Controladores de Demanda Trabalho de Conclusão Curso

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1 Universidade Federal de Mato Grosso Faculdade de Engenharia e Tecnologia Departamento de Engenharia Elétrica Controladores de Demanda Trabalho de Conclusão Curso Acadêmico Henrique Matheus Orientador Mario K. Kawaphara Cuiabá -MT Outubro de 2003

2 Universidade Federal de Mato Grosso Faculdade de Engenharia e Tecnologia Departamento de Engenharia Elétrica Controladores de Demanda Trabalho de Conclusão Curso Com isso as indústrias precisam de meios para controlar essa variável, já que a multa pela ultrapassagem da demanda (tipicamente três vezes maior do que a tarifa normal) muitas vezes não justifica a produção extra conseguida O autor Cuiabá -MT Outubro de 2003

3 Sumário 1. INTRODUÇÃO 4 2. OBJETIVO 4 3. DEMANDA Demanda versus Consumo O Controlador de Demanda A comunicação entre o Controlador e o Medidor da Concessionária Comunicação Serial Taxa de Transferência (Baud Rate) Transmissão Assíncrona versus Transmissão Síncrona Protocolo Métodos de controle Janela móvel Retas de Carga ou Retas Inclinadas Preditivo Adaptativo O CONTROLADOR IMPLEMENTADO Materiais Utilizados Metodologia Simulações Possibilidades de melhoria CONTROLADORES COMERCIAIS CONSIDERAÇÕES FINAIS REFERÊNCIAS. 31

4 1. Introdução Segundo Costa e Silva (2003), os estudos realizados nos anos oitenta, constatam que o perfil de comportamento do consumo ao longo do dia encontrase vinculado aos hábitos do consumidor e às características próprias do mercado de cada região. Foi também caracterizado que o sistema elétrico brasileiro, em quase sua totalidade, possui geração por meio de hidroelétricas. Portanto, o maior potencial de geração concentra-se no período chuvoso. Baseando-se nestas características originou-se, em 1982, a nova Estrutura Tarifaria Horo-sazonal. Em que as tarifas tem valores diferenciados segundo: horários do dia e períodos do ano. Nessa nova estrutura tarifária, hoje na forma da Resolução da ANEEL nº 456 de 29 de novembro de 2000, também está inclusa a tarifação sobre a demanda, que na tarifa de energia elétrica representa a estrutura de geração e transmissão que a concessionária disponibiliza para o consumidor respondendo tipicamente por 20% desta, representando portanto, um insumo significativo. Com isso as indústrias precisam de meios para controlar essa variável, já que a multa pela ultrapassagem da demanda (tipicamente três vezes maior do que a tarifa normal) muitas vezes não justifica a produção extra conseguida. Foi aí que começaram a surgir os primeiros controladores de demanda, que são os equipamentos destinados a monitorar e controlar essa variável, ajudando as indústrias a serem mais competitivas no mercado. 2. Objetivo Vista a necessidade do controle da demanda, este trabalho visa o estudo, através da implementação de um controlador de demanda, das principais características e especificidades desses equipamentos. Pág.4

5 3. Demanda De acordo com a resolução 456 de 29 de novembro de 2000, Art. 2, VIII: Demanda: média das potências elétricas ativas ou reativas, solicitadas ao sistema elétrico pela parcela da carga instalada em operação na unidade consumidora, durante um intervalo de tempo especificado. No Brasil o intervalo de tempo (período de integração) é de 15 minutos, portanto, em um mês teremos: 30 dias x 24 horas / 15 minutos = 2880 intervalos. Em termos de medição temos os métodos de medição síncrona e assíncrona. O método de medição síncrona é aquele utilizado por todas as concessionárias brasileiras e pela maioria dos países medindo a energia ativa num determinado intervalo de tempo que pode variar de 15 à 60 minutos na maioria dos casos.... Na prática o que se faz é integrar os pulsos de energia dentro deste intervalo, por isso chamado de intervalo de integração, obtendo o que chamamos de demanda de energia ativa, ou seja, a demanda é a energia média consumida em cada intervalo de 15 minutos não existindo plenamente antes do fechamento do intervalo. Na maioria dos casos a concessionária fatura pelos maiores valores registrados nos períodos de fora-ponta e ponta ou pelos valores contratados, os que forem maiores. A cada início do intervalo de integração o consumo é zerado dando início a uma nova contagem. Se ao final do intervalo o valor médio de fechamento for superior ao limite permitido o usuário arcará com pesadas multas por ultrapassagem. Neste ponto é interessante frisar que poderão ocorrer picos de potência dentro do intervalo de integração desde que os mesmos não levem à ultrapassagem da demanda. Ao contrário do que muitos apregoam são os picos de demanda (média das potências) que não podemos permitir e não os picos de potência instantânea, normais para a produção, principalmente Pág.5

