OPERAÇÃO DE SISTEMAS DE POTÊNCIA. TEE Aula 01 Prof. Vitor Hugo Ferreira

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1 Universidade Federal Fluminense Centro Tecnológico Escola de Engenharia Departamento de Engenharia Elétrica OPERAÇÃO DE SISTEMAS DE POTÊNCIA TEE Aula 01 Prof. Vitor Hugo Ferreira

2 Principais tópicos Estimação de estado Previsão de carga Despacho econômico de unidades térmicas Coordenação hidrotérmica Controle automático da geração Análise de segurança de sistemas de potência potência ótimo

3 Operação em tempo real e planejamento da operação Remotas em SE s Telemetria (SCADA) Status de chaves/ disjuntores Configurador de rede Modelo do sistema elétrico Atualização do modelo da rede Estimador de Estado Supervisório: - fluxos - tensões - alarmes - medidas portadoras de erros grosseiros Sinais para as unidades geradoras Níveis de geração, posição de tap, corte de carga Controle automático de geração Despacho econômico Medidas analógicas Gerações de potência ativa Previsão de carga para curto prazo Programação da geração potência ótimo considerando Análise de potência ótimo Possíveis violações de limites (fluxos, níveis de tensão) Seleção de Violações de limites Alarmes

4 Operação em tempo real e planejamento da operação Remotas em SE s Telemetria (SCADA) Status de chaves/ disjuntores Configurador de rede Modelo do sistema elétrico Atualização do modelo da rede Estimador de Estado Supervisório: - fluxos - tensões - alarmes - medidas portadoras de erros grosseiros Sinais para as unidades geradoras Níveis de geração, posição de tap, corte de carga Controle automático de geração Despacho econômico Medidas analógicas Gerações de potência ativa Previsão de carga para curto prazo Programação da geração potência ótimo considerando Análise de potência ótimo Possíveis violações de limites (fluxos, níveis de tensão) Seleção de Violações de limites Alarmes

5 Telemetria (SCADA) SCADA Supervisory Control And Data Acquisition Sistemas de supervisão e aquisição de dados, responsável pelo monitoramento do sistema em tempo real Tensões Fluxos nas linhas Gerações Status de chaves/disjuntores Telemetria usualmente baseada em transmissão por microondas e/ou fibra ótica

6 Operação em tempo real e planejamento da operação Remotas em SE s Telemetria (SCADA) Status de chaves/ disjuntores Configurador de rede Modelo do sistema elétrico Atualização do modelo da rede Estimador de Estado Supervisório: - fluxos - tensões - alarmes - medidas portadoras de erros grosseiros Sinais para as unidades geradoras Níveis de geração, posição de tap, corte de carga Controle automático de geração Despacho econômico Medidas analógicas Gerações de potência ativa Previsão de carga para curto prazo Programação da geração potência ótimo considerando Análise de potência ótimo Possíveis violações de limites (fluxos, níveis de tensão) Seleção de Violações de limites Alarmes

7 Modelo do sistema elétrico Descrição da conexão dos equipamentos do sistema com as seções de barramento e parâmetros de equipamentos Banco de dados estático com informações do sistema em estudo Parâmetros da rede Conexões da rede

8 Operação em tempo real e planejamento da operação Remotas em SE s Telemetria (SCADA) Status de chaves/ disjuntores Configurador de rede Modelo do sistema elétrico Atualização do modelo da rede Estimador de Estado Supervisório: - fluxos - tensões - alarmes - medidas portadoras de erros grosseiros Sinais para as unidades geradoras Níveis de geração, posição de tap, corte de carga Controle automático de geração Despacho econômico Medidas analógicas Gerações de potência ativa Previsão de carga para curto prazo Programação da geração potência ótimo considerando Análise de potência ótimo Possíveis violações de limites (fluxos, níveis de tensão) Seleção de Violações de limites Alarmes

9 Configurador de rede Definição da topologia da rede com base nas informações de campo Status de chaves e disjuntores Todos disjuntores fechados Disjuntores abertos Disjuntores fechados Disjuntores abertos Configuração da rede Representação do sistema elétrico

