Desafios de engenharia em energia. André Pereira Gerente de Marketing Técnico

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1 Desafios de engenharia em energia André Pereira Gerente de Marketing Técnico

2 Desafios de engenharia em energia... Geração Transmissão Consumo Tornar a produção de energia renovável eficiente Tornar as fontes de energia tradicionais mais limpas Gerenciamento de diferentes fontes de energia Garantir qualidade da energia Aumentar eficiência enegética Diminuir emissão de gases 2

3 Transmissão

4 Rede de transmissão de energia 4

5 Situação atual Subestação 1 Religadora 3-phase 13.8 kv Feeder 3 CT/PT 3 PT Controlador Digital Religadora/ Chave inteligente Chave integrada com TC e TP Transformador da subestação Controlador digital 5

6 Situação atual Subestação 1 Religadora 3-phase 13.8 kv Feeder 3 CT/PT 3 PT Controlador Digital 6

7 Situação atual Subestação 1 3-phase 13.8 kv Feeder 3 CT/PT Religadora 3 PT Controlador Digital 7

8 Estado da arte Subestaçao phase 13.8 kv Feeder 3 CT/PT Religadora Digital Controller 3 PT 3 CT/PT Seccionadora Digital Controller 3 PT Digital Controller 3 CT/PT Nó (Normalmente aberto) 3 PT Subestação 2 Religadora Seccinadora 3-phase 13.8 kv Feeder 3 CT/PT 3 PT 3 CT/PT 3 PT Digital Controller Digital Controller 8

9 O futuro: Smart Grid Visibilidade e coleta de dados mais eficiente Esquemas de proteção automáticos/inteligentes Integração de fontes de energia renovável PCHs Gerenciamento de demanda Source: Upgrading the grid, Nature, vol. 454, pp , 30 July

10 Medições em energia Medição de duas formas de onda com relação ao tempo Tensão Corrente Calcular RMS Frequencia Potência Consumo 10

11 Por que medir? Medição Ação Economia em Consumo total de energia Sub-medição de energia Predição de demanda Fator de Potência Desbalanceamento, RMS tendência/nível, harmonicos, SAG/SWELL Verificar através da conta de energia Atribuir ao centro de custo Execute máquinas em turnos ou altere algoritmo de controle de processo Execute máquinas em turnos ou altere algoritmo de controle de processo Monitoramento de condição de máquina 11 Eliminação dos pagamentos desnecessários Concentrar-se nos maiores consumidores Evite taxas por picos de consumo Evite multas Eficiência energética e manutenção preditiva (vida útil da máquina, minimizar o tempo de inatividade)

12 Construa suas prósprias aplicações com LabVIEW 12

13 Ambiente LabVIEW para desenvolvimento de sistemas IDE de sistemas completo Cálculos e análises Reutilização de código existente Depuração gráfica Software de alto nível Hardware flexível Plataforma integrada de software e hardware Interface de usuário 13

14 Benefícios da medição de energia com LabVIEW Característica Selecione somente a análise necessária Análise customizada Acesso a dados brutos Totalmente programável Comunicação aberta Benefício Interface simples, menos informações irrelevantes Ideal para pesquisas ou instalações com características especiais Capture e armazene dados de forma de onda completa para pósprocessamento Relatórios automatizados e hospedagem web para atender necessidades específicas Integração com sistemas existentes E/S expansíveis Adicione mais linhas de tensão / corrente, inclua outras medições, como temperatura, pressão, vibração, etc 14

15 Electrical Power Suite - Software Electrical Power Suite 1.0 Medições de qualidade de energia, e outros compatíveis com IEC, EN, e IEEE standards Harmonicos (IEC ) Flicker (IEC ) Sag/swell/interrupção com standards or níveis customizados (IEC ) (IEC ) Compatibilidade com COMTRADE 15 (IEEE )

16 Protocolos de comunicação suportados NI DNP3 Toolkit Nível 2 (Certificado) Nível 3 NI IEC Toolkit MMS GOOSE SMV IEC Toolkit

17 Vantagens Sistemas de medição de energia National Instruments Acesso dados de forma de onda de alta velocidade Combine com as funções de qualidade de energia do LabVIEW Software programável Diagnósticos e análises customizados Interface definida pelo usuário Mais do que medições de energia Temperatura para HVAC Fluxo e Vibração de bombas Monitoramento de Torque e RPM em eixos 17

