XXII Seminário Nacional de Distribuição de Energia Elétri SENDI 2016-07 a 10 de novembro Curitiba - PR - Brasil Felipe Rover felipe.rover@elektro.com.br Daniel Nascimento daniel.nascimento@elektro.com.br Benedito Carlos Somaio benedito.somaio@elektro.com.br Tiago Rodrigues de Morais tiago.morais@elektro.com.br Automação Inteligente de Redes - Guarujá Palavras-chave Automação da distribuição FLIR Fibermesh Fibra óptica Rede mesh Self-healing Resumo Desde 2011, a Elektro utiliza sistemas de recomposição automática na rede de distribuição, com inteligência embarcada em religadores, baseados em sensoriamento de tensão e corrente, sem comunicação entre equipamentos. Esses sistemas possuem excelente relação custo/benefício, porém possuem algumas limitações. Por isso, a Elektro realizou um projeto piloto de automação com inteligência centralizada e comunicação de alta disponibilidade na cidade do Guarujá, envolvendo 43 religadores, 22 alimentadores, 3 subestações, 85km de fibra óptica, atendendo 80 mil clientes. Esse sistema traz como principais benefícios a possibilidade de incluir um grande número de religadores dentro de um esquema FLIR, bem como a análise em tempo real de todas as condições do circuito, incluindo a capacidade de carga dos segmentos, alimentadores e transformadores de subestação, permitindo a aplicação do sistema em locais com grande concentração de clientes, condições 1/7
limitadas da rede, sazonalidade de carga, dentre outros. Em operação de desde Janeiro de 2016, estima-se uma diminuição de 10% no DEC do município. 1. Introdução Desde os anos 2000, a ELEKTRO tem investido no controle centralizado das operações de distribuição através de sistemas de telesupervisão e controle. Em 2011, iniciou o projeto de implantação de sistemas de recomposição automática de rede, conhecidos como Self-healing, que colocou a automação de redes e telecomunicações em um nível essencial para o negócio de distribuição de energia. Até o final de 2015, 155 sistemas de Self-healing entraram em operação e mais 49 estão parcialmente automatizados, dentro do parque de cerca de 1660 religadores telecontrolados em sua área de concessão, sendo 90% com comunicação via GPRS até o sistema de supervisão no COD (Centro de Operações de Distribuição), em Campinas/SP. Dentro desse cenário, no município do Guarujá/SP, há um parque de 43 religadores, com relés controladores Schneider ADVC2 e Cooper FORM6, que se comunicavam com o COD através de GPRS e por uma rede de fibra óptica legada, que necessitava ser revitalizada. Como essa área possui muitos religadores e uma quantidade grande de manobras possíveis (são 17 trilhões de configurações do circuito elétrico), havia a necessidade de um sistema de Self-healing que pudesse integrar todos esses equipamentos. Com o atual sistema, temos por ilha de automação no máximo 3 religadores (Feeder, Tie, Feeder), sem comunicação entre eles e sem análise de carga para realização de manobras de restabelecimento. Entretanto, a comunicação via GPRS, apesar dos baixos custos de instalação e operação, não atende aos pré-requisitos para essa nova tecnologia, devido às altas taxas de indisponibilidade e latência. Por essa razão, as equipes de Automação de Distribuição e Telecomunicações Operativa iniciaram o projeto para a substituição do GPRS e da fibra óptica antiga por uma rede mesh de fibra óptica e a implantação de um novo Self-healing centralizado na subestação. A cidade do Guarujá é um polo turístico de referência no estado de São Paulo. Para manter esse status é fundamental para o município ter um serviço de distribuição de energia elétrica de excelente qualidade e confiabilidade. Ela foi escolhida para o projeto piloto por já possuir uma grande quantidade de religadores instalados e devido à antiga fibra óptica precisar de manutenção. Ao invés de utilizar os recursos para manutenção, mostrou-se mais interessante investir em um novo sistema, em conjunto com a empresa Furukawa, com mais tecnologia e benefícios tanto para a ELEKTRO quanto para os clientes. 