6 em processos onde existem grandes variações de carga durante curtos períodos de tempo. (Suppa e Terada) O método de medição assíncrono será tratado no decorrer do trabalho Demanda versus Consumo Muitas vezes os consumidores confundem os valores de demanda e consumo numa tarifa de energia elétrica, prejudicando seus custos e ressaltando o importante papel conscientizador que o Engenheiro Eletricista deve exercer. A demanda, como dito anteriormente, representa a estrutura de geração e transmissão da energia elétrica que a concessionária disponibiliza ao consumidor. Ela é disponibilizada perante contrato com a concessionária, onde esta se responsabiliza em manter essa estrutura de fornecimento e o consumidor, por sua vez, compromete-se a pagar por essa estrutura, usando-a ou não, e ele também não deve ultrapassar os valores contratados podendo ser cobradas multas pesadas, caso isso ocorra. Já o consumo representa a quantidade de energia ativa consumida. Comparando com um sistema mecânico, a demanda representa o quão rápido um trabalho foi executado (potência) e o consumo representa o trabalho executado. Portanto, para um mesmo consumo, podemos ter demandas diferentes. Pág.6

7 Figura 1- Tarifa de Energia com Ultrapassagem de Demanda. A demanda representa 23,48% da tarifa. Figura 2-Tarifa sem ultrapassagem da demanda. A demanda representa 10,71% da tarifa. Pág.7

8 Figura 3-Tarifa com demanda má dimensionada. A demanda representa 53,15% da tarifa O Controlador de Demanda. O controlador de demanda é o equipamento destinado a monitorar e controlar a variável demanda de forma precisa e, de preferência, com a menor interferência no processo produtivo, já que para que ele realize o controle é necessário que este faça a retirada de alguma carga, com intuito de manter a demanda daquele intervalo dentro de valores aceitáveis. Um Controlador de Demanda necessita medir corretamente para poder controlar. Em termos globais a informação para controle deverá vir do medidor da concessionária pois lá estão os sinais de controle além das variáveis a serem controladas, liberadas pela mesma através de solicitação padrão. Logo o Controlador de Demanda deverá estar conectado a este medidor recebendo as mesmas informações da concessionária e baseado nestas realizar suas ações sobre as cargas passíveis de serem controladas. Uma vez recebendo os sinais da concessionária o Controlador de Demanda passará a verificar dentro de cada período de integração a necessidade de se retirar ou não alguma carga elétrica da instalação afim de que a demanda global se mantenha, dentro deste intervalo, abaixo dos Pág.8

9 limites de controle pré estabelecidos (os quais na maioria das vezes são os valores de contrato junto à concessionária com ou sem as tolerâncias permitidas). Voltando à atuação do Controlador de Demanda não havendo tendência de ultrapassagem da demanda ele não atuará. Caso contrário ele poderá atuar e quando a demanda diminuir ele terá que repor (ou pelo menos liberar para uso) de forma automática as cargas antes retiradas... ( A comunicação entre o Controlador e o Medidor da Concessionária O controlador de demanda se comunica com os medidores das concessionárias, através da saída serial do usuário, disponível em todos os medidores eletrônicos. Sua comunicação é padronizada pela NBR Intercâmbio de informações para sistemas de medição de energia elétrica Padronização Comunicação Serial A maioria das mensagens digitais são mais longas que alguns poucos bits. Por não ser prático nem econômico transferir todos os bits de uma mensagem simultaneamente, a mensagem é quebrada em partes menores e transmitida seqüencialmente. A transmissão bit-serial converte a mensagem em um bit por vez através de um canal. Cada bit representa uma parte da mensagem. Os bits individuais são então rearranjados no destino para compor a mensagem original. Em geral, um canal irá passar apenas um bit por vez. A transmissão bit-serial é normalmente chamada de transmissão serial, e é o método de comunicação escolhido por diversos periféricos de computadores Taxa de Transferência (Baud Rate) A taxa de transferência refere-se a velocidade com que os dados são enviados através de um canal e é medido em transições elétricas por segundo. Pág.9

