Universidade Federal do Espírito Santo

Centro Tecnológico

Departamento de Informática

Projeto de Pesquisa

Apoio Computacional Interativo para o Cálculo de Ajustes e Coordenação de Proteção no Sistema e nas Subestações de Distribuição

1. Introdução

As crescentes exigências quanto a qualidade dos serviços oferecidos e preços praticados, bem como a necessidade de adequar custos internos para garantir competitividade, tem levado as empresas do setor elétrico a priorizar investimentos na automação de processos que garantam uma melhor performance de suas redes. Neste contexto, a coordenação ótima entre os dispositivos de proteção constitui um elemento fundamental para consecução das metas operacionais, pois sistemas de proteção com ajustes calculados de forma incorreta promovem desligamentos indevidos e contribuem para o aumento dos índices de DEC, FEC e TMA.

O problema do cálculo dos parâmetros dos dispositivos de proteção, em especial o que será tratado neste projeto - os religadores -, não é trivial. A configuração de um religador depende dos paramêtros estabelecidos nos outros religadores da rede, criando assim uma malha de interdependência. Por esta razão, a obtenção de um valores ótimos para uma atuação coordenada dos religadores implica num estudo sobre a propagação da configuração na rede.

Por outro lado, uma descordenação dos dispositivos de proteção podem levar ao desligamento em castata da rede. Assim, garantir a perfeita coordenação dos dispositivos de proteção distribuídos ao longo da rede constitui uma tarefa essencial para o bom desempenho da mesma. Pois, uma correta coordenação dos dispositivos de proteção resulta em um mínimo tempo de eliminação de falta, bem como na restrição da área atingida pelo defeito, resultando em salvaguarda para os equipamentos instalados na rede e para as pessoas que trabalham e utilizam a energia elétrica no seu cotidiano.

2.Objetivos

2.1. Gerais

• Criar mecanismos de cálculo automatizados para estabelecer os parâmetros de religadores na rede de distribuição.

• Estabelecer processos interativos de recálculo dos paramêtros, de maneira a permitir ao usuário testar previamente outras configurações.

• Estudar metodologias de reconfiguração localizada do sistema.

2.2. Objetivos Específicos

• Criar um modelo para a representação da rede de religadores.

• Analisar o problema da parametrização desta rede e desenvolver técnicas de reconfiguração.

• Desenvolver arquitetura computacional para o modelo e a manipulação da parametrização.

• Implementar sistema computacional integrado ao ambiente computacional da ESCELSA que utilize o modelo representacional desenvolvido, as técnicas de reconfiguração criadas e a arquitetura computacional elaborada.

• Estudar técnicas para reconfiguração localizada de parâmetros, criando sub-regiões de atuação para cada religador. A aplicação destas técnicas está condicionada os resultados obtidos no estudo.

3. Resultados Esperados

• Aumento dos índices de DEC, FEC e TMA

• Publicação de Artigos Científicos

• Projetos de Graduação em Ciência da Computação/Engenharia de Computação

4. Revisão bibliográfica

Ao analisarmos as literatura existente a respeito do problema de proteção em redes de distribuição elétrica foi possível observar que bibliografia existente divide-se em dois grupos principais:

No primeiro grupo encontram-se as descrições técnicas dos vários dispositivos de segurança, com ênfase na descrição do funcionamento, e na especificação dos ajustes indicados para cada dispositivo.

No segundo grupo nos encontramos trabalhos que estão preocupados essencialmente com problema de alocação dos dispositivos de segurança ao longo da rede de distribuição. Dentre os quais nós podemos citar o trabalho de Silva et al [1] [2], o de Soudi e Tomsovic [3], o de Bupasiri [4], o de Lang e Pahwa [5] e o trabalho de Ramirez-Rosado e Bernal-Agustin [6].

Considere por exemplo os trabalho de Lang e Pahwa [5] e Soudi e Tomsovic

[3]. Lang e Pahwa apresentam um abordagem baseada em lógica fuzzy para o problema de alocação de dispositivos de segurança na rede de distribuição de baixa tensão. A abordagem sugerida por eles baseai-se em uma atribuição de risco relativo a cada alimentador utilizando para tal variáveis numéricas representadas em lógica fuzzy. O objetivo principal do trabalho é determinar quais alimentadores estão sujeitos a riscos de falhas maiores e que portanto mais se beneficiariam de um maior investimento em segurança.

