IMPLEMENTAÇÃO EM LABORATÓRIO DE SMART GRIDS DA FUNCIONALIDADE DE LOCALIZAÇÃO DE FALHAS, ISOLAMENTO E RESTAURAÇÃO AUTOMÁTICA Luiz H. L. Rosa, Nelson Kagan, Carlos F. M. Almeida, Julio Labronici, Silvio X. Duarte, Tiago Poles, Renan F. Morais, Marcos R. Gouvea (ENERQ-NAPREI/USP) Alexandre Dominice, Denis Mollica, Joselino Santana Filho, João Paulo Niggli Silva, Gabriel H. Batista, Luiz A. Costa (EDP SÃO PAULO) 1
Universidade Pública Estadual Docentes: 5.700 Estudantes: 88.000 Funcionários: 15.200 Campus: 7,5 km 2 (+7 campi em SP) Orçamento: ~5 bilhões de Reais ENERQ Centro de Estudos em Regulação e Qualidade de Energia PEA Departamento de Engenharia de Energia e Automação Elétricas EPUSP Escola Politécnica da Universidade de São Paulo 2
SUMÁRIO Objetivos gerais Projeto de P&D Laboratório Smart Grid Visão smart grids Ambiente laboratorial smart grids Blocos do projeto Emulador de redes COD virtual IEDs dispositivos inteligentes Automação avançada Ilha de medição Tecnologia da informação FLISR Aplicação #1 localização de cabos rompidos Aplicação #2 self-healing Considerações finais 3
Objetivos Gerais Implantação do laboratório de redes elétricas inteligentes para análise prévia e sistêmica das funcionalidades de REIs. Emulação de REIs, em tempo real, considerando IEDs físicos instalados no laboratório em um ambiente de hardware in-the-loop. Criação de um ambiente adequado para testes de integração e protocolos de comunicação para equipamentos e medidores de fabricantes diversos e integrados com o emulador de carga. Infraestrutura para implantação de um barramento de Interoperabilidade dos sistemas de TI (SCADA, MDM/MDC Sm@rtering, DMS, OMS, EO/PO). Implantação de um ambiente (COD Virtual) para avaliação de novos sistemas e processos, treinamento e troca de experiências entre diversos agentes do SEB. Análise sistêmica: rede elétrica, dispositivos inteligentes, sistemas técnicos e comunicação. 4
Projeto P&D - Laboratório Smart Grid 5
Visão Smart Grids 6
Ambiente Laboratorial para Smart Grids 7
Emulador de REIs Características Emulação digital da rede elétrica, possibilitando a obtenção das grandezas elétricas e dos estados de equipamentos de potência existentes na rede simulada após estudos de fluxo de potência e curto-circuito. Capacidade de gerar/receber sinais externos para os IEDs reais conectados ao emulador. Possibilidade de emular eventos gerados na rede (pré-configurados) como defeitos diversos, aumento de cargas, geração distribuída, variação de tensão e outros, em qualquer ponto da rede estudada. 8
Emulador de REIs Módulos e fluxo de dados Config. de Eventos Transdutor para IEDs IEDS SCADA Módulo Central IED Virtual Rede de comunicação Simulador de rede Transdutor para SM Smart Meters MDM 9
Emulador de REIs 10
Emulador de REIs 11
IEDs Dispositivos Inteligentes 12
IEDs Dispositivos Inteligentes 13
COD Virtual Características Treinamento e capacitação na utilização de sistema de operação, contemplando o ambiente do laboratório para cenários envolvendo: OMS Sistemas de Gerenciamento de Ocorrências na Rede SCADA Sistemas de Controle e Supervisão DMS Distribution Management Systems GSE/SGD Sistemas de Gerenciamento da Distribuição Desenvolvimento, customização, implementação de tecnologias para interoperabilidade de sistemas de TI e de dispositivos inteligentes, visando funcionalidades de Smart Grids, contemplando sistemas novos e legados Testes de novos sistemas técnicos (DMS, SCADA) num ambiente próximo ao real para análise sistêmica de novas funcionalidades das redes 14
Automação Avançada da Distribuição Características Desenvolver ambiente laboratorial para a simulação de funcionalidades de automação em redes de distribuição de energia elétrica, integrando Emulador de Redes, IEDs, sistemas SCADA com demais sistemas operativos e corporativos. Avaliar a integração de todos os blocos na realização dos testes de FLISR e VOLT-VAR por meio de simulações finais. Avaliar a compatibilidade de equipamentos e/ou sistemas novos aos processos de empresas de Distribuição. Permitir capacitação de pessoal para configuração de equipamentos e operação de redes em ambiente controlado. 15
