Com o desenvolvimento da ferramenta para contribuição da elaboração de planos de alivio de carga, indicar unidades para corte de a fim de automatizar e integrar sistemas, trazendo a metodologia mais eficiente e confiável para atualização do PCMC da COPEL, o projeto foi um dos participantes finalistas da etapa nacional do Prêmio CIER de inovação 2022, na etapa Descentralização
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Agradecimentos autorais
A execução de projetos de pesquisa e desenvolvimento são importantes para a melhoria da qualidade do produto, do serviço e comercial da energia elétrica. Projetos como esse contribuem para a modernização e melhora da capacidade do sistema elétrico a responder contingências ao mesmo tempo que atua sobre o impacto social das ações elétricas de forma integrada e inteligente. Os autores agradecem ao programa de Pesquisa e Desenvolvimento ANEEL, a Copel Dis e ao Lactec pela execução do projeto.
Resumo
No Sistema Interligado Nacional (SIN) do Brasil, é necessário equilíbrio entre a geração e a demanda de energia elétrica. Quando há contingências que comprometam o funcionamento do sistema, procedimentos são realizados pelas concessionárias de energia para alívio de carga com intuito de restabelecer a condição de operação do sistema.
Foi desenvolvida uma metodologia mais eficiente e confiável para atualização do Plano de Corte Manual de Carga (PCMC) da COPEL, considerando a minimização entre a demanda de corte de carga planejada e aquela efetivamente cortada, priorização de cargas e normas.
A metodologia proposta parte de um método de decisão multicritério hierárquico (AHP) para ordenar alimentadores com prioridade para corte de carga. Os critérios foram estabelecidos segundo as normas, literatura e observações de especialistas da área. Foram considerados aspectos comerciais, operacionais, elétricos e de regulamentação. Dessa forma tem-se a minimização da carga efetivamente cortada, atualização periódica da lista de alimentadores prioritários, automatização de processos e priorização de unidades consumidoras.
O método permite avaliar diferentes indicadores dos alimentadores de forma comparativa. Assim, os critérios constituem uma série de grupos, como: quantidade total de clientes (separados por classe) em cada alimentador, satisfação do cliente e demanda média. Como resultado, a metodologia desenvolvida retorna uma lista de alimentadores ordenados por pontuação obtida na ponderação dos critérios e subcritérios, conforme atributos de cada
alimentador.
Através dessa lista e da demanda em tempo real dos alimentadores, verificam-se quais alimentadores são selecionados para o corte. De acordo com os resultados, é possível realizar ajustes finos nas avaliações dos critérios para calibração do método, que pode ser escalonado com outras tecnologias, como em situações de alimentadores que possuam automatização nas unidades consumidoras, como os smart meters por exemplo.
Além de abranger a operação de corte de carga no nível dos alimentadores, também se expandiu o método para o nível da conexão entre unidade consumidora de baixa e média tensão e a concessionária, utilizando medidores inteligentes e infraestrutura avançada de medição e automação dos equipamentos de manobra da distribuição. Essa abordagem permite fazer o corte de forma assertiva, assegurando o fornecimento de energia de unidades preferenciais e minimizando o montante realmente cortado com o montante de carga requerido para corte.
Foi desenvolvido um software integrado ao sistema da concessionária capaz de acessar as informações em tempo real, retornar alimentadores a serem cortados dado uma determinada demanda. Essa ferramenta computacional pode-se ser utilizada para planejamento de esquemas de alivio de carga, gerenciar informações da composição de alimentadores e elaborar rapidamente listas de alimentadores que atendam uma demanda de corte de carga. Também foi desenvolvido um módulo experimental para o corte de unidades consumidoras e trechos de alimentadores através de religadores automáticos.
Com esse módulo foram realizados testes reais numa região piloto com infraestrutura de automação, envolvendo equipes de operação da concessionária e pesquisadores do instituto de pesquisa. Os resultados abrangem estudos de qualidade de energia, avaliação da estrutura telecomunicação, avaliação das ferramentas desenvolvidas e ensaio de operação por parte de equipes de campo e controladores da concessionária durante o evento.
Autor principal: Felipe José Lachovicz (LACTEC)
Outros autores: Carolina Corrêa Durce; Ana Paula Oening; Débora Cíntia Marcílio; Eunelson José da S. Júnior; Giancarlo Covolo Heck; Danili Silva dos Santos; Diogo Biasuz Dahlke; Tui Alexandre O. Baraniuk; Filipe Perez; Pedro Augustho Biasuz Blcok; Guilherme de Poli; Vinicius de Souza Sowek; Rodrigo Jardim Riella; Pablo Lopes Macedo (LACTEC)
Motivação
São procedimentos para corte de carga utilizados pelas concessionárias o Esquema Regional de Alívio de Carga (ERAC) e o Plano de Corte Manual de Carga (PCMC), além de outros procedimentos que avaliam parâmetros como subtensão sustentada automaticamente. O ERAC é uma ação automática que atua em eventos de desequilíbrio entre carga e geração através da atuação de relés de subfrequência, evitando o colapso do sistema em regime transitório. Já o PCMC, por sua vez, disponibiliza para corte manual do operador o montante de até 35% das cargas, visando atender e executar as diretrizes de alívio de carga determinadas pelo Operador Nacional do Sistema (ONS) em até 5 minutos.
