UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO DEPARTAMENTO DE PESQUISA

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO DEPARTAMENTO DE PESQUISA PROGRAMA INSTITUCIONAL DE BOLSAS DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA Período: 02/2014 à 07/2015 ( ) PARCIAL ( X ) FINAL IDENTIFICAÇÃO DO PROJETO RELATÓRIO TÉCNICO CIENTÍFICO Título do Projeto de Pesquisa: Desenvolvimento de Predição de Falhas em Processos Industriais PredFalt. Nome do Orientador: Carlos Tavares da Costa Júnior. Titulação do Orientador: Professor Doutor em Engenharia Elétrica. Faculdade: Faculdade de Engenharia Elétrica. Instituto/Núcleo: ITEC Instituto de Tecnologia. Laboratório: Laboratório de Acionamentos e Controle em Sistemas de Potência (LACSPOT). Título do Plano de Trabalho: Desenvolvimento Baseado em Componentes para Implementação de Smart Grids em Sistemas de Distribuição de Energia Elétrica de Baixa Tensão. Nome do Bolsista: Paulo Eduardo Santos Siqueira. Tipo de Bolsa: ( ) PIBIC/ CNPq ( ) PIBIC/CNPq AF ( )PIBIC /CNPq- Cota do pesquisador ( ) PIBIC/UFPA ( ) PIBIC/UFPA AF ( ) PIBIC/ INTERIOR ( )PIBIC/PARD ( ) PIBIC/PADRC ( X ) PIBIC/FAPESPA ( ) PIBIC/ PIAD ( ) PIBIC/PIBIT

2 INTRODUÇÃO Como podemos perceber com o passar dos anos, o sistema elétrico tem entrado em um estado de evolução muito grande, fazendo tudo àquilo que era centralizado, ramificar e distribuir responsabilidades. Mas o que mais preocupa o cenário elétrico é o planejamento para acolher a crescente demanda de usuários mais do que o próprio planejamento de transmissão e geração. Com as redes elétricas expandidas e interligadas, a medição individualizada do consumo de energia elétrica é necessária para se estabelecer um faturamento que condiz com o nível de consumo dos usuários. Tendo em vista essa premissa, a coleta de dados torna-se mais desleal e lenta do jeito que está. Logo se busca uma maneira mais individual de se fazer isso. A introdução de redes inteligentes seria interessante neste caso, porém seria muito melhor a expansão de sua função no meio em que vivemos. A utilização de redes inteligentes (SMART GRID) para a prevenção de falta, não chega a ser novidade para as redes de transmissão, porém a sua utilização nas redes de distribuição e em processos indústrias, para este fim, está em fase de estudo e aprimoramento de protótipos, logo enxerga-se nessa aplicação para as redes elétricas inteligentes um futuro promissor. Então, no Laboratório de Acionamentos e Controle em Sistemas de Potência (LACSPOT) da Universidade Federal do Pará, está em fase de desenvolvimento um estudo em cima desses conceitos supracitados para permitir uma perspectiva da aplicação pratica deste sistema. JUSTIFICATIVA Tendo em vista que explorar novos rumos para aplicações das redes elétricas inteligentes é muito relevante para o sistema elétrico e seu desenvolvimento, buscou-se estudar uma área pouco explorada por tais métodos e muito critico do sistema elétrico brasileiro: A rede de distribuição de energia. A recepção de energia elétrica pelos consumidores é dada por meios físicos vulneráveis e distantes das concessionárias não sendo observado a todo o momento, apenas utilizam-se mecanismos pontuais para se prevenir de inconveniências que possam surgir (sistema de proteção), mas mesmo assim a distribuição fica em parte dependente do usuário para uma ação da concessionária de energia.

