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1 ,96%4(( 3RUWR$OHJUH56DGHDJRVWRGH 80%$1&2'('$'265(/$&,21$/3$5$2*(5(1&,$0(172'$48$/,'$'('$ (1(5*,$(/e75,&$ Délio E. B. Fernandes*, Mário F. Alves 3RQWLItFLD8QLYHUVLGDGH&DWyOLFDGH0LQDV*HUDLV38&0* 5(6802 Com a evolução recentemente experimentada pelos equipamentos de monitoração de qualidade de energia elétrica, surge a possibilidade de monitorar sistemas elétricos de potência em larga escala. Uma rede de monitores, instalada em pontos específicos do sistema elétrico, pode gerar uma grande quantidade de informações, sob diferentes formas de registro de variações na tensão ou corrente do sistema monitorado. Isto indica a necessidade de um sistema de gerenciamento que minimize a quantidade de dados armazenados e maximize a eficiência de sua análise. O desenvolvimento de um banco de dados relacional para gerenciamento da qualidade da energia elétrica é o foco deste artigo, o qual reflete a experiência adquirida pelos autores no desenvolvimento de um Sistema de Gerenciamento da Qualidade da Energia Elétrica [1,2,3]. O objetivo global do banco de dados consiste na produção automatizada de relatórios que auxiliem no gerenciamento da qualidade de energia em um sistema elétrico. 3$/$95$6&+$9( Qualidade da Energia Elétrica: sistema de monitoramento, análise, banco de dados, gerenciamento da informação.,1752'8d 2 Atualmente, os monitores de qualidade de energia elétrica utilizados são equipamentos com capacidade para identificar informações de fenômenos eletromagnéticos diversos, em diversas faixas de freqüências. Além disso, eles possuem memória de dados, são dotados de dispositivos de transmissão de dados, programas de tratamento de dados, entre outras características. A capacidade de transmissão de dados entre estes equipamentos e um microcomputador, e deste com outros, viabiliza a formação de uma rede de monitoração de qualidade da energia elétrica. Os fenômenos eletromagnéticos têm sua terminologia, bem como a classificação, basicamente definidas pela amplitude, duração e conteúdo espectral típico segundo recomendação do IEEE, [4]. O banco de dados desenvolvido aborda, entre as diversas categorias de fenômenos eletromagnéticos, as variações de tensão de curta duração e os harmônicos. A qualidade da energia deve ser monitorada de acordo com objetivos específicos, uma vez determinado os objetivos de um projeto de monitoração. Os objetivos da análise são fundamentais na determinação do modo como se faz a aquisição das informações, bem como na definição da forma mais apropriada para os relatórios que permitirão o gerenciamento da questão. Pode-se citar alguns dos objetivos básicos que motivam uma pesquisa de qualidade de energia elétrica: Obtenção de informações estatísticas para fins diversos; Monitoração do sistema elétrico, objetivando a garantia da qualidade de energia elétrica e o diagnóstico de falhas; Monitoração de sistemas elétricos industriais, objetivando a garantia de operação de equipamentos dentro de limites especificados pelos seus fabricantes. Com base nestes objetivos pode-se adotar diferentes metodologias de redução ou filtragem Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais - PUC-MG Av. Dom José Gaspar, 500 Coração Eucarístico Belo Horizonte MG Tel: voz/fax (02131) deliof@gold.com.br