Ilha de Medição Inteligente Características Ambiente laboratorial com infraestrutura completa de medição inteligente constituída por: Medidores inteligentes de fabricantes diferentes Sistema de comunicação (6LowPan e Ethernet) Sistema de gerenciamento da medição MDM (Sm@rtering) 16
Ilha de Medição Inteligente Constituição da Infraestrutura de Medição Inteligente O sistema montado constitui-se de uma Ilha de Medição composta por: Medições reais vindas de medidores inteligentes componentes virtuais (através de cargas simuladas por software), ambas se conectam com as demais instalações concebidas no projeto, complementando a simulação em tempo quase-real da operação da rede real a cargas integradas a rede por MDC e MDM (barramento de interoperabilidade) 17
Ilha de Medição Inteligente 18
Tecnologia da Informação Aquisição e implantação dos sistemas de TI no laboratório 19
Escopo Geral do LABSG: COD Virtual COD - Aplicações Emulador da Rede Ilha de Medição 20
FLISR Fault Location, Isolation and Service Restoration Chave Fechada Chave Aberta 21
Aplicação #1 Localização de cabos rompidos AMI (estrutura de medição) e ADA (automação avançada) para identificação e isolação de trecho com cabo rompido Power On (OMS) Sm@rtering (MDM) ScateX Plus SINAP (DMS) 22
Aplicação #1 - Localização de cabos rompidos AMI (estrutura de medição) e ADA (automação avançada) para identificação e isolação de trecho com cabo rompido 23
Aplicação #1 - Localização de cabos rompidos AMI (estrutura de medição) e ADA (automação avançada) para identificação e isolação de trecho com cabo rompido MDM Sinap / DMS (Sinapsis / Enerq) DMS 2 3 PowerOn (GE) OMS Barramento de interoperabilidade 4 Electric Office (GE) GIS SCADA Sm@rtering (CGI) 1 5 Tecnologias de comunicação ScateX + (Power Solutions) Evento: Cabo rompido Emulador REI 1 Smart Meters sem Medidores energia enviam msg de last IEDs gasp para o MDM Virtuais Virtuais 2 MDM registra as mensagens dos Módulo medidores e encaminha para o DMS Smart 3 DMS localiza o cabo rompido e informa Central ao OMS, que registra a ocorrência Meters e apresenta no mapa Simulador de 4 DMS Transdutor envia de sugestão Gerenciador de manobras para Transdutor rede o SCADA para isolação do defeito sinais para de Eventos sinais para 5 SCADA medidoresenvia os comandos para os IEDs que vão atuar no campo IEDs (emulador) IEDs 24
Aplicação #2 Self-healing Representação no SCADA 25
Aplicação #2 Self-healing Condição normal 26
Aplicação #2 Self-healing Fluxo de dados durante o FLISR Configurado r de Eventos 1 Transdutor para IEDs 3 IEDS 4 5 6 SCADA Módulo Central 2 Simulador de rede Rede de comunicação 1 Evento: Curto-circuito fase-terra 2 Envio da corrente calculada para o curtocircuito 3 Geração de sinal de corrente para os IEDS 4 IED identifica o defeito e manda abrir a chave 5 IED envia o novo estado da chave para o SCADA 27 6 SCADA inicia a reconfiguração da rede enviando manobras para os demais IEDS (- >emulador) 27
Aplicação #2 Self-healing Implementação utilizando dados de rede real Rede após ocorrência Rede após FLISR 28
Considerações finais 29
Laboratório aberto para... Setor Elétrico fabricantes, concessionárias, órgão regulador, consultoras, etc. em diversas atividades. Comunidade acadêmica e científica ensino de graduação e pós-graduação, desenvolvimento de pesquisas com órgãos de fomento. Integração com outras áreas cidades inteligentes, sustentabilidade, meio ambiente, sociologia, economia, direito regulatório, etc. Modelo de Laboratório para implantação em outros locais. Internacionalização parcerias e participação em projetos com centros de pesquisa e universidades 30
Obrigado! cfmalmeida@usp.br 31