10 Na norma EIA232, ocorre uma transição de sinal por bit, e a taxa de transferência e a taxa de bit (bit rate) são idênticas. Nesse caso, uma taxa de 9600 bauds corresponde a uma transferência de 9600 dados por segundo, ou um período de aproximadamente, 104 ms (1/9600 s). Outro conceito é a eficiência do canal de comunicação que é definido como o número de bits de informação utilizável (dados) enviados através do canal por segundo. Ele não inclui bits de sincronismo, formatação, e detecção de erro que podem ser adicionados a informação antes da mensagem ser transmitida, e sempre será no máximo igual a um Transmissão Assíncrona versus Transmissão Síncrona Geralmente, dados serializados não são enviados de maneira uniforme através de um canal. Ao invés disso, pacotes com informação regulares são enviados seguidos de uma pausa. Os pacotes de dados binários são enviados dessa maneira, possivelmente com comprimentos de pausa variável entre pacotes, até que a mensagem tenha sido totalmente transmitida. O circuito receptor dos dados deve saber o momento apropriado para ler os bits individuais desse canal, saber exatamente quando um pacote começa e quanto tempo decorre entre bits. Quando essa temporização for conhecida, o receptor é dito estar sincronizado com o transmissor, e a transferência de dados precisa torna-se possível. Falhas na manutenção do sincronismo durante a transmissão irão causar a corrupção ou perda de dados. Duas técnicas básicas são empregadas para garantir a sincronização correta. Em sistemas síncronos, canais separados são usados para transmitir dados e informação de tempo. O canal de temporização transmite pulsos de clock para o receptor. Através da recepção de um pulso de clock, o receptor lê o canal de dado e armazena o valor do bit encontrado naquele momento. O canal de dados não é lido novamente até que o próximo pulso de clock chegue. Como o transmissor é responsável pelos pulsos de dados e de temporização, o receptor irá ler o canal de dados apenas quando comandado pelo transmissor, e portanto a sincronização é garantida. Pág.10

11 Em sistemas assíncronos, a informação trafega por um canal único. O transmissor e o receptor devem ser configurados antecipadamente para que a comunicação se estabeleça a contento. Um oscilador preciso no receptor irá gerar um sinal de clock interno que é igual (ou muito próximo) ao do transmissor. Para o protocolo serial mais comum, os dados são enviados em pequenos pacotes de 10 ou 11 bits, dos quais 8 constituem a mensagem. Quando o canal está em repouso, o sinal correspondente no canal tem um nível lógico 1. Um pacote de dados sempre começa com um nível lógico 0 (start bit) para sinalizar ao receptor que um transmissão foi iniciada. O start bit inicializa um temporizador interno no receptor avisando que a transmissão começou e que serão necessários pulsos de clocks. Seguido do start bit, 8 bits de dados de mensagem são enviados na taxa de transmissão especificada. O pacote é concluído com os bits de paridade e de parada ( stop bit ). O comprimento do pacote de dados é pequeno em sistemas assíncronos para minimizar o risco do oscilador do transmissor e do receptor variar. Quando osciladores a cristal são utilizados, a sincronização pode ser garantida sobre os Pág.11

12 11 bits de período. A cada novo pacote enviado, o start bit reseta a sincronização, portanto a pausa entre pacotes pode ser longa Protocolo No capítulo 11 da NBR está a normalização para saída do usuário, descrita abaixo: A cada segundo cheio, o Registrador deve enviar um bloco pela saída serial de usuário. A cada fim de intervalo de demanda, um bloco correspondente a este momento de ser enviado três vezes consecutivas, repetindo os mesmos dados, uma vez a cada segundo cheio; Características da transmissão. Velocidade: 110 Baud ± 3% Tipo: Assíncrona Modo: Monodirecional Caracter: 1 start bit 8 bits de dado 1 a 2 stop bits Tamanho do Bloco: 8 caracteres. Tempo entre blocos: 1 segundo cheio Correspondência lógica: Nivel lógico 1 corresponde a saída desativada Formatação dos campos: Dados binários, exceto quando indicado. Formatação dos blocos de dados: Octeto 001: Bits 0 a 7: Número de segundos até o fim do intervalo de demanda ativa atual LSB Octeto 002: Bits 0 a 3: Número de segundos até o fim do intervalo de demanda ativa atual MSB Bit 4: Indicador de fatura. É complementado a cada reposição de demanda. Pág.12

