O Simulador de Sistemas de transmissão em Corrente Contínua (SSCC) do ONS

Transcrição

1 O Simulador de Sistemas de transmissão em Corrente Contínua (SSCC) do ONS Rio de Janeiro, 21 de outubro de 2015 ONS Operador Nacional do Sistema Elétrico

2 TÓPICOS 1. Introdução 2. Escopo dos estudos do tipo HIL no SSCC 3. Cubículos RTDS 4. Réplicas de Controle e Proteção Conversores HVDC 5. Sistemas supervisório 6. Desafios

3 1. Introdução ONS Operador Nacional do Sistema Elétrico

4 INTRODUÇÃO Histórico - Requisito do edital de licitação (LEILÃO No 007/2008- ANEEL) do sistema de transmissão do Rio Madeira. Contempla dois bipolos em HVDC, uma interconexão back-to-back, reforços na rede CA e o complexo das usinas de Santo Antônio e Jirau Iniciativa ONS - Implantação e operação de instalação para simulação de sistemas HVDC na escala real de tempo, dotada de réplicas dos controladores utilizados no campo Finalidade - Suporte aos estudos elétricos de interesse do Operador e agentes proprietários nos quais seja necessário representar o referido sistema HVDC - Estudos de Projeto Básico, pré-operacionais, operacionais e análise de ocorrências

5 O Sistema de Transmissão do Rio Madeira Usinas: Santo Antônio e Jirau, potência instalada - aproximadamente MW Elos HVDC: 2 Bipolos (2 x 3150 MW) 600 kv, LTs Extensão km Conexão Back-to-Back:2 Biblocos (2 x 400 MW) para interligação ao Sistema de transmissão Acre-Rondônia Fonte: Revista do ONS, Set-Dez 2011

6 Equipamentos do SSCC : Simulador RTDS e réplicas Configuração do SSCC do ONS - ano 2015 Seis cubículos de fabricação RTDS (quatro adquiridos pelos agentes proprietarios do empreendimento e dois correspondentes a uma expansão adquirida pelo ONS, prevendo estudos futuros de interação entre os sistemas do Madeira e de Itaipu) Dezesete cubículos C&P - Quatro cubículos C&P associados ao Back-to- Back fabricação ABB; Seis cubículos C&P associados ao bipolo Bipolo I fabricação ABB; Sete cubículos C&P associados ao bipolo Bipolo II fabricação Alstom

7 Equipamentos do SSCC : Simulador RTDS e réplicas

8 Equipamentos do SSCC : Estações de trabalho dos operadores HMI, MMI, SCM, OWS Ambiente que agrega diversas ferramentas de interação com os usuários/operadores RSCAD-RTDS, Suíte de programação C&P (ABB) e Sistema Supervisório Funcionalidades: Geração de código (ABB somente) : Interface gráfica Código Fonte Monitoramento em tempo real Controle de dispositivos de manobra Registrador de Perturbações (TFR) Indicação de erros e alarmes

9 Empreendimentos de transmissão em HVDC - Horizonte Leilão de transmissão No 011/2013-ANEEL Empreendimento Belo Monte I - Estações Conversoras CA/CC (±800 kv, MW) conectadas ao setor 500 kv das SEs Xingu (Pará) e Estreito (Minas Gerais) e Linha de Transmissão em Corrente Contínua ±800 kv com comprimento de 2092 km Situação: Estudos do fabricante dos equipamentos (SIEMENS) em análise do Projeto Básico de engenharia pelo ONS Leilão de transmissão No 007/2015-ANEEL Empreendimento Belo Monte II - Estações Conversoras CA/CC (±800 kv, MW) conectadas ao setor 500 kv das SEs Xingu (Pará) e Terminal Rio (Rio de Janeiro) e Linha de Transmissão em Corrente Contínua ±800 kv com comprimento de 2092 km Situação: Licitado

10 ESTAÇÃO DE TRABALHO - OPERADORES

12 2. Escopo dos estudos HIL no SSCC ONS Operador Nacional do Sistema Elétrico

13 Escopo dos estudos HIL no SSCC Bipolo I ABB Adequação do desempenho do sistema MACH2 em modo de operação paralela de bipolos (software C&P) Adequação do controle mestre (Master Control) com vistas à integração do segundo bipolo Aprimoramento da comunicação entre o Master Control e o GSC (Generation Station Control) para controle de freqüencia na SE coletora Porto Velho Incorporação de função correspondente a elevação do ângulo Gamma (Gamma- Kick) durante a manobra dos transformadores conversores

14 Escopo dos estudos HIL no SSCC Bipolo II ALSTOM Correção dos erros de comunicação de dados entre o Series V e o sistema supervisório (SAGE) Adequação do software C&P (Series V) aos requisitos técnicos definidos no edital do empreendimento Adequação do software C&P a requisitos operacionais necessários ao comissionamento dos equipamentos no campo (Reactive Power Control, Runback de potência e EAPD - Emergency Active Power Distribution)

15 Escopo dos estudos HIL no SSCC Jornada de testes do DPS (Dynamic Performance Study) Testes de desempenho dinâmico sob operação conjunta e paralela de controladores HVDC de fabricação ABB e ALSTOM rede CA simplificada e detalhada (pendência do PB) Estudos da interação entre redes CC e CA Estudos do Multi-infeed de conversores Análise de ocorrências

16 3. Cubículos RTDS ONS Operador Nacional do Sistema Elétrico

17 RTDS REAL TIME DIGITAL SIMULATOR Fornecido pela RTDS Technologies Inc. (Manitoba Hydro) Canada Fornece a representação de todos os sinais lógicos verificados nas plantas reais Desempenha simulações transitória em alta velocidade de processamento Representação realizada por modelos matemáticos Combinação indissociável: Computadores Dedicados (hardware) e Ferramentas de Software É usado para representar: Equipamentos de potência que compõem os elos DC Equipamentos das subestações conversoras Porto Velho e Araraquara-2 Rede AC Acre-Rondônia Rede AC Araraquara Back-to-Back

