Ezequiel Campos Pereira CEMIG Distribuição S.A. Arino Sulita Barbosa CEMIG Distribuição S.A.

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1 XXII Seminário Nacional de Distribuição de Energia Elétri SENDI a 10 de novembro Curitiba - PR - Brasil Ezequiel Campos Pereira CEMIG Distribuição S.A. ezequiel.pereira@cemig.com.br Arino Sulita Barbosa CEMIG Distribuição S.A. arino@cemig.com.br Euler Henriques Teixeira CEMIG Distribuição S.A. eulerhtx@cemig.com.br Daniel Carneiro Rocha CEMIG Distribuição S.A. daniel.rocha2@cemig.com.br Luis Felipe Simão Bezerra CEMIG Distribuição S.A. luissimao10@gmail.com Diego Rafael de Oliveira Sérvulo CEMIG Distribuição S.A. diego.servulo@cemig.com.br Valério Oscar de Albuquerque CEMIG Distribuição S.A. voa@cemig.com.br Cleber Esteves Sacramento CEMIG Distribuição S.A. cesteves@cemig.com.br Cálculo de Perdas Técnicas por meio do Software OpenDSS - Experiência Cemig D Palavras-chave Fluxo de potência Modelagem de SEP Média tensão OpenDSS Perdas técnicas Resumo O presente trabalho apresentará a experiência da Cemig Distribuição S.A. na utilização do programa de fluxo de potência, OpenDSS, para a apuração de perdas técnicas do Sistema de Distribuição de Média Tensão SDMT e dos demais segmentos a jusante. A metodologia apresentada neste trabalho está em consonância com a Revisão Nº4 do módulo Nº7 Cálculo de Perdas Técnicas do Prodist. Neste trabalho serão apresentados os resultados do cálculo das perdas técnicas de 482 dos 1805 alimentadores da Cemig Distribuição. 1. Introdução A audiência pública nº 026/2014 da ANEEL, por meio das notas técnicas 057/2014, 104/2014, 012/2015 e 014/2015, alterou o módulo 7 do PRODIST, Cálculo de Perdas na Distribuição. A principal alteração da revisão nº 4 estabelece que a apuração das perdas técnicas no Sistema de Distribuição de Média Tensão SDMT e no Sistema de Distribuição de Baixa Tensão SDBT deve ser realizada por meio de estudos de fluxo de potência, a partir de informações extraídas do Sistema de Informações Geográficas das concessionárias. 1/9

2 O programa indicado pelo regulador para o cálculo das perdas técnicas por meio de estudos de fluxo de potência foi o Open Distribution System Simulator OpenDSS, uma ferramenta de simulação de sistemas elétricos aplicável ao segmento de distribuição, atualmente mantida pelo Electric Power Research Institute EPRI. Seu desenvolvimento data de 1997 quando era denominado apenas Distribution System Simulator DSS. O DSS foi adquirido pela Electric Power Research Institute EPRI, que em 2008 lançou o OpenDSS sob uma licença de código aberto. Este fato juntamente com a possibilidade de ser customizado de acordo com as necessidades dos usuários, por meio de programação, foram alguns dos motivos pelo o qual a ANEEL optou por sua utilização. O programa ainda conta com uma extensa comunidade de usuários no mundo e é amplamente utilizado no meio acadêmico. O OpenDSS foi concebido para executar estudos de fluxo de carga usuais em que o sistema de energia é suprido por uma fonte de energia principal. No entanto, ele difere dos programas tradicionais de fluxo de potência para sistemas radiais, uma vez que também soluciona sistemas de distribuição em malha tão facilmente quanto os radiais, o que o habilita a ser utilizado para casos de distribuidoras que possuem sistemas de transmissão ou de subtransmissão (ANEEL, 2014). 2. Desenvolvimento Esta seção apresentará o cálculo de perdas técnicas no SDMT e SDBT por meio do programa OpenDSS e estará dividida nas seguintes subseções: 2.1 Premissas para o Cálculo de Perdas da Distribuição; 2.2 Criação dos Arquivos dos alimentadores no formato do OpenDSS, 2.3 Automação do OpenDSS; 2.4. Comentários gerais sobre a Modelagem dos Elementos do SDMT e SDBT e 2.5. Resultados Premissas para o Cálculo de Perdas da Distribuição Nesta seção serão sintetizadas as principais premissas para o cálculo das perdas técnicas estabelecidas na revisão nº4 do Módulo 7 do Prodist e a maneira de atendimento destas premissas será demonstrada ao longo deste trabalho: A apuração das perdas técnicas deverá ser mensal; O cálculo deverá ser realizado em 72 patamares horários de 1h, representando um dia útil, um sábado e um domingo; Utilização das curvas obtidas na Campanha de Medição de cada concessionária; Fator de potência de 0,92 para o cálculo das perdas do SDMT e SDBT; Não consideração de elementos de compensação de energia reativa instalados no SDMT e SDBT. Nível de tensão de operação informado pela distribuidora na saída do alimentador; Utilização da ABNT5440/2014 para a definição das perdas totais e em vazio dos transformadores de distribuição; Consideração de 1W de perda por circuito de tensão para medidores eletromecânicos e 0,5W para medidores eletrônicos; Consideração (somente) da impedância de sequência positiva para fins do cálculo de perdas; O modelo de carga deverá ser 50% Z (impedância constante) e 50% P (potência constante) para a parcela de potência ativa e 100% Z para a parcela de carga reativa; Caso a distribuidora não possua cadastro dos seus ramais de ligação de unidades consumidoras de baixa tensão é estabelecido o comprimento regulatório de 15 metros; O cálculo deve ser realizado de modo iterativo para a contabilização das perdas técnicas devido às perdas não técnicas. Algumas destas premissas, tais como: a consideração do SDBT, o modelo de carga baseado em medições da campanha de medições da concessionária e o cálculo em 72 patamares horários podem ser considerados novos paradigmas na maneira que as áreas de planejamento e operação das concessionárias tradicionalmente calculam os 2/9

