SNPTEE SEMINÁRIO NACIONAL DE PRODUÇÃO E TRANSMISSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA GOP-16 19 a 24 Outubro de 2003 Uberlândia - Minas Gerais GRUPO IX GRUPO DE ESTUDO DE OPERAÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS GOP TREINAMENTO DE OPERADORES DE SISTEMA UTILIZANDO SIMULADOR AMIGÁVEL NO CENTRO REGIONAL DE OPERAÇÃO DE SISTEMA LESTE CHESF Antônio Sérgio de Araújo* CHESF RESUMO Neste trabalho apresenta-se a experiência do CROL - Centro Regional de Operação de Sistema Leste CHESF, na utilização do simulador de fluxo de potência PowerWorld versão 7.0 associado ao controlador remoto de PC, o pcanywhere 8.0. Caracteriza-se a necessidade do uso destas ferramentas para treinar, apoiar e reciclar, de maneira mais produtiva, a operação de sistema. São apresentados o ambiente onde se inserem o instrutor e treinando. São discutidos aspectos gerais relativo ao processo de interação dos softwares e suas capacidades de respostas. È apresentado o gerenciamento educacional do treinamento e os resultados da aplicação prática são incluídos. PALAVRAS-CHAVE Custo-Treinamento, Operação de Sistema, Simulador- Fluxo de Carga, Capacitação. 1.0 - INTRODUÇÃO A operação do Sistema Elétrico Brasileiro apresenta-se em alto grau de complexidade, requerendo dos operadores de sistema das empresas interligadas a condução do sistema de forma bastante otimizada e segura, Neste quadro a capacitação dos operadores de sistema assume extrema importância. Alternativa mais eficiente de capacitação é a utilização do simulador PowerWorld, por ser uma ferramenta capaz de tornar os operadores de sistema melhor capacitados em um curto espaço de tempo, fazendo-o interagir com o modelo do sistema elétrico, colocando em prática as recomendações das instruções de operação e normativas tendo em vista que o PowerWorld é capaz de responder facilmente as questões específicas de operação de sistema, tais como: Quando mudam determinadas condições de operação, o que acontece ao sistema? Quando acontecem eventos indesejáveis, qual o reflexo para o sistema ou parte dele? Quanto um fator crítico pode variar até que o sistema gere resultados críticos? Qual a sensibilidade de um fator em relação a mudança de outro fator? Quais as mudanças que podem ser realizadas dentro do sistema sem comprometer os fatores econômicos e de segurança. Visualizamos os seguintes ganhos com a utilização do PowerWord e do pcanywhere: Redução dos custos e aumento do número de horas em treinamento devido a realização dos treinamentos nos locais de trabalho. Economia de tempo em treinamento, pois o treinamento prático em função da operação no dia à dia é lento, tendo em vista que os eventos não ocorrem com a freqüência necessária ao treinamento, bem como são também de difícil controle. Facilidade de interferência do instrutor no desenvolvimento do treinamento para mudar as condições topologicas do sistema, permitindo assim trabalhar melhor carências técnicas individuais. Possibilitar respostas que no sistema real seriam difíceis de se obter, tais como: E se tal ocorrência *Chesf- Companhia Hidro Elétrica do São Francisco, Avenida General San Martin, 1450 Anexo 6, Bloco B, Sala 202 - CEP 50761-901 - Recife - PE - BRASIL Tel.: (0xx81) 3229-4806 - Fax: (0xx81) 3299-4552 - e-mail: asergio@chesf.gov.br
2 acontecesse neste momento, como se comportaria o sistema?, ou é possível liberar determinado equipamento em dia útil e em determinado horário?. Hoje o sistema elétrico brasileiro é tão complexo que se comporta muitas vezes como uma "caixa preta". O simulador irá fornecer uma melhor compreensão destes comportamentos, pois proporciona maior domínio do funcionamento do sistema que está sendo simulado. Facilidade na padronização de ações para o controle do sistema em situações normais, de urgência e emergência, bem como para a elaboração de programas de manobras. Facilidade na elaboração das instruções de operação internas e a conferência e