SEP sistêmico para controle de sobrecargas

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1 XXII Seminário Nacional de Distribuição de Energia Elétri SENDI a 10 de novembro Curitiba - PR - Brasil André Katayama dos Santos Copel Distribuição S.A. andre.katayama@copel.com Anderson Teruya Copel Distribuição S.A. anderson.teruya@copel.com SEP sistêmico para controle de sobrecargas Palavras-chave Algoritmos de execução sistêmica Controle automático Sistema GE XA/21 Sistema de controle especial (SEP) Sistema de supervisão e controle Sobrecarga inadmissível Resumo Esse trabalho demonstra solução técnica implementada no sistema de supervisão e controle da Copel (XA/21), para eliminar sobrecargas inadmissíveis em sistema de distribuição 138kV que podem ocorrer durante emergências. Essas sobrecargas são oriundas da operação com barramento fechado na UHE Rosana, que foi definida para melhorar o desempenho do Sistema Interligado Nacional (SIN). A solução contempla a verificação sistêmica de condições de forma a desconectar do sistema, Linhas de Distribuição de Alta Tensão (LDATs) específicas ou o desligamento sequencial de até 5 PCTs da região. O trabalho está implantado no SSC da Copel Distribuição, sendo acessível seu controle por operadores do COSD. 1. Introdução Com a entrada das LDATs 138kV Paranavaí / Rosana (PVIROS) e Paranavaí/Santa Terezinha Paranacity (PVISTY) em DEZ/2015, o ONS solicitou providências aos agentes afetados pela operação da UHE Rosana (ROS) com o barramento 138kV fechado para melhorar o desempenho do Sistema Interligado Nacional (SIN). 1/12

2 Devido à topologia do sistema elétrico na região da UHE Rosana (ROS) e suas conexões, com o fechamento do barramento da usina, observa-se aumento de fluxo de energia para o sistema 138kV da Copel podendo ocorrer sobrecargas nas LDATs 138kV da Copel entre a UHE ROS e as subestações (SEs) 230kV Maringá (MGA) e Umuarama Sul (UMS). E durante emergências, essas sobrecargas podem ser inadmissíveis. Essas sobrecargas são agravadas pelo intercâmbio RSUL (sul recebendo) e pela geração das usinas de biomassa (PCTs) da região noroeste do Paraná. Para a viabilização da operação da UHE ROS com barramento fechado definiu-se: por alteração de procedimentos operacionais; pela implementação de um sistema de proteção especial (SEP) na UHE ROS para eliminar sobrecargas inadmissíveis durante emergência nas LDATs 138kV Loanda / Rosana (LDAROS) e Paranavaí / Rosana (PVIROS); e pela implementação de um SEP no Sistema de Supervisão e Controle da Copel XA/21 (SSC) para eliminar sobrecargas inadmissíveis durante emergência nas outras LDATs 138kV da Copel entre a UHE ROS e as SEs 230kV MGA e UMS. 2. Desenvolvimento 2.1. Estudos Preliminares Após estudo elétrico realizado com o fechamento do barramento da UHE ROS foram constatadas sobrecargas admissíveis (até 15min para a eliminação da sobrecarga) e inadmissíveis (necessidade de desligamento imediato do equipamento em sobrecarga) no sistema elétrico da Copel. Esta situação é acentuada se houver fortes intercâmbios RSUL no momento e houver a maximização da geração de PCTs localizadas na região norte do Paraná. A Figura 1 apresenta o esquema elétrico anterior ao fechamento do barramento, quando dois grupos geradores eram utilizados para fornecer energia para São Paulo (através da CTEEP), e os outros para o Paraná (através da Copel), sendo que nessa configuração, não se verificava sobrecargas. Após o fechamento do barramento, passaram a existir situações onde a maximização da geração das usinas ocasiona sobrecargas em diversas LDATs da Copel, devido a um aumento substancial no fluxo de energia recebido. Nas simulações verificaram-se que a Copel poderia receber até 382 MW dessa interligação que corresponde a toda geração da UHE Rosana e fluxo proveniente de intercâmbio. 2/12

3 Figura 1: Situação antes / depois do fechamento do barramento na UHE ROS As SEs da região estão apresentadas na malha elétrica da Figura 2, com a UHE ROS com o barramento fechado, e sua conexão com a Copel DIS através das LDATs 138kV Rosana / Paranavaí (ROSPVI) e Rosana / Loanda (ROSLDA). Também são mostradas as localizações de diversas PCTs conectadas às SEs 138kV, além das SEs 230kV. Estas usinas estão relacionadas na Tabela 1, onde são listadas as potências (MW) e as SEs de conexão ao sistema Copel. Figura 2: Malha elétrica pertinente (noroeste do Paraná) 3/12