3 Buscando evoluir o sistema de distribuição de energia elétrica a fim de prever principalmente faltas que nelas podem ocorrer, faz-se um estudo das estruturas que integram esse principio, como: programação orientada a objetos e SMART GRID, para por fim realizar um estudo de caso em uma plataforma tecnológica. OBJETIVOS: Nesta segunda etapa, reuniu-se os valores conceituais para introduzi-los em uma aplicação pratica. Buscou-se, de maneira simples e de poucos rodeios, implementar em um estudo e caso, os anteriormente estudados ideais de uma SMART GRID. Para essa implementação não se deixou levar pela perfeição do esquema, pois se levarmos em conta cada detalhe de uma SMART GRID ideal (ou da maneira que a queremos), este não conseguiria resumir-se neste trabalho. Logo se toma como diretriz a aplicação de conceitos computacionais em volta de um motivo: as redes elétricas inteligentes de baixa tensão. O estudo a respeito das redes elétricas inteligentes (SMART GRID) evoluiu quando se verificou a sua ampla área de aplicações, e observou-se a falta de material referente à aplicação deste sistema para a rede elétrica de distribuição. O que torna este projeto em estudo ainda mais interessante e desafiador. Como interação principal buscou-se priorizar uma relação que até este momento é precária na nossa região que é a relação consumidor x concessionária. Utiliza-se esta interação como alvo de nosso modelo a se seguir. MATERIAIS E MÉTODOS: Para esta etapa, utilizou-se o software astah professional, pois se apresentou dentre outros mais interativos e de fácil manuseio, além de se encontrar de modo free no site do mesmo. Com este software construímos diagramas de caráter UML para a demonstração de conhecimento do campo de SMART GRID e linguagem de modelagem unificada. Dentre eles temos os diagramas de classe e diagrama de uso de casos, ambos muito importantes para a modelagem. Vale lembrar que esse tipo de modelagem não prioriza de imediato uma linguagem de programação em si, mas generaliza a lógica do programa, fornecendo todas as características de interligações entre os objetos e classes do mesmo, para que

4 quando fosse implementada em linhas de código, este fosse naturalmente desenvolvido pelo programador. MAPA MENTAL Nesta etapa da modelagem busca-se enxergar o modelo (o que vai se modelar) como um todo. Visto que o contexto de nossa SMART GRID em baixa tensão foi priorizado a relação consumidor x concessionária, estes se tornam os atores do meu modelo. São eles que tomarão iniciativas para se tomar decisões e fazer com que o fluxo de informações e dados tomem caminhos para determinados fins. Figura 1 mapa mental Os fins a que se é referido, são os casos de uso para os quais os atores são participantes (ou pelo menos um) no nosso modelo. Esses casos de uso como podem ver no diagrama, são ações que foram deduzidas para algumas funcionalidades superficiais de uma SMART GRID. O que fica implícito nesse mapa mental é outro agente que estará presente no projeto, o Sistema. O sistema funcionará como o veículo de transição de comandos e dados entre os atores. Ele estará presente como uma entidade nesse modelo, não necessário sua aparição neste mapa mental, mas sim em outro. Como principal característica de nosso modelo, temos seu titulo rede de distribuição inteligente que será nossa tentativa de modelagem superficial de uma SMART GRID no sistema de distribuição de energia de baixa tensão. Ações como: consultar fatura, ajuste da tensão e acompanhar consumo, são algumas das quais uma rede inteligente poderá intermediar, logo como mais simples, foram inseridas no modelo e por consequência ações necessárias para tal como fazer

5 login, mostrando que o sistema esta presente entre os atores e os casos de uso, pois se admite que será necessário um sistema de certa forma on-line para a interação consumidor e seu fornecedor de energia elétrica. DIAGRAMA DE CASO DE USO Nesse diagrama apresentam-se alguns casos de uso adotados para esta modelagem (lembrando que não são todas as possíveis ações de uma rede elétrica inteligente, sim algumas apenas para esta modelagem). É possível observar neste diagrama como os atores estão relacionados com os casos de uso e como alguns casos de uso estão relacionados com outros casos de usos ou até o grau de generalização de funções dos atores no modelo (a liberdade de exercer tarefas no modelo). Figura 2 Diagrama de caso de uso Observando o ator consumidor, que representa o usuário final de nossa rede de distribuição, podem-se perceber suas habilidades dentro do diagrama de caos de uso. O consumidor em sua residência, através de um sistema computacional ou de um dispositivo propriamente desenvolvido está disposto a Consultar fatura (consultar o valor de sua conta de luz do mês que se encerrou ou meses anteriores). Nota-se que o

