Relatório 3 Aplicações das PMU e seus Requisitos

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1 Projeto ESTAL: Utilização de Fasores no Sistema Interligado Nacional do ONS Relatório 3 Aplicações das PMU e seus Requisitos Yi Hu, Khoi Vu, Hans van Meeteren, Siri Varadan, Bozidar Avramovic, Damir Novosel, Arun Phadke, Virgilio Centeno, Celso Araújo 20 de Abril de 2007

2 Sumário Executivo O Relatório 3 da Fase 2 do Projeto ONS ESTAL Utilização de Fasores no Sistema Interligado tem como foco os seguintes objetivos: Identificar um conjunto de aplicações potenciais de PMU que possam ser implantadas para apoiar os operadores do sistema do ONS na tomada de decisões em tempo real. Com base nas discussões com o ONS durante as reuniões recentes, estas aplicações devem ser preferencialmente aquelas que atuem em adição à aplicação de aprimoramento do Estimador de Estado através do uso de dados de PMU, que é também um objetivo principal deste projeto. As aplicações devem ser executadas separadamente dos sistemas EMS/SCADA do ONS. Analisar os requisitos de sistema das aplicações identificadas. Os resultados serão utilizados para se avaliar se os requisitos preliminares de sistema especificados no Projeto 6.2 para aplicações de tempo real são adequados ou não e, caso não o sejam, fazer os ajustes necessários ao projeto do sistema e às especificações relacionadas ao SMSF do ONS. Este relatório tem como propósito fornecer uma base para o fechamento do projeto do SMSF do ONS e para a seleção, projeto e especificação das duas aplicações de PMU a serem desenvolvidas na Fase 7 e implantadas na Fase 8 deste mesmo projeto. O relatório inclui um sumário extenso dos processos e procedimentos de operação e planejamento do sistema do ONS, com base nas informações que o ONS forneceu, em informações de outras fontes e na visita às instalações do ONS em Dezembro de O presente relatório identifica três áreas principais de tomada de decisão em tempo real das operações do sistema que poderiam se beneficiar de suporte e aprimoramentos adicionais. Estas áreas incluem o Gerenciamento de Congestão de Rede, o Suporte à Operação Pós-Contingência e o Suporte à Operação Normal e à Restauração. Também são descritas oito aplicações potenciais de PMU e três funções de PMU: As aplicações potenciais de PMU descritas no relatório são: (1) Monitoramento do Ângulo de Fase de Tensão VPAM; (2) Monitoração de Oscilações do Sistema SOM; (3) Monitoração do Limite de Carregamento de Linha LLLM; (4) Monitoração de Harmônicos para Grandes Áreas WAHM; (5) Avaliação Avançada de Estabilidade de Tensão EVSA; (6) Análise de Contingência On-Line OLCA; (7) Proteções de Sistema para Grandes Áreas WASP; e (8) Controle de Sistema para Grandes Áreas WASC. As três funções de PMU são: (1) Estimação do Estado Otimizada por Sincrofasores SESE; (2) Medição do Estado e Cálculo do Estado SMSC; e Melhoria e Validação de Modelo de Sistema SMIV. Projeto ESTAL / ONS: Aplicações em Tempo Real do SMSF i Proprietário

