Artigo SRA - XXI SENDI

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Artigo SRA - XXI SENDI
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  XXI Seminário Nacional de Distribuição de Energia ElétricaSENDI 2014 - 08 a 13 de novembroSantos - SP - Brasil Caio Francisco Vasconcelos de OliveiraUniversidade Federal do Cearácaio_vas@hotmail.comSidney Roberto da Costa Monteiroengsidneyroberto@gmail.comGiovanni Cordeiro Barrosogcb@fisica.ufc.brRuth Pastôra Saraiva Leãorleao@dee.ufc.brRaimundo Furtado Sampaiorfurtado@dee.ufc.brJosé Giordane SilveiraCompanhia Energética do Cearágiordane@coelce.com.brLuiz Eduardo FormigaCompanhia Energética do Cearáformiga@coelce.com.brEudes Barbosa de MedeirosCompanhia Energética do Cearáeudes@coelce.com.brJosé Roberto Bezerrajbroberto@yahoo.com.br Sistema de Recomposição Automática Aplicado a Redes de Distribuição de Energia.Palavras-chaveRedes Elétricas InteligentesSistema de Recomposição AutomáticaEficiência EnergéticaSistema de DisitribuiçãoResumo 1/12  Neste artigo é apresentada a implementação de um sistema de recomposição automática (SRA) para redes de distribuição de energia elétrica, integrado ao sistema SCADA no Centro de Controle do Sistema (COS) da Companhia Energética do Ceará (Coelce), para operação em tempo real. O SRA é parte das ações para modernização da rede elétrica de distribuição da cidade de Aquiraz – CE onde se situa a Cidade Inteligente da Coelce. O SRA usa como dados de entrada as informações e configuração atual do sistema de distribuição provenientes do Sistema de Apoio à Condução (SAC) da Coelce. O SRA opera de forma automática para recompor partes sãs da rede elétrica, após a interrupção do fornecimento de energia pela atuação de relés de proteção. Um conjunto de restrições é considerado na tomada de decisão para recomposição automática da rede elétrica, após uma falta, dentre as quais estão: limite de capacidade dos condutores e transformadores, existência de clientes eletrodependentes e número de clientes dos trechos desenergizados, e presença de equipe de manutenção de linha viva na rede. Testes realizados com o SRA têm demonstrado rapidez, segurança e flexibilidade na recomposição do suprimento de eletricidade, possibilitando melhoria nos indicadores de qualidade de serviço da concessionária.1. Introdução Redes Elétricas Inteligentes (REI) constituem um paradigma, amplamente estudado em todo o mundo, para modernizar as redes elétricas por meio de controle automático avançado, técnicas de comunicação e tecnologia da informação. Sistemas inteligentes para automação de redes de distribuição de energia elétrica estão entre os temas de redes inteligentes mais pesquisados no Brasil e no mundo [1]. No âmbito da automação de sistemas elétricos, muitos pesquisadores e empresas de energia estão investindo no desenvolvimento de sistemas de recomposição automática (SRA) [2]-[4].Um sistema de recomposição automática (SRA), também denominado de sistema de autorrecomposição ( self-healing  , no inglês), é capaz de identificar o trecho da rede em falta e os trechos não defeituosos, porém desenergizados como resultado da falta, restaurar o maior número possível de trechos sem defeito baseado em critérios de segurança operacional e prioridades de restabelecimento definidos pela concessionária, e retornar a operação da rede elétrica ao seu estado seguro de forma automática [5]. Dentre os benefícios advindos da implantação de um SRA para as empresas de energia elétrica estão: as condições anormais da rede são automaticamente conhecidas; as alterações na rede são automaticamente realizadas; os operadores não necessitam realizar manobras de ligar/desligar a rede; diminuição do tempo de interrupção de energia ao cliente; diminuição dos custos de deslocamento de equipes de campo; melhora dos indicadores de qualidade e de satisfação do cliente; e redução de situações de estresse às quais estão submetidos os operadores [4].Dentro deste contexto, neste artigo é apresentada a implementação de um sistema de recomposição automática (SRA) da rede elétrica de distribuição baseado em um modelo de Redes de Petri Coloridas (RPC). O SRA foi desenvolvido em linguagem C# (lê-se C sharp  ) utilizando o programa Microsoft Visual Studio 2010, e encontra-se em estágio de integração ao sistema SCADA no Centro de Controle do Sistema (COS) da Coelce para operação em tempo real. O SRA proposto abrange a recomposição automática da rede elétrica de distribuição de energia da cidade de Aquiraz, que dista 25 km de Fortaleza (CE) e pertencente à Companhia Energética do Ceará - Coelce. Em [2] é apresentada a metodologia utilizada para desenvolvimento e implantação deste sistema. 2/12  Este artigo está organizado como segue. Na Seção II é mostrada a Rede de Distribuição de Aquiraz. Na Seção III é descrito o princípio de funcionamento do SRA. . Na Seção IV é apresentada a implementação computacional do SRA. Na seção V é desenvolvido um estudo de caso. Na seção VI é apresentado o estágio atual da Integração do SRA ao SCADA do Centro de Controle. Finalmente, na Seção VII é apresentada a conclusão do trabalho. 