13 Bit 5: Indicador de intervalo reativo. É complementado a cada fim de intervalo de consumo reativo. Bit 6: Se igual a 1, indica que os pulsos de energia reativa capacitiva estão sendo computados para cálculo de UFER e DMCR. Bit 7: Se igual a 1, indica que os pulsos de energia reativa indutiva estão sendo computados para cálculo de UFER e DMCR. Octeto 003: Bits 0 a 3: Segmento horo-sazonal atual: 0001 ponta 0010 fora da ponta reservado Bits 4 a 5 Tipo de tarifa 00 Azul 01 Verde 10 Irrigantes 11 Outras Bit 6: Não usado Bit 7: Se igual a 1, tarifa de reativos ativada. Octeto 004: Bits 0 a 7: Número de pulsos de energia ativa desde o início do intervalo de demanda ativa atual LSB. Octeto 005: Bits 0 a 6: Número de pulsos de energia ativa desde o início do intervalo de demanda ativa atual MSB. Bit 7: Não usado. Octeto 006: Bits 0 a 7: Número de pulsos de energia reativa desde o início do intervalo de demanda ativa atual LSB Octeto 007: Bits 0 a 6: Número de pulsos de energia reativa desde o início do intervalo de demanda ativa atual MSB Bit 7: Não usado Octeto 008: Bits 0 a 7: Complemento do ou exclusivo dos octetos anteriores. Pág.13

14 3.4. Métodos de controle O método de controle do controlador de demanda define a estratégia que este irá utilizar para monitorar e controlar a demanda. É, portanto, sua componente mais importante, afinal é o método de controle quem determina a maior ou menor precisão do controlador e o grau de interferência que o controlador irá imprimir ao processo produtivo Janela móvel O chamado algoritmo da janela móvel, inventado no final da década de 70, para uso nos primeiros controladores microprocessados, nada mais é que um processamento "first-in first-out" (o primeiro que entra é o primeiro que sai), onde a janela de 15 minutos é dividida em compartimentos. Em cada compartimento são armazenados o total de pulsos de energia contados no correspondente período de tempo. Para exemplificar facilmente, diremos que este compartimento é de 1 minuto. Então, a cada minuto, o controlador descarta o número de pulsos contados há 16 minutos atrás, e acrescenta o número de pulsos contados no último minuto. Figura 4- Método de controle por Janela Móvel A figura 4 ilustra este tipo de algoritmo. A Demanda Projetada, neste sistema, nada mais é que a demanda média dos últimos 15 minutos, independentemente do fato de estarmos no início, no meio ou no fim do intervalo de integração de 15 minutos. Trata-se de um algoritmo assíncrono em relação à medição da concessionária, que utiliza o pulso de sincronismo apenas para o armazenamento dos valores na memória de massa do controlador. A Demanda Projetada pelo algoritmo da janela móvel reflete o que ocorreu no passado, e não, a tendência da demanda para o futuro, ou para o final do intervalo de 15 minutos atual. Pág.14

15 ...A janela móvel na verdade é um filtro de média móvel que caminha a cada período de atuação do controlador trazendo consigo todo o histórico (inércia) do período de integração anterior. Em outras palavras, antes de entrar num novo período de integração visto pela concessionária, mas não por este método, a medição por janela móvel traz consigo um valor médio acumulado do período imediatamente anterior ao invés de entrar zerado como o faz o método de medição síncrona. Este fato por si só impede qualquer tipo de otimização do consumo dentro do intervalo de integração e portanto da própria demanda... (Suppa e Terada) Retas de Carga ou Retas Inclinadas Em meados da década de 80, surgiram os algoritmos chamados de reta de carga. A grosso modo, eram algoritmos que faziam uma "regra de três" com o número de pulsos acumulado no intervalo, o tempo transcorrido, o tempo total do intervalo (15 minutos), para chegar à Demanda Projetada. Este algoritmo é síncrono à medição da concessionária, pois não considera valores do intervalo anterior na projeção do intervalo atual. Entretanto, apresenta grandes erros no início de cada intervalo. Figura 5- Método de controle por Reta de Carga ou Retas Inclinadas Pág.15

