editor/assinante. Um IED é definido como editor e todos os demais dependentes deste são denominados assinantes. Desta forma, em um ciclo de comunicação na rede, todos os assinantes são atualizados, garantindo o tempo de quatro milissegundos. A garantia do recebimento do destino é dada pela repetição da mensagem GOOSE, o que dispensa o uso de recebimento, contribuindo para uma melhor velocidade. Manufacturing Message Specification (MMS) é um protocolo internacional para transferência de dados de processo em tempo real e de supervisão e controle. Implementações de MMS suportam uma variedade de links de comunicação, incluindo Ethernet e TCP/IP.