Enquanto que Soudi e Tomsovic utilizam um modelo de programação binária 0-1 para identificar o tipo e a localização dos dispositivos de segurança sob um determinado alimentador. O modelo proposto utiliza algumas heurísticas para minimizar o custo computacional envolvido na solução do problema de programação matemática 0-1.

Todos os trabalhos citados no segundo grupo estão focados no problema de localização dos dispositivos de segurança ao longo da rede de distribuição. E uma característica compartilhada por todos é a suposição que a coordenação entre os dispositivos de segurança é total. De modo que nenhuma descoordenação entre os dispositivos ocorrerá. A realidade, contudo, é que em muitas situações é necessário modificar uma decisão de instalação de um determinado dispositivo, ou os ajustes de um dispositivo já existente de modo a minimizar a descoordenação entre os elementos de segurança presentes na rede.

Do que foi dito anteriormente pode-se depreender que, embora sendo um problema extremamente relevante do ponto de vista prático, o problema da descoordenação entre os dispositivos de segurança tem recebido nenhuma ou praticamente nenhuma atenção por parte da comunidade científica.

5. Métodologia de Pesquisa

A metododologia usada será a de desenvolvier um modelo computacional, que permita a propagação de atribuitos (com ou sem restrições) e de uma implementação do modelo de forma a permitir que testes possam ser realizados, com um conseqüente refinamento do modelo. Estes testes serão realizados a partir do sistema implementado que permite ao engenheiro de proteção recalcular todos os parâmetros necessários para os dispositivos de proteção de determinados ramos da rede, subsidiando-o no processo de tomada de decisão no que tange à coordenação dos dispositivos de proteção, bem como minimizando o tempo despendido pelo mesmo em volumosos cálculos manuais requeridos para a coordenação dos dispositivos de proteção.

O sistema levará em conta a possibilidade do recálculo de ajustes quando os valores calculados para os dispositivos de determinados ramos forçarem o recálculo do valor do religador do alimentador, resultando na necessidade revisão de todos os religadores da rede (a partir do alimentador).

A projeto utiliza computação interativa de forma a permitir que o usuário, de uma maneira intuitiva, construa uma sub-rede composta de religadores e alimentadores, insira e remova religadores ao longo da rede, modifique os valores de cada um dos elementos do modelo e por fim, recalcule os valores para cada um dos religadores. O resultado será um modelo de simulação no qual o usuário poderá antecipar as ações sobre a rede real, podendo assim minimizar as intervenções de operação.

6. Cronograma

Etapas:

1. Aquisição dos equipamentos e Especificação de Requisitos do Sistema.

2. Proposta e Implementação da Arquitetura do Sistema Computacional.

3. Projeto da Inteface Interativa do Sistema de Apoio

4. Integração do Ambiente de Cálculo com a Interface Gráfica.

5. Estudo da Viabilidade da Implantação de religadores em pontos determinados da rede de distribuição.

6. Análise Final dos resultados.

Período: 01/03/2004 a 30/09/2004

6. Equipe

1. Berilhes Borges Garcia (coordenador e pesquisador)

2. 2 Graduandos em Ciência da Computação

Referências Bibliográficas

[1] Silva, L.G.W.; Pereira, R.A.F.; Mantovani, J.R.S. Melhoria da Qualidade do Fornecimento de Energia usando um modelo de programação não linear e algoritmos genéticos para alocação de dispositivos de proteção. Em anais do XV Seminários Nacional de Distribuiçõa de Energia Eletrica - SENDI'2002. 2002.

[2] Silva, L.G.W.; Pereira, R.A.F.; Mantovani, J.R.S. Alocação de dispositivos de proteção em redes de distribuição para a melhoria dos índices de confiabilidade. Em anais do XIV Congresso Brasileiro de Automática. Natal - RN, 2002.

[3] Soudi F, Tomsovic K. Optimized distribution protection using binary programming IEEE Transactions on Power Delivery. 13 (1): 218-224, 1998.

[4] Bupasiri R, Wattanapongsakorn N, Hokierti J, Coit DW. Optimal electric power distribution system reliability indices using binary programming. Annual Reliability and Maintainbility Symposium, 2003, pgs 556-561.

[5] Lang BP, Pahwa A. Power distribution system reliability planning using a fuzzy knowledge-based approach Lang BP, Pahwa A. IEEE Transactions on Power Delivery 15 (1): 279-284, 2000.

[6] Ramirez-Rosado IJ, Bernal-Agustin JL. Reliability and costs optimization for distribution networks expansion using an evolutionary algorithm. IEEE Transactions on Power Systems 16 (1): 111-118, 2001.