MÓDULO DE CONSULTA INTELIGENTE PARA APOIO A DECISÃO SOBRE RESSARCIMENTO DE DANOS AO CONSUMIDOR EM REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA

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1 MÓDULO DE CONSULTA INTELIGENTE PARA APOIO A DECISÃO SOBRE RESSARCIMENTO DE DANOS AO CONSUMIDOR EM REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA JURANDYR N. GARCEZ, ROBERTO C. L. OLIVEIRA, LUIZ A. H. G. OLIVEIRA, MARIA E. TOSTES, JOSÉ R. B MORAES, ANDRÉA N. P. SANTOS. Núcleo de Energa, Sstemas e Comuncação, Depto. de Engenhara Elétrca e Computação, Unversdade Federal do Pará. P.O Box 8619, CEP , Belém, PA, BRASIL, E-mals: Resumo Este trabalho descreve um sstema ntelgente para tomada de decsões relaconadas à responsabldade por danos em equpamentos de consumdores em uma Concessonára de Dstrbução de Energa Elétrca. O sstema é baseado no paradgma neural das Memóras Assocatvas utlzando um modelo nsprado na Rede Neural IAC Interatva Actvaton Competton, proposta por Rumelhart e McClelland. A rede utlza três conjuntos de undades processadoras arranjadas em grupos compettvos: Sntomas em Equpamentos, Problemas de Qualdade de Energa e Ocorrêncas na Rede. O sstema está sendo testado em stuações reas e os resultados mostram sua capacdade de nformações suplementares necessáras à obtenção de dagnóstcos rápdos e precsos na tomada de decsões sobre avara s nos consumdores. Abstract Ths paper reports an ntellgent system that s able to take decsons about consumer equpment falure responsbltes n an Electrcal Energy Dstrbuton Utlty. The system s based on the neural paradgm of Assocatve Memores makng use of a model nspred on an IAC - Interactve Actvaton Competton Neural Network proposed by Rumelhart and McClelland. It uses three sets of processng unts arranged n compettve pools: Equpment Symptoms, Power Qualty Problems and Network Events. The system s beng tested usng real stuatons and the results show that t was able to provde any supplementary nformaton necessary to come a fast and accurate dagnoss n decson support about consumer damage. Keywords Power Qualty Dsturbance; Artfcal Intellgence; IAC Neural Networks, Dynamcal Expert Systems, Decson Suport. 1 Introdução Dentro da nova estrutura do sstema elétrco braslero, as empresas concessonáras e permssonáras dos servços de energa elétrca têm a obrgação da prestação adequada e segura dos servços, consubstancados na satsfação dos índces de contnudade e conformdade da tensão (ANEEL, 2001). A ocorrênca de danos em aparelhos e equpamentos dos consumdores e a relação de causaldade entre a ação ou omssão do concessonáro e o prejuízo produz uma presunção de culpa, surgndo o dreto ao ressarcmento (Ramos, H.J.P et al, 1996;Bronzeado, H et al, 1999). Os peddos de ressarcmento por danos são formalzados em função de ocorrêncas no sstema da concessonára, de orgem elétrca ou mecânca e na prestação de servços (Tanure, J.P.S et al; Slva, RJ et all, 1999). As concessonáras dspõem de Manuas de Normas e Procedmentos para determnar responsabldades, estabelecer crtéros e procedmentos a serem segudos quando da tramtação, análse e parecer técnco da solctação de ressarcmento, por parte do consumdor, por danos causados por possíves anormaldades na prestação de servços de energa elétrca, envolvendo setores do Tele-atendmento, escrtóros, departamentos técncos, buscando a dentfcação das possíves causas que levaram a danfcação dos equpamentos reclamada pelo consumdor (Ferrar, E.L et all, 2001). O NESC - Núcleo de Energa, Sstemas e Comuncações do Departamento de Engenhara Elétrca e Computação da UFPA está desenvolvendo um sstema nformatzado de análse e suporte técnco para atendmento de solctações de ressarcmento de danos materas a consumdores da REDE-CELPA, concessonára dos servços de dstrbução da energa elétrca em Belém. O sstema, em sua versão fnal constará de um módulo de consulta, um banco de dados de ocorrêncas na rede e um banco de dados de ocorrêncas no consumdor. Este trabalho descreve um Módulo de Consulta baseado em Rede Neural Artfcal do tpo Interactve Actvaton and Competton, IAC, uma rede dnâmca que trabalha através de um mecansmo da atvação e nteração, nsprada em sstemas bológcos.