Cap-4-Seguranca

Cap ´ ıtulo 4 An´ alise de seguran¸ ca de sistemas de p otˆ encia 4.1 Intro du¸ c˜ ao ◮ A energia el´ etr ica tem um pape l fundamental na econo mia dos p a ´ ıses e na rotina di´ a ria da popula¸ c˜ ao . Logo, a op era¸ c˜ ao segura e conﬁ´ av el dos sistemas de po t ˆ encia ´ e muito import ante. ◮ Seguran¸ ca : aus ˆ encia d e risco o u perigo.  Os sistemas de po t ˆ encia nunca operam co m seguran¸ ca no sen tido absoluto d a palavra.  Os sistemas de po t ˆ encia operam com risco calculado : a probabilidade de interrup¸ c ˜ ao do servi¸ co ´ e pequena.  A ausˆ encia de risco ´ e invi´ avel : resulta em uma opera¸ c˜ ao muito cara.  Seguran¸ ca e Econom ia s ˜ ao conﬂitantes! ◮ Deﬁni¸ c˜ ao 1: Um sistema de potˆ encia ´ e seguro se continua operando ap´ os a oco rr ˆ encia de falha (s) em eq uipamento(s). –1– Exemplo: Gerado r sai de opera¸ c˜ a o devido a uma falha de algum equipam ento auxiliar . As unida des restantes deveriam assumir a ca rga sem queda de frequ ˆ encia, rejei¸ c ˜ ao de ca rga, sob r eca rgas em ramos, v iola¸ c˜ oes d e tens˜ ao . Deve ser pr evista uma reserva girante ( spinn ing reserve ∗ ) ap rop riada custos ∗ Spinning reserve : capacid ade de p rodu¸ c˜ ao de energia de reserva ( bac k -up ) j ´ a sincronizada com a rede e que pode ser colocada em opera¸ c˜ ao dentro de 10 minutos ap´ o s instru¸ c˜ ao do centro d e despacho. Non-spin ning reserve : capacid ade de p rodu¸ c ˜ ao de energia que est´ a oﬀ-line e que po de ser sin cronizada e c olocada em opera¸ c˜ a o dentro de 10 minutos ap´ os instru¸ c˜ ao do centro de d espacho. A mbas devem poder operar po r pelo menos duas horas. Spinning : as unid ades geradoras de reserva deve m literalmente ser man tidas girando sem p roduzir energia, a ﬁm de diminuir o tempo necess´ ario pa ra sua entrada em opera¸ c˜ ao. Exemplo: Linha de transmiss˜ ao sai de opera¸ c˜ ao devido ` a atua¸ c ˜ ao do sistema de p rote¸ c˜ ao. As demais linhas deveriam assum ir part e de ﬂuxo e operar sem sobr e- ca rga custos ◮ Sa ´ ıda de opera¸ c˜ ao de equipamento dist´ urbio conting ˆ encia Conting ˆ enci a simples : sa ´ ıda de um ´ unico equipam ento (p.ex. linha, g erado r). Conting ˆ enci a m´ ultipla : sa ´ ıda simultˆ anea de v´ arios equipam entos (p.ex. duas l inhas que utilizam as mesmas torres de transmiss˜ ao. A oco rr ˆ encia de u ma co nting ˆ encia ´ e imprevis ´ ıvel o sistema deve operar semp re de modo a n˜ ao cair em uma regi˜ ao de opera¸ c˜ a o perigosa caso a conting ˆ e ncia venha a oco rrer. –2– ◮ A maio ria dos sistemas de pot ˆ enc ia s ˜ ao p rojetados e operados de forma que uma falha em um ´ unico equipa mento (N-1) n˜ ao cause ou tras viola¸ c˜ oes evita-se eventos em cascata. Exemplo: Linha de transmiss˜ ao sai de opera¸ c˜ ao devido a falha nos isolado res. Outras lin has assumem o ﬂuxo da linh a que abriu. Uma delas ﬁca sob reca r regada e a p rote¸ c˜ ao atua, tirando-a tam b ´ em de opera¸ c˜ a o. eventos e m cascata, qu e podem levar ao blecaute de uma regi˜ a o ou de todo o sistema. ◮ Blecaute de 10 de novem b ro de 200 9 (N-3)! ◮ A deﬁni¸ c˜ ao 1 parece ser muito r ´ ıgida ´ e poss ´ ıvel que haja conting ˆ e ncias que levem de fato ` a interrup¸ c˜ ao do servi¸ co, po r ´ em, as probabilidades de ocor r ˆ encia das mesmas podem ser pequenas. Uma ab o rdagem mais ﬂe x ´ ıvel decorr e da incompatibilidade ( eco nomia × seguran¸ ca ), que leva a opera¸ c˜ ao da rede a ser feita d e fo r ma econˆ omica, sem comp rometer muito a conﬁabilid ade. ◮ Deﬁni¸ c˜ ao 2: Um sistema de pot ˆ encia ´ e se guro se continua operando sem c on- sequ ˆ enc ias s ´ erias ap´ os a oco rr ˆ encia de uma lista p r ´ e-selecio nada de conting ˆ en cias mais p rov´ av eis . ou ainda Deﬁni¸ c˜ ao 3: Um si stema de pot ˆ encia ´ e seguro se o risco de interrup¸ c˜ ao do servi¸ c o em qualqu er instante de tempo ´ e pequ eno. –3– ◮ O conceito de controle da segu ran¸ ca apareceu na metad e dos anos 60 (Dy Liacco)  Antes disso dispunh a-se de centros de despacho e supervis˜ ao a quantidade de dados recebidos era a estritamente necess´ aria pa ra o despacho de gera¸ c˜ ao.  