2. Desenvolvimento 2.1. O projeto A automação de redes de distribuição é baseada nos pilares LOCALIZAÇÃO, ISOLAÇÃO e RECOMPOSIÇÃO. Isso significa que para termos um sistema de automação eficiente temos que garantir que os três pilares deverão ter condições de serem executados de forma eficiente. Para tanto, ainda nos baseando nos princípios de automação e controle, precisamos de sensores e atuadores distribuídos de forma eficiente. Em resumo, quanto mais religadores possuirmos instalados ao longo da rede, mais eficiente será a automação. Por exemplo, um segmento de rede que contenha 5000 clientes, no caso de uma falta na rede, desliga-se 5000 clientes. Por outro lado, um segmento que contenha 1000 clientes, no caso de uma falta desliga-se apenas 1000. Porém quanto mais religadores possuirmos instalados na rede mais complexo torna-se o sistema, desde o algoritmo de controle até a comunicação entre os equipamentos, que deve ser de alta disponibilidade e baixa latência, para garantir que o sistema atue corretamente. Em vista disso, a ELEKTRO iniciou a instalação de 85 km da rede mesh de fibra óptica para garantir a comunicação dos 2/7
equipamentos da rede, ao todo 43 religadores, 3 subestações, todos interligados até o escritório local, onde temos o servidor de automação, responsável pelo controle automático das manobras dos religadores instalados na rede. Figura 1 - Abrangência da rede de fibra óptica após implantação do projeto informação canalizada até o escritório local onde está o servidor de automação e o link de dados que conecta ao Centro de Operações em Campinas/SP A solução de rede mesh em fibra óptica é uma solução desenvolvida pela Furukawa e usa um protocolo de roteamento tipo multi-hop AODV, que realiza o roteamento dos pacotes de dados em até 4 rotas ópticas distintas em cada nó, garantindo a continuidade do funcionamento do canal de comunicação mesmo em situação de falhas múltiplas na rede, conforme desenho a seguir. 3/7
Figura 2 - Fibra óptica tipo mesh O equipamento utilizado é um roteador ótico, com capacidade de transmissão de 100 Mbps, também desenvolvido pela Furukawa, comercialmente denominado de Fibermesh. Para garantir a alta disponibilidade da comunicação o equipamento possui um switch óptico, possibilitando a criação de um bypass óptico passivo, garantindo a continuidade de comunicação daquela rota, em casos de falha de energia na alimentação do equipamento. 2.2. Resultados Após um mês de instalação da rede de fibra óptica tivemos um ganho considerável na disponibilidade média dos equipamentos para a operação, passando de 77,93% para 99,48%, que representaria, em um ano, 79 dias a mais de comunicação entre o Centro de Operação e os equipamentos. Referente ao indicador técnico de energia é esperado uma redução de 0,48 hora no DEC para o ano de 2016 que corresponde a uma redução de 10,8% em relação a 2015, onde tivemos um DEC de 4,43 horas. 4/7
Figura 3 Painéis religadores Figura 4 - Unifilar de parte do sistema após implantação do projeto rede segmentada com muitas opções de manobras com análise de carga em tempo real 5/7
Após implantação no Guarujá, outras localidades já estão nos planos para receber a nova tecnologia. O processo de seleção das localidades é feito com base em um ranking de retorno técnico e financeiro. Tabela 1 Comparação antes e após a instalação 3. Conclusões A criação de uma rede de comunicação própria, independente das operadoras de celular, por si só, traz uma ganho significativo em confiabilidade e disponibilidade. E aliada com essa nova tecnologia de Self-healing, teremos uma diminuição no tempo de restabelecimento de energia através da automatização de procedimentos, que hoje são realizados manualmente pelo COD através de uma análise visual das condições de carga dos segmentos. Além disso, as manobras de abertura e fechamento serão mais efetivas, eliminando tentativas de religamento em casos de falta permanente, consequentemente aumentando a segurança do sistema e o tempo de vida útil dos equipamentos. Também, poderemos aumentar o número de equipamentos envolvidos em cada sistema, que até hoje são limitados a três (Feeder, Tie, Feeder), através da inserção de pontos intermediários de seccionamento, que podem diminuir ainda mais o número de clientes por segmento de rede e, consequentemente, aumentar o número de clientes que podem ser automaticamente restabelecidos pelo Self-healing. Serão beneficiados com o novo sistema 80 mil clientes. 4. Referências bibliográficas 6/7
EKANAYAKE, Janaka, et. al. Smart Grid - Technology and Applns. Ed. Wiley, 2012, p. 113-140; TANENBAUM, Andrew S. Computer Networks. Estados Unidos da América, Ed. Prentice Hall, 2002; Fibermesh Furukawa, documentos técnicos, acesso em 10/02/2016, disponível em: www.furukawa.com.br Yukon Feeder Automation, documentos técnicos, acesso em 10/02/2016, disponível em: http://www.cooperindustries.com/content/public/en/power_systems/solutions/self-healing/yukon_feeder_automation.html 7/7