16 A figura 5 mostra o funcionamento prático do algoritmo reta de carga. Uma análise mais atenciosa da figura mostra que a tendência de ultrapassagem da demanda máxima se iniciou no instante t1, tendo sido detectada pelo algoritmo apenas no instante t2. Isto ocorre tanto quando a demanda sobe, como quando ela cai. A demora na tomada de decisões é o principal defeito deste algoritmo Preditivo Adaptativo O controle preditivo adaptativo é uma variante do controle por retas inclinadas, porém, de complexididade maior, permite um melhor grau de otimização do controle da demanda, com menor interferência no processo. O termo adaptativo significa que a função de controle se adapta às mudanças do processo e no caso do controle de demanda significa que as prioridades de atuação sobre as cargas podem variar automaticamente de acordo com as condições do processo, impedindo que o controlador penalize primeiro sempre uma mesma carga. A parte preditiva utiliza medição sincronizada com a concessionária, integrando os pulsos recebidos a partir do instante zero (chegada do sincronismo) e trabalhando sempre com a projeção da demanda dentro do intervalo de integração e com o conhecimento prévio do valor da potência da carga, podendo ainda operar de forma adaptativa. É muito importante ressaltar que dentro do método de controle preditivo temos diversas variantes, que traduzem em mais ou menos eficiência em termos de otimização da freqüência de chaveamento das cargas elétricas. A parte adaptativa se caracteriza por prioridades de atuações sobre as cargas controláveis, que se alteram automaticamente durante o período de integração em função de uma variável elétrica ou de processo (demanda média, consumo, temperatura, pressão, vazão, etc.) ou em função de uma condição operacional qualquer configurada pelo usuário em tempo real. Com este recurso é possível alterar dinamicamente as prioridades sobre as cargas controláveis em função de mudanças na linha de produção ou ainda visando atuar Pág.16

17 prioritariamente sobre as cargas que pertençam ao setor responsável pela tendência de ultrapassagem de sua própria demanda setorial. Considerando uma instalação com três setores distintos, cada qual com suas cargas elétricas associadas e suas demandas setoriais próprias, além da demanda global de contrato. E utilizando-se um controlador de demanda com um método de controle por janela móvel ou retas inclinadas as prioridades de atuação seriam fixas penalizando sempre as mesmas cargas prioritariamente, mesmo que estas não fossem responsáveis naquele momento pela tendência de ultrapassagem da demanda global de contrato. Com o recurso de adaptação o controlador irá atuar prioritariamente sobre as cargas pertencentes ao setor responsável pela tendência de ultrapassagem de sua própria demanda de controle setorial, e não sobre as cargas de outro setor que estaria atuando dentro dos seus limites pré configurados. Supondo outra instalação com três fornos elétricos com a mesma potência nominal. Utilizando-se um controlador de demanda sem um controle adaptativo, as prioridades de atuação seriam fixas penalizando sempre um determinado forno prioritariamente, mesmo se este estivesse numa condição proibitiva de ser atuado, como na fase de aquecimento. Com o recurso de adaptação o controlador irá atuar prioritariamente sobre o forno que estivesse na melhor condição de processo, como na fase de estabilização, e não sobre aquele na rampa de aquecimento. 4. O Controlador Implementado Os equipamentos e linguagens escolhidos para implementação do Controlador de Demanda deste trabalho foram escolhidos com base na disponibilidade desses equipamentos na Faculdade de Engenharia Elétrica, e na experiência do autor Materiais Utilizados O equipamento escolhido para implementação do controlador de demanda foi o Controlador Lógico Programável (CLP) modelo MPC 4004 da Pág.17

18 marca Atos Automação Industrial. A linguagem utilizada foi a linguagem ladder ou diagrama de contatos. Lista dos Materiais: Item Descrição Quantidade 01 Bastidor de 06 passos CPU E Fonte chaveada para alimentação IHM 4x20 01 As cargas e o medidor para ligação ao controlador foram implementadas através de simulação através de um micro computador IBM-PC com software desenvolvido em linguagem Borland Delphi Metodologia O controlador foi implementado com base no algoritmo reta de carga, como apresentado na figura 3. Nesse exemplo o software utiliza como referência uma demanda de 150kW e uma banda de controle de 20kW, 160kW para o limite superior e 140 kw para o limite inferior. O ponto 1, na figura 6, indica a ultrapassagem do limite superior, momento em que as cargas começam a ser desligadas, até que a demanda projetada retorne para dentro da faixa de controle. O ponto 2, na figura 6, indica a passagem da demanda projetada pelo limite inferior, momento em que o controlador começa a religar as cargas. Caso a demanda projetada esteja dentro da faixa de controle, não há atuação sobre as cargas. O objetivo do controlador é que a demanda no momento do fechamento esteja dentro da faixa de controle. Pág.18