2 de dados e criar relatórios desenvolvidos a fim de permitir um eficiente tratamento da informação, tratando a grande quantidade de dados aquisitados, permitindo a extração de informações específicas, disponibilizando-as na forma de relatórios formatados para atender aos objetivos estabelecidos. 6,67(0$'(*(5(1&,$0(172'$4(( O banco de dados de QEE BDQEE, descrito neste artigo, é parte integrante do projeto de um Sistema de Gerenciamento de Qualidade da Energia Elétrica, [1,2,3,6]. Os aplicativos voltados à operação sobre este banco de dados são divididos entre aplicativos de pré-tratamento de dados e de pós-tratamento de dados. O primeiro tipo está relacionado ao povoamento da base de dados com informações referentes à monitoração dos fenômenos eletromagnéticos de interesse. O segundo tipo diz respeito a recuperação de dados da base afim de fornecer coleções de dados, agregados de diversas formas, a outros aplicativos. Estas coleções de dados vão subsidiar, por exemplo, análises estatísticas, geração de gráficos e a apuração de indicadores ou índices. 35e75$7$0(172'('$'26 Os diversos equipamentos para medição/monitoração da QEE disponíveis no mercado executam, de um modo geral, um prétratamento dos dados de medição, registrando, desta forma, uma menor quantidade de dados. Esta estratégia visa reduzir os requisitos de armazenagem e de transmissão de dados, sendo a informação registrada necessária e suficiente para a caracterização e agregação dos eventos. No entanto, a não existência de normatização pertinente, que contemple a caracterização (ou mesmo critérios de medição) dos fenômenos eletromagnéticos relativos à QEE, faz com que os fabricantes de equipamentos monitores de QEE estabeleçam seus próprios critérios, muitas vezes baseados nas limitações técnicas de seu equipamento e, sempre, baseados no custo de seus projetos. Assim temos diferentes equipamentos de monitoração de QEE, voltados para diferentes aplicações e com diferentes formatos de registro de dados. Neste caso, para efetuar a nova formatação dos dados para sua introdução no banco de dados, torna-se necessária a utilização de ferramentas computacionais (API, dicionário de dados, protocolos etc.) cedidas pelo fabricante, sem as quais fica impossível a transferência desses dados ao sistema de gerenciamento da QEE. O Banco de Dados de gerenciamento da QEE é projetado para suportar uma série de dados que têm como base alguns objetos de dados descritos para cada um dos fenômenos eletromagnéticos que se pretende avaliar. Estes objetos de dados, por sua vez, são compostos por uma série de atributos, alguns obrigatórios e outros não. O prétratamento de dados consiste em transformar todos os dados fornecidos por um equipamento de medição/monitoração em registros formatados (objetos de dados) para povoar a base de dados do sistema de gerenciamento da QEE. Os atributos que constituem os objetos de dados são elementos de caracterização dos fenômenos eletromagnéticos observados [4]. Os dados coletados pelos equipamentos monitores de QEE são entregues sob a forma de pacotes de dados com uma formatação sugerida pelo fabricante. Embora esta formatação seja livre, há estudos no sentido de se criar um formato padrão de transferência de dados de qualidade de energia elétrica, como em [5]. De um modo geral, este formato de dados carrega toda a informação de identificação dos dados (dados de agregação), de ajuste do equipamento e dos eventos propriamente ditos. Além do tratamento dos dados relativos ao fenômeno eletromagnético propriamente dito, deve ser tratada, ou formatada, a informação relativa à identificação do evento: data, hora, canal de medição e demais parâmetros indispensáveis para identificação unívoca dos dados no banco de dados. 3UpWUDWDPHQWRGHGDGRVGHKDUP{QLFRV Os registros de dados referentes aos harmônicos têm a forma de séries temporais de valores instantâneos de tensão e corrente. Estas séries são formadas a uma determinada taxa de amostragem e têm a duração de um determinado número de ciclos. Os valores destas séries são transformados por uma rotina de FFT -Fast Fourier Transform. Esta rotina retorna os componentes harmônicos em módulo e ângulo, dada uma série temporal e seus parâmetros. O número de componentes, bem como a presença de harmônicos e sub harmônicos é determinado pela taxa de amostragem e pelo número de ciclos que compõem a série temporal.