Neste trabalho propõe-se uma metodologia mais eficiente e confiável para atualização do PCMC da COPEL, considerando a minimização entre a demanda de corte de carga planejada e aquela efetivamente cortada, a priorização de cargas e o cumprimento das normas, como estabelecido nos Módulos dos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional (PRODIST) da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) e procedimentos de rede do ONS.
A ferramenta desenvolvida pode contribuir para elaboração de planos de alivio de carga, indicar unidades para corte de a fim de automatizar e integrar sistemas. Além de estudar a viabilidade do corte de carga em níveis abaixo de alimentadores, de forma mais pulverizada, de forma a verificar como seria a operação num futuro onde a rede possua mais equipamentos de automatização.
Fases do desenvolvimento do projeto
Na fase 1 – Levantamento da literatura e procedimentos de corte de carga
Foi realizado levantamento bibliográfico de estudos relacionados a corte de carga nacionalmente e internacionalmente. Foi também realizado estudo das normas brasileiras e internacionais que orientam e estabelecem esse tipo de procedimento, além do procedimento anterior já realizado pela concessionária para o PCMC.
Na fase 2 – Estudos elétricos de rede
Foram realizadas modelagens e simulações de redes elétricas da Copel para seleção de áreas pilotos para desenvolvimento do projeto. Foram avaliadas 4 regiões com variados graus de automação e por fim foi selecionado a região de Ipiranga/PR que possui mais de 5000 medidores inteligentes e mais de 10 subdivisões da rede com religadores automáticos distribuídos em 6 alimentadores principais. Os estudos elétricos serviram como base inicial para entender o corte de carga pulverizado, as implicações elétricas e viabilidade desse tipo de manobra.
Na fase 3 – Desenvolvimento da metodologia
Foi definido o método a ser utilizado como AHP, por ser um método multicritério e permitir a avaliação de diferentes parâmetros para escolha de alimentadores. Foi feita avaliação dos critérios e testes do modelo desenvolvido. Foram necessárias adaptações ao método clássico para o problema e em um segundo momento o método foi expandido para unidades consumidoras (UCs) e trechos de alimentadores, também foi aplicada uma forma de seleção otimizada através de programação inteira-linear. Dessa forma foi possível operar filtros, restrições e índices de tolerância na seleção dos alimentadores atendendo normas e preceitos definidos em reunião de especialistas.
Na fase 4 – Implementação em software
Foi montado em ambiente de homologação com banco de dados capaz de obter informações oriundas de diversas fontes, de forma integrada, incluindo informações em tempo real. Os dados são operados por uma ferramenta computacional com módulos para planejamento de esquemas de corte de carga, acesso de dados, seleção de alimentadores e módulo experimental piloto com abrangência de UCs e trechos de alimentadores.
Na fase 5 – Testes de caso real
Foram programados eventos de corte de carga em massa a partir do resultado da ferramenta computacional implementada. Nesses eventos foram realizados diversos estudos a cerca da rede e capacidade dos sistemas para atuar com o corte de carga. Também foi uma oportunidade para a concessionária ensaiar procedimentos operacionais com equipe em campo e com controladores de forma remota. O teste foi bem sucedido em todas as etapas que percentual baixíssimo de erros.
Sobre o negócio
Em um primeiro momento o projeto produziu uma ferramenta de auxilio para elaboração do PCMC que demanda anualmente uma atualização por parte da equipe responsável. Mas pelo caráter original do desenvolvimento e dos estudos elétricos obtiveram-se ganhos indiretos de conhecimento e experiência para lidar com redes elétricas ativas modernas.
O PCMC e outros procedimentos de corte de carga são de caráter emergencial e não ocorrem com muita frequência. Tem-se registro de 6 anos sem pedidos pelo ONS, mas quando é requisitado a demanda tem que ser cumprida em até 5 minutos. Como o software foi planejado para auxiliar as mesas de operadores, entende-se que a ferramenta auxiliara
os centros de comando a atenderem pedidos dentro da norma.
Sobre o impacto socioambiental
O projeto tem um impacto socioambiental indireto pois o produto final permite a priorização de cargas críticas como hospitais ou clientes com equipamentos de sobrevida.
O projeto atende uma operação emergencial operacional que não tem relação direta com emissões de carbono.