(rumelhart, D.E, 19 86) O sstema em desenvolvmento permtrá reparar os danos sofrdos por consumdores a um menor custo para a concessonára e ao mesmo tempo evtará o desgaste na magem da empresa, o ônus de um processo judcal, bem como autuações admnstratvas pelos órgãos de defesa do consumdor e agentes reguladores. 2 Modelo IAC da Rede Neural A arqutetura orgnal do modelo IAC é composta, bascamente, de undades de processamento arran-

2 jadas em grupos (representando concetos smlares) que nteragem entre s. Esta nteração ocorre dentro dos grupos em que as undades se encontram organzadas e dvddas e, também, entre os dferentes grupos, conforme mostra a Fg. 1. consderada undade j, é apenas o produto da saída da undade pelo peso da conexão da undade j para a undade. Equaconando o que fo descrto acma, chega-se a segunte relação característca da entrada de uma undade. Consderando um modelo de uma rede IAC, tem-se, para operação em tempo dscreto e no modo síncrono: net ( k) = w y ( k) + ext ( k) (1) j j j [ a ( k), net ( )] a ( k + 1) f 1 k (2) = [ a ( 1) ] y ( k + 1) = g k + (3) Fgura 1. Modelo de Rede IAC com 3 grupos de undades processadoras. Exstem conexões exctatóras entre undades de dferentes grupos e conexões nbtóras entre undades de mesmo grupo. As conexões exctatóras, aqu atuando entre dferentes neurônos, de dferentes grupos, são bdreconas, ou seja, exstndo uma conexão exctatóra da undade para a undade j exstrá também uma conexão exctatóra da undade j para a undade. O fato de estas conexões exctatóras serem bdreconas acabará crando condções para o surgmento de um processamento nteratvo, pos o processamento em um determnado grupo nfluencará e também será nfluencado pelo processamento que ocorre em outros grupos da rede. As conexões nbtóras, geralmente são transferdas de cada undade para todas as outras undades de processamento compettvo. Em dado grupo, todas as undades são mutuamente nbtóras. (Sgak N.A et al, 1997) A rede apresenta, anda, dos tpos de grupos compettvos: grupos vsíves (undades que recebem entradas do exteror) e grupos esconddos (undades que não podem receber entradas do exteror). Portanto, deve-se especfcar um padrão de entrada somente para os grupos vsíves. Pode-se observar, anda, que no modelo IAC de Rumelhart, as entradas postvas da rede tenderão sempre a exctar as undades, enquanto que as entradas negatvas da rede tenderão sempre a nb-las. As undades em uma rede IAC mudam suas atvações de acordo com uma função que consdera tanto a atvação atual da undade, como também a entrada da rede procedente de outras undades ou orunda de fora da rede para esta undade. Na maora dos modelos de Redes Neuras, a entrada da rede, para uma undade partcular, é consderada a mesma, ou seja, é smplesmente a soma das nfluêncas de todas as outras undades de processamento da rede mas alguma entrada externa à rede. Esta nfluênca crada por alguma outra undade, Onde: net (k) entrada líquda na undade ; ext (k) - entrada externa; w j - peso da conexão entre as undades e j; a (k) - atvação da undade ; f [] função atvação g [] função saída k índce de teração O modelo de Rumelhart e McClelland (Rumelhart D.E et all, 1986) apresenta as seguntes propredades: 1. Os valores da atvação a devem permanecer ente dos lmtes, dados pelos parâmetros max e mn, onde mn 0 < max (4) 2. Quando a rede é ncalzada, todos os valores de atvação encontram-se em repouso, em um