Ga ran tia-se uma reserva giran te para cob rir au mentos de car ga e perdas de gerado res.  V eriﬁc ava-se os e feitos potenciais da retirada de e quipamentos para manuten¸ c˜ ao.  O perﬁl de tens˜ oes da rede n˜ ao era um aspecto cr ´ ıtico.  A seguran¸ ca era u m aspecto da conﬁabilid ade  Durante o planejamento era d eﬁnido um sistema muito robusto, que sobreviveria a dist´ urbios sem s´ erias interrup¸ c˜ oes do servi¸ co . Exemplo : Sistema da Ame rican Electric Po wer (AEP), 1 974 Ap´ os cinco to rnados seve ros fo ram pe rdidas 11 linhas de 345kV, 1 lin ha de 500kV, 2 linhas de 765kV e tr ˆ es subesta¸ c˜ oes de chavea mento N˜ a o houve interrup¸ c ˜ ao no fo rnecim ento de energia! –4– ◮ O outro lad o: blecaute de 09 nove mb ro de 1965 na costa no rdeste dos EU A.  Milh˜ oes de pessoas foram afetadas e muitas ﬁca ram at ´ e algu ns dias sem e nergia (era quase inve rno).  As empresas estavam desp repa radas p a ra o servi¸ co de restaura¸ c˜ ao do servi¸ co , como por exemplo a op era¸ c˜ ao remota de subesta¸ c˜ oes.  F oi o se gundo maior blecaute em ´ area afetada, MW perdidos e n´ umero d e pessoas afetadas. Somente foi suplantad o em 200 3 pelo b lecaute que o co rreu em 14 de agosto e que atingiu a costa no rdeste dos EUA e pa rte do Canad ´ a.  Curiosidade: alguns renomad os pesquisa do res da ´ a rea aﬁrmam “de ver suas p r´ op rias car reiras ao blec aute de 1965.”  F oi o in ´ ıcio d os Energy Man agement Systems computad o rizados, an´ alise de seguran¸ ca em tempo real, u so dos sistemas SCAD A ( Supervisor y control and data acquisition ), e tc. ◮ P or que os centros de controle to rna ram- se necess´ arios?  o con trole da rede era d eixado a cargo do operado r que tinha grande exp eri ˆ encia e conhecim ento da rede  nas situa¸ c˜ oes mais cr ´ ıticas e com plexas, o operador era sobreca rregado com info rma¸ c˜ oes (alar mes), diﬁ cultando sua a¸ c˜ ao  as redes ﬁcar am maio res, e a opera¸ c˜ ao ﬁcou mais complicad a. Na ´ epoca os sistemas de potˆ encia j´ a operavam de ma neira interligada (v´ arias empresas fo rmam um ´ unico circuito el ´ etrico). • a opera¸ c˜ ao ´ e mais econˆ omica (melhor despacho de gera¸ c˜ ao) • melhor controlabilidade ( fontes dispon ´ ıveis em uma grande ´ area) • maior es riscos de p roble mas em uma ´ area se reﬂetirem po r toda a rede (blecautes cobr indo grand es ´ areas e v´ arias empr esas) –5–  Sem i nterliga¸ c ˜ oes, cad a emp resa est ´ a sob maior risco de interrup¸ c ˜ a o do servi¸ co e a margem de controle ´ e menor . P or ´ em, problemas na ´ a rea n˜ ao se reﬂetem nas outras ´ areas.  As redes passa ram a opera r co m seus equipam entos mais p r´ oximo s de seus limites, por falta de investimentos na gera¸ c˜ ao e transmiss˜ ao. A utiliza¸ c˜ ao ´ otima dos recursos existentes to rnou-se fundamental. ◮ O desenvolvime nto dos centros de controle teve como pr incipal m otiva¸ c ˜ ao o aumento da seg uran¸ ca da ope ra¸ c˜ ao. ◮ Os sistemas de potˆ encia mo dernos disp˜ oe m de e quipamentos que permitem aos operado res monitor a r e opera r a rede de m aneira conﬁ´ avel. –6– Centros de Controle : s˜ ao executadas fun¸ c˜ oes de a n ´ a lise de rede que procuram ga rantir a