10 Operação em tempo real e planejamento da operação Remotas em SE s Telemetria (SCADA) Status de chaves/ disjuntores Configurador de rede Modelo do sistema elétrico Atualização do modelo da rede Estimador de Estado Supervisório: - fluxos - tensões - alarmes - medidas portadoras de erros grosseiros Sinais para as unidades geradoras Níveis de geração, posição de tap, corte de carga Controle automático de geração Despacho econômico Medidas analógicas Gerações de potência ativa Previsão de carga para curto prazo Programação da geração potência ótimo considerando Análise de potência ótimo Possíveis violações de limites (fluxos, níveis de tensão) Seleção de Violações de limites Alarmes

11 Estimador de estado Estimação de grandezas com base em medidas redundantes potência em tempo real Número de equações > número de variáveis Mais medidas que estados a estimar Sistema de equações sobredeterminado Critérios para solução mínimos quadrados ponderados

12 Operação em tempo real e planejamento da operação Remotas em SE s Telemetria (SCADA) Status de chaves/ disjuntores Configurador de rede Modelo do sistema elétrico Atualização do modelo da rede Estimador de Estado Supervisório: - fluxos - tensões - alarmes - medidas portadoras de erros grosseiros Sinais para as unidades geradoras Níveis de geração, posição de tap, corte de carga Controle automático de geração Despacho econômico Medidas analógicas Gerações de potência ativa Previsão de carga para curto prazo Programação da geração potência ótimo considerando Análise de potência ótimo Possíveis violações de limites (fluxos, níveis de tensão) Seleção de Violações de limites Alarmes

13 Previsão de carga para curto prazo Discretização minutos até dias Horizontes de interesse horas até semanas à frente Operação em tempo real Históricos discretizados em intervalos de 15 min Controle automático da geração Planejamento da operação Previsões horárias até uma semana à frente Programação da geração

14 Operação em tempo real e planejamento da operação Remotas em SE s Telemetria (SCADA) Status de chaves/ disjuntores Configurador de rede Modelo do sistema elétrico Atualização do modelo da rede Estimador de Estado Supervisório: - fluxos - tensões - alarmes - medidas portadoras de erros grosseiros Sinais para as unidades geradoras Níveis de geração, posição de tap, corte de carga Controle automático de geração Despacho econômico Medidas analógicas Gerações de potência ativa Previsão de carga para curto prazo Programação da geração potência ótimo considerando Análise de potência ótimo Possíveis violações de limites (fluxos, níveis de tensão) Seleção de Violações de limites Alarmes

15 Programação da geração Comissionamento de unidades térmicas Determinação das unidades térmicas disponíveis para operação, considerando Custo e tempo de partida e religamento Custo e tempo de desligamento Restrições contratuais take or pay Reservas girantes Coordenação hidrotérmica Horizontes de estudo Valor futuro da água Limites mínimos de reservatórios

16 Programação da geração Comissionamento de unidades térmicas e coordenação hidrotérmica Problemas de otimização multi-estágios Decisões no instante de tempo atual impactam as decisões futuras Ex: Geração hidráulica excessiva desconsiderando períodos futuros de seca Despacho por ordem de mérito Programação dinâmica

17 Operação em tempo real e planejamento da operação Remotas em SE s Telemetria (SCADA) Status de chaves/ disjuntores Configurador de rede Modelo do sistema elétrico Atualização do modelo da rede Estimador de Estado Supervisório: - fluxos - tensões - alarmes - medidas portadoras de erros grosseiros Sinais para as unidades geradoras Níveis de geração, posição de tap, corte de carga Controle automático de geração Despacho econômico Medidas analógicas Gerações de potência ativa Previsão de carga para curto prazo Programação da geração potência ótimo considerando Análise de potência ótimo Possíveis violações de limites (fluxos, níveis de tensão) Seleção de Violações de limites Alarmes

18 Despacho econômico Fornecer referência de geração para as máquinas sob controle automático de geração Dadas N g unidades geradoras disponíveis para operação, determinar a geração a ser alocada a cada máquina visando minimizar o custo de operação Características de unidades geradoras Curvas de custo de operação quadráticas ou lineares por partes Custo incremental Restrições operativas Otimização com restrições

19 Operação em tempo real e planejamento da operação Remotas em SE s Telemetria (SCADA) Status de chaves/ disjuntores Configurador de rede Modelo do sistema elétrico Atualização do modelo da rede Estimador de Estado Supervisório: - fluxos - tensões - alarmes - medidas portadoras de erros grosseiros Sinais para as unidades geradoras Níveis de geração, posição de tap, corte de carga Controle automático de geração Despacho econômico Medidas analógicas Gerações de potência ativa Previsão de carga para curto prazo Programação da geração potência ótimo considerando Análise de potência ótimo Possíveis violações de limites (fluxos, níveis de tensão) Seleção de Violações de limites Alarmes

