Racionalizando Investimentos com Melhoria dos Índices de Confiabilidade da Rede

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1 Racionalizando Investimentos com Melhoria dos Índices de Confiabilidade da Rede Um enfoque estatístico através de uma metodologia inovadora e da alocação ótima de investimentos Eng. Alexandre Vasconcellos Tel.: (011) Fax: (011) DIgSILENT PowerFactory - Análise de Confiabilidade 1

2 Definição do Problema Redes de transmissão e distribuição estão sujeitas a falhas Falhas representam custos reparos, lucros cessantes e PENALIDADES O seu tratamento estatístico permite a avaliação quantitativa dos seus impactos no. de falhas, duração, custos do não-suprimento, etc. Aumentar a confiabilidade implica em investimento Qual é a meta de confiabilidade? Qual o custo do não-atendimento? Onde e quanto investir para atingir metas? Qual é a melhor alternativa de investimento? DIgSILENT PowerFactory - Análise de Confiabilidade 2

3 Metas e Custos de Confiabilidade Critérios tradicionais pré-regulamentação do setor Metas com base em DEC e FEC (índices de sistema anuais) Custo de confiabilidade = custo da Energia Não Suprida Mudança de paradigma com a res. ANEEL 024/2000 Metas com base em DIC e FIC (índices individuais anuais) Custo de confiabilidade = custo da Energia Não Suprida Aperto adicional com a res. ANEEL 075/2003 Metas adicionais com base em DMIC (índice máximo mensal) a partir de jan 2004 Atualização anual de metas com tendência progressiva DIgSILENT PowerFactory - Análise de Confiabilidade 3

4 Alocação Ótima de Investimentos A melhor decisão não é aquela que simplesmente minimiza os índices de falha do sistema, mas sim aquela que o faz nos pontos críticos da rede e que maximiza os índices de confiabilidade com o mínimo de investimento Os estudos de confiabilidade são análises de engenharia baseadas em procedimentos estatísticos que tornam possível tomar estas decisões de maneira clara, objetiva e justificável do ponto de vista do empreendedor. DIgSILENT PowerFactory - Análise de Confiabilidade 4

5 Benefícios da Análise de Confiabilidade Permite quantificar o impacto financeiro das diversas ações e melhorias possíveis de serem feitas, dando maior objetividade ao processo de tomada de decisão Ganho de qualidade e competitividade, uma vez que se melhora a confiabilidade do sistema e ao mesmo tempo a alocação dos recursos disponíveis (humanos, materiais e financeiros) é otimizada Estabelece uma linguagem comum e um maior intercâmbio entre os diversos agentes envolvidos (Staffs de Processo, de Utilidades e Gerências Executivas) DIgSILENT PowerFactory - Análise de Confiabilidade 5

6 Fatores Importantes Cautela com análises tradicionais (DEC, FEC, DIC, FIC) variáveis aleatórias com variância relativamente alta Analisar custos médios carece de sentido prático Uma análise de custo-benefício depende de um método capaz de determinar precisamente o custo do não-suprimento como uma função probabilística das interrupções do fornecimento. Considerar a influência da Manutenção e Vida Útil Definir a correlação entre o sistema elétrico e as cargas críticas de processo DIgSILENT PowerFactory - Análise de Confiabilidade 6

7 Modelagem - O programa PowerFactory A importância do Levantamento de Dados Topologia e Fluxo de Carga Subestações, linhas, transformadores Proteções, Religadores, Chaves de Transferência Modelos de cargas (estocásticos e determinísticos) Custos de Interrupção Modelo estocástico de geradores Disponibilidades em função de paradas DIgSILENT PowerFactory - Análise de Confiabilidade 7

8 Modelos Estocásticos no PowerFactory O modelo de Weibull-Markov Modelos de falhas mais realistas Totalmente compatível com o modelo Markov Homogêneo TÃO RÁPIDO QUANTO MARKOV HOMOGÊNEO; TÃO PRECISO QUANTO MONTECARLO DIgSILENT PowerFactory - Análise de Confiabilidade 8

9 Modelos de Carga Modelo estocástico de Weibull-Markov (Probabilidades de demanda) Modelo determinístico de Curvas de carga com escala de tempo configurável (diária, semanal, anual, etc.) Previsão de crescimento de carga DIgSILENT PowerFactory - Análise de Confiabilidade 9

10 Custos de Interrupção Custos fixos por interrupção perda de produto, matéria prima, outros danos materias Custos variáveis com o tempo de interrupção lucro cessante penalidades adicionais $/kwh, $/kw, $/h DIgSILENT PowerFactory - Análise de Confiabilidade 1 0

11 Metodologia Confiabilidade da geração Hidrologia, riscos de déficit, atendimento à demanda Método de Monte Carlo (simulações numéricas) Confiabilidade de redes Transmissão e Distribuição, geração distribuída Método analítico com base no modelo Weibull-Markov Enumeração de estados por método topológico rápido Análise do efeito de falhas (FEA) eliminação da falta pela proteção; isolamento do(s) equipamento(s) defeituoso(s); restabelecimento através de transferência e socorro alívio de sobrecarga quando aplicável DIgSILENT PowerFactory - Análise de Confiabilidade 11