3 A partir do conjunto de componentes harmônicos, já visando uma redução na quantidade de dados a serem inseridos na base de dados, é executada uma filtragem que mantém apenas os componentes mais significativos do sinal. 3UpWUDWDPHQWRGHGDGRVGH97&' As variações de tensão de curta duração - VTCD são registradas como sendo séries temporais de valores instantâneos de tensão e de corrente. Muito embora o registro deste tipo de evento tenha sido detectado pela variação no valor médio quadrático da tensão, seu registro é realizado sob a forma de valores instantâneos possibilitando fazer, à SRVWHULRUH, a caracterização do evento sob diversos algoritmos. O pré-tratamento dos dados de VTCD consiste da execução desses algoritmos de caracterização. De posse da série temporal de valores instantâneos são estabelecidos parâmetros para se encontrar a série temporal de valores médios quadráticos correspondente. Estes parâmetros são o tamanho e o tipo da janela de apuração de dados de valor eficaz. Trabalhando os dados relativos à série temporal de valores eficazes é possível o estabelecimento de dados de caracterização do evento, existindo diversas metodologias propostas para tal, como em [7]. O desenvolvimento dessas metodologias abrange desde o estabelecimento dos dados a serem registrados, à criação de algoritmos que, utilizando a serie temporal de valores médios quadráticos, estabeleçam valores numéricos simplificados que representem estas séries (caracterização do evento). Por exemplo, podemos extrair de tal série um valor extremo (mínimo ou máximo) a média e algumas medidas de dispersão. O ajuste de parâmetros na determinação de valores médios quadráticos, bem como a seleção do algoritmo de caracterização são aspectos explorados no sentido de garantir a flexibilidade do sistema. 3UpWUDWDPHQWRGHGDGRVGHWHQGrQFLDVGH YDORUPpGLRTXDGUiWLFR O registro de valores médios quadráticos é composto de séries temporais de valores mínimos, médios e máximos. O pré-tratamento destes dados consiste na sua formatação e introdução no banco de dados de QEE. Eventualmente, é possível, durante o prétratamento de dados, reduzir a taxa de registro dos dados reavaliando a série de dados entregue pelo equipamento monitor. Desta forma, uma série com registro periódico de valores a uma determinada taxa (registros por unidade de tempo) pode ser substituída por outra série, com taxa menor. Este tipo de compressão reduz a qualidade da informação, porém sem a perda da sua representação, pois a informação contínua é preservada 02'(/2&21&(,78$/'2%'4(( O Banco de Dados de QEE consiste de uma estrutura de banco de dados relacional que tem por objetivo a armazenagem de informação relativa a investigações de qualidade de energia e a recuperação sistemática e automática desta informação. O banco de dados visa, também, fundamentar o desenvolvimento de técnicas modernas de utilização de bancos de dados tais como a extração de dados ('DWD 0LQLQJ) e técnicas de inteligência artificial. Os dados armazenados são, basicamente: Dados provenientes de monitoração do sistema elétrico. Dados referentes a características do sistema elétrico monitorado. Dados referentes aos ajustes dos equipamentos monitores de QEE. Dados referentes a ocorrências de falhas nos sistemas elétricos monitorados. Dados referentes a gestão das investigações de QEE. A informação obtida por um sistema de monitoração é dinamicamente filtrada, de acordo com o objetivo de monitoração, de forma a permitir a emissão automática de relatórios com a mínima intervenção do usuário. Os objetos de dados mais significativos são: Pesquisas; Locais de monitoração; Contatos; Parâmetros de medição; Ocorrências de campo; Dados de medição; Eventos; Distúrbios; Valores de referência. Os objetos de dados são estruturados em tabelas. As tabelas são compostas de registros que, pôr sua vez, são compostos de campos. Cada objeto de dados é transformado em uma ou mais tabelas em um processo denominado normalização que promove uma otimização da estrutura, evitando a redundância de dados.