6 caso de uso receber fatura por está ligada a consultar fatura com uma ligação extend, logo se a condição se = cadastrado esta fatura poderá ser enviada para a conta de do consumidor. O consumidor está disposto também a acompanhar consumo (acompanha em tempo real o consumo de sua unidade consumidora), isto se torna possível com o sistema já citado. O consumidor tem a opção acionar visita técnica, esse caso de uso é simples, pois se pode fazê-lo de outros meios que não seja por SMART GRID, mas utilizou-se no modelo para indicar pelo menos uma ligação direta com o caso de uso, pois é o consumidor que vai acionar para a concessionária uma visita técnica, indicando essa interação com uma seta de consumidor para o caso de uso. Observa-se que os casos de uso acima citados necessitam de um sistema para gerencia-los, logo o caso de uso fazer login deve ser feito sempre que algum deles for executado. Essa interação entre os casos de usos se dá pela ligação include. O outro ator do sistema a concessionária é uma extensão de todos os casos de uso que um consumidor está interagindo. Esta interação é representada pela seta que vai de concessionária para consumidor. Porem, além dos casos de usos que estão à disposição de ambos, o ator concessionária tem outros a sua mercê: ajuste de tensão e efetuar manobra de chaveamento na rede. A primeira indica a funcionalidade da concessionária está disposta com seus dispositivos inteligentes em campo para alterar os níveis de tensão na rede de distribuição, isso pelo fato e que com o passar do dia, a inserção e retirada de equipamentos da rede é variável, logo seria de grande utilidade essa função. A segunda é uma das mais aguardadas formas de interação das SMAT GRI s com o sistema de distribuição que é manobras de chaveamento para casos extraordinário, como por exemplo, uma falta em algum setor da planta elétrica. Observa-se que estes casos de uso não necessáriamente necessitam de login para ser feito, pois além a atuação remota, a concessionária pode acionar uma visita em campo. ESPECIFICAÇÃO DOS CASOS DE USO O diagrama de caso e uso representa as ligações entre atores e as ações que eles podem exercer o que para a modelagem UML é de grande importância, pois quando o modelo é aplicado em uma linguagem de programação, o programador saberá

7 exatamente como exercer tal função. Porém, apenas as simbologias não são tudo que podemos informar ao programador. Para deixar a modelagem mais completa utilizamos de textos para expor o verdadeiro fluxo de informações na execução dessas ações por parte dos atores. Logo, fez-se uma descrição de alguns casos de uso nessa etapa do projeto. Como exemplo temos o caso de uso consultar fatura. Identificação: UC001 Nome: Consultar fatura Atores: Cliente, concessionária. Tipo: Primária Pré-condições: O cliente/concessionária deve estar logado Pós-condições: O valor da fatura foi disponibilizado com sucesso. Sequencia de eventos: Cliente Sistema 1 faz login 2 reconhece os dados 3 seleciona a opção de leitura de fatura 4 informa o mês e o ano 6 busca no banco de dados 7 exibe a fatura Sequencia alternativa: Cliente invalido: Operação cancelada Mês e ano invalido: Operação cancelada Sequencia de eventos: 5 valida as informações liberando a operação Concessionária Sistema 1 faz login 2 reconhece os dados 3 seleciona a opção de leitura de fatura 4 informa a unidade consumidora 7 - busca no banco de dados 5 - informa o mês e o ano 8 - exibe a fatura Sequencia alternativa: Unidade consumidora invalida: Operação cancelada Mês e ano invalido: Operação cancelada Login invalido: Operação cancelada Tabela 1 especificação UC valida as informações liberando a operação Nesta especificação podemos observar as características do caso de uso, principalmente as pré-condições e as pós-condições, ou seja, o que é necessário do ator para exercer tal ação e o que se dá por sucesso da operação, respectivamente. Outra parte de grande importância ao introduzir a especificação do caso de uso é a sequencia de eventos, particularmente acima, temos dois atores que cada qual apresenta uma sequencia de eventos diferente. Esta etapa da especificação apresenta passo-a-passo a operação.