20 Controle automático da geração Controle de frequência e do intercâmbio entre áreas Regulação primária manter a frequência nominal do sistema por meio da distribuição proporcional de potência entre as unidades Regulação secundária Permitir que as unidades controladas absorvam variações de demanda dentro de sua área de controle Garantir o intercâmbio de potência entre áreas Atender o despacho econômico de cada planta por meio da atuação em cada máquina integrante desta

21 Operação em tempo real e planejamento da operação Remotas em SE s Telemetria (SCADA) Status de chaves/ disjuntores Configurador de rede Modelo do sistema elétrico Atualização do modelo da rede Estimador de Estado Supervisório: - fluxos - tensões - alarmes - medidas portadoras de erros grosseiros Sinais para as unidades geradoras Níveis de geração, posição de tap, corte de carga Controle automático de geração Despacho econômico Medidas analógicas Gerações de potência ativa Previsão de carga para curto prazo Programação da geração potência ótimo considerando Análise de potência ótimo Possíveis violações de limites (fluxos, níveis de tensão) Seleção de Violações de limites Alarmes

22 potência ótimo Definição de um conjunto de ações de controle visando otimizar um dado critério de operação Variáveis de estado Magnitude e ângulo da tensão em barras de carga e ângulo da tensão em barras de tensão controlada Variáveis de controle Potência ativa e magnitude da tensão em barras de geração, posição de taps, chaveamento de bancos de capacitores Otimização

23 potência ótimo f(x,u) função objetivo Custo mínimo de operação despacho econômico Minimização de perdas na transmissão Desvio mínimo em relação a um ponto de operação Manutenção do perfil de tensão em barras selecionadas Métodos de solução Programação linear Métodos dos pontos interiores

24 Operação em tempo real e planejamento da operação Remotas em SE s Telemetria (SCADA) Status de chaves/ disjuntores Configurador de rede Modelo do sistema elétrico Atualização do modelo da rede Estimador de Estado Supervisório: - fluxos - tensões - alarmes - medidas portadoras de erros grosseiros Sinais para as unidades geradoras Níveis de geração, posição de tap, corte de carga Controle automático de geração Despacho econômico Medidas analógicas Gerações de potência ativa Previsão de carga para curto prazo Programação da geração potência ótimo considerando Análise de potência ótimo Possíveis violações de limites (fluxos, níveis de tensão) Seleção de Violações de limites Alarmes

25 Seleção de Seleção de casos críticos Critérios para definição de tais casos Índices de sobrecarga em linhas Método 1P1Q Etc...

26 Operação em tempo real e planejamento da operação Remotas em SE s Telemetria (SCADA) Status de chaves/ disjuntores Configurador de rede Modelo do sistema elétrico Atualização do modelo da rede Estimador de Estado Supervisório: - fluxos - tensões - alarmes - medidas portadoras de erros grosseiros Sinais para as unidades geradoras Níveis de geração, posição de tap, corte de carga Controle automático de geração Despacho econômico Medidas analógicas Gerações de potência ativa Previsão de carga para curto prazo Programação da geração potência ótimo considerando Análise de potência ótimo Possíveis violações de limites (fluxos, níveis de tensão) Seleção de Violações de limites Alarmes

27 Análise de A partir de uma lista de, avaliar o estado do sistema em virtude de cada possível ocorrência Elevado número de métodos aproximados Fatores de sensibilidade lineares a j f j P i a j variação do fluxo de potência ativa na linha j em função de variações na injeção de potência ativa na barra i

28 Operação em tempo real e planejamento da operação Remotas em SE s Telemetria (SCADA) Status de chaves/ disjuntores Configurador de rede Modelo do sistema elétrico Atualização do modelo da rede Estimador de Estado Supervisório: - fluxos - tensões - alarmes - medidas portadoras de erros grosseiros Sinais para as unidades geradoras Níveis de geração, posição de tap, corte de carga Controle automático de geração Despacho econômico Medidas analógicas Gerações de potência ativa Previsão de carga para curto prazo Programação da geração potência ótimo considerando Análise de potência ótimo Possíveis violações de limites (fluxos, níveis de tensão) Seleção de Violações de limites Alarmes