3 O relatório discute como estas aplicações podem ser utilizadas para apoiar os operadores de sistema do ONS nas três principais áreas e faz considerações quanto a implantação destas aplicações de PMU. O relatório recomenda VPAM e SOM como as duas aplicações candidatas a serem implantadas nas Fases 7 e 8 deste projeto. Este relatório inclui um sumário dos requisitos destas aplicações sobre o SMSF do ONS, e uma avaliação sobre os seus impactos sobre o sistema projetado no Projeto 6.2. O relatório chegou às seguintes conclusões: Existem três principais áreas nas quais as operações sistema de tempo real do ONS poderiam se beneficiar de aprimoramentos/suporte adicional Gerenciamento de Congestão de Rede (NCM), Suporte à Operação Pós-Contingência (PCOS) e Suporte à Operação e Restauração do Sistema (SORC). Diversas aplicações de PMU descritas neste relatório podem fornecer melhorias e benefícios nas três áreas acima para apoiar os operadores de sistema do ONS na tomada de decisão em tempo real. O projeto atual do SMSF e os requisitos preliminares de sistema utilizados para aplicações de tempo real na arquitetura do sistema no Projeto 6.2 parecem ser adequados para a maioria das aplicações de PMU discutidas neste relatório, exceto por: Aplicações WASP e WASC, que requerem rede de alta velocidade e rápido processamento por parte dos concentradores de dados fasoriais para atender a um requisito de latência muito mais baixo nas transmissões de dados. A aplicação WAHM, que necessita que as PMU suportem medições de harmônicos e que o sistema suporte o envio/recebimento de dados fasoriais de harmônicos. Com base na análise e nas considerações destacadas neste relatório, as seguintes recomendações são feitas: VPAM e SOM podem ser as aplicações potenciais a serem implantadas dentro do escopo deste projeto Manter a arquitetura atual do SMSF e fazer os ajustes necessários nas especificações relevantes, caso as aplicações WAHM, WASP e/ou WASC sejam selecionadas. Projeto ESTAL / ONS: Aplicações em Tempo Real do SMSF ii Proprietário

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5 ! '$ ## # ( ' #( NOTA: Este documento contém segredos de negócio e/ou informações comerciais ou financeiras que de um modo geral não estão disponíveis publicamente. São consideradas informações privilegiadas e proprietárias e são submetidas pela KEMA Brasil com o entendimento que seu conteúdo está especificamente proibido de ser duplicado, utilizado ou distribuído a terceiros em seu todo ou parte, sem o expresso consentimento por escrito da KEMA Brasil, sendo utilizado apenas no contexto dos serviços ora contratados. Projeto ESTAL / ONS: Aplicações em Tempo Real do SMSF Proprietário KEMA Inc. / KEMA Brasil 23 de Março de 2007

6 Definições Esta seção apresenta a relação das definições dos termos usados no presente relatório. Termo Anti-aliasing Corredor de Energia EMS IEEE C IRIG-B GPS Multicast SIN Definição Processo de filtragem de um sinal quando da conversão para um formato amostrado ( sampled ) para remover os componentes desse sinal cuja freqüência seja igual ou maior do que ½ da taxa de Nyquist (taxa de amostra). Se não removidos, esses componentes do sinal podem aparecer como um componente de menor freqüência (um alias ). Um grupo de linhas de transmissão onde um único limite de transmissão de potência é imposto. Na versão em português deste relatório, o termo Corredor de Energia é ocasionalmente substituído pelos termos "interconexão" e interface. Energy Management System (ou Sistema de Gerenciamento de Energia). A nova Norma IEEE para sincrofasores que substituiu a Norma IEEE Formatos de transmissão de tempo desenvolvidos pelo Inter-Range Instrumentation Group (IRIG). A versão mais comum é a IRIG-B, que transmite dia do ano, hora, minuto e segundo uma vez por segundo, sobre um sinal portador de 1 khz. Global Positioning System (ou Sistema de Posicionamento Global). Um sistema baseado em satélite que provê posição e tempo. A exatidão de relógios com base no GPS pode ser melhor que 1 microssegundo. Transmissão de dados de um dispositivo para vários. Os dados são transmitidos ao endereço IP de um grupo. Qualquer membro do grupo pode acessar o endereço para receber os dados. Qualquer um pode então se juntar a este grupo multicast, e quando um servidor envia ao grupo, todos do grupo receberão os dados. A vantagem é que este protocolo é roteável e não sobrecarrega todos os computadores na subrede local. Sistema Elétrico Interligado Nacional Brasileiro. Projeto ESTAL / ONS: Aplicações em Tempo Real do SMSF 1 Proprietário