3 fluxos de potência: em geral sem considerar o SDBT, isto é, toda a carga é refletida para o primário dos transformadores e estudos realizados em poucos patamares horários (carga média, leve e pesada) Criação dos Arquivos dos alimentadores no formato do OpenDSS Nesta seção será apresentada a abordagem da Cemig-D para a criação dos arquivos de entrada do opendss. Resumidamente, foi desenvolvido um conversor dos arquivos XMLs para o formato do OpenDSS (.dss), possibilitando o aproveitamento de ferramentas já existentes na concessionária, como um extrator XML do Sistema de Informações Geográficas (G-DIS) da ditribuidora. Este XML é o modelo de dados softwares de mercado para o cálculo de fluxo e/ou perdas técnicas, como o Pertec e o Sinapgrid, e é um dos principais dados de entrada para a criação dos arquivos do OpenDSS, pois contém as informações tanto do SDMT quanto do SDBT, transformadores, ramais e medidores. Além dos dados contidos no XML extraido do GIS, para o atendimento das premissas exigidas para o cálculo das perdas, foi necessária a obtenção dos seguintes insumos : - Curvas típicas da campanha de medição; - Dados de energia injetada no SDMT e SDBT por acessantes geradores de MT e geradores distribuidos no SDBT; - Dados de medição, entre eles a energia injetada no mês em cada alimentador e o perfil tensão do barramento de saída da SE. A Figura 1 representa o Conversor DSS e estes dados de entrada necessários para o cálculo das perdas, ambos destacados na cor verde. Os sistemas da concessionária, origem destes dados, também estão representados à esquerda. Esta arquitetura permitiu que a solução atendesse a todas as premissas exigidas para o cálculo das perdas citadas na seção 2.1. Figura 1 - Conversor de arquivos para o OpenDSS e demais sistemas 3/9

4 Tabela 1 Legenda principais sistemas da Cemig-D e seus respectivos fornecedores CSS Único Sistema de CRM da Cemig-D e da Light, em implantação. Fornecedor: SAP. MECE Sistema de AMI da Cemig-D. Fornecedor: Siemens. SAS Programa de análise estatística. Fornecedor: SAS Institute. xomni SG SCADA da Cemig-D. Fornecedor: (Concert, 2016). SICMAT Sistema de controle e monitoramento de carregamento de alimentadores e transformadores de SE. Desenvolvimento interno Cemig-D (Silva, 2006). G-DIS Sistema de Informações Geográficas da Cemig-D. Fornecedor: (Axxiom, 2016). Extrator Perpro Extrator XML do G-DIS. Fornecedor: Axxiom S.A. Conv BDGD/XML Conversor do BDGD Aneel para XML, em desenvolvimento interno Cemig-D Automação do OpenDSS O OpenDSS disponibiliza a interface Component Object Model - COM (Microsoft, 2016) que permite a comunicação entre processos no sistema operacional Windows, a partir da qual o programa pode ser acionado a partir de qualquer outro programa que possa suportar COM, como MATLAB, Python, C#,R, dentre outros. Isto possibilita a utilização de recursos analíticos externos, sendo fundamental para a viabilidade da utilização do OpenDSS no cálculo de perdas na distribuição exigido pela ANEEL, pois permite que o procedimento de cálculo seja realizado de modo iterativo em decorrência da contabilização das perdas técnicas devido às perdas não técnicas. A Figura 2 mostra a interface gráfica do programa Executor OpenDSS responsável por realizar o acesso ao OpenDSS por meio da tecnologia COM. O programa foi criado na linguagem de programação C# e permite que o usuário especifique os parâmetros de cálculo (modo do fluxo, tensão de saída no barramento da SE), possibilitando o cálculo do fluxo de potência para os 1805 alimentadores da Cemig-D e a gravação dos resultados de cada alimentador um arquivo texto. 4/9