4 3HVTXLVDVGH4(( Esta entidade visa agregar todas as informações referentes a um estudo de QEE, sejam estas informações dos consumidores ou mesmo de pontos do sistema da concessionária. /RFDLVGHPRQLWRUDomR Aqui são definidos todos os atributos relacionados a um VLWH, ou local de monitoração, suas características físicas, localização geográfica e características elétricas. Desta forma, permite-se relacionar os locais com variáveis do sistema elétrico (níveis de tensão, tamanho de alimentadores, existência de bancos de capacitores etc.). Uma série de atributos pode ser definida para esta entidade, Podendo se destacar os seguintes atributos básicos: Código e nome do local; Descrição do local (dados adicionais relevantes à caracterização do local); Tipo de alimentação (monofásica, trifásica em estrela, trifásica em triângulo etc.); Nível de tensão; Freqüência de alimentação; &RQWDWRV Os contatos compõem uma agenda de contatos relacionada aos locais de monitoração visando garantir ao operador do sistema autonomia na solução de problemas de ordem técnica. Esta agenda registra dados referentes à comunicação do terminal servidor de comunicação com os terminais remotos, o que inclui, além dos telefones de contato, VWULQJV de inicialização de modems e outros parâmetros de comunicação. 3DUkPHWURVGHPHGLomR Parâmetros de medição formam um conjunto de informações que devem registrar o histórico de ajustes do equipamento monitor de QEE em cada um dos locais de monitoração. Isto permite identificar sob que condições determinados dados foram obtidos. A tabela formada por estes registros serve ainda como orientação, quando da implementação de um sistema de monitoração, para o ajuste dos equipamentos de medição, ou podem servir como um filtro, atuando sobre os valores dos objetos de distúrbios armazenados no banco de dados. 2FRUUrQFLDVGHFDPSR As ocorrências de campo são informações diversas de registro de falhas ocorridas junto a um local de monitoração. Os seus registros contêm informações de ocorrências de falhas em equipamentos instalados no sistema elétrico monitorizado, auxiliando na busca de relacionamentos entre estas falhas e os eventos registrados pelo instrumento monitor de qualidade de energia. Destacam-se algumas informações, tais como: Tipo de falha de sistema (Software); Tipo de falha de equipamento (Hardware); Evidências físicas; Periodicidade de ocorrência; Data, hora e local de ocorrência. 'DGRVGH0HGLomR Os dados de medição são informações que devem caracterizar, eletricamente, cada local monitorado. Entre estes dados estão as associações físicas entre canais de medição e fases do sistema elétrico e razões de transformação do sistema de medição do local. (YHQWRV Os eventos são rótulos de identificação dos fenômenos eletromagnéticos monitorados ou simulados. Eles fazem a indexação dos conjuntos de dados referentes aos distúrbios. Os eventos identificam os distúrbios segundo atributos como data, hora, local, canal, tipo etc. : Data/Hora de ocorrência Local de ocorrência Tipo de fenômeno Canal de medição Parâmetros de medição... Componentes harmônicos Variações de tensão De curta duração Coleções de valores médios quadráticos Figura 2 - Relação entre objetos de eventos e distúrbios. 'LVW~UELRV Distúrbios são informações que, uma vez transmitidas pelos equipamentos monitores de QEE, recebidas pelo servidor de comunicação e tratadas por um pré-processamento, formam pacotes de informação que são identificados por um evento e inseridos no banco de dados. Embora tenha sido adotado o nome "distúrbios", esta entidade representa todos os dados registrados pelo equipamento monitor de QEE, 1...N quantidade de registros 1:N relação de 1 para N entre os objetos