7 Termo Definição Taxa de Nyquist PDC Fasor PPS PMU RS 232 RS 485 SAGE Taxa de amostragem Uma taxa que é duas vezes o mais alto componente de freqüência em um sinal analógico de entrada. O sinal analógico deve ser amostrado ( sampled ) a uma taxa maior do que a taxa de Nyquist para ser representada corretamente em forma digital. Phasor Data Concentrator (ou Concentrador de Dados Fasoriais). Uma unidade lógica que coleta dados fasoriais e de eventos discretos das PMU (e possivelmente de outros PDC), e transmite os dados para outras aplicações. Os PDC podem guardar os dados por um curto período (buffer), mas não podem armazenar os dados. Um equivalente complexo de uma quantidade de onda co-seno simples tal que o módulo do complexo é a amplitude da onda co-seno e o ângulo do complexo (na forma polar) é o ângulo de fase da onda co-seno. Pulso por Segundo. Um sinal consistindo de um trem de pulsos retangulares ocorrendo a uma freqüência de 1 Hz, com a borda crescente sincronizada com segundos UTC (coordenada universal de tempo). Este sinal é tipicamente gerado por receptores GPS. Phasor Measurement Unit (ou Unidade de Medição Fasorial). Um dispositivo que amostra dados de tensão e de corrente analógica em sincronismo com um relógio GPS. As amostras são usadas para calcular os fasores correspondentes. Os fasores são calculados com base em uma referência absoluta de tempo (UTC), tipicamente derivada de um receptor GPS interno. (Recommended Standard 232) É uma norma de telecomunicação para interconexão de dados binários seriais entre um DTE (Data terminal equipment Equipamento terminal de dados) e um DCE (Data communication equipment Equipamento de comunicação de dados). (Recommended Standard 485) (Agora EIA-485) é uma especificação elétrica para uma conexão a dois fios serial multiponto, semi-duplex (OSI Model). Sistema EMS / SCADA usado pelo Centro Nacional de Controle do ONS (CNOS) para monitorar o SIN. O número de amostras (medições) por segundo feitas por um conversor analógico/digital. Projeto ESTAL / ONS: Aplicações em Tempo Real do SMSF 2 Proprietário

8 Termo Definição SCADA EE SIPS SOC Sincronismo Fasor sincronizado (Sincrofasor) TCP/IP Limite de Transferência TSA TVE Supervisory Control And Data Acquisition (ou Controle Supervisório e Aquisição de Dados). Estimador de Estado System-Integrity Protection Scheme ou Esquema de Proteção da Integridade do Sistema Second of Century (ou Segundo do Século), número definido de acordo com o protocolo de tempo da rede (Network Time Protocol - NTP). O número SOC é o tempo UTC em segundos calculado a partir da meianoite de 1º de janeiro de O estado em que sistemas conectados de corrente alternada, máquinas ou suas combinações operam a mesma freqüência e onde o defasamento de ângulos de fase entre tensões é constante, ou varia com valor médio constante e estável. Um fasor calculado a partir de amostras de dados usando um sinal de tempo padronizado como referência para a medida. Neste caso, os fasores de lugares remotos têm uma relação de mesma fase definida. TCP/IP é um protocolo de nível baixo para uso principalmente em Ethernet ou redes relacionadas, usado pela maioria dos protocolos de alto nível para transportar os dados. TCP/IP provê uma conexão altamente confiável em redes não confiáveis, usando somas de verificação, controle de congestão e reenvio automático de dados (ruins ou perdidos). A máxima potência que pode ser transferida por uma linha de transmissão, por um corredor ou por um flowgate. Tal limite é determinado ou pelas capacidades do equipamento ou pelas exigências de operação confiável do sistema. Transient Stability Assessment ou Avaliação da Estabilidade Transitória Total Vector Error (ou Erro Total do Vetor) Medida de erro entre o valor teórico do fasor do sinal sendo medido e o fasor estimado Projeto ESTAL / ONS: Aplicações em Tempo Real do SMSF 3 Proprietário

9 Termo Definição UDP/IP UTC VSA WAMPAC UDP/IP é um protocolo de IP de nível baixo que provê comunicação de baixa latência através da Ethernet ou redes relacionadas. UDP/IP não provê qualquer controle de erro ou reenvio de dados ruins ou perdidos. O dispositivo ou software de aplicação precisará verificar a correção dos dados. Todavia, o UDP/IP não requer tempo de reconhecimento ( handshaking ) e não bloqueará, tornando-se ideal para comunicações de dados em tempo real. Coordinated Universal Time (ou Tempo Universal Coordenado). O UTC representa a hora do dia no meridiano primal da Terra (0 de longitude). Voltage Stability Assessment ou Avaliação de Estabilidade de Tensão. Wide-Area Monitoring, Protection, Automation and Control ou Projeto de Monitoração, Proteção, Automação e Controle em Grandes Áreas. Projeto ESTAL / ONS: Aplicações em Tempo Real do SMSF 4 Proprietário

