Este documento descreve o Módulo de Estudos em Tempo Real (METR) implantado na CPFL para permitir a simulação de manobras e contingências no sistema elétrico em tempo real ou histórico. O METR gera casos base com dados do SCADA e permite simular aberturas/fechamentos de linhas, transformadores e shunts para estudos de curto prazo ou controle de operação. Sua interface simples permite ao operador verificar os efeitos de manobras antes de executá-las, trazendo ganhos para a segurança e efici

1. GRUPO 010
GRUPO DE ESTUDO DE OPERAÇÃO DE SISTEMAS ELÉTRICOS (GOP)
MÓDULO DE ESTUDOS EM TEMPO REAL
Freire, L. M. *, Zagari, E. N. F. Rodrigues, L. F. G., Mokarzel Jr., F., Calixto R.
OSE OEPS
CPFL - Companhia Paulista de Força e Luz
RESUMO função de Módulo de Estudos em Tempo Real -
METR.
Este trabalho descreve todo o ambiente
envolvido na execução de estudos utilizando a Esta função trabalha tanto com dados de
função de Módulo de Estudos em Tempo Real - tempo real como com dados históricos, a partir de
METR. Esta função trabalha tanto com dados de um caso base do fluxo de potência on-line. Para
tempo real como com dados históricos e pode ser executar um estudo com informações do instante
utilizada pelas áreas de estudos de curto prazo ou corrente é montado um caso base com dados da
pelas áreas de controle da operação. Na realização última varredura do sistema SCADA utilizando-se
dos estudos é permitida a simulação de a mesma metodologia de geração do caso base
abertura/fechamento de linhas, transformadores e para o fluxo de potência on-line, onde as partes
shunts de barra e alterações de carga/geração das observáveis da rede são modeladas através de
barras. O trabalho destaca as potencialidades dados telemedidos e do estimador de estado e as
desse aplicativo e o impacto no ambiente de partes não observáveis através de dados
operação advindos com a sua implantação no estatísticos e equivalentes externos. Para a
COS da CPFL. realização de estudos históricos são armazenados
casos base de 15/15 minutos para os últimos 3
PALAVRAS-CHAVE dias e de hora/hora para os últimos 30 dias.
Planejamento de Curto Prazo - Funções de O METR pode ser utilizado tanto pelas
Análise de Redes Elétricas - Simulação de áreas de estudos de curto prazo quanto pelas áreas
Sistemas de Potência - Operação de Sistemas de de controle da operação, sendo inegáveis os
Potência em Tempo Real ganhos trazidos para esta última, pois o operador
(despachante) pode verificar, na fase de
1.0 - INTRODUÇÃO programação e instantes antes de realizar uma
manobra, quais os efeitos que ela provoca no
A CPFL vem trabalhando há cinco anos sistema elétrico. Na realização dos estudos é
na implantação das funções de análise de redes permitida a simulação de abertura/fechamento de
em seu centro de operação e controle do sistema linhas, transformadores e shunts de barra e
elétrico - COS. Além das funções clássicas de alterações de carga/geração das barras, o que
estimação de estado, fluxo de potência on-line e cobre a grande maioria dos tipos de manobras
análise de segurança em tempo real, o pacote de realizadas no COS. Dispondo dessa ferramenta, o
aplicativos de análise de redes da CPFL inclui a ambiente de operação exige cada vez mais a
presença do engenheiro de operação e mudanças
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2. 2
no perfil dos operadores, com a possibilidade de duas redes. A máquina RISC que abriga as FAR é
num futuro próximo os estudos de curto prazo uma Sun Sparc10 rodando sistema operacional
serem realizados diretamente nos centros de Solaris3 (padrão SVR4.x) que possui suporte para
operação. programação em tempo real.
Uma importante característica desse Os aplicativos FAR implantados na CPFL
aplicativo é a sua simplicidade e facilidade de são: Configurador, Estimador, Fluxo de Potência,
utilização, tanto na preparação do caso base de Análise de Segurança e Módulo de Estudos (7).