5 B C inclusive os dados de registro contínuo, independente de representarem ou não um distúrbio no sentido estrito da palavra. Os distúrbios têm a característica de não possuírem um tamanho ou número de registros fixo, podendo variar em função dos ajustes do equipamento monitor ou mesmo de parâmetros de pré tratamento dos dados. Os objetos de dados de distúrbios devem ser utilizados para comporem os registros de distúrbios em suas respectivas tabelas (Tabela 1). Tabela 1 Composição básica dos objetos de dados dos distúrbios que afetam a qualidade de energia elétrica abordados.!"# Valor eficaz de Amplitude regime permanente Tempo Amplitude Variações de tensão de curta duração Duração Média Desvio padrão Harmônicos Amplitude, ângulo e ordem do componente harmônico. Cada objeto de dados de distúrbios tem uma associação com um registro de eventos (Figura 2). Este registro de eventos tem informações de quando e onde os distúrbios foram registrados, além da informação de sob que condições de ajuste do equipamento monitor de qualidade de energia o distúrbio foi registrado. Dependendo do tipo de distúrbio, um evento pode ser associado a 1 ou a N objetos de distúrbio. 9DORUHVGHUHIHUrQFLD Os valores de referência para a análise dos dados coletados, são aqueles valores utilizados como referência para a comparação com os objetos de dados de distúrbios. Esses valores são, tipicamente, limites normalizados ou não, tais como: Curva ITIC - Information Technology Industry Council; Valores propostos de curvas de suportabilidade de equipamentos; Limites específicos estabelecidos por normas (IEEE/ANSI, IEC, ABNT); Padrões de desempenho da rede básica, [8]. Sumários de outras pesquisas. 02'(/2)Ë6,&2 O banco de dados de qualidade da energia elétrica foi concebido e desenvolvido [2,3] utilizando como base o Microsoft Access 1. Visando a obtenção de um maior desempenho, devido ao processamento de uma grande quantidade de dados, está sendo efetuada a migração para outro SGBD, o SQL Server 1. São características de desenvolvimento do banco de dados de QEE: Plataforma Windows 1 Arquitetura Cliente / Servidor Ferramenta de Programação Visual Basic 6.0 (Cliente) 1 Banco de Dados SQL Server (Servidor) 1 Além destes requisitos observa-se a possibilidade de utilização de parte da interface baseada em WEB. 3Ï675$7$0(172'26'$'26 Entende-se por pós-tratamento dos dados as operações de recuperação e disponibilização da informação contida no banco de dados. O póstratamento é executado com o intuito de prover interface com o usuário, relatórios ou mesmo gerar objetos de dados para outros aplicativos. O pós-tratamento de dados se inicia por consultas, executadas em SQL 2, através das quais obtemos coleções de dados agregados por características comuns. A partir destas coleções de dados são executados funções que possibilitam obter medidas estatísticas, gráficos relatórios ou qualquer outro tipo de tratamento de dados. $JUHJDomRGHGDGRV A agregação de dados deve ser feita através de consultas ao banco de dados, que é estruturado para permitir uma série de tipos de consulta. A agregação dos dados é dita espacial, temporal, espaço temporal ou ainda agregação por violações. A partir da agregação de dados são construídos os relatórios e exportados dados para outros aplicativos. 1 $"% &('()+*),-/./% 0 12)+34*54$"% &('()+*),-67& & 8(**5:92% *(;<2= >?< * % &"8@$"% &('()+*),- Ä B4C@A 8('D8(' são marcas registradas da $E% & ')+*),-F )+' GH)+'<2- % )+0. 2 A - '(;+&I- ;'(8(1 ;+8(' J < 0K;<K8, ou linguagem de consulta estruturada, linguagem de consulta, definição da estrutura de dados, modificação de dados e especificação de restrições de segurança.