10 1. Introdução Este é o Relatório 3 da Fase do Projeto do SMSF para o ONS-MME ESTAL (Empréstimo de Assistência Técnica ao Setor de Energia) A Aplicação da Tecnologia de Medição Fasorial nos Sistemas de Suporte a Tomada de Decisão em Tempo Real. A seguir, apresentamos uma descrição resumida do Projeto ESTAL e um sumário sobre este relatório. 1.1 Projeto ESTAL O Projeto ESTAL / ONS envolve diversas atividades integrantes do Projeto do Plano de Ação do ONS no triênio , o qual foi aprovado pela ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica. O Projeto ESTAL / ONS está dividido em oito fases, abaixo indicadas, com as principais tarefas associadas. Fase 1: Avaliar os impactos econômicos do uso da tecnologia de PMU. Identificar cenários onde a utilização desta tecnologia poderá gerar lucros econômicos. Propor indicadores de desempenho a serem controlados pelos Centros de Controle do ONS. Fase 2: Rever o Projeto do Sistema de Medição Sincronizada Fasorial (SMSF) e os documentos e especificações do Projeto 6.2 do ONS - Implementação de um Sistema de Oscilografia de Duração Longa, em função dos requisitos e do escopo do atual projeto, para validar ou identificar ajustes/adições ao projeto e às especificações, levando em conta: (1) os aspectos de precisão relacionados ao uso de transformadores para instrumentos de medição ou de proteção e a redundância dos dispositivos de PMU; (2) os requisitos do sistema para atingir os ganhos econômicos desejados identificados na Fase 1; e (3) o estado da arte da tecnologia de medição fasorial. Fase 3: Identificar e avaliar as PMU já instaladas no SIN, inclusive os IED com funções de PMU, para determinar se o seu uso satisfaz as condições deste projeto, levando em consideração o desenvolvimento da tecnologia de medição fasorial no mundo. Fase 4: Efetuar simulações de localização das PMU e estudos para determinar o número mínimo de PMU e sua distribuição no sistema para garantir a observabilidade requerida e a redundância necessária para manter esta observabilidade requerida (até três perdas de unidades de PMU) e a localizações dos concentradores de dados dos Agentes. Fase 5: Avaliar opções, a partir das considerações de custo mínimo, à implementação mais adequada do SMSF, e apresentar um plano estratégico de implementação da tecnologia. Para cada opção, identificar suas vantagens e desvantagens, e as considerações de funcionalidade dos softwares requeridos, considerando: (1) infraestrutura de telecomunicações de apoio; (2) produtos disponíveis para cada opção; e (3) impacto em instalações dos Agentes. Fase 6: Analisar o sistema EMS/SCADA existente no ONS e seu Estimador de Estado e Projeto ESTAL / ONS: Aplicações em Tempo Real do SMSF 5 Proprietário