8 Como contrapartida temos a sequência alternativa que apresenta os possíveis desvios na execução da tarefa, logo, mostra-nos o que ocorrerá quando algo sai do fluxo principal. consumo : Também temos como exemplo a especificação do caso de uso acompanhar Identificação: UC002 Nome: Acompanhar consumo Atores: Cliente, concessionária. Tipo: Primária Pré-condições: O cliente/concessionária deve estar logado Pós-condições: O consumo é mostrado em tempo real. Sequencia de eventos: Cliente Sistema 1 faz login 2 reconhece os dados 3 seleciona a opção de acompanhamento de consumo Sequencia alternativa: Cliente invalido: Operação cancelada Sequencia de eventos: Concessionária 4 valida as informações liberando a operação 5 exibe o consumo Sistema 1 faz login 2 reconhece os dados 3 seleciona a opção de acompanhamento de consumo 4 informa a unidade consumidora 6 exibe o consumo Sequencia alternativa: Unidade consumidora invalida: Operação cancelada Login invalido: Operação cancelada Tabela 2 especificação UC valida as informações liberando a operação Observa-se que a estrutura utilizada foi à mesma e os atores nesta ação também, porém um as sequencias diferenciam entre si, pois a concessionária está de forma a administrar certa quantidade de unidades consumidoras, logo além de uma autorização para checar o sistema tem que informar qual unidade consumidora deseja averiguar. Como ultimo exemplo temos o caso de uso Ajuste da tensão : Identificação: UC003 Nome: Ajuste de tensão Atores: Concessionária Tipo: Primária Pré-condições: Os dispositivos de monitoramento devem estar em atividade Pós-condições: A tensão foi regulada com sucesso Sequencia de eventos: Concessionária Sistema

9 3 identifica a localização 1 detecta tensão acima de um nível estabelecido 4 envia comando de regulação de tensão para os dispositivos em campo Sequencia alternativa: Dispositivo desajustado: envia mensagem erroneamente Comando de negação: abandona ação Tabela 3 especificação UC003 2 envia alerta para a concessionária 5 efetua a manobra no dispositivo remotamente Neste caso de uso temos apenas um ator em questão, pois não é dada a liberdade do consumidor fazer esta tarefa a seu querer, pois exige conhecimentos técnicos e responsabilidades por parte do executor. A principio esta ação torna-se necessária à autorização da concessionária, pois se admite um SMART GRID ainda em desenvolvimento. Este caso de uso seria muito útil para o bem estar do sistema, pois equipamentos para a regulagem de tensão poderiam ser mais eficiente e eficaz. DIAGRAMA DE SEQUÊNCIA Figura 3 diagrama de sequência

10 Nesse diagrama podemos sequenciar os passos das ações para tal caso de uso, no caso acima temos o exemplo de verificar a fatura por parte do consumidor. DIAGRAMA DE CLASSE Este diagrama é um dos mais importantes que se encontra na modelagem UML, pois indica as classes, seus atributos e suas operações. Figura 4 diagrama de classe Podemos observar na classe consumidor, de estereótipo ator, alguns dos seus atributos necessários para se realizar a ação dos casos de uso, por exemplo: fazer login, faz-se necessário seu nome e senha. Mas, uma série de informações podem ser atribuídas a essa classe, a fim de que cada unidade consumidora, classe consumidor, possa ter suas informações armazenadas num banco de dados para serem utilizadas brevemente como na comparação de senhas (informada na hora do login e cadastrada no banco de dados). Concessionária é uma extensão do consumidor, com acesso a suas informações e casos de uso, mas com capacidade de gerencia. O sistema é a entidade que permite entre todos os agentes do modelo. Optou-se por limitar esse diagrama, pois fazendo isto, os demais seriam também resumidos, logo a nossa modelagem não se comprometeria com um acréscimo imenso de informações que é uma rede SMART GRID.