valor dado por rest, onde mn rest 0 (5) 3. Quando a entrada líquda para uma dada undade é postva, seu valor de atvação tender para o lmte superor, max ; 4. Quando a entrada líquda para uma dada u- ndade é negatva, seu valor de atvação deve tender para um lmte nferor, mn; 5. Quando a entrada líquda para uma dada u- ndade é zero, seu valor de atvação tende para o valor de repouso, rest, com uma velocdade ajustável dada pelo parâmetro decay, postvo. Para atender as propredades anterores Rumelhart e McClelland propuseram as seguntes funções f(.) e g(.): Se net ( k) 0 [ max a ( k) ] net ( [ a ( k) rest] a ( k) = a ( k + 1) a ( k) = k) decay (6) Se net ( k) < 0 [ a ( k) mn] net ( k) decay[ a ( k rest] a ( k) = ) (7)

3 a y k = ( ) 0 ( k) se a ( k) outros 0 Utlzam-se os seguntes valores típcos para os parâmetros: max=1; mn=-0.2; rest=-0.1; decay=0.1; ext =0 ou 0.4; w j =-0.1, 0 ou 0.1 Pode-se dzer que alguns parâmetros ctados a- cma têm sgnfcado bológco. Por exemplo, o decamento (decay) refere-se ao esquecmento dos seres humanos e o parâmetro rest sgnfca que, geralmente, não se tem esquecmento total. (Apollon, B. et all, 1990) Como a rede IAC é também uma rede realmentada, o tempo é dscreto, pos o processamento é dvddo em seqüênca de passos, ou cclos. Cada cclo nca com todas a undades possundo um valor de atvação determnado no fnal do cclo precedente, e os novos valores de atvação são consderados somente em um novo cclo. Então, o processo de atualzação de cada undade é síncrono. O prncípo de operação é semelhante à rede de Hopfeld (Hopfeld J.J, 1982), sto é, não exste uma fase de aprendzado e o usuáro estabelece a topologa e o estado ncal da rede. Um problema que pode ser observado no modelo de Rumelhart e McClelland está relaconado aos passos de atvação em cada cclo, pos quando estes são grandes, a aproxmação de tempo dscreto pode gerar nstabldades no processamento. Uma forma de elmnar este problema e ao mesmo tempo obter uma aproxmação ao caso contínuo, é utlzar passos pequenos em cada cclo. Neste trabalho fo usado um fator de momento gual a 0,1 no escalamento de passo a (k) 3 Estudos de Casos Os exemplos apresentados lustram o procedmento de peddos de ressarcmento por danos a consumdores devdo a problemas na rede de dstrbução da concessonára, REDE-CELPA. O consumdor solcta ressarcmento por danos causados por anormaldade de prestação de servços de energa elétrca. O peddo é cadastrado no Sstema Comercal e encamnhado para a vstora para a obtenção das nformações relatvas aos danos nos equpamentos e stuação da rede elétrca. O processo é encamnhado à área técnca para análse e emssão de parecer quanto ao nexo causal e atrbução de responsabldades. A rede IAC projetada é nstalada na área técnca sendo caracterzada por três grupos de elementos processadores: grupo de sntomas, grupo de defetos na rede e grupo de problemas de qualdade. - Grupo de Sntomas (representando reclamações do usuáro à Empresa concessonára); - Grupo de Defetos na Rede (representando as alterações de funconamento normal da rede de dstrbução); - Grupo de Problemas de Qualdade (representando os eventos que realmente ocasonaram problemas na rede de dstrbução). A Tabela 1 mostra os 3 grupos da Rede Neural com a dentfcação de seus neurônos ou elementos processadores. Tabela 1 - Grupos de Elementos Processadores da Rede IAC. Grupo: Sntomas Danos em equpamentos eletrôncos: Danos em motores : Danos em equpamento de aquecmento : Mau funconamento de ASD - Aconadores com Velocdade Varável : Mau funconamento de controladores eletrôncos : Redução vda útl de equpamentos eletromecâncos : Operação ndevda de redes de proteção : Deslgamento de equpamentos : Sobre-aquecmento de cabos : Sobre-aquecmento de equpamentos eletromecâncos : Mau funconamento de equpamentos com MPU e MCU