Protótipo de Sistema de Medição Fasorial Sincronizada Instalado no Sistema de Transmissão da Eletrosul

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2 Protótipo de Sistema de Medição Fasorial Sincronizada Instalado no Sistema de Transmissão da Eletrosul Descrição e Demonstração DAGOBERTO ROUSSENG OLEGÁRIO 2007 Breno DT/DMS/RMSC/SMPAL Torres Meyer / Eletrosul 09/11/2007

3 Tópicos Introdução O Projeto de P & D MedFasee Eletrosul Descrição do protótipo de SPMS A experiência do processo de instalação Operação e desempenho do protótipo de SPMS Demonstrações

4 Eletrosul CRIADA em 1968 Sede em Florianópolis e RR AP Unidades Regionais nos Estados do Sul e Mato AM PA MA CE RN Grosso do Sul AC RO MT TO PI BA PB PE AL SE GO DF 20,0% do Mercado Nacional de E.E. MS MG ES 18,5% do PIB Nacional 16,0% da População Brasileira (29,3 milhões) PR SC RS SP RJ Fonte: ASG-Relatório de Gestão 2006

5 Sistema de Transmissão Subestações 36 Próprias 04 no Mato Grosso do Sul [Anastácio, Campo Grande, Dourados, Mimoso] 07 no Paraná [Areia, Curitiba, Campo Mourão, Ivaiporã, Londrina, Salto Osório, Salto Santiago] 13 em Santa Catarina [Blumenau, Canoinhas, Campos Novos, Florianópolis, Ilhota, Itajaí, Jorge Lacerda A, Jorge Lacerda B, Joinville, Palhoça, Siderópolis, Xanxerê, Itá] 12 no Rio Grande do Sul [Alegrete, Caxias, Charqueadas, Farroupilha, Gravataí, Passo Fundo, Santo Ângelo, Tapera 2,Atlântida 2, Lajeado Grande, Nova Santa Rita, Conversora Uruguaiana] ,3 MVA de Transformação 10 de Outras Empresas Operação e/ou Manutenção (08) Equipamentos instalados em outras empresas (2)

6 Sistema de Transmissão Linhas Tensão (kv) Extensão (km) , ,9 km Torres , , , , ,6 km² de Área

7 O Projeto MedFasee Eletrosul Objetivo: Implementar um protótipo de Sistema de Medição Fasorial Sincronizada no sistema de transmissão da Eletrosul Motivações: Demanda crescente pelo aprimoramento dos instrumentos de monitoração e controle em tempo real dos sistemas elétricos Requisitos crescentes de QEE Sinalização do uso de SPMS no SIN pela ANEEL e ONS Interesse da Eletrosul pelo desenvolvimento e integração da tecnologia em seus sistemas Experiência da equipe no desenvolvimento do Projeto MedFasee (Labplan/FINEP/Reason 2003/2006)

8 O Projeto MedFasee Eletrosul Entidades Participantes Eletrosul Centrais Elétricas S.A. Universidade Federal de Santa Catarina UFSC Reason Tecnologia S.A. (Fabricante)

9 Metodologia O projeto proposto caracteriza-se como uma evolução natural do projeto MedFasee, envolvendo: Novos desenvolvimentos e a implementação de um protótipo de campo com 4 PMUs e 1 PDC O desenvolvimento de um PDC a partir do PDC do projeto MedFasee A conexão das PMUs ao PDC através da rede de oscilografia Desenvolvimentos de aplicações de monitoração e de localização de faltas A avaliação do desempenho do protótipo e da operação do SEE Nota: As PMUs foram construídas pela Reason Tecnologia S.A., testadas pelo LabPlan/UFSC e cedidas em comodato à Eletrosul.

10 Etapas Principais Construção e instalação das PMUs Instalação e adequação operacional do PDC de laboratório Acompanhamento e avaliação operacional Desenvolvimento de um PDC para a empresa Constituição do protótipo de SPMS na empresa Implementação de aplicação de monitoração do sistema Implementação de aplicação de localização de faltas em LT Acompanhamento operacional, avaliação de desempenho e realização de adequações no protótipo de SPMS

11 Cronograma Etapa Ano /2007 Descrição Construção e instalação das PMUs Instalação e adequação operacional do PDC de laboratório Acompanhamento e avaliação operacional Ano /2008 Descrição Etapa Desenvolvimento de um PDC para a empresa Constituição do protótipo de SPMS na empresa Implementação de uma aplicação de monitoração do sistema Seleção e implementação de uma aplicação de localização de faltas em LTs Acompanhamento operacional, avaliação de desempenho e adequações no protótipo de SPMS Previsto Realizado