5 Figura 2 Executor do OpenDSS calculando o fluxo de potência para o alimentador AFNU Comentários gerais sobre a Modelagem dos Elementos do SDMT e SDBT Nesta seção serão apresentados alguns comentários gerais sobre a modelagem dos elementos do SDMT que poderão facilitar o desenvolvimento de outras concessionárias: Modelo de Carga A modelagem da carga proposta na revisão nº4 do Prodist (ANEEL, 2015), estabelece que a parcela de potência ativa da carga deverá ser 50% potência e 50% impedância constantes. Já a parcela de potência reativa deverá ser 100% Q constante. Este modele de carga é implementado pelo modelo de número 8 do OpenDSS. Outra exigência para o cálculo das perdas é a consideração da carga como 100% impedância constante (Z), caso a tensão da barra fique abaixo do valor mínimo de 0.90pu. Este comportamento é obtido como ajuste do parâmetro Vminpu= Transformadores monofásicos com tap central Uma vez que o OpenDDS não possui um modelo de transformador monofásico com tap central, os mesmos modelados conforme a DSS Tech Note (EPRI, 2009), sendo os valores de perdas também definidos pela norma 5440 (ABNT, 2014). A Figura 3 apresenta um modelo esquemático de um transformador monofásico com tap central e seu respectivo código no opendss, no qual deve-se observar a inversão de polaridade no 2º enrolamento. 5/9

6 Figura 3 Transformador monofásico de tap central e o respectivo código do OpenDSS Reguladores de Tensão O OpenDSS permite modelar os reguladores de tensão de uma maneira muito próxima a realidade, isto é, um regulador de tensão para cada fase, constituindo então, um banco de reguladores de tensão. Uma das maneiras de se modelar um RT monofásico é por meio de um transformador com 2 enrolamentos e a utilização do elemento RegControl que define a tensão de saída, por meio do estabelecimento da tensão de regulação, vreg. Uma vez que a Cemig-D possui muitos bancos de RTs e algumas ocorrências de mais de um banco de RT em série com outro, foi necessária a criação de um algoritmo que verificasse na topologia da rede, a hierarquia dos bancos de RTs, possibilitando parametrizar os delays dos bancos de RTs corretamente. Com esta parametrização, houve um aumento do número de convergência dos estudos de fluxo e ganhos no tempo de execução dos estudos, nos alimentadores com mais de um banco de RT Não consideração das perdas de sequência zero Uma vez que a proposta do regulador não permite a utilização dos dados de impedância de sequência zero, foi utilizado o registrador ZeroModeLineLosses do elemento energymeter que mede as perdas de impedância de sequência zero. O montante apurado destas perdas foi subtraído do valor total de perdas, para cada alimentador Consideração da tensão de saída da SE. Conforme mostrado na figura 1, os valores de tensão de saída da SE, hora a hora, para cada alimentador, foram obtidos de outro sistema da concessionária, o SICMAT. Estes valores baseiam-se em medições reais na saída dos alimentadores e em metodologia própria documentada em (Silva, 2006) Geração Distribuída no SDBT Este trabalho também considera as perdas técnicas em alimentadores com a presença de geração distribuída na baixa tensão. Apesar da Cemig-D possuir telemedição na maior parte dos clientes com geração distribuída, neste momento optou-se por uma abordagem mais simples, com a utilização somente do valor da energia injetada total no mês para a simulação do fluxo de potência, considerando todas as unidades de geração distribuída no SDBT como fotovoltaicas e a energia injetada mensal distribuída ao longo dos dias do mês por meio da curva típica de potência, em pu, de um gerador fotovoltaico típico, como representado na Figura 4. Esta simplificação se deve ao fato da geração distribuída na baixa tensão não possuir uma potência injetada significativa em relação às cargas do alimentador, o que nos montantes atuais, influenciam muito pouco nos valores de perdas do alimentador. 6/9