11 RESULTADOS Observa-se que a modelagem UML é de fato uma ferramenta extraordinária, pois deixa de lado uma preocupação específica e busca focar necessariamente com aquilo que é realmente importante em um sistema, sua lógica e comunicações. A programação orientada a objetos e sua teoria é de total importância para este tipo de modelagem, porém há algo mais, particularmente dito, em se dominar e adequar para o cotidiano através desse tipo de programação. Podemos enxergar o SMART GRID como um modelo muito trabalhoso e detalhista, mas sempre definindo suas limitações na contexto a qual foi implementado, como nesse trabalho, que tomou pequenas funções das redes inteligentes que desejaríamos para a utilização da modelagem UML. De fato o trabalho foi gratificante a proporcionar a interação entre modelagem de algo ainda em desenvolvimento e uma técnica de modelagem muito admirada no ramo. CONCLUSÃO: Com a avaliação do cenário elétrico atual, vemos que este se encontra em constante aprimoramento, já que se faz previsão de colapsos futuros, também para a comodidade do pessoal envolvido e para facilitar os processos árduos que hoje existem. A utilização de redes inteligentes no sistema de distribuição seria uma ótima iniciativa para os princípios supracitados, pois nelas se encontram campos a ser mais explorados e que podem de certa forma mexer com a economia e servir de referências para futuros projetos acadêmicos, assim como inspirou a elaboração deste. A programação mais uma vez mostrou-se atuante nos processos de controle, logo se enfatiza a sua utilização em várias áreas da engenharia, visto que o mundo está se tornando cada vez mais digital. A experiência da funcionalidade das redes elétricas inteligentes, seus conhecimentos agregados, estimula ainda mais uma exploração neste campo a fim de sobrepor-se a meta do projeto e olhar além dele. Por fim, foi entendido que quando se fala de SMART GRID, os conceitos envolvidos são bastante complexos, pois abrangem muitos outros sistemas (como por exemplo, o de aquisição de dados), o que deixa o seu processo de estudo mais pesado e questionador.

12 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Cunha, A. P. da. Bases conceituais da implantação de redes elétricas de distribuição de energia elétrica/ A. P. da Cunha. ed. rev São Paulo p. Pomilio, J. A. Eletrônica de Potência para Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica/ J. A. Pomilio. UNICAMP /2013. Yamaguti. S. Y. Orientação a objetos no desenvolvimento de sistemas: Conceitos e características/ S. Y. Yamaguti. Brasilia/DF Cunha, J. S. da. Um Modelo Orientado a Objetos para Gerência de Configuração de Serviços em Ambientes Heterogêneos: Da escolha da metodologia ao desenvolvimento do modelo/ J. S. da Cunha. Novembro/ Ricarte, I. L. M. Programação Orientada a Objetos: Uma Abordagem com Java/ I. L. M. Ricarte. UNICAMP /2011. Netto, M. Simulador para Treinamento de Operadores como Suporte à Operação em Tempo Real de Redes Inteligentes/ M. Netto. Itajubá/ Caires, L. E. Simulador para Treinamento de Operadores como Suporte à Operação em Tempo Real de Redes Inteligentes/ L. E. Caires. São Paulo/ Santos, Rafael. Introdução à programação orientada a objetos usando Java/ Rafael Santos. Rio de Janeiro : Elsevier, ª reimpressão. Shlaer, Sally. Análise de sistemas orientada para objetos/ Sally Shlaer, Stephen J. Mellor; tradução Anna Terzi Giova; revisão técnica Eber Schmitz. São Paulo : McGraw-Hill : Newstec, 1990.

13 DIFICULDADES A escolha de um software foi difícil, porém houve um treinamento disponibilizado pela orientação deste trabalho, aquele foi muito importante para a confecção deste relatório. A medida que se trabalhava em um software de modelagem UML, encontrava-se outro de mais fácil compreensão. O programa utilizado no minicurso era de certa forma o mais complexo trabalhado, logo com a adesão de outros a dificuldade daquele primeiro tornou-se uma vantagem nos demais. PARECER DO ORIENTADOR O bolsista obteve, durante o desenvolvimento do Plano de Trabalho, um bom amadurecimento acadêmico, se familiarizando bem com as atividades desenvolvidas no Projeto ao qual seu Plano está vinculado. Ele demonstrou autonomia e criatividade na busca e no desenvolvimento de soluções para os problemas propostos. Somos de parecer favorável à aprovação do Relatório Final de Iniciação Científica do CNPq do bolsista Paulo Eduardo Santos Siqueira.

14 INFORMAÇÕES ADICIONAIS CRONOGRAMA: Familiarização com o paradigma programação orientada a objetos Estudos sobre as redes elétricas inteligentes (Smart Grids) Obter know how sobre o paradigma do desenvolvimento baseado em componentes Obter know how sobre plataforma de desenvolvimento Common Information Model (CIM) ou MultiSpeak Desenvolvimento um estudo de caso de aplicação do CIM ou do MultiSpeak sobre um Sistema de Distribuição de Baixa Tensão Elaboração do Relatório Final. DATA : 17/08/2015 ASSINATURA DO ORIENTADOR ASSINATURA DO ALUNO