12 Visão Geral do Protótipo Instalado Subestações (4): SE Ivaiporã (SE-IVA): RPV-304 SE Areia (SE-ARE): RPV-310 SE Campos Novos (SE-CNO): RPV-310 SE Nova Santa Rita (SE-NSR): RPV-304 Circuitos monitorados (6): LT 500kV Ivaiporã Londrina C1 LT 500kV Ivaiporã S.Santiago C1 LT 500kV Ivaiporã Areia LT 500kV Areia C.Novos LT 500kV C.Novos Caxias LT 500kV N.S.Rita Gravatai

13 Visão Geral do Protótipo Instalado PDC : Instalado na sede da empresa, em Florianópolis, SC Monitoração: Grandezas trifásicas de cada circuito» tensões e correntes» total de 45 canais Taxa de transmissão:» 60 sincrofasores por segundo Dados históricos:» 5 dias

14 Descrição do Protótipo de SPMS PMUs» registradores digitais de perturbação família RPV, modelos 304 e 310» RPV-304: 16 canais analógicos (tensão ou corrente)» RPV-310: 32 canais analógicos (tensão ou corrente)» módulo de comunicação Ethernet, modem, linhas seriais diretas ou equipamentos de rádio» entrada externa de IRIG-B» PMU compatível com IEEE C (frames via rede ethernet)» taxas de envio: 10, 12, 15, 20, 30 ou 60 sincrofasores por segundo» taxa de aquisição de 256 pontos por ciclo ( Hz em 60 Hz ou Hz em 50Hz) Sincronização» sincronização das PMUs via relógios sincronizados por satélites (GPS), modelo RT1310, com precisão menor que 1μs

15 Descrição do Protótipo de SPMS Operação Experimental das PMUs instaladas inicialmente no LabPlan/UFSC leitura da tensão trifásica da rede de baixa tensão realização de testes preliminares Vista da parte traseira da instalação das PMUs e GPS Vista frontal da instalação das PMUs e GPS

16 Descrição do Protótipo de SPMS Testes Preliminares Testes principais realizados:» compatibilidade entre as PMUs e o PDC de laboratório» precisão das medidas fasoriais entre equipamentos» erro vetorial (TVE) entre equipamentos» transmissão de dados fasoriais» tempos de atraso» perdas de dados

17 Descrição do Protótipo de SPMS PDC Adequação do PDC de laboratório do projeto MedFasee LabPlan/Reason Microcomputador PC (Eletrosul) Hardware:» Pentium Celeron 3.06 GHz / 533MHz» 512 Mb de memória RAM» HD SATA de 80 Gb Sistema operacional GNU/Linux Real Time Application Interface (RTAI) Banco de dados MySQL Servidor de hipertexto Apache Implementação e testes do PDC - LabPlan

18 Descrição do Protótipo de SPMS PDC Adequações principais:» Norma IEEE C formato dos frames alterações de forma quebra em frames múltiplos indicadores de qualidade do sincronismo dados de transdutores dados em ponto flutuante múltiplas PMUs nos frames de dados» controle da comunicação entre PMU e PDC» controle externo do PDC programa de gerenciamento das funções básicas do PDC PDC operando a dois cabos (alimentação e rede)

19 Descrição do Protótipo de SPMS Sistema de Comunicação da Eletrosul Anel de Fibra Óptica envolvendo suas principais subestações. Sistema SDH STM-4-4 feixes de 622 Mbps 63 feixes 2Mbps. Sistema altamente confiável (redundante)

20 Instalações do Protótipo de SPMS Etapas do processo de instalação: Análise das condições das instalações locais Elaboração de projeto técnico Adequação e configuração do PDC Análise do sistema de comunicação Programação de desligamento (ONS) Instalação e comissionamento

21 Instalações do Protótipo de SPMS Dificuldades enfrentadas: Baixo orçamento do projeto P&D Elevado número de obras no sistema de transmissão Instalação em caráter provisório Instalações envolvendo circuitos de corrente Soluções adotadas: Aproveitamento de infraestrutura Uso de rede comunicação existente Compartilhamento de chave flex-test para isolar o circuito

22 Instalações do Protótipo de SPMS Definição da localização: Importância geolétrica da subestação Infraestrutura existente Monitoração de linha O projeto foi realizado procurando aproveitar o máximo da estrutura existente. Aproximadamente 8 meses para instalação das 4 PMUs Custo de projeto e instalação baixo

23 Instalações do Protótipo de SPMS Escolha da rede de dados: Rede corporativa (internet, intranet) Rede ponto a ponto Alta demanda Acesso livre Rede de Gerenciamento Remoto (oscilografia, proteção e controle) Rede em anel Baixa demanda Acesso restrito