Mcroprocessadores e Mcrocomputadores: Interferênca em sstemas de comuncação : Cntlação : Grupo: Problemas de Qualdade de Energa Transtóros mpulsvos : Transtóros osclatóros : Varações de tensão de curta duração VTCD : Varação tensão de longa duração (ANEEL 505/2002) : Interrupções (ANEEL 24/2002) : Desequlíbro de tensão : Harmôncos : Interharmôncos : Eventos Repettvos : Flutuação de Tensão : Ruídos : Grupo: Defetos na Rede Elétrca Descargas atmosfércas : Chaveamento de cargas, lnhas, capactores e trafo : Faltas no sstema : Partdas de motores : Sobre-cargas : Mau ajuste de TAPs : Atuação ndevda de relés : Ação de operadores : Parada programada : Dspostvos não lneares no sstema : Presença de conversores estátcos de potênca : Presença de equpamentos de eletrônca de potênca : Radações Eletromagnétcas : Chaveamento de equpamentos eletrôncos : Falta ou mau contato de neutro : Presença de equpamentos a arco : Fo desenvolvdo um programa utlzando a lnguagem DELPHI 5.0 para a solução da Equação 6, que calcula os níves de atvdades assocados aos elementos processadores. Uma vez exctado um neurôno correspondente a um determnado sntoma, a Rede IAC ndca os mas prováves problemas de qualdade de energa assocados ao dano bem como os possíves defetos na rede elétrca. Se os dstúrbos

4 na qualdade foram obtdos a partr de uma rede de montoramento nstalada na dstrbução obter-se-á uma ndcação mas precsa da ocorrênca do defeto no sstema elétrco. Para mostrar o desempenho da Rede-IAC são apresentados 3 casos: 1º caso : Consumdor solcta ressarcmento de danos por quema de equpamento de som classfcado pela ABRADEE Assocação Braslera de Empresas de Dstrbução de Energa Elétrca como equpamentos de potênca varável. A entrada do neurôno na Rede IAC, no grupo de sntomas correspondente a Danos em Equpamentos Elétrcos é exctada. A Rede responde fornecendo os mas prováves Problemas de Qualdade assocados e os prováves defetos na Rede Elétrca, conforme mostra a Tabela 2. Tabela 2 Ressarcmento de Danos em Equpamento Eletrôncos SINTOMAS Danos em equpamentos eletrôncos 0,9699 Danos em motores 0,9343 Mau funconamento de ASD 0,8870 PROBLEMAS DE QUALIDE DE ENERGIA Transtóros mpulsvos 0,8867 Transtóros osclatóros 0,8404 Varações de Tensão de Curta Duração - VTCD 0,9475 DEFEITOS NA REDE ELÉTRICA Descargas atmosfércas 0,9419 Faltas no sstema 0,8387 Falta ou mau contato de neutro 0,8222 2º caso : Consumdor solcta ressarcmento de danos por quema de geladera, classfcado pela ABRADEE como equpamentos de potênca constante. A entrada do neurôno na Rede IAC, correspondente a Danos em Motores no grupo de Sntomas é exctada e a Rede responde com os prováves problemas de qualdade de energa e defetos na Rede Elétrca, conforme mostra a Tabela 3. Tabela 3 Ressarcmento de Danos em Equpamento Motor. SINTOMAS Danos em equpamentos eletrôncos 0,9565 Danos em motores 0,9614 Deslgamento de Equpamentos 0,8222 PROBLEMAS DE QUALIDE DE ENERGIA Transtóros mpulsvos 0,3332 Varações de Tensão de Curta Duração - VTCD 0,9554 Varações de Tensão de Longa Duração-(ANEEL-505/02) 0,9325 DEFEITOS NA REDE ELÉTRICA Descargas atmosfércas 0,8258 Faltas no sstema 0,8881 Falta ou mau contato de neutro 0,9027 A Fgura 3 mostra a evolução dos níves de atvdade da Rede IAC em 200 cclos. A Fgura 2 mostra a evolução dos níves de atvdade da Rede IAC em 200 cclos. Fgura 3 Nível de Atvdade da Rede IAC para o 2 caso. 3º caso :Consumdor solcta ressarcmento por danos a chuvero elétrco classfcado pela ABRADEE como equpamentos de aquecmento. O neurôno no grupo de Sntomas assocado Danos em equpamentos de Aquecmento é exctado e a Rede IAC fornece os problemas de qualdade de energa e defetos na Rede Elétrca, conforme mostra a Tabela 4. Tabela 4 Ressarcmento de Danos em Equpamento Aquecmento Fgura 2 Nível de Atvdade da Rede IAC para o 1 caso. SINTOMAS Danos em equpamentos eletrôncos 0,9585 Danos em motores 0,9299 Danos em equpamentos de aquecmento 0,9412 PROBLEMAS DE QUALIDE DE ENERGIA