19 Limite superior Ponto 1 Ponto 2 Demanda Projetada Limite inferior Faixa de controle Figura 6-Crescimento da Demanda no Tempo. Gráfico simulando dentro do software. A demanda projetada é calculada utilizando as informações provenientes do simulador. Os dados enviados pelo simulador são, a exemplo de um medidor da concessionária, o número de pulsos de energia ativa, o posto horário (ponta ou fora da ponta) e o pulso de sincronismo (a cada 15 minutos). Os pulsos de energia ativa são contabilizados dentro do intervalo da integralização e zerados a cada sincronismo. A projeção da demanda é encontrada através da seguinte equação: Dem = Pulsos K proj dem Onde: Dem proj Pulsos K dem Demanda Projetada. Indica o valor da demanda caso ocorresse o fechamento do intervalo. Número de pulsos de energia ativa recebidos no intervalo de demanda. Constante de demanda definida pela seguinte equação: Kh Kdem = RTC RTP 4 kw 1000 rot Pág.19

20 Onde: RTC Relação do Transformador de Corrente RTP Relação do Transformador de Potencial Kh Valor que expressa a relação entre a energia registrada pelo medidor e o valor correspondente na saída de pulsos do usuário, dado em Wh/rot. A constante 4 é devida a transformação de Kwh para Kw pois a integralização é feita em intervalos de 15 min ou ¼ de hora. A constante de demanda é informada ao controlador de demanda através da IHM no menu de configuração. No caso deste trabalho a constante de demanda vale: 1 Kdem = kw 1000 rot Kdem = 0.64 kw rot Os valores das retas superior e inferior para comparação com a demanda atual são calculados, segundo a segundo, dentro do controlador e comparadas com a demanda projetada. As retas são geradas através das seguintes equações: Dem Demmax = tempo + Bandasuperior 900 kw Dem Demmin = tempo Bandainferior 900 kw [ ] [ ] Onde: Dem máx, Dem min Projeção da Demanda máxima (reta superior) e mínima (reta inferior) respectivamente. Dem Demanda informada ao controlador de demanda Banda superior e Banda inferior Definem a faixa de controle, ambas são informadas ao controlador de demanda. Tempo Tempo em que se encontra o intervalo atual da demanda em segundos. Pág.20

21 A constante 900 é equivalente ao tempo total do intervalo que são 900s ou 15min. O software simulador faz o papel do medidor da concessionária e das cargas, enviando os dados ao CLP através da porta de comunicação RS-232, utilizando o protocolo de comunicação do CLP, APR 03 em anexo. As cargas são programáveis e pode-se informar a potência em cv, o FP, a tensão e o rendimento. Todas as cargas são consideradas trifásicas. As seguintes equações são aplicadas: P( cv ) 736 I = V 3 FP η [ A] [ ] P= V I FP 3 W [ ] Q= V I sen(arccos( FP)) 3 VAr P W = [ kwh] Wt 1000 Pulsos = RTC RTP Kh Onde: I Corrente calculada para cada carga P Potência ativa calculada para cada carga Q Potência reativa calculada para cada carga W Energia ativa medida a cada segundo para cada carga Wt Energia ativa total medida a cada segundo Pulsos Número de pulsos gerados naquele segundo Os pulsos ativos enviados têm que ser números inteiros, então, a cada segundo é enviado somente a parte inteira do pulso e o que sobra é somado ao pulso do próximo segundo. Pág.21

22 Figura 7-Tela do software simulador Além de calcular as potências e as energias consumidas pelas cargas o software permite a escolha do posto horário, essa informação faz com que o controlador de demanda alterne entre as variáveis de controle, para os horários de ponta e fora-de-ponta. A saída serial pode conter os dados para envio ao CLP ou pode simular uma saída do usuário, como em um medidor real, e o tempo base pode ser alterado a fim de aumentar a velocidade da simulação. Pág.22