24 Instalações do Protótipo de SPMS

25 Instalações do Protótipo de SPMS Rede de Gerenciamento Remoto: SDH (2 Mbps/ V35) Cada nó da RGR é composto por um roteador com até 4 interfaces WAN e 2 interfaces LAN WAN0 WAN1 10/100 Mbps. Router Para a conexão com o sistema SDH/PDH a RGR utiliza conversores V35 para 2Mbps. LAN0 LAN1 2 redes locais: ETHERNET LAN0 (sistema supervisório e telecontrole) LAN1 (relés e oscilografia) SAGE Oscilo Relés

26 Instalações do Protótipo de SPMS Instalações na SE Ivaiporã projeto: 16/01 Entrega do equipamento 02/04 Instalação 17/05 6 tensões e 6 correntes

27 Instalações do Protótipo de SPMS Instalações na SE Areia Projeto: 16/04 Entrega do equipamento: 02/05 Instalação: 06/09 6 tensões e 6 correntes

28 Instalações do Protótipo de SPMS Instalações na SE Campos Novos: Projeto: 05/03 Entrega do equipamento: 05/06 Instalação: 18/07 e 28/08 Desligamento Acidental 6 tensões e 6 correntes

29 Instalações do Protótipo de SPMS Instalações na SE Nova Santa Rita Projeto: 16/01 Entrega do Equipamento: 02/04 Instalação do Equipamento: 25/05 6 tensões e 6 correntes

30 Instalações do Protótipo de SPMS Instalação do PDC Instalado na Sede da Empresa Central de Oscilografia Conectado à Rede de Gerenciamento Remoto (RGR)» Acesso restrito apenas à RGR Acesso às PMUs via protocolo UDP/IP, porta 4713 (IEEE Std. C37.118)

31 Instalações do Protótipo de SPMS Central de Oscilografia da Eletrosul PDC

32 Exatidão dos instrumentos Exatidão dos Transformadores de Corrente (TC) Ensaio de Exatidão TC Erros medidos (100% In, 50% Z) Linha Amplitude (%) Proteção Medição Proteção Fase (graus) Medição Areia Campos Novos (1) -0,06 +0,18 +0,307-0,01 Areia - Ivaiporã (2) -0, , ,26 0,039 N.S. Rita - Gravataí (3) -0,04 +0,11 +0,34-0,01 (1) TCs novos Proteção C400 / Medição 0,3 (2) TCs antigos ensaio no laboratório da Eletrosul (2005) - Proteção C400 / Medição 0,3 (3) TCs novos - Proteção C400 / Medição 0,3 TCs apenas do terminal de N.S. Rita

33 Exatidão dos instrumentos Exatidão dos Transformadores de Potencial Capacitivo (TPC) Exatidão TPC SE Nova Santa Rita Proteção (Classe 0,6) Erro de 0,15% e 0,05 graus Medição (Classe 0,3) Erro de 0,21% e 0,05 graus Os TCs apresentaram erros de amplitudes menores para os enrolamentos de proteção. Os erros de ângulo medidos foram muito superiores para os enrolamentos de proteção, porém apresentaram valores próximos entre os TCs analisados. Os erros dos TPCs analisados apresentaram valores de erro muito baixos e iguais para os enrolamentos de medição e proteção

34 Links de Comunicação Largura de banda Frame de dados IEEE C Campos fixos (SYNC, FRAMESIZE, IDCODE, SOC, FRACSEC, STAT, FREQ, DFREQ, CRC): 26 bytes fixos por frame Sincrofasores: módulo+ângulo = 8 bytes/sincrofasor Bytes adicionais do protocolo (por frame):» Ethernet II: 26 bytes (cabeçalho completo)» Protocolo IP: 20 bytes» Protocolo UDP: 8 bytes Total de cada frame de dados: [ 8 bytes/sincrofasor + 80 bytes fixos ]

35 PMU Ivaiporã Links de Comunicação Circuitos monitorados:» LT 500kV Ivaiporã Londrina C1 corrente» LT 500kV Ivaiporã S.Santiago C1 tensão e corrente» LT 500kV Ivaiporã Areia tensão e corrente Total: 15 sincrofasores (5 fasores de sequência positiva)» 15 x = 200 bytes -(5 x = 120 bytes) 200 bytes x 60 x 8 bits / 1000 = 96,0 kbps (120 bytes x 10 x 8 / 1024 = 9,6 kbps) PMU Areia Circuitos monitorados:» LT 500kV Areia Ivaiporã tensão e corrente» LT 500kV Areia C.Novos tensão e corrente Total: 12 sincrofasores (4 fasores de sequência positiva)» 12 x = 176 bytes (4 x = 112 bytes) 176 bytes x 60 x 8 bits / 1000 = 84,48 kbps (112 bytes x 10 x 8 / 1000 = 8,96 kbps)