18 RTDS Arquitetura de Hardware Disposição de racks nos armários Cartões de Processamento: PB5/GPC Processamento paralelo: velocidade Limite de processamento: GPC x PB5 Tratamento matemático Cartões de Interface: Comunicação: GTWIF, GTNET, e GTFPI Conversão A/D e D/A: GTA-I/O, GTD-I/O

19 RTDS Arquitetura de Software: RSCAD Interface gráfica semelhante a do PSCAD-EMTDC Interface visual que possibilita programar, executar e analisar simulações de eventos em sistemas de potência Conta com biblioteca de componentes pré-definidos.

20 4. Réplicas de Controle e Proteção Conversores HVDC ONS Operador Nacional do Sistema Elétrico

21 RÉPLICAS DE CONTROLE E PROTEÇÃO HVDC Equipamentos constituídos por dispositivos de hardware integrados por rede de comunicação com protocolo de padrão industrial (CANbus, PROFIbus, EtherCAT, etc.) : CPUs, condicionadores de sinal, equipamentos de comunicação e distribuição de dados, transdutores de sinal) Conjunto de Softwares (Controle & Proteção, Real-time OS, banco de dados) Similares aos cubículos C&P instalados no campo (sem redundância e interfaces com equipamentos das SEs conversoras), com as mesmas características funcionais dos controladores de cada fabricante

22 RÉPLICAS DE CONTROLE E PROTEÇÃO Aplicação Hardware-in-Loop Loop iterativo de sinais entre controle físico e planta virtual (tempo real) Módulos de C&P operam em malha fechada junto ao simulador RTDS Oferece flexibilidade, confiabilidade e rapidez à realização dos estudos. GTDI & GTAI RTDS Interface Cards GTDO & GTAO RTDS Interface Cards Sinais Digitais: Comando de Tap Disparo de válvulas Comando de Trip (chaves e disjuntores) Medição de gardezas: Tensão e Corrente CA e CC Potencia ativa e reativa Sinais Analogicos: Ordem ao GSC

23 RÉPLICAS DE CONTROLE E PROTEÇÃO Esquema: Hierarquia de Controle e Proteção Bipolo 2 Nível Principal Master Control Nível de Bipolo Bipolo (A) Bipolo (B) Nível de Polo Polo 3 Polo 4 Polo 3 Polo 4 Nível Conversor Legenda: Porto Velho Araraquara

24 5. Sistemas Supervisórios ONS Operador Nacional do Sistema Elétrico

29 6. Desafios ONS Operador Nacional do Sistema Elétrico

30 DESAFIOS Simulação na escala real de tempo: constitui novidade no ONS Suporte adequado às equipes de estudo do ONS e dos Agentes Estudos de Projeto Básico, Pré-Operacional e Operacional (internos) Análise de Ocorrências no campo (ONS e Agentes) Estudos do multi-infeed de conversores e interação CA-CC Estratégia para o acompanhamento das atualizações tecnológicas Atualização de hardware e software (RTDS e outros) Manutenção das instalações e de suporte dos fabricantes Estabelecimento de novas modalidades de acordos/contratos Capacitação de Equipes Envolve conhecimentos técnicos específicos Exige equipe de profissionais bem treinados Contempla cursos de aprimoramento para atualização

31 DESAFIOS Adequação e aprimoramento das ferramentas off-line Simulação híbrida ou inter-domínios Simulação cooperativa Processamento distribuído off-line Síntese de equivalentes dinâmicos Desenvolvimento de soluções de modelagem matemática adequadas à representação do SIN (redes de grandes dimensões) Novos empreendimentos em implantação e licitados Perspectiva próxima de ampliação empreendimento Belo Monte

32 DESAFIOS Referências Bibliográficas: H.W. Dommel, Digital Computer Solution of Electromagnetic Transients in Single and Multiphase Networks, IEEE Transactions on PowerApparatus and Systems, vol. PAS-88, no. 4, April 1969, pp HVDC: Connceting to the Future. Alstom Grid. 1ª ed. France, p. Crosbie, R Modern Methodology of Electrical System Design Using Rapid-Control Prototyping and Hardware-in-the-Loop. In Real-Time Simulation Technologies: Principles, Methodologies, and Applications, edited by Katalin Popovici,Pieter J. Mosterman. R. Kuffel, J. Giesbrecht, T. Maguire, R.P. Wierckx, P. McLaren, RTDS A Fully Digital Power System Simulator Operating in Real Time, accepted for Presentation at ICDS-95, College Station, USA, April H. Duchen, M. Lagerkvist, R. Kuffel, R.P. Wierckx, HVDC Simulation and Control Testing Using a Real-Time Digital Simulator (RTDS), accepted for Presentation at ICDS-95, College Station, USA, April Simulator Operation Course (Rio Madeira Project). Alstom Grid. Brazil, Desing Familiarisation Course (HVDC Scheme). Areva (Alstom Grid). Brazil, 2010 Operation from the Station Control and Monitoring System. ABB. Brazil, p. CATTAN, F. SARCINELLI, Guilherme. REDDY, N. Modelo do Bipolo 2 (ALSTOM) do sistema de transmissão CCAT do Rio Madeira para os Estudos de Dynamic Performance no PSCAD. Décimo Quinto Encontro Regional Ibero-americano do CIGRÉ. Brazil, 2013.

33 Perguntas ONS Operador Nacional do Sistema Elétrico

34 Obrigado! ONS Operador Nacional do Sistema Elétrico