5 Transtóros mpulsvos 0,9130 Transtóros osclatóros 0,9181 Varações de Tensão de Curta Duração - VTCD 0,8524 DEFEITOS NA REDE ELÉTRICA Descargas atmosfércas 0,9361 Chaveamento de cargas, lnhas, capactores e trafo 0,8464 Falta ou mau contato de neutro 0,9153 A Fgura 4 mostra a evolução dos níves de atvdade da Rede IAC em 200 cclos. de servços de energa. O sstema apresentado, em fase de desenvolvmento, permte o auxílo à área técnca da Concessonára na análse e tomada de decsão quanto ao ressarcmento por danos aos consumdores, ndustras, comercas e resdencas devdo à perda da qualdade da energa fornecda. A ntegração da Rede IAC desenvolvda com o Banco de Dados de Ocorrênca na Rede e Sstema de Montoramento da Qualdade de Energa desenvolvdo pelo NESC para a concessonára atenderá a demanda crescente do consumdor por melhores padrões de qualdade do fornecmento. Agradecmentos Os autores externam seus agradecmentos a REDE CELPA e FADESP, fnancadores deste projeto e aos engenheros Armando Tupassú, Edlberto Müller e Dáro Parente pelas nformações fornecdas da área técnca. Referêncas Bblográfcas Fgura 4 Nível de Atvdade da Rede IAC para o 3 caso. Nos três casos, a coluna numérca à dreta das tabelas apresenta os níves de atvdades assocados às possbldades de ocorrênca dos elementos dos grupos. Observa-se assm o bom desempenho da Rede nos 3 casos apresentados, pos a apresentação em sua entrada do sntoma correspondente a uma ocorrênca de dano no consumdor reclamante terá automatcamente nformações sobre possíves problemas ocorrdos quanto à perda de qualdade de energa no sstema e defetos na rede de dstrbução. Deve-se ressaltar anda que a dsponblzação de nformações sobre problemas da qualdade de energa na Rede Elétrca através de uma rede de nstrumentos montoradores de perturbação, em desenvolvmento pelo NESC com recursos do Programa de PD do Setor Elétrco da Rede CELPA, melhorará em grande escala o sstema proposto, com uma melhor caracterzação das ocorrêncas e responsabldades pelos prejuízos causados devdo à perda da qualdade do fornecmento. 4 Conclusão Um sstema automátco para drmr questões relaconadas à responsabldade cvl por danos a consumdores de redes de dstrbução de energa elétrca é uma ferramenta mportante para a dmnução de custos e deterorzação da magem da concessonára ANEEL (2001) Agenca Naconal de Energa Elétrca Legslação Básca do Setor Elétrca; Resoluções, Vol 2. Appolon, B. et al (1990) Dagnostc od Eplapsy va Backpropagaton Proceedngs of IJ CNN- 90. Internatonal Jont. Conference on Neural Networks Vol 2, Washngton, USA pp Azevedo, F.M. et al (1991) Neural Network Approach for Medcal Dagnoss Mn and Mcrocomputers m Medcne and Health Care 91, 8 Long Beach, Ca, USA. Bronzeado H,. et al (1999) Dscussão sobre a Responsabldade Cvl a Danos Decorrentes de Problemas Assocados à Qualdade do Fornecmento da Energa Elétrca Anas do III Semnáro Braslero sobre Qualdade da Energa Elétrca Brasíla - DF pp Ferrar, E.L et al (2001) Metodologa para suporte à Analse de Peddos de Indenzação em Quemas de Aparelhos na Área de Concessão da Eletropaulo. Anas do IV Semnáro Braslero de Qualdade de Energa Elétrca, Porto Alegre - RS - pp Hopfeld, J. J (1982) Neural Networks and System wth Emergent Collectve Computatonal Abltes Proc Nato Academy Scence Vol 79, n 8, Ap. pp Ramos, A. J. P. et al (1996)- A Qualdade da Energa Elétrca sob o Ponto de Vsta da Responsabldade Compartlhada. Uma Vsão Condomnal. Anas do Semnáro Braslero da Qualdade de Enerta Elétca Uberlânda, M.G pp Rumelhart, D. E et al (1986) Learnng Internal Representatons by Error Propagaton Parallel

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