6 Na agregação espacial os dados referentes aos eventos devem ser identificados e relacionados, de forma unívoca, a um local de medição e a um canal de medição (correspondente a identificação de uma fase). Na agregação temporal os dados referentes aos eventos devem ser identificados e relacionados, de forma unívoca, a uma sessão temporal, ou seja, a um intervalo de tempo. A agregação por violações consiste em identificar e relacionar um determinado tipo de distúrbio que exceda limites especificados. Desta forma podese listar, por exemplo, todos os registros de valores de VTCD, e seus eventos correspondentes, que estão entre 0,7 e 0,8 pu e entre 50 e 100ms de duração. Este tipo de agregação é realizado sobre os dados de distúrbios, podendo ser combinada aos tipos de agregação citados anteriormente. 5HODWyULRV A emissão de relatórios, objetivo final do sistema de gerenciamento, é executada no sentido de auxiliar a tomada de decisões sobre um determinado sistema elétrico, conforme objetivos específicos de monitoração. Uma estrutura de banco de dados como a proposta, suporta uma grande quantidade de tipos de relatórios, produzidos através de ordenações, comparações e composições dos dados armazenados. No âmbito do sistema, os relatórios podem ser gerados de duas formas diferentes: em uma interface própria do sistema, ou pela transferência de dados a um aplicativo apropriado a criação de gráficos e análise numérica como uma planilha eletrônica. A primeira forma é estática e independente. A Segunda é mais flexível. No entanto pode-se identificar aplicações para as duas formas de geração de relatórios. No caso de transferência de dados para outros aplicativos, as tabelas resultantes das consultas são transferidas por intermédio de recursos de ligação e incorporação de objetos - OLE 3. A relação cronológica de eventos é um importante relatório, podendo ser disposta, por exemplo, em períodos que representem ciclos de operação de um determinado sistema elétrico, auxiliando na busca de padrões de ocorrências de problemas. A correlação entre ocorrências de campo e ocorrência de distúrbios, aparentemente imediata, pode ser de difícil obtenção dada a dificuldade de se precisar a ocorrência de problemas em equipamentos, mas os registros de ocorrências de campo podem orientar uma busca 3 C OLE LNM O 8 & - % 0 P% 0KQ< 0 1SR?T M % 0K. Este recurso permite a atualização bilateral entre aplicativos. de registros de distúrbios, compondo outro tipo de relatório. &21&/86 (6 Um banco de dados, capaz de armazenar informações referentes à qualidade da energia elétrica e recuperar estas informações para diferentes formas de análise, é uma ferramenta que pode ser utilizada para diversos fins. A aplicação imediata está no diagnóstico de problemas relativos à qualidade da energia elétrica pelo acompanhamento da operação de um sistema elétrico. Esta estrutura pode ainda ser utilizada na avaliação de dados provenientes de simulações de distúrbios que afetam a qualidade da energia elétrica, e na verificação ou desenvolvimento de índices de desempenho para sistemas elétricos. O banco de dados desenvolvido é uma parte importante de um conjunto de ferramentas em desenvolvimento pelos autores, e deve prover uma base de dados de pesquisas para o estudo da qualidade da energia elétrica. Ferramentas de simulação podem gerar dados que, uma vez adequadamente formatados, são inseridos no banco de dados e passam a compartilhar das possibilidades de análise das informações. %,%/,2*5$),$ [1] PUC-MG / n PPGEE-65/2000, Projeto de Pesquisa: Gerenciamento da Qualidade da Energia Elétrica ; financiamento CEMIG/PUC, abril, [2] Alves, M.F., Fernandes, D.E.B., Development of an Automated Power Quality Management System, 1999 IEEE/PES Transmission and Distribution Conference, Vol. 2, pag , New Orleans, USA, abril, [3] Fernandes, D. E. B., Uma Metodologia de Gerenciamento da qualidade da Energia Elétrica, Dissertação de Mestrado, PUC-MG, abr., 1999; [4] IEEE STANDARS BOARD, IEEE Std Recommended Practice For Monitoring Electric Power Quality, USA, nov., 1995, 70p. [5] IEEE STANDARS BOARD, "Draft 1.5, IEEE P Recommended Practice for a Power Quality Data Interchange Format - An Extensible File Format for the Exchange of Power Quality Measurement and Simulation Data, USA, jan, [6] Alves, M.F., Fonseca, V.R.C., Estimativa Estocástica de Afundamentos Tensão, XIII Congresso Brasileiro de Automática CBA 2000, Florianópolis S.C., setembro de Pg a [7] Brooks, D.L.,Dugan, R.C., Waclawiak,M., Sundaram, A. "Indices for Assessing UtilityDistribution System RMS Variation Performance", [8] ONS, "Padrões de Desempenho da Rede Básica - submódulo 2.2", Minuta, maio, 2000.