11 trabalhar com os fornecedores destes produtos para determinar os tipos de adaptação necessárias ao uso de dados de medição fasorial, seja por atualização do sistema ou por desenvolvimento customizado. A adaptação deve levar em conta: (1) a infra-estrutura de telecomunicação de apoio; (2) os produtos disponíveis identificados na Fase 5; e (3) as possíveis dificuldades para implementar os mesmos nas instalações dos Agentes. Fase 7: Avaliar as aplicações que usam dados de medição fasorial que possam ser utilizadas pelo ONS para apoiar a tomada de decisão em tempo real. As aplicações devem ser identificadas considerando sua integração com o SAGE e com o EMP do Sistema EMS do ONS, levando em conta: (1) os preços e prazos de implantação, e (2) os ganhos da integração dos produtos identificados para a operação de ONS. Fase 8: Desenvolver/integrar/customizar pelo menos duas aplicações ou produtos de medição fasorial para operações de tempo real, levando em consideração: (1) o tempo de entrega; e (2) a preparação da documentação técnica. O objetivo principal deste projeto, conforme descrito nos Termos de Referência, é o de conduzir estudos e desenvolvimento, no futuro próximo, de medições fasoriais em tempo real no Sistema Elétrico Brasileiro, para aumentar o nível sistêmico da segurança operacional, seja através da mitigação de grandes perturbações ou através do alívio de uma variada gama de restrições operacionais. Além disso, o objetivo é também aumentar os atuais limites de intercâmbio de energia presentes entre as áreas e regiões do Sistema, devido à maior precisão oferecida pelas novas medições e, assim, reduzir futuros reforços e custos de expansão necessários ao sistema elétrico.. Adicionalmente, o ONS concluiu recentemente outro projeto relacionado ao SMSF (o Projeto 6.2, de seu Plano de Ação , Implantação de um Sistema de Oscilografia de Longa Duração ). O principal objetivo do Projeto 6.2 é o de implantar um Sistema de Medição Sincronizada Fasorial para capturar e registrar a dinâmica de longo prazo do sistema para análise pós-evento, para melhorar o modelo do sistema e avaliação (e melhora de desempenho) dos sistemas especiais de proteção. O projeto incluiu a definição da arquitetura do sistema, e a especificação de seus principais componentes: as PMU, os Concentradores de Dados Fasoriais das Subestações (SPDC) e o Concentrador Central de Dados (CDC) do ONS. A fase de implantação do projeto 6.2 terá início em O projeto do sistema e as especificações dos seus principais componentes também levaram em consideração os requisitos preliminares das aplicações em tempo real do Projeto ESTAL, que serão revistos e finalizados com base nos requisitos finais de sistema para aplicações deste Projeto. Projeto ESTAL / ONS: Aplicações em Tempo Real do SMSF 6 Proprietário

12 1.2 Sobre o Relatório 3 O Relatório 3 é um produto programado para a Fase 2 do projeto. O relatório focaliza as seguintes áreas: Identificar um grupo de potenciais aplicações de PMU que possam ser implantados para suporte aos operadores de sistema do ONS na tomada de decisão em tempo real. Baseadas nas discussões com ONS durante visita local, estas aplicações devem ser preferencialmente aquelas que contribuam para o melhoramento do Estado Estimador usando dados de PMU, que também é a principal tarefa deste projeto, onde devem ser separadamente executados nos sistemas EMS/SCADA do ONS. Analisar os requisitos de sistema destas aplicações identificados. Os resultados serão avaliados para verificar se a especificação dos requisitos do sistema preliminar no Projeto 6.2 para aplicações de tempo real é adequada ou não, e se não, fazer o ajuste necessário para o projeto do sistema e especificações relacionadas para o Sistema de Medição Sincronizada Fasorial (SMSF) do ONS. O relatório é planejado para fornecer uma base para finalizar o projeto do SMSF do ONS e para selecionar, projetar e especificar duas aplicações de PMU na Fase 7 do projeto para ser implantado na Fase 8. Neste relatório, o Capítulo 2 fornece uma avaliação dos processos e procedimentos atuais de operação do sistema do ONS. O Capítulo 3 resume as principais necessidades do ONS. As aplicações potenciais de PMU que podem fornecer suporte para tomada de decisão de tempo real dos operadores do sistema estão descritos em Capítulos 4 e 5, incluindo seus requisitos. As aplicações recomendados estão no Capítulo 6 e um sumário de seus requisitos é dado no Capítulo 7. As conclusões e recomendações são apresentadas no Capítulo 8. Projeto ESTAL / ONS: Aplicações em Tempo Real do SMSF 7 Proprietário

13 2. Visão Geral das Operações Atuais do ONS O ONS é o Operador Independente (ISO) do Sistema Interligado Nacional Brasileiro (SIN), sendo responsável pela operação econômica, segura e confiável de SIN (Figura 1), que cobre uma grande parte do continente Sul-americano, com uma extensa rede de transmissão de mais de 75,000 km de linhas de transmissão CA de 230, 345, 440, 500, 525 e 765 kv, uma linha de transmissão CC de 600 kv e 355 subestações. Figura 1 Sistema Interligado Nacional Brasileiro (SIN) Em termos operacionais, o SIN está dividido em quatro regiões Sul (S), Sudeste/Centro-Oeste (SE), Norte (N) e Nordeste (NE). Projeto ESTAL / ONS: Aplicações em Tempo Real do SMSF 8 Proprietário