crítica das instruções de operação de órgãos externos. Com a evolução e o crescimento dos sistemas elétricos, associado a necessidade de cada vez mais atender melhor os clientes, a função de operador de sistema vem tornando-se cada vez mais complexa. Cabe aos operadores de sistema analisarem as condições do sistema para implementar ações de controle, conhecer e aplicar, com segurança, uma gama enorme de informações associadas a operação do sistema. Este fato tem levado a CHESF a investir em ferramentas que tornem o aprendizado dos conceitos associados a operação do sistema de forma mais rápida e eficiente, pois o aprendizado baseado apenas na experiência ao longo do tempo torna-se inviável face os desafios constantes pelos quais, hoje a nossa empresa enfrenta. Desta forma uma ferramenta poderosa para otimizar o trabalho desenvolvido pela operação de sistema como ferramenta de plena capacitação e auxílio para as equipes de apoio ao Centro de Operação é sem dúvidas o simulador PowerWorld associado ao pcanywhere. período em que o treinando esteja executando uma sessão de treinamento. É possível também, apenas "clicando-se o mouse", simular vários tipos de eventos discretos e contínuos tais como: variação da carga, abertura de uma ou mais LT, comutação de tapes dos reguladores, redespacho da geração, desligamento de um ou mais geradores, controle de fontes de reativo do sistema, desenergização de um ou mais transformadores, etc. 2.1 Considerações sobre o pcanywhere Associado a este simulador usando o pcanywhere, pode-se conectar um computador a outro através de uma sessão de controle remoto, na qual o computador remoto controla o computador host (Figura 1 Tela de Comando do pcanywhere). Pode-se transferir arquivos entre os dois computadores durante este tipo de sessão, como também pode-se usar os programas e arquivos do computador host. O computador host é operado remoto pelo coordenador do treinamento como se ele estivesse sentado no console do operador de sistema na frente do micro. Assim o operador de sistema pode receber treinamento com o simulador sem precisar sair do seu console e o coordenador do treinamento acompanhar a sessão de treinamento através de outro micro em outro console, interagindo com o treinando e com os software PowerWorld e pcanywhere. 2.0 - SIMULADOR DE TREINAMENTO POWERWORLD E O CONTROLADOR REMOTO PCANYWHERE 2.1 Descrição sucinta do PowerWorld Este Simulador que funciona em ambiente Windows, além de utilizar todos os recursos fornecidos por essa plataforma, possui uma interface gráfica extremamente amigável, incluindo recursos de animação. Portanto, o treinando aprende "brincando, como num videogame". Sendo assim, de maneira objetiva e clara o simulador permite o aprendizado de conceitos e comportamentos dos elementos que integram a operação de um sistema elétrico de potência. Como recurso de simulação, o PowerWorld permite a representação do comportamento de um sistema elétrico dentro de determinado período de tempo, desde minutos até um dia completo, sendo capaz inclusive de criar simulações involuntárias pelo próprio software ou pelo coordenador do treinamento, onde o treinando não interfere nem fica ciente do desligamento que o software provocará no sistema simulado até que ele ocorra. Estas ações podem ser inseridas pelo instrutor utilizando arquivos Script ( * ) através do seu micro remotamente (conforme sub-item 2.2) durante o FIGURA 1- TELA DE COMANDO DO pcanywhere COM AS OPÇÕES DE ACESSO. 3.0 - DESEMPENHO DO SIMULADOR O PowerWorld utilizado é um programa de fluxo de carga em regime permanente, que para encontrar a solução do sistema utiliza o método Newton-Raphson. Durante a simulação o seguinte ciclo é observado: Leitura e armazenamento dos dados do caso a ser simulado, parâmetros do sistema, diagramas unifilares, arquivos de script (*) e intervalo de tempo da simulação. Após o carregamento dos dados o programa calcula uma solução inicial para o sistema.