12 Características especiais Falhas de modo comum Programação de tempos de socorro independentes por chave Análise de efeito de falhas (FEA) realista incluindo o cálculo do fluxo de carga AC em todas as condições pós-falta e pós restabelecimento Alívio de sobrecarga: por transferência de carga por corte de carga (prioridades de cargas selecionáveis) corte ótimo corte por estágios Apresentação tabular e gráfica dos resultados DIgSILENT PowerFactory - Análise de Confiabilidade 1 2

13 Apresentação de Resultados Índices equivalentes de sistema Índices individuais por ponto de carga Custos anuais de interrupção estimados DIgSILENT PowerFactory - Análise de Confiabilidade 1 3

14 Aplicações do Cálculo de Confiabilidade Eliminação de gargalos e planejamento da expansão Análise de alternativas de configuração de operação Manuteção centrada em confiabilidade (RCM) Análise de custos de seguro e de penalidades Marketing de fidelização e atração de novos clientes Estudos especiais Cálculo do benefício da geração própria/distribuída Cálculo do benefício de FACTS/FACDS DIgSILENT PowerFactory - Análise de Confiabilidade 1 4

15 Confiabilidade de Cargas Críticas A função primordial do sistema elétrico é fornecer energia dentro de critérios estabelecidos de qualidade, confiabilidade e segurança para os usuários finais Cargas críticas são os principais elementos de processos vitais cuja confiabilidade do fornecimento de energia é determinante para a sua continuidade operacional Neste caso o estudo de confiabilidade da rede elétrica por si só não tem grande significado: É necessária a análise detalhada das interconexões destes processos com o sistema elétrico e das interdependências internas entre os processos A ferramenta de cálculo utilizada deve possuir flexibilidade para serem configurados elementos adicionais interligados com a rede elétrica modelada e interligados entre si DIgSILENT PowerFactory - Análise de Confiabilidade 1 5

16 lne 083 lne 085 lne 038 lne 039 lne 101 lne 100 lne 049 lne 050 tr A tr B tr2 46 lne 046 lne 094 lne 045 AL-9.1 AL-5.1 Exemplo - Central Termelétrica SISTEMA ELÉTRICO SIMPLIFICADO SE93 lne PN01A 145PN01B Line(1) lne 043 FCOP-A FCOPSEC-A 45-PN-01-A 45-PN-01-C FCOP-B FCOPSEC-B 45-PN-01-B lne 001 FALIG3 sym TG1 G ~ TG1 45-PN-01-D sym TG2 G ~ TG2 45-PN-01-E FPTFG3 FTGER3 sym FTGER3 G ~ DIgSILENT PowerFactory - Análise de Confiabilidade 1 6

17 Exemplo - Central Termelétrica EXEMPLO DE CARGA CRÍTICA: Sist. de Água de Resfriamento Falha Turbina/Bomba B-01A Falha 120Vca Solenóide PN5 Falha de Água de Resfriamento Indisponibilidade de bombas: Mínimo 4 operando das 7 Falha Turbina/Bomba B-01B Falha Motor/Bomba B-01C Falha Motor/Bomba B-01D Falha Motor/Bomba B-01E Falha Motor/Bomba B-01F Falha Motor/Bomba B-01G Falha 120Vca Solenóide PN5 Falha Gaveta/Painel PN21A Falha Gaveta/Painel PN21A Falha Gaveta/Painel PN21B Falha Gaveta/Painel PN21B Falha Gaveta/Painel PN21B DIgSILENT PowerFactory - Análise de Confiabilidade 1 7

18 Exemplo - Central Termelétrica EXEMPLO DE INTERLIGAÇÃO: Painéis de instrumentação e processos vitais CORRELAÇÃO ENTRE PAINÉIS DE INSTRUMENTAÇÃO E CARGAS CRÍTICAS PN1 PN2 PN3 PN4 PN5 Caldeira 1 Caldeira 2 Caldeira 3 Gerador 01 Gerador 02 Gerador 03 Fornos da Unidade 1 Fornos da Unidade 2 Sist. Água de Alimentação Sist. Água de Resfriamento DIgSILENT PowerFactory - Análise de Confiabilidade 1 8

19 Cálculo de Cargas Críticas no PowerFactory Elemento de Processo: composto por lógicas adicionais que rodam simultaneamente com a rede elétrica Programação DPL (DIgSILENT Program Language) para a execução de lógicas mais complexas DIgSILENT PowerFactory - Análise de Confiabilidade 1 9

20 Resultados do Cálculo para Cargas Críticas Minimização de falhas elétricas de modo comum do processo Relocação de alimentadores de motores e cargas Redundância de Painéis de Instrumentação e CC Implantação de transferência automática de barras Alimentações alternativas redundantes Pode-se concluir que o sistema elétrico não é o gargalo! DIgSILENT PowerFactory - Análise de Confiabilidade 2 0

21 Aplicações do Cálculo para Cargas Críticas Serviços auxiliares de usinas vitais Sistemas de proteção/comando/controle de SEs Continuidade operacional de grandes consumidores DIgSILENT PowerFactory - Análise de Confiabilidade 2 1

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