14 SIN Figura 2 As regiões de operação do SIN (Centro-Oeste e Sudeste são operados como uma região) No momento, o ONS opera o SIN através de um centro de controle principal (CNOS) localizado em Brasília e quatro centros de controles regionais para cada uma das regiões mencionadas acima de modo hierárquico. Isto é, qualquer comunicação entre centros de controles regionais ocorre através do CNOS. Os centros de controles regionais são responsáveis pela operação dentro de suas regiões, considerando que CNOS é responsável por coordenar fluxos de energia e monitorar as condições de rede inter-regionais no nível nacional. Os centros de controle regionais e centrais do ONS não têm controle direto dos equipamentos das Concessionárias (disjuntores, chaves, etc.), com exceção de geradores sob o Controle de Geração Automática (CAG), que são controlados diretamente pelo centro de controle regional do ONS, através do sistema EMS/SCADA. No momento, todas as outras ações de controle são exercidas pela Concessionária por solicitação ou instrução por telefone do centro de controle regional do ONS. O CNOS interage com a Concessionária através do operador do centro de Projeto ESTAL / ONS: Aplicações em Tempo Real do SMSF 9 Proprietário

15 controle regional para a maioria das operações. Os agentes são obrigados por lei a obedecer às solicitações do ONS. COSR-NE COSR-N CNOS - BRASÍLIA CNOS COSR-N COSR-NE COSR-S COSR-SE - BRASÍLIA - RECIFE - FLORIANÓPOLIS - RIO DE JANEIRO COSR-SE COSR-S Figura 3 Centro de Controle Nacional do ONS (CNOS) e Centros de Controle Regionais (COSR) Projeto ESTAL / ONS: Aplicações em Tempo Real do SMSF 10 Proprietário

16 2.1 Operações do mercado brasileiro e processos de planejamento do sistema do ONS Uma compreensão dos processos de planejamento do sistema do ONS é útil no entendimento dos processos/procedimentos de operação do sistema, uma vez que eles são muito relacionados. A comercialização da eletricidade no Brasil é um mercado desregulado. O projeto do mercado e o fato de que mais de 80% da capacidade de geração instalada ser de geradores hidráulicos dificultam o planejamento do sistema de ONS. As informações a seguir são baseadas principalmente nas informações descritas em um trabalho conjunto PSCC 2002, produzido pelo CEPEL e UERJ1. A comercialização de eletricidade no Brasil pode ser caracterizada principalmente pelos seguintes itens: comércio compulsório através do operador de mercado (CCEE Câmara de Comercialização Elétrica); despacho e programação centralizados, definidos pelo operador do sistema (ONS) com base no custo; preços marginais locais semanais; demanda passiva; e a existência e atuação de agência reguladora independente (ANEEL). O planejamento de expansão da geração e da transmissão é feito por uma empresa especializada (EPE), sob a responsabilidade do Ministério de Minas e Energia (MME). A política e as diretrizes do governo são definidas pelo Congresso Nacional. No momento, a eletricidade é negociada pela CCEE, onde o preço spot de energia será determinado. O CCEE foi criado por acordo multilateral sendo compulsório para todos os geradores com capacidade instalada maior que 50 MW e para todas as companhias distribuidoras e comercializadoras com consumo maior que 100 GWh por ano. Grandes consumidores com demanda acima de 10 MW (limite atual) podem escolher se tornar ou não membros de CCEE. Os principais objetivos de CCEE são: Definir um preço que reflita, em cada período de tempo, o custo marginal de energia no sistema. Este preço suportará os contratos bilaterais de longo prazo. Fornecer um mercado onde os geradores e varejistas podem negociar sua energia não-contratada. Criar um ambiente multilateral para apoiar o desenvolvimento da competição sob o qual um varejista possa comprar energia de qualquer gerador e um gerador possa vender para qualquer varejista. Neste ambiente, existem competições nos segmentos de geração e de comércio, enquanto transmissão e segmentos de distribuição permanecem como monopólios, sujeitos às tarifas reguladas. 1 Cadeia de Otimização de Modelos para Ajuste do Despacho e do Preço Spot da Energia no Sistema Brasileiro Projeto ESTAL / ONS: Aplicações em Tempo Real do SMSF 11 Proprietário