4 Tabela 1: Relação das PCTs As sobrecargas inadmissíveis ocorrem nas LDATs 138kV Cidade Gaúcha / Loanda (CDGLDA), Cidade Gaúcha / Umuarama (CDGUMU), Alto Paraná / Paranavaí (APRPVI), Alto Paraná / Nova Esperança (APRNVE), Maringá / Nova Esperança (MGANVE) e Alto Alegre / Astorga (AALAST) durante as contingências das LDATs 138kV Cidade Gaúcha / Loanda (CDGLDA), Cidade Gaúcha / Umuarama (CDGUMU), Alto Paraná / Paranavaí (APRPVI), Alto Paraná / Nova Esperança (APRNVE), Paranavaí / Santa Terezinha (PVISTY), Colorado / Santa Terezinha (CDOSTY), Alto Alegre / Colorado (AALCDO), Alto Alegre / Astorga (AALAST) e Astorga / Jardim Alvorada / Maringá (AALJALMGA). De forma a evitar a redução de geração na UHE ROS devido às situações previamente citadas, foram elaboradas ações para reduzir o impacto das sobrecargas na região. Conforme estudos elétricos, o desligamento ds LDATs Loanda / Paranavaí (LDAPVI) ou Paranavaí / Rosana (PVIROS) pode diminuir o problema. Posteriormente, caso o cenário persista, o eventual desligamento das PCTs conectadas ao sistema Copel deve ser realizado. 2.2.Metodologia Aplicativos utilizados O XA/21 é o Energy Management System (EMS), fornecido pela GE Energy, utilizado no Centro de Operação do Sistema de Distribuição (COS-D) da Copel. Ele fornece um ambiente computacional de controle e supervisão de unidades remotas, incluindo visualização através de Interface Homem-Máquina (IHM) e armazenamento de dados históricos em banco de dados. Além destas características, possui um executor de sequências (scripts) que permite o desenvolvimento de lógicas computacionais com várias ações de comandos em lote (sequenciais), a partir de valores medidos em tempo real. 4/12

5 O Sequential Control (SQC) é o programa responsável por execuções sequenciais através do XA/21 e possui as seguintes funcionalidades: Um editor para definir ou alterar algoritmos; Definições simples de linguagem para pré-estabelecer sequências de ações que incluem execução de controles, geração de eventos/alarmes, alteração de valores e funções aritméticas básicas; Execução de sequências por comando manual via operador, por periodicidade ou por gatilho;capacidade de gerenciamento do processo de execução da sequência: monitoração do progresso, iniciar, suspender ou finalizar; Sistema flexível na criação de sequências, pela criação de algoritmos conforme a necessidade e complexidade requeridas. A Figura 3 apresenta uma arquitetura simplificada de execução de sequências através do SQC. Na própria figura, é demonstrado um algoritmo chamado de teste, onde um valor analógico é testado em relação a um valor_i=500 com frequência de 60 segundos. Caso ocorra a validação desta condição, é executado um comando sobre uma determinada chave. Caso contrário, o processo aguarda o período especificado, reiniciando sua execução. Figura 3: Arquitetura de execução SQC 5/12

6 2.2.2.ECE_XA/21 Para a resolução do problema das geradoras regionais, foram propostos estágios de eliminação de sobrecarga, através da execução centralizada de comandos através do SQC nas SEs que interligam as LDATs LDAPVI ou PVIROS, e 5 PCTs. A verificação sistêmica para a execução do algoritmo varre frequentemente os fluxos a seguir descritos, a procura de validações para amenizar ou eliminar as eventuais sobrecargas. Caso algum dos DJs a serem desligados pelas sequências estiverem com bloqueio de comando (por exemplo: estiverem e manutenção), os comandos não serão executados pelo ECE, embora a sequência continue sua operação, partindo para as próximas etapas. Oportunamente o algoritmo foi concebido para gerar alarmes para os operadores em situações prévias a qualquer desligamento ou problemas encontrados em seu fluxo. As PCTs desligadas automaticamente poderão ser recompostas desde que não injetem MW no sistema da Copel até a normalização sistêmica ECE_XA/21: Estágio 1 A atuação do esquema deve seguir funções através da temperatura ambiente (medições mais próximas das linhas através das SEs APR ou PVI) e a orientação DIA ou NOITE. Verifica-se automaticamente a falta de temperatura e o horário de execução da sequência para determinação do período de execução. Caso não esteja disponível a temperatura, deverão ser considerados valores fixos de limites de linha para o monitoramento. As funções são demonstradas na Figura 4. Figura 4: Equações para cálculo de correntes de monitoramento 6/12