36 Links de Comunicação PMU Campos Novos Circuitos monitorados:» LT 500kV C.Novos Areia tensão e corrente» LT 500kV C.Novos Caxias tensão e corrente Total: 12 sincrofasores (4 fasores de sequência positiva)» 12 x = 176 bytes (4 x = 112 bytes) 176 bytes x 60 x 8 bits / 1000 = 84,48 kbps (112 bytes x 10 x 8 / 1000 = 8,96 kbps) PMU Nova Santa Rita Circuito monitorado:» LT 500kV NSR Gravatai tensão e corrente Total: 6 sincrofasores (2 fasores de sequência positiva)» 6 x = 128 bytes - (2 x = 96 bytes) 128 bytes x 60 x 8 bits / 1000 = 61,44 kbps (96 bytes x 10 x 8 / 1000 = 7,68 kbps)

37 Links de Comunicação Taxa de transmissão total: 326,4 kbps Taxa de transmissão considerando requisitos do ONS (10 fasores/s de sequência positiva): 35,2 kbps Atraso médio da comunicação Areia 19,7 ms Campos Novos 42,6 ms Ivaiporã 23,6 ms Nova Santa Rita 24,6 ms O PDC e a PMU também introduzem atraso no processamento dos fasores. Para aplicações de monitoração o atraso deve estar entre 2 e 10s O atraso máximo do projeto do ONS é de 2s. Para aplicações de controle o atraso deve ser menor que 0,5 s.

38 Verificação da perda de dados do SPMS Perda de Dados - 26/10/2007 (sexta-feira) PMU Ivaiporã PMU NSR PMU Areia PMU C.Novos 10% 8% 6% 4% 2% 0% 22h 23h 0h 1h 2h 3h 4h 5h 6h 7h 8h 9h 10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h 19h 20h 21h Hora (local)

39 Verificação da perda de dados do SPMS Perda de Dados - 29/10/2007 (segunda-feira) PMU Ivaiporã PMU NSR PMU Areia PMU C.Novos 10% 8% 6% 4% 2% 0% 22h 23h 0h 1h 2h 3h 4h 5h 6h 7h 8h 9h 10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h 19h 20h 21h Hora (Local)

40 Armazenamento de Dados Base de dados do PDC Banco de dados MySQL Requisitos de armazenamento Registros da tabela t_reg_fasor :» IDCODE da PMU: 8 bytes» número do canal: 1 byte» etiqueta de tempo: (8+2=10) bytes» módulo: 4 bytes» ângulo: 4 bytes» freqüência: 4 bytes» dfreq: 4 bytes» Total: 35 bytes por sincrofasor armazenado Índices de busca da base: acréscimo de aprox. 35%

41 Armazenamento de Dados Protótipo SPMS Eletrosul: 45 sincrofasores 60 sincrofasores por segundo histórico de 5 dias» 35 bytes x 45 canais x 60 x 5 dias ( s) = 38,02 Gb» índices de busca: 13,31 Gb» Total: 51,33 Gb

42 Armazenamento de Dados Considerando-se uma outra configuração para o SPMS: Os mesmos 6 circuitos monitorados Somente os sincrofasores de seqüência positiva (total de 15 sincrofasores) 10 sincrofasores por segundo Histórico de 15 dias 35 bytes x 15 canais x 10 x 15 dias ( s) = 6,34 Gb índices de busca: 2,22 Gb Total: 8,56 Gb

43 Trabalhos futuros Avaliação do desempenho do protótipo SPMS (PDC, PMU e comunicação) Aprimoramento do PDC Maior flexibilidade Banco de dados mais otimizado Maior capacidade de processamento e armazenamento de dados Pesquisa e desenvolvimento de novas ferramentas de monitoração e análise de perturbações

44 Comentários Finais Através do projeto P&D a Eletrosul pretende capacitar a sua equipe para trabalhar com a medição fasorial e investigar os benefícios que poderá obter com o uso desta tecnologia. Os custos de implantação, manutenção e operação são altos e existem dúvidas sobre o ressarcimento desses custos. Em junho/2008 entra em vigor a Parcela Variável (Resolução Aneel N. 270), o que pode trazer uma dificuldade maior para instalação dos equipamentos.

45 Demonstrações Organizadas em 3 etapas principais: Etapa 1 Fasores de grandezas monitoradas nas 4 SE Etapa 2 Evolução no tempo de grandezas monitoradas Etapa 3 Análise de dados históricos

46 Demonstrações Fasores de grandezas monitoradas nas 4 SE Acesso via interface WEB, ou via cliente MySQL Capturar uma tela recente da interface web, com todas as PMUs no ar!!!

47 Demonstrações Evolução no tempo de grandezas monitoradas Aplicativo MedGraf

48 Demonstrações Análise da evolução temporal de curta duração

49 Obrigado! Breno Torres Meyer Departamento de Operação do Sistema e Telecomunicações Divisão de Proteção e Estudos do Sistema Eletrosul Centrais Elétricas S.A. bmeyer@eletrosul.gov.br Telefone: (48)