23 4.3. Simulações Abaixo foram colocados alguns resultados de simulações realizadas. Cargas definidas no software: Carga Potência (cv) Tensão FP Rendimento ,90 0, ,90 0, ,90 0, ,90 0, ,90 0, ,90 0,92 Pág.23

24 Análise 1: Com todas as cargas acionadas. Tempo total da simulação de 5h Configurações feitas no Controlador de Demanda: Demanda: 150 kw Banda Superior: 10 KW Banda Inferior: 10 kw Tempo atuação das cargas: 30s Resultados obtidos Demanda Máxima 1: 153,16 kw Demanda Máxima 2: 153,16kW Demanda Máxima 3: 153,02 kw Energia Total: 760,20 kwh Demanda Média: 152,04 kw Limite Superior Projeção da Demanda Limite Superior Figura 8-Gráfico da primeira simulação. Comportamento da demanda em um intervalo. Pág.24

25 Análise 2: Com as cinco primeiras cargas acionadas. Tempo total da simulação de 5h Configurações feitas no Controlador de Demanda: Demanda: 150 kw Banda Superior: 10 KW Banda Inferior: 10 kw Tempo atuação das cargas: 30s Demanda Máxima 1: Demanda Máxima 2: Demanda Máxima 3: Energia Total: Demanda Média: 155,12 kw 148,31 kw 141,96 kw 714,27k Wh 142,85 kw Limite Superior Projeção da Demanda Limite Superior Figura 9-Gráfico da segunda simulação. Comportamento da demanda em um intervalo. Pág.25

26 Análise 3: Com as cinco primeiras cargas acionadas. Tempo total da simulação de 5h Configurações do Controlador de Demanda: Demanda: 150 kw Banda Superior: 15 KW Banda Inferior: 10 kw Tempo atuação das cargas: 60s Demanda Máxima 1: Demanda Máxima 2: Demanda Máxima 3: Energia Total: Demanda Média: 159,00 kw 152,63 kw 152,18 kw 755,21 kwh 151,04 kw Limite Superior Projeção da Demanda Limite Superior Figura 10-Gráfico da terceira simulação. Comportamento da demanda em um intervalo. Pág.26

27 Análise 4: Com as quatro primeiras cargas acionadas. Tempo total da simulação de 5h Configurações do Controlador de Demanda: Demanda: 130 kw Banda Superior: 5 KW Banda Inferior: 20 kw Tempo atuação das cargas: 20s Demanda Máxima 1: Demanda Máxima 2: Demanda Máxima 3: Energia Total: Demanda Média: 131,96 kw 131,96 kw 131,96 kw 610,16 kwh 122,03 kw Limite Superior Projeção da Demanda Limite Superior Figura 11-Gráfico da quarta simulação. Comportamento da demanda em um intervalo. Pág.27

28 4.4. Possibilidades de melhoria. O controlador implementado é dedicado somente ao controle de demanda, mas, observando as informações que estão disponíveis nos medidores das concessionárias, observa-se que é possível a inclusão do controle do fator de potência através do chaveamento de bancos de capacitores. Além desses dois tipos de controle é possível, a exemplo de controladores comerciais, a inclusão da programação horária das cargas, escolhendo os horários em que as cargas serão habilitadas ou não, e nesse sentido, implementar prioridades variáveis através dessa programação e do rodízio das cargas ou através das entradas do CLP, recebendo informações sobre grandezas do processo e escolhendo a carga que irá ter menor influência na produção. Outro item que pode ser desenvolvido é um outro método de controle, no qual o controlador sentiria a tendência da ultrapassagem da demanda, como no controle preditivo adaptativo, postergando o chaveamento das cargas até o último momento. 5. Controladores comerciais Os controladores de demanda disponíveis comercialmente normalmente são de hardware dedicado, ou seja, o seu hardware é desenvolvido especialmente para o controle de demanda. Dificilmente encontramos sistemas abertos, utilizando como hardware, os CPs (Controladores Programáveis). Além do controle de demanda, os sistemas comerciais também disponibilizam o controle do fator de potência através do chaveamento de bancos de capacitores e o controle de cargas através de programação horária. Os métodos de controle utilizados são os mais diversos, desde janela móvel até o controle preditivo adaptativo, alguns inclusive com vários métodos de controle disponíveis para escolha num mesmo controlador. Atualmente, a palavra de ordem para os fabricantes de controladores de demanda é a conectividade, e nesse sentido, eles vem desenvolvendo cada Pág.28