7 Figura 4 - Curva Típica de Geração Distribuída Fotovoltaica BT O tratamento da geração distribuída no SDMT (acessantes de MT) teve uma abordagem semelhante, porém com a utilização dos dados de injeção de energia injetada, hora a hora, obtidos no sistema SAS, representado na Figura Resultados Ao realizar um estudo de fluxo de potência é necessário saber um valor referencial de perdas técnicas, de modo a se estabelecer se o alimentador possui um alto ou um baixo nível de perdas técnicas. O valor escolhido como referência foi o valor de PT reconhecido no 3º ciclo de RTP da Cemig-D (ANEEL, 2013) que para os segmentos a rede A3a, trafos A3a, rede A4, trafos A4, rede BT, ramais e medidores somados equivale a 4,09% da energia injetada no sistema de distribuição ( MWh/ano). Este percentual, ao ser recalculado com referência a somente a energia injetada ( MWh/ano) somente nos segmentos A3a e A4 equivale a 6,75%, valor então definido como referencial para os estudos. Abaixo, a Tabela 2 mostra dos resultados das simulações de para o mês de Março de 2016 para 482 alimentadores da Cemig D de um universo total de 1805 alimentadores. Para comparação, a segunda coluna mostra os percentuais de perdas técnicas reconhecidas no 3º ciclo de RTP, refletidos para o segmento de SDMT. Os dados originais homologados no 3º ciclo de RTP podem ser encontrados em (ANEEL, 2013). Os dados por alimentador que compõe esta tabela podem ser encontrados no seguinte endereço da internet: Tabela 2 Resultados do fluxo de potência mensal (72 patamares) para 482 alimentadores % 3 CRTP Simulação OpenDSS Nº alimentadores de 1805 Energia Injetada Simulada (MWh/mês) ,5 Perdas de Energia Simulada (MWh/mês) ,3 Trafos A4 2,71% 2,41% Rede A4 3,01% 3,53% Rede B 0,53% 1,49% 7/9

8 Ramais 0,11% - Medidores 0,38% 0,40% Subtotal 6,75% 7,83% Perdas de seq 0 - (0,24)% Total 6,75% 7,59% Considerações sobre os resultados: A tabela 2 já apresenta os resultados de perdas de energia e de cada segmento acrescido do percentual de 5% devido a perdas de natureza diversas (ANEEL, 2015). Nesta simulação, os alimentadores foram ajustados com a tensão de saída da SE em 1,036pu. Os circuitos com bancos de reguladores de tensão foram ajustados com 125V no lado de baixa tensão do TP. Quando comparados aos resultados do 3º ciclo de RTP, o acréscimo das perdas de 0,83%, refletido para o montante de energia no SD equivale, a um aumento de 0,50% das perdas técnicas. Por fim, uma vez que a Cemig ainda não finalizou o cálculo das perdas técnicas no segmento de alta tensão, por meio das medições, ainda não se pode concluir qual será o montante de PTs para o próximo ciclo. 3. Conclusões OpenDSS é uma ferramenta de cálculo de fluxo de potência robusta o suficiente para ser utilizada na apuração de perdas técnicas de uma concessionária, conforme quer o órgão regulador. No entanto, para concessionárias com um grande número de alimentadores é necessário que a abordagem utilize a interface COM do OpenDSS, possibilitando a automação do cálculo de fluxo, em 72 patamares horários. A apuração das perdas técnicas ainda requer verificação dos dados de entrada para a criação dos arquivos do OpenDSS e a análise criteriosa dos resultados. Os resultados das perdas calculadas por fluxo de potência, nos segmentos a jusante do SDMT foram 0,50% maiores que as perdas estimadas por meio da metodologia do 3º ciclo de RTP (4,09%) (ANEEL, 2013) e podem ser, sem sombra de dúvida, considerados mais exatos, não só devido a nova metodologia, mas também devido ao uso de medições de energia para o ajuste dos estudos de fluxo de potência. Estes resultados podem subsidiar programas de minimização de perdas, tais como reconfiguração de rede, ajustes e alocação ótima de equipamentos, verificação de indicadores de níveis de tensão (DRP e DRC), dentre outros. 4. Referências bibliográficas ABNT. (2014). ABNT NBR 5440 Transformadores para redes aéreas de distribuição Requisitos. ABNT. ANEEL. (2013). Nota Técnica n 53/2013-SRD. Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL, Brasília. ANEEL. (2014). Nota Técnica n 0057/2014-SRD. Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL, Brasília. 8/9

9 ANEEL. (2015). Módulo 7 - Cálculo de Perdas na Distribuição do PRODIST - revisão nº 4. Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL, Brasília. Axxiom. (2016). G-DIS - Sistema de Gestão da Distribuição de Energia. Acesso em 11 de Abril de 2016, disponível em Axxiom Tecnologia e Inovação S.A.: Concert. (11 de Abril de 2016). xomni SG Plataforma SCADA Smart Grid. Acesso em 11 de Abril de 2016, disponível em Concert Technologies: EPRI. (2009). DSS Tech Note - Modeling Single-phase, Center-tapped Distribution Transformers. Microsoft. (2016). What is COM? Acesso em 4 de Abril de 2016, disponível em // Silva, B. E. (2006). Sistema de Controle e Monitoramento de Carregamento de Alimentadores e Transformadores de Subestações., (p. XVII Seminário Nacional de Distribuição de Energia Elétrica). Belo Horizonte - MG. 9/9