18 Algoritmos em engenharia requerem matemática em Tempo Real Matemática em tempo real é...a implementação de algoritmos matemáticos com o propósito de implementação em hardware determinístico. 18

19 Tecnologia NI RIO Aplicações de PI Processamento de sinal PI Controle PI PI de terceiros LabVIEW LabVIEW Real-Time LabVIEW FPGA Middleware Driver APIs Drivers de dispositivo I/O Drivers Processor FPGA I/O I/O I/O Custom I/O CompactRIO & Single-Board RIO PXI,PC RIO (R Series, FlexRIO) Value Valor Ultra Robusto Performance Alta Performance 19

20 LabVIEW para Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) PROGRAMMABLE INTERCONNECT I/O BLOCK Source: Xilinx LabVIEW FPGA CONFIGURABLE LOGIC BLOCK (CLB) A confiabilidade e o paralelismo de circuitos em hardware dedicados Controle de execução em nanossegundos, controle de E/S em microssegundos Controle Ultra-rápido, DSP e desempenho de comunicação digital 20 application note

21 LabVIEW FPGA vs VHDL 66 Pages ~4000 lines Contador E/S Analógicas Transmissão 21

22 A abordagem da NI ao hardware flexível Software de alto nível Hardware flexível Plataforma integrada de software e hardware Nós chamamos isso de arquitetura LabVIEW RIO. Processor FPGA E/S analógica SO de tempo real Software Processador de aplicação baseado Rede e E/S periféricas em PC ou de tempo real Controle de barramento, interrupção e DMA Hardware definido por software FPGA Controle de malha fechada em alta velocidade Trigger e temporização customizados Processamento de sinal inline E/S digital E/S modular E/S para específica qualquer sinal E/S customizada Protocolos de barramento Ambiente gráfico de programação LabVIEW altamente produtivo para a criação de programas para host, FPGA, E/S e interfaces de barramento 22

23 Software de alto nível NI CompactRIO Hardware flexível Plataforma integrada de software e hardware Processador FPGA E/S modular para qualquer sinal Extrema robustez: Faixa de temperatura de -40 a 70 C; 50 g choque, 5 g vibração Alto desempenho: Processador i7 dual-core de até 1.33 GHz E/S abrangentes: Analógica, digital, customizada, específica, barramentos de comunicação Ambiente gráfico de programação LabVIEW altamente produtivo para a criação de programas para host, FPGA, E/S e interfaces de barramento 23

24 Software de alto nível NI Single-Board RIO Hardware flexível Plataforma integrada de software e hardware Processador FPGA E/S modular para qualquer sinal Ambiente gráfico de programação LabVIEW altamente produtivo para a criação de programas para host, 24 FPGA, E/S e interfaces de barramento

25 Software de alto nível Produtividade incomparável por meio de uma plataforma integrada de software e hardware Hardware flexível Plataforma integrada de software e hardware Linguagem feita para aplicações de medição e controle Software que tem consciência do hardware Implementação e execução em um clique Depuração visual direta Temporização de hardware na linguagem LabVIEW Desenvolvimento consistente apesar das variantes entre CPU e FPGA Abstração de componentes fundamentais Comunicação entre elementos (por exemplo, DMA FIFO) Abstrações de E/S comuns através de vários dispositivos e módulos de E/S Auto-detecção de hardware 25

26 Tecnologia RIO no ensino

27 Acelerando os projetos estudantis

28 Estudantes vão projetar os componentes de hardware e software que vão ser usados nos sistemas ou utilizá-los? De qualquer forma, eles vão ter de entender o projeto em nível de sistema 28

29 NI myrio FPGA programáve através do módulo LabVIEW FPGA ARM Cortex-A9 Dual-Core Ecossistema expansível através de sensores e atuadores Pronto para uso em projetos e laboratório Embarque código no chip FPGA e processador Real-Time via USB Primeira medição em minutos Processador programável C/C tif 29

30 Especificações Acelerometro onboard de três eixos Xilinx Zynq FPGA and dual-core ARM Cortex-A9 LEDs definidos pelo usuário Encapsulamento WiFI integrado 40 canais digitalis E/S (SPI, I2C, UART, PWM, Encoder) 10 entradas analógicas AI 6 saída analógicas AO Botão definido pelo usuário E/S de áudio 30

31 NI myrio Material auxiliar 32

32 Os benefícios da tecnologia comercialmente disponível Com a flexibilidade do projeto customizado Software de alto nível Hardware flexível Plataforma integrada de software e hardware 33