29 vez mais a conectividade com a Internet. E o Engenheiro ou Empresa de Engenharia que trabalhe na área de consultoria pode, hoje, instalar equipamentos para monitoramento e/ou controle da demanda em seus clientes e confortavelmente visualizar as informações de demanda, chaveamento das cargas e fatura através de um micro computador conectado a Internet. 6. Considerações Finais Afim de se obter o máximo aproveitamento da demanda de energia ativa contratada junto à concessionária de energia elétrica muitas vezes se necessita de um grau mínimo de automatismo sobre as cargas da instalação através de um controlador digital de baixo custo do tipo CLP (controlador lógico programável). Independente da plataforma de hardware utilizada o método de controle (o qual depende diretamente do método de medição) é que irá definir o índice deste aproveitamento permitindo ao usuário otimizar ou não os valores de contrato bem como o número de chaveamento das cargas controladas. ( Suppa Terada) Afinal, será que realmente é importante o uso de um controlador de demanda? Em uma análise prévia, podemos ver que cada caso tem que ser analisado individualmente. Só para citar duas idéias, vamos pensar em um processo industrial contínuo, veremos que a demanda é praticamente constante, com pouca ou nenhuma variação durante o dia. Nesses casos, o controlador de demanda pouco contribuiria para o controle da demanda, porém, ele poderia servir como um sistema de monitoramento e dessa forma auxiliar na escolha da demanda ótima a ser contratada e numa segunda fase auxiliaria no controle dessa demanda, otimizando o sistema elétrico da indústria. Pág.29

30 Já nas indústrias seriadas, como as que trabalham por encomenda, o controlador de demanda é um item quase que obrigatório, afinal, não é viável contratar a demanda de acordo com a carga instalada, mas as máquinas poderão ser ligadas todas ao mesmo tempo, pois a indústria obedece aos pedidos encomendados e a demanda medida poderia ficar muito acima do contratado gerando multas elevadas na fatura de energia. Nesses casos, o controlador faria o papel de um limitador de demanda, e com o uso dos métodos mais modernos como o preditivo adaptativo, ele poderia fazer o rodízio automático dessas máquinas ou variar a prioridade de acordo com variáveis colhidas no próprio chão de fábrica ou vindas do nível administrativo. Enfim, fazendo uma análise do que foi exposto nesse trabalho, é possível perceber o nível atual da tecnologia nacional no que diz respeito ao gerenciamento inteligente de energia elétrica, que hoje é um insumo importante para indústria, influindo diretamente na produtividade e na capacidade de competir com indústrias não só nacionais como internacionais. Além de vislumbrar um ramo para atividade do Engenheiro Eletricista, que é a consultoria nessa área. Pág.30

31 7. Referências. Brasil, Resolução ANEEL nº 456 de 29 de novembro de ABNT/CB-03, NBR 14522, Intercâmbio de informações para sistemas de medição de energia elétrica Padronização,Rio de Janeiro, Maio, 2000 Atos Automação Industrial, Controlador Programável MPC 4004 WinSUP 2, Ref , Manual Ver. 1.40, São Paulo, Julho, Atos Automação Industrial, Conjunto de Instruções DWARE, Ref , Manual Rev São Paulo, Janeiro/2000. Matcho, Salmanowitz, et all, Usando Delphi 2, O Guia de Referência mais Completo, Editora Campus, Rio de Janeiro, ESB Medidores, Manual do Usuário ver.3.2, medidor eletrônico SAGA1000, São Paulo, Junho/2002. Gestal, Manual do Usuário Smart Box, São Paulo, Costa J.M., Silva L.C. E.- UNIOESTE em Energia Elétrica Tarifação, São Paulo 20/10/2003. Suppa M.R., TeradaM.I.- Artigo Comparativo entre métodos de controle de demanda: qual o mais eficiente para o usuário nacional?, São Paulo, 20/10/2003. Como funciona um controlador de demanda? Especialista on line Site: 18/10/2003. O que é controle preditivo adaptativo? (Especialista on line Site: 18/10/2003. Pág.31

32 Canzian, E., MINICURSO Comunicação Serial RS232, CNZ Engenharia e Informática. Cotia-SP, 26/10/2003. Pág.32