17 Os acordos de comércio são baseados em esquemas justos de otimização, programação e despacho centralizados do sistema. Nesta abordagem, geradoras térmicas e hidráulicas submetem basicamente os dados técnicos de suas usinas, como níveis da água no reservatório, taxa de influxos, disponibilidade técnica de turbinas, eficiência térmica, dados de custo operacional e de combustível, etc. Usinas térmicas têm permissão para oferecer preços operacionais em uma faixa estreita. Baseado nos dados técnicos recebidos, o ONS estabelece a programação do despacho a fim de alcançar o menor custo de operação do sistema inteiro. Este programação é obtida através de uma cadeia de modelos de otimização que também calcula os valores de água. A tarefa de ONS é basicamente um problema de coordenação hidro-térmica, levando em consideração de restrições elétricas do SIN. Em termos gerais, o problema de coordenação hidro-térmica é a procura do equilíbrio ótimo entre (1) o uso dos recursos da água hoje - reduzindo os custos imediatos e aumentando os custos futuros - e (2) a manutenção de um nível nos reservatórios para uso futuro - aumentando os custos imediatos devido à geração térmica e reduzindo os custos futuros. O horizonte de planejamento varia de anos até horas. Conseqüentemente, a otimização dos recursos de energia é alcançada desagregando o problema de coordenação hidro-térmica em longo prazo (5 a 15 anos, em base mensal), médio prazo (1, em base semanal) e em curto prazo (1, em base horária). As informações essenciais para o planejamento de sistema incluem: (1) previsão do fluxo de entrada de água; (2) previsão de carga e perfil da carga; (3) configuração da rede; (4) disponibilidade dos geradores térmicos e hidráulicos; e (5) os planos de expansão de geração e transmissão. Múltiplas restrições devem ser levadas em conta no planejamento, como balanço de água, requisitos de demanda, mínima geração estável, máxima capacidade de geração, capacidade de estocagem de água, confiabilidade do sistema e restrições de segurança, tarifas de transmissão, e assim por diante. O ONS usa uma série de modelos de otimização para determinar a programação do despacho no custo de operação mínima. A CCEE usa os mesmos modelos para justificar a determinação dos preços de mercado. O sistema brasileiro é composto de cerca de 70 reservatórios. Para reduzir o trabalho computacional e representar a sua interdependência hidrológica, eles são agregados em quatro reservatórios equivalentes. Quatro subsistemas são então representados por seus reservatórios agregados equivalentes, em que as principais características são a capacidade e o fluxo de entrada de energia. O primeiro é estimado pela quantidade de energia que poderia ser produzida usando toda a água estocada de todos os reservatórios daquele subsistema, enquanto o último é equivalente à soma de energia controlada com a energia do rio a fio d água. Projeto ESTAL / ONS: Aplicações em Tempo Real do SMSF 12 Proprietário

18 A série dos modelos de otimização usada no planejamento do ONS e suas relações podem ser vistas na Figura 4.!"#$ +"!!$345 6 % & '*()*.& $)!!"#, +2 $, - ' (! " #$ % # % & '(& $ & $ $)! ") +, $)!!"#& *! "&)" %""/00 / 1! $)$ ) % ") Figura 4 Série de modelos de otimização usados no processo de planejamento do ONS A programação da operação varia de acordo com a otimização do reservatório de longo prazo de múltiplos anos até o despacho de curto prazo de hora em hora. O objetivo do planejamento da operação de um sistema hidro-térmico é calcular uma estratégia de operação que, para cada fase do período planejado, dado o estado do sistema no princípio desta, produza metas de geração para cada usina. As funções de cada modelo são resumidas abaixo. Modelos de planejamento em longo prazo: Newave computa a alocação ótima de recursos térmicos e hídricos que minimizem o custo operacional esperado para o planejamento do período de cinco a dez anos em uma resolução mensal. Projeto ESTAL / ONS: Aplicações em Tempo Real do SMSF 13 Proprietário