3 A partir da solução inicial o simulador ganha dinâmica própria: Alterações na carga ou outras alterações na topologia da rede são efetuadas. As alterações podem estar previamente definidas em arquivos script (*) ou partirem de intervenção do usuário, conforme descrito no sub-item 3.1. Após cada alteração uma nova solução para o sistema é encontrada. A solução é então plotada em diagrama unifilar no display. O tempo é incrementado na simulação.o processo acima se repete até que se chegue ao fim da simulação. 3.1 Utilizando Arquivos Script (*) Uma das capacidades importantes deste simulador é a facilidade que se tem para programar eventos particulares que irão acontecer em momentos específicos em tempo pré-estabelecido com sinalização sonora e alarmes em tela durante a simulação (Exemplo Conforme Figura 2). São os arquivos Script (escritura) que controla o simulador automaticamente. São arquivos que podem ser associados a um determinado caso base e contem uma lista de eventos que irão ocorrer automaticamente durante a simulação, desde alterações na curva de carga até mensagens para o usuário. Importante é que enquanto o arquivo script está rodando junto com o simulador, tanto o treinando quanto o coordenador do treinamento não perdem a habilidade e mantêm completa interação com a simulação e o simulador. Em qualquer momento durante uma simulação é possível determinar que o programa pare de rodar o arquivo Script, neste caso o simulador continua ligado permitindo que o usuário realize todo tipo de interação que desejar no caso atual, porém os eventos futuros do arquivo Scrip a partir daquele instante são encerrados. FIGURA 2- SIMULADOR - INSTANTE DO DESLIGAMENTO DE UMA LINHA DE TRANSMISSÃO E CONSEQÜÊNCIAS. EVENTO PROGRAMADO NO ARQUIVO SCRIPT* 4.0 - APLICAÇÕES DO SIMULADOR A principal aplicação do PowerWorld e pcanywhere é na utilização como ferramenta de treinamento para os operadores de sistema, utilizando simulações em cenário extremamente agradável *e semelhante ao real no ambiente operativo, de forma segura, pois o programa é executado em micro computador, portanto fora do ambiente SAGE (Sistema Aberto de Gerenciamento de Energia) sistema de supervisão e controle usado na operação de sistema em tempo real. Outras aplicações do PowerWorld são realizadas no CROL como ferramenta de auxílio para as equipes de pré e pós-operação e validação de manobras em tempo real. Dentro deste contexto uma das aplicações é seu uso em testes de performance de equipamentos futuros com ênfase na análise do desempenho destes novos equipamentos dentro do sistema elétrico, avaliando inclusive as instruções normativas internas e externas ao CROL. 4.1 Interface Homem-máquina É concebida para que rapidamente o usuário passe a interagir com os conceitos associados a operação de sistema ao invés de perder tempo aprendendo como utilizar o simulador. Como já foi dito apenas clicandose o mouse o usuário interage com o simulador como também realiza manobras em equipamentos e alterando dados de carga e geração.
4 4.1.1 O Sistema Permite os Seguintes Controles: Partir, pausar ou interromper a simulação; Definir data e hora de início e fim da simulação; Alterar a taxa de velocidade do relógio do simulador; Configurar qual o caso de fluxo de carga será usado na inicialização do programa, ou seja a curva de carga e o arquivo de eventos Script que será usado na simulação. 5.0 - GERENCIAMENTO EDUCACIONAL 5.1 Comandos do Coordenador do Treinamento Sobre o Simulador O coordenador do treinamento pode emitir comandos (realizar eventos) durante a simulação utilizando o pcanywhere, no instante em que o programa esteja ativo, provocando mudanças de topologia, variações da carga e geração ou ativar e desativar os arquivos Script. 5.2 Salvar Casos Simulados e Cenários Os arquivos de Display (cenário) e as respostas aos eventos (resultado) das simulações podem ser salvos para uso posterior, tanto para avaliação como para outras simulações. 5.3 Modelização - Planejamento, Geração de Arquivos e Cenário das Sessões de Treinamento 1. O coordenador do treinamento planeja as sessões considerando os objetivos alvo do treinamento, que de acordo com a necessidade individual ou coletiva, baseada no desempenho atual e no histórico de treinamentos executados anteriormente. Elas podem ser: Que o treinando amplie seu conhecimento, desenvolva habilidades ou adquira maior experiência reduzindo o seu tempo de atuação. Quando concluído o treinamento é realizada uma sessão de discussão entre o coordenador do treinamento e o treinando para uma avaliação do treinamento e esclarecimento das dúvidas. 