2. DesenvolvimentoRede Elétrica de Aquiraz O diagrama unifilar da rede de distribuição de Aquiraz é mostrado na Figura 1. A rede Aquiraz é suprida diretamente por três subestações em 69 kV/13,8 kV: SE AQZ (Aquiraz), SE ESB (Eusébio) e SE AGF (Água Fria). A SE AQZ é a principal fonte de suprimento da rede Aquiraz, suprindo a maior parte da carga total da rede.Figura 1 - Rede de Distribuição de Aquiraz A SE Aquiraz (AQZ) possui 4 alimentadores de distribuição em 13,8 kV. Os religadores 21I4, 21I5, 21I6 e 21I7 são responsáveis pela proteção de cada alimentador sob sua responsabilidade e ao longo do alimentador existem um ou mais religadores (cor vermelha) e chaves de encontro de alimentadores normalmente abertas (cor verde) para transferência de carga para outra subestação.Os religadores foram alocados ao longo dos troncos de alimentadores, enquanto as chaves secionadoras foram alocadas nos encontros de alimentadores. Como resultado, a rede Aquiraz é dividida em 14 trechos (T1-T14). Alguns trechos são normalmente supridos pelas SE ESB (T3, T4, T9) e SE AGF (T13 e T14). Em condição de contingência na rede, essas três subestações podem suprir todo ou parte do sistema de Aquiraz. Princípio de Funcionamento do SRA O SRA proposto realiza a recomposição de cada trecho de um sistema elétrico, considerando um conjunto de restrições operativas, tais como:capacidade dos condutores (ampacidade) e das fontes de suprimento (potência);prioridades como potência não fornecida, número de consumidores desenergizados e cargas preferenciais do tipo 3/12  eletrodependentes, hospitais, etc.Na Figura 2 é apresentado o fluxograma de ações do SRA proposto e em seguida são discutidas as suas etapas.Figura 2 - Fluxograma de ações do SRA.Topologia Inicial: O ponto de partida é a topologia inicial, ou seja, a topologia de operação normal do sistema quando não há a presença de contingências no mesmo. Com a Ocorrência de Falta o sistema realiza o próximo passo Detecção de Falta. Detecção da falta: O SRA reconhece a ocorrência de uma falta a partir do recebimento do estado de abertura do religador, depois de realizado seu ciclo de religamento, enviado pelo SCADA e efetua uma localização da falta, identificando o trecho defeituoso.Isolamento da Falta: o trecho com falta é isolado através da abertura de todos seus religadores vizinhos.Análise de Vivacidade: O SRA identifica o trecho onde ocorreu a falta e os trechos não defeituosos que, por consequência da falta, foram desenergizados.Seleção do trecho morto de maior prioridade seguinte: Os trechos mortos são ordenados de acordo com a prioridade desejada, atribuída pela concessionária durante a configuração do SRA. 4/12  Identificação das alternativas de recomposição e análise das restrições: Selecionado o(s) trecho(s) a recompor, detectam-se os religadores de encontro de alimentador para transferência das cargas deste trecho para um alimentador vizinho. Caso não seja encontrado nenhum religador que satisfaça essas condições, uma variável informa ao SRA que deve ser realizada a tentativa de reenergizar o trecho de prioridade seguinte, que compreende a etapa de Seleção do trecho morto de prioridade seguinte. Caso sejam encontradas formas possíveis de energizar o trecho, é realizada a análise das restrições que calcula a capacidade da fonte e ampacidade dos condutores. Se for possível recompor, o sistema fará a operação, voltando para outra Seleção de trecho morto de maior prioridade. Caso não seja possível, o sistema tentará recompor os outros trechos desenergizados.Alteração da topologia: Indica as mudanças da configuração do sistema de distribuição. No final do processo de recomposição uma nova topologia da rede é adotada.Recomposição Completa?  : nessa etapa o SRA verifica se ainda há trechos que possam ser reenergizados. Caso haja, retorna à etapa de seleção de trecho morto. Caso não haja, o SRA chega ao estado final de recomposição.Sobrecarga?: Nesta etapa é verificado se ocorreu sobrecarga após a recomposição, e se verdadeiro, o sistema atua desenergizando trechos, com o objetivo de efetuar um "aliviamento" do alimentador. Estas etapas são repetidas até que não haja mais nenhum trecho cuja reenergização seja possível. Enquanto a rede não teomar a sua condição normal, a verificação das restrições é executada repetidamente. Implementação Computacional do SRA. O SRA foi modelado, testado e validado usando a técnica de redes de Petri Colorida (RPC). Para seu correto funcionamento, os dados de entrada do SRA são divididos em duas categorias: estáticos e dinâmicos. Os dados de entrada estáticos são aqueles relacionados à configuração srcinal da rede (ver Figura 1), bem como as especificações dos equipamentos (cabos, transformadores e barramentos). Os dados de entrada dinâmicos são aqueles aquisitados periodicamente, tais como tensão e corrente nos religadores e aqueles aquisitados no instante de uma ocorrência, tais como código, função de atuação e corrente instantânea no religador e sentido da corrente que passa pelo religador.Funcionalidades do SRAO SRA foi especificado com as seguintes funcionalidades:Verificação de descoordenação e falha de abertura de equipamento de proteção;Localização e isolamento da falta a partir da abertura de um ou mais disjuntores e/ou religadores;Localização de trechos sem falta, mas desenergizados devido à falta;Isolamento de trechos mortos (desenergizados) para recomposição trecho a trecho;Seleção de trecho a ser recomposto com prioridade para eletrodependentes, número de clientes, ou outra prioridade à escolha da concessionária;Reenergização dos trechos sem falta a partir dos seguintes critérios: Análise de Fontes: se há sobrecarga ou não da fonte supridora (subestação), verificada a partir das correntes nominais dos transformadores e das cargas ligadas a cada trecho, tendo como priori dade a recomposição pela fonte srcinal;Análise de Trechos: se há ultrapassagem do limite de condução do condutor, verificada a partir da “ampacidade” do condutor e das cargas ligadas a cada trecho;  5/12
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