19 Gevazp é um modelo gerador de fluxo de entrada multi-variável mensal para modelos de Newave, Decomp, e Suishi-o. Escolhe um modelo de série de tempo estocástico que assegura semelhança entre as seqüências de fluxos de entrada históricos e sintéticos que possam produzir condições de seca tão severas quanto aquelas acontecidas no passado. Suishi-o é um modelo de simulação detalhada de operação de usinas de energia para sistemas hidro-térmicos interligados. Modelos de planejamento em médio prazo: Decomp determina a programação de geração para cada instalação (hídrica ou térmica) fornecendo a carga e minimizando o custo operacional esperado para cada semana do primeiro mês e os próximos meses do período de planejamento, levando em conta o comportamento estocástico dos fluxos de entrada em longo prazo. Previvaz produz modelos semanais da previsão do fluxo de água pelas próximas seis semanas a serem usadas no planejamento da operação em médio prazo pelo Decomp. Flood Control constrói modelos de curvas de inundação controladas para múltiplos propósitos para sistemas de múltiplos reservatórios. Confint avalia modelos de confiabilidade de sistemas hidro-térmicos interligados. Previcar produz modelos de previsão de carga semanal ou mensal pelos próximos doze meses. Modelos de planejamento em curto prazo: Dessem é um modelo usado pela programação diário do despacho. Computa um despacho de geração para cada meia hora da próxima semana levando em conta de restrições hidráulicas detalhadas. Predesp computa modelos de despacho de geração para cada meia hora do dia seguinte levando em conta as restrições do balanço de água e a restrição associada com a representação da rede CA. Previvazh é um modelo estocástico que produz previsão diária da vazão d água pelos próximos quatorze dias que será usada na programação diária pelo modelo Dessem. SISCV é um modelo de sistema baseado em dois modelos de determinação da chuva e da drenagem, IPH II e SMAP II, e como modelo de Previvazh, produz diariamente previsões de vazão d água para serem usadas pelo modelo diário da programação Dessem. Cahora é o modelo usado para previsão de carga horária. Projeto ESTAL / ONS: Aplicações em Tempo Real do SMSF 14 Proprietário

20 Os limites dos equipamentos usados no planejamento são fornecidos pelos Agentes na fase do planejamento da operação, e este valor de limite é usado para a realização dos estudos de curto e médio prazo do planejamento por equipes do ONS. Neste caso, aqueles estudos são tratados pelas equipes de operação do ONS, tornando-se para eles instruções, rotinas e regras operacionais. O limite do equipamento é então registrado no sistema de supervisão e controle, para ser checado na operação em tempo real. O Agente pode, a qualquer momento, re-declarar o limite de seu equipamento, devido a mudanças que possam ter acontecido com o equipamento. Estas informações são tratadas novamente pela cadeia operacional do ONS, de tal forma que este novo valor de limite é re-estimado, como também seu impacto na operação do sistema. Os limites de estabilidade dinâmicos ou transitórios das principais linhas ou interligações de transmissão são determinados através de estudos de estabilidade com modelos de planejamento do sistema. Os estudos de estabilidade para determinar os limites de interligação de transmissão inter-regional usam a diferença de ângulo de fase dos geradores para determinar os limites de transferência. Em duas regiões consideradas, um gerador em cada região é selecionado para este propósito. Quando a diferença de ângulo de fase entre esses dois geradores selecionados em um caso de estudo exceder 90 graus, o sistema é considerado instável. A seleção destes geradores é para fornecer alguma margem de segurança para levar em conta a inexatidão dos modelos de sistema e os erros de medição. O departamento de planejamento de sistemas do ONS utiliza três níveis de carga como casos de base de estudos de sistema: carga pesada, carga média e carga leve. Um padrão de carregamento diário fixo é usado no planejamento. Carga H L Carga leve M Carga média H Carga pesada L M M t Figura 5 Padrão de carregamento diário usado no planejamento do sistema do ONS Projeto ESTAL / ONS: Aplicações em Tempo Real do SMSF 15 Proprietário

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