2. Os eventos que irão ocorrer numa sessão de treinamento e o cenário são previamente preparados pelo coordenador do treinamento, criando-se os arquivos script; e display unifilares, isto é possível a partir do programa Builder que faz parte do simulador, onde o usuário pode facilmente criar qualquer tipo de diagrama para atender as necessidades do treinamento. 3. Como exemplo vamos ilustrar imaginando que um operador de sistema novato precise trabalhar melhor uma carência sobre condição normal de operação do sistema, sendo assim utiliza-se cenários onde não ocorram eventos de perturbação no sistema e arquivos Script, onde o simulador servirá para desenvolver suas habilidades em usar comandos e assimilar funções do sistema, especialmente controle de tensão e geração. Porém no caso de operadores de sistema experientes o interessante seria aprimorar seu desempenho diante de condições anormais sobretudo perturbações, neste caso avaliando-se o conhecimento das instruções normativas, a capacidade de tomada de decisão, rapidez e controle emocional. 6.0 - APLICAÇÃO PRÁTICA O CROL tem sofrido uma mudança no quadro funcional bastante significativa, e no treinamento do pessoal novato tem sido utilizado com bastante ênfase o simulador amigável. Verificamos que a absorção de conceitos difíceis de serem apreendidos foram visualizados e assim se tornaram fáceis de serem compreendidos rapidamente. Um exemplo do treinamento prático ocorrido é o que mostra a figura 1. Um desarme com religamento automático sem sucesso de uma linha de transmissão de 230KV onde a Linha remanescente ficou em sobrecarga alimentando uma subestação radial. Qual a melhor solução para o sistema? E verificamos que a maioria dos operadores novos em treinamento tinham como resposta remanejar carga para uma outra fonte, quando na realidade a sobrecarga se dava devido ao reativo elevado que a carga estava solicitando do sistema. Porém nesta subestação haviam dois Bancos de capacitores de 69KV desligados, sendo assim a solução era apenas energizá-los. Uma outra simulação foi realizada conforme mostra a figura 3, onde o desarme de um transformador levou o outro remanescente a sobrecarga. A resposta deles baseados na solução do caso acima era rapidamente energizar um banco de capacitor de 69KV que estava desligado nesta subestação, porém neste caso o problema era de potência ativa e a solução era realmente remanejar carga para outra fonte. Estes exemplos nos mostra a importância desta ferramenta, para a operação de sistema. A rapidez e a forma no aprendizado agregou informações importantes sobre os conceitos complexos do sistema elétrico de potência. 7.0 - CONCLUSÃO Este processo de treinamento e utilização como ferramenta de apoio deste simulador tem permitido a realização de simulações realistas do sistema na área Leste do sistema Chesf e promovendo a implantação de nova cultura na operação de sistema, permitindo facilidades de realizações de estudos e simulações De forma resumida, podemos concluir que com o treinamento e uso do Simulador PowerWorld associado ao pcanywehe temos garantido as seguintes vantagens para as equipes de operação do Centro Regional de Operação de Sistema Leste: Que conceitos complexos sejam rapidamente absorvidos; Que situações cotidianas, de urgência e de emergência possam ser facilmente manipuladas e entendidas; A viabilização de criação de cenários específicos para treinamento de operadores; Que carências técnicas individuais sejam rapidamente trabalhadas;
5 FIGURA 3 SIMULADOR - INSTANTE DO DESLIGAMENTO DE UM TRANSFORMADOR E CONSEQÜÊNCIAS. EVENTO PROGRAMADO NO ARQUIVO SCRIPT* A disponibilização de uma ferramenta poderosa para treinar; para auxiliar na análise de manobras em tempo real; para apoio a programação e atividades de pré e pós-operação do Centro Regional de Operação de Sistema Leste - CROL. 8.0 - BIBLIOGRÁFIA [1] T. Overbye, P. Sauer, C. Marzinzik e G. Gross, "A User-Freindly Simulation Program for Teaching Power System Operations," IEEE/PES 1995 Winter Meeting, New York, NY, January 1995. [2] William D. Stevenson Jr., Elementos de Análise de Sistemas de Potência, Ed. McGraw-Hill do Brasil, cap. 10 pg. 192. [3] Thomas J. Overbye - University of Ilinois at Urbana- Champaign; José H. Sola Fernandez e Robson Luiz Schiefler COPEL, Simulador Amigável para Treinamento de Despachantes. [4] Interative Power System Simulation, Analysis and Visualization, version 6.0, PowerWolrd Corporation September 1999. [5] Expert Premium Ano 2, Nº 16 pg. 28