seguran¸ ca de o pera¸ c˜ ao da rede, atrav ´ es da utiliz a¸ c˜ ao de t ´ ecn icas e equipamentos ad equados. Unidade terminal remota (UTR) Centro de opera¸ c˜ ao do sistema (COS) ∼ ∼ V P g P ℓ , Q ℓ P c , Q c –7– ◮ A i nco rpora¸ c˜ ao da id ´ eia de seguran¸ ca p rovo cou mudan¸ cas radicais em:  dados necess´ arios em tempo real ( maio r)  volume de infor ma¸ c˜ o es a serem processadas (maior)  conﬁgura¸ c˜ oes computacionais (m ais complexas)  p rojeto d as interfaces ho mem-m´ aquina (mais complexas) ◮ As fun¸ c˜ o es de rede podem ser div ididas em tr ˆ es tipos:  Monito ramento da rede  An´ alise de conting ˆ encias  An´ alise p reventiva/corretiva 4.2 Op era¸ c˜ ao em temp o real e an´ alise de seguran¸ ca ◮ Opera¸ c˜ ao de sistem as de potˆ encia em tempo real: execu¸ c˜ ao peri´ odica de fun¸ c˜ oes de an´ a lise e controle de rede . ◮ Unidades terminais remotas (UTR): formam o sistema d e telemetria . Coletam, processam (eventualmente) e transmitem m edidas ao c entro de c ontrole. Medidas: estado de chaves e d isjunto res (abe rto/fechado), tens˜ oes em ba rramen tos, ﬂuxos de pot ˆ encia em ramos, frequ ˆ enc ia, n ´ ıvei s de gera¸ c˜ ao, etc. –8– ◮ Processamento das medida s fun¸ c˜ oes de an ´ al ise de rede em tempo real : Conﬁgurador : determin a a topologia atual da rede com b ase nas medidas de estado das chaves e disjunto res e d isponibilidade dos e quipamentos modelo da rede. Observador : ava lia se o n´ umero e loc aliza¸ c˜ ao das m edidas envia das ao CO S permite a estima¸ c˜ ao das condi¸ c˜ oes de opera¸ c˜ ao da rede. Estimador de estado : obt´ em o estado de opera¸ c˜ ao da rede. Dev e ter a ca pacidade de de tecta r, ide ntiﬁca r e processa r de forma ap rop riada a o co rr ˆ en cia de erros na s medidas. Reduto r da rede externa : rep resenta as regi˜ oes da rede que n ˜ ao pertencem ` a ´ area de concess˜ ao e/ou que n ˜ ao s˜ ao observ´ aveis atrav ´ es de uma rede reduzida em torno da regi˜ ao d e interesse. An´ alise de seguran¸ ca : veriﬁca a capacidade da rede de resistir a contingˆ encias. Consiste basicamente n a avalia¸ c˜ ao do impacto das contingˆ encias sobre o estado de opera¸ c˜ a o da rede e na de termina¸ c ˜ ao de a¸ c˜ oes de controle p rev entivo e/ou corr etivo em caso de situa¸ c˜ oes de em erg ˆ encia. ◮ As fun¸ c˜ oes de an ´ alise de r ede s ˜ ao execu tadas de maneira c ´ ıclica a pequenos intervalos regular es de tempo restri¸ c ˜ a o de tempo para a execu¸ c˜ ao de programas computacionais d e an´ alise de redes. –9– ◮ A an´ a lise de seguran¸ ca ´ e a fun¸ c˜ ao de rede que exige maio r temp o com putacional pa ra sua execu¸ c˜ ao. ◮ A avalia¸ c˜ ao de seguran¸ ca da o pera¸ c˜ ao analisa a v ulnerabilidade de u m sistema de pot ˆ encia com rela¸ c˜ a o a um conjunto p r ´ e-deﬁnido d e conting ˆ en cias em um ambiente de tempo real . ◮ Os sistemas de potˆ encias est˜ ao continuam ente sujeitos a dist´ urbios de naturezas va riad as, como por exemplo:  mudan¸ cas bruscas na d emanda (car ga)  falha de gera¸ c˜ ao  sa ´ ıda d e opera¸ c˜ ao de equipam entos  perdas de linha d e transmiss ˜ ao ◮ Monito ramento da seguran¸ ca (Securit y monitoring) – identiﬁca se o s estado de opera¸ c˜ a o do sist ema ´ e normal, com base em medi¸ c˜ oes realizadas em tempo real. Avalia¸ c˜ ao da seguran¸ ca (Securit y assessment) – determina se o estado de opera¸ c˜ ao co rrente ´ e seguro ou inse guro com rela¸ c˜ ao a um conjunto p r´ e-deﬁnido de conting ˆ en cias. Controle de seguran¸ ca (Securit y co ntrol) – ´ e acio nado em situa¸ c˜ oes de emergˆ encia ou de restabelecime nto do servi¸ co – 10 –

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