tempo real e na escolha da(s) contingência(s) e/ou Eles são controlados por um Escalonador que
manobra(s) a ser(em) simulada(s), quanto na concede o uso do processador aos aplicativos de
execução e apresentação dos resultados, sendo acordo com a prioridade de cada um, que, por sua
que o operador não precisa mudar de ambiente vez, depende da ordem lógica de execução do
computacional para realizá-los. aplicativo dentro da seqüência de tempo real
(Figura 1). Com exceção do Módulo de Estudos,
O aplicativo METR pode também ser os aplicativos são executados ciclicamente de
utilizado para treinamento de operadores, sendo forma on-line sendo que o Fluxo de Potência e a
realizado na forma de auto-treinamento ou Análise de Segurança podem também ser
treinamento dirigido. Em qualquer uma dessas executados por solicitação do operador. Já o
opções, o METR proporciona o aprimoramento Módulo de Estudos, aplicativo de menor
dos operadores, dando-lhes a oportunidade de prioridade, é executado somente com a
aumento contínuo na sua sensibilidade com intervenção do operador de forma off-line, onde
relação ao sistema elétrico onde atua. modificações especiais no posto de operação se
fazem necessárias (seção 4).
Este trabalho tem por objetivo descrever
todo o ambiente envolvido na execução de estudo
utilizando o METR, desde a preparação do caso
base de tempo real e escolha da simulação, até a
exteriorização dos resultados, destacando as
potencialidades desse aplicativo e o impacto no
ambiente de operação advindos com a sua
implementação no COS da CPFL.
2.0 - AMBIENTE DE TEMPO REAL
Ao longo dos últimos anos a CPFL tem
realizado grandes esforços para o
desenvolvimento, implantação e consolidação dos
chamados EMS (Energy Management System),
onde as Funções de Análise de Redes - FAR são
parte importante desse processo. O sistema
SCADA da CPFL tem como plataforma uma rede
distribuída de microcomputadores PC-386
rodando com um sistema proprietário. A alta
performance exigida pela execução dos
aplicativos FAR, aliada a conceitos de concepção
ultrapassados, culminaram na especificação de
uma rede Ethernet com protocolo TCP/IP e
sistema Operacional UNIX para a execução
desses aplicativos. Essa nova rede denominada de
SGO (Sistema de Gerenciamento de Operação) FIGURA 1 - Aplicativos FAR
está conectada à rede SCADA por meio de um 3.0 - PREPARAÇÃO DO CASO BASE DE
micro gateway que faz o papel de tradutor entre as TEMPO REAL

3. 3
equivalente reduzida mantendo as mesmas
Um dos maiores desafios na consolidação características de carga e geração da rede original.
das FAR é a geração de um modelo em tempo real Assim as reações do sistema externo quando da
da rede de interesse (caso base de tempo real) que ocorrência de contingências na rede interna são
seja consistente e reflita com exatidão a situação também mantidas.
operativa do sistema elétrico para um determinado
instante. Os resultados do Módulo de Estudos, Uma vez modeladas as redes interna e
assim como do Fluxo de Potência On-Line e externa (Figura 2), tomando-se certos cuidados,
Análise de Segurança, serão tão mais precisos combina-se os resultados do equivalente e do
quanto mais exata for a representação da rede de estimador gerando-se finalmente um modelo
interesse. completo da rede de interesse: o caso base de
tempo real (1).
Define-se aqui rede elétrica de interesse
como sendo a rede elétrica da própria
concessionária (rede interna) e parte da rede das
concessionárias vizinhas (rede externa). A razão
de se agregar parte da rede externa à rede de
interesse é representar as influências externas
quando da ocorrência (ou simulação) de
contingências na rede interna.
Em sistemas elétricos reais é comum que
a rede interna não seja completamente
monitorada, assim, a mesma pode ainda ser
dividida em partes observáveis e partes não FIGURA 2 - Modelagem da Rede de Interesse
observáveis. As partes observáveis, também
conhecidas como ilhas observáveis, são aquelas
modeladas pelo Estimador de Estado e estão Na CPFL, no modo de tempo real, a cada
relacionadas às SE’s supervisionadas pelo sistema minuto é gerado um caso base utilizando esse
SCADA de onde se tem informações em tempo procedimento que acabamos de descrever.
real. O restante da rede interna forma o que Quando há uma solicitação de estudo, o caso base
denominamos de ilha interna não observável. do METR é gerado através do mesmo
Cabe ressaltar que as partes observáveis da rede procedimento.