29 potência ótimo considerando Despacho seguro mínima variação nas ações de controle potência ótimo com restrições relacionadas com cada contingência considerada Inserção da Contingência 1 FPO Ações de controle u 1 Inserção da Contingência 2 FPO Ações de controle u 2... Inserção da Contingência N FPO Ações de controle u N

30 Bibliografia WOOD, A.J.; WOLLENBERG, B.F.; Power Generation, Operation and Control, 2 nd. Edition, New York, John Wiley & Sons, DEBS, A.S.; Modern Power Systems Control and Operation, Kluwer Academic Publishers, WERON, R.; Modeling and Forecasting Electricity Loads and Prices: A Statistical Approach, John Wiley & Sons, FILHO, X.V.; Operação de Sistemas de Potência com Controle Automático de Geração, Editora Campus, FORTUNATO, L.A.M.; NETO, T.A.A.; DE ALBUQUERQUE, J.C.R.; PEREIRA, M.V.F.; Introdução ao Planejamento da Expansão e Operação de Sistemas de Produção de Energia Elétrica, EDUFF Editora Universitária, LUENBERGER, D.G.; YE, Y.; Linear and Nonlinear Programming: 3 rd. Edition, Springer, Notas de Aula.

31 Avaliação Notas Primeira Nota N 1 N 0,8 P 0,1 L 0,1 PROC Primeira prova P 1 (10,0) Assunto: estimação de estado, previsão de carga, despacho econômico de unidades térmicas e Procedimentos de Rede relacionados Lista de exercícios L 1 (10,0) Dia da prova Procedimentos de Rede PROC 1 (10,0) Entregue na próxima aula após o término do assunto Data: 24/04/2012 terça-feira

32 Avaliação Notas Segunda Nota N 2 N 0, 4 P 0,1 L 0, 4 T 0,1 PROC Segunda prova P 2 (10,0) Assunto: Comissionamento de unidades térmicas, coordenação hidrotérmica, controle automático da geração, análise de segurança de sistemas de potência, fluxo de potência ótimo Lista de exercícios L 2 (10,0) Dia da prova Data: 19/06/2012 terça-feira

33 Avaliação Notas Segunda Nota N 2 N 0, 4 P 0,1 L 0, 4 T 0,1 PROC Procedimentos de Rede PROC 2 (10,0) Relatório individual sobre os procedimentos de rede entregue na próxima aula após a finalização do assunto em aula

34 Avaliação Notas Segunda Nota N 2 N 0, 4 P 0,1 L 0, 4 T 0,1 PROC Trabalho em grupo T (10,0) 4 grupos Instituições do Setor Elétrico Brasileiro: Marco Regulatório Atual, Funções, Atribuições e Exemplos Mundiais ANEEL, CCEE, ONS e EPE Relatório e apresentação oral 20 minutos de apresentação

35 Avaliação Notas Segunda Nota N 2 N 0, 4 P 0,1 L 0, 4 T 0,1 PROC Trabalho T (10,0) Entrega do relatório e apresentação dos trabalhos 26/06/2012 e 28/06/2012 terça e quinta Trazer para a próxima aula Definição dos grupos e escolha dos temas

36 Avaliação Notas Média = (N 1 + N 2 ) / 2 Média 6,0 Média < 4,0 APROVADO REPROVADO 4,0 Média < 6,0 VERIFICAÇÃO SUPLEMENTAR Verificação suplementar VS Assunto: todo o conteúdo ministrado Data: 03/07/2012 terça-feira Reposição Consultar Resolução CEP/UFF N 294 de 27/09/2006 (Regulamento de Cursos de Graduação)

37 Avaliação Frequência Conforme Resolução CEP/UFF N o 294 de 27/09/2006 (Regulamento de Cursos de Graduação): O aluno estará aprovado por freqüência (f) se comparecer a pelo menos 75% das aulas dadas Se f 75% APROVADO Se f < 75% REPROVADO

38 Uso de equipamentos eletrônicos Durante as provas é totalmente vetado o uso de: Telefones celulares Palm-tops e similares Rádios, MP3 e similares

39 Dúvidas? Sala 403 Bloco D Horário de atendimento Segundas e quartas das 18 às 20 horas Após a aula