7 Na Figura 5 é demonstrado o bloco proposto para a ativação devido as funções anteriores. O bloco "Linhas em sobrecarga?" é responsável por realizar os cálculos propostos através das funções. Este bloco será utilizado em diversas situações no decorrer do algoritmo. Para exemplificar os cálculos anteriores, é demonstrado na Figura 5 a tela de cálculos em tempo real, o qual é a mesma mostrada aos operadores. A tela foi capturada do SSC às 10:30, com temperatura ambiente em 32 C (temperatura na SE PVI). As colunas ATUAL e DISPARO, se referem respectivamente ao valor atual da corrente (medida nos dois extremos), e seu cálculo de monitoramento (limite atual) para as LDATs AALAST, APRPVI e CDGLDA. Figura 5: Bloco "Linhas em sobrecarga?" Figura 6: Captura do SSC (Corrente x Valores limite) Por exemplo, para dada temperatura, caso a corrente ATUAL em alguma das LDATs for maior do que as correntes de DISPARO (I_mon), a execução do algoritmo passa ao Estágio 2, de acordo com o fluxograma da Figura 7. Esta execução é realizada de 60s em 60s. O operador pode manualmente bloquear a execução da sequência (para situações de manutenção ou outras). Caso uma das medições estiver com problemas (sem medida, dado questionável, entre outros), a execução passa para o estado bloqueado automaticamente. Caso a sequência encontre validade, é o algoritmo segue para o Estágio 2. 7/12

8 Figura 7: Arquitetura geral do algoritmo ECE_XA/21: Estágio 2 Após validação do Estágio 1, o algoritmo temporiza sua execução em 10s. Após este prazo, é realizada a verificação de sobrecargas novamente devido a incoerências nas medições (por exemplo, picos de medidas). Caso encontre validade neste bloco, são realizados testes para a verificação de Linhas fechadas (LDAROS, PVIROS e LDAPVI) e Linhas abertas (CDGLDA e CDGUMU). A última define a ordem de execução de trip nas LDATs PVIROS ou LDAPVI. 8/12

9 Em seguida, ocorre a temporização de 10s para reverificação de sobrecarga nas linhas. Caso o ECE consiga eliminar a sobrecarga inadmissível, a lógica bloqueia o ECE. Ao persistirem as condições de sobrecarga, o algoritmo verifica a ordem de execução do desligamento das PCTs a partir do valor da corrente da LDAT AALAST. Para eficiência da eliminação das sobrecargas de uma maneira geral, a sequência de execução dos desligamentos das PCTs se houver sobrecarga nesta LDAT segue a ordem SNO, AAL, STY, CAC e USA, caso contrário, a ordem será CAC, STY, SNO, AAL e USA. Como um fator determinante, as usinas só poderão ser desligadas do sistema se estiverem contribuindo com a sobrecarga, isto é, injetando energia no sistema da Copel. Devido à indisponibilidade do comando de desligamento da PCT STY, o ECE foi implementado de forma parcial, sem contemplar este. Os fluxos dos desligamentos das PCTs SNO e AAL, visto nas Figuras 8 (a e b) respectivamente, terão continuidade somente se o estado da LDAT PVISTY estiver fechado. Figura 8 (a e b): Sequências de desligamento das PCTs SNO e AAL Os fluxos mostrados nas Figuras 9(a e b), respectivamente para as PCTs STY e CAC são executados com a simples condicionante de geração. O fluxo do desligamento da PCT USA é visto na Figura 11, onde através de estudos elétricos, constatou-se que a eliminação da contribuição da sobrecarga através da usina USA só se torna considerável a partir de 92% do carregamento em regime de emergência, e a LDAD CDGLDA estiver fechada. 9/12

10 Figura 9 (a e b): Sequências de desligamento das PCTs STY e CAC Figura 10: Sequência de desligamento da PCT USA 10/12

11 Inequações de monitoramento Caso aconteça a indisponibilidade de algum ECE, inequações foram propostas para o acompanhamento do sistema. Na falta do ECE XA/21, o ECE que protege essas linhas não atuará para eliminar a sobrecarga de forma automática. Portanto para evitar essas sobrecargas recomenda-se utilizar as inequações de monitoramento e executar medidas corretivas para evitar violações até a normalização desse ECE. Para atender a essas inequações é necessária restrição de geração na UHE ROS e nas PCTs; ou operar com barramento da UHE Rosana aberto. As inequações são estão na Figura 11. Figura 11: Inequações (em caso de falta do ECE XA/21) A Figura 12 demonstra uma captura da tela realizada no SSC, caso ocorram violações em alguma inequação, alarmes serão informados aos operadores. Figura 12: Captura do SSC (ECE XA;21 bloqueado) 3. Conclusões A proposta do ECE foi testada através de simulações no Anarede/CEPEL, onde implementou-se a lógica do ECE nos casos que havia(m) sobrecarga(s) inadmissível(is) no sistema 138kV da Copel durante emergências. Em todos cenários avaliados verificou-se a eliminação da sobrecarga inadmissível, ainda persistindo a sobrecarga admissível para o operador fazer o controle. 11/12

12 Para indisponibilidade do ECE elaboraram-se inequações de monitoramento para evitar sobrecarga inadmissível nesse sistema durante emergências, porém essa monitoração aplicará restrição de geração nas usinas. O ECE foi implementado, normatizado e homologado na operação da Copel DIS, dessa forma permitindo maior recebimento de energia da interligação Paraná/São Paulo através da UHE Rosana. 4. Referências bibliográficas TERUYA, A. Análise de Configuração Barramento Único na UHE Rosana Parecer Técnico Copel DIS - PTEC SEO/DOPD/VPED/SEEOPD 003/2015 Rev09. 12/12