variam constantemente a cada varredura
dependendo da topologia do sistema e do 4.0 - O POSTO DE OPERAÇÃO E OS
conjunto de medidas disponíveis neste instante. ESTUDOS EM TEMPO REAL
A ilha interna não observável é modelada Uma grande vantagem do METR é a
alocando-se, às barras dessa ilha, medidas de facilidade que o operador encontra para realizar
injeção baseadas em informações estatísticas, de um estudo. O estudo é realizado no próprio posto
tal forma que a rede de interesse se torne uma de operação não necessitando de mudança de
única ilha observável (3). Assim, pode-se então, ambiente de trabalho. Na escolha da manobra ou
executar a estimação de estado nessa grande ilha contingência, que pode ser simples ou múltipla e
observável. Na CPFL essas medidas são oriundas de natureza diversa, tudo se passa como se ele
de curvas de carga típicas (8). Na literatura, essas estivesse realizando uma manobra do seu dia-a-
medidas estatísticas são referenciadas por pseudo- dia utilizando o seu próprio console de operação,
medidas de injeção. onde os resultados são mostrados nas telas
habituais de operação do sistema.
A rede externa é modelada através de
equivalentes externos, Ward Estendido (2). A O posto de operação (PO) é constituído
idéia básica desta metodologia é representar por dois monitores. Ao selecionar no Menu das
(substituir) a rede externa por uma rede Funções de Análise de Redes (Figura 3) a opção

4. 4
“Entrar no Modo de Estudos”, é gerado um caso Para a realização de um estudo o
base de tempo real e suas informações (fluxos nas operador, de forma prática, fácil e rápida, executa
linhas, tensões e potência líquida nas barras) são os seguintes passos:
exteriorizadas em um dos monitores. No outro
monitor, o operador tem acesso normal às 1. seleciona o PO para modo de estudos
informações de tempo real, não ficando alheio ao (um caso base de tempo real é gerado);
que se passa no sistema enquanto realiza o estudo. 2. realiza as manobras desejadas;
3. solicita a execução do estudo;
4. analisa os resultados.
Apesar de ser a tarefa de menor
prioridade dentro do sistema de análise de redes
em tempo real, o tempo de execução de um estudo
no METR (passo 3) não ultrapassa 30 segundos, o
que não chega a causar ansiedade ao operador. No
entanto, como só lhe é alocado o processador
quando não há nenhuma outra função de análise
de redes em tempo real em execução, pode-se
ainda reduzir este tempo a apenas alguns
segundos, bastando, para isso, alocar um
processador exclusivo para a execução do METR.
Assim, o METR pode ser utilizado tanto
FIGURA 3 - Menu das Funções de Análise de
na programação e instantes antes da manobra a
Redes
fim de se verificar os valores da programação,
como também em situações de alerta ou
emergência, onde o operador pode simular várias
O operador pode simular manobras do seu
manobras a fim de levar o sistema para um estado
dia-a-dia tais como:
seguro de operação.
• abrir/fechar linha;
4.1 Transferência sem pisca
• desligar/ligar linha;
• chavear banco de capacitores;
Dentre as manobras de equipamentos do
• seccionar barramento (ainda em
sistema elétrico realizadas com a supervisão do
implantação);
Centro de Controle da CPFL, uma tem especial
• e ainda pode alterar o valor de carga
importância: a transferência sem pisca. Esta
ou geração na barra simulando
importância se deve à relevante freqüência com
transferência/corte de carga ou
que essas manobras são realizadas devido ao
redespacho de geração.
grande número de SE’s em 138kV com dupla
alimentação existentes na área de concessão da
Além dos resultados das simulações
CPFL (Figura 4).
mostrados de forma gráfica nas telas que
representam os unifilares do sistema, o operador
tem ainda à sua disposição:
• listas de violações de limites de tensão
nas barras e carregamento nas linhas
de transmissão/transformadores,
• o grau de severidade da contingência e
• um relatório das atuações dos
elementos de controle (banco de
capacitores, LTC e geradores).

5. 5
• a necessidade de se ajustar o caso base
mensal do GCOI com a configuração
operativa atual,
• a necessidade de se refinar as cargas
das subestações envolvidas nas
manobras e
• a necessidade de se executar várias
vezes o programa de fluxo de carga, a
fim de se detectar o pior caso para a
realização das manobras.
Isto posto, fica claro que a implementação
FIGURA 4 - Diagrama unifilar de uma SE com dos estudos de transferência sem pisca no METR
alimentação em dupla derivação. proporcionam, não apenas uma sensível economia
de tempo despendido em simulações, mas
principalmente uma valiosa redução de riscos
A manobra consiste em mudar o circuito operativos nas manobras de transferências sem
que alimenta a SE realizando fechamento e pisca.
abertura de anel através de seccionadores,
evitando assim a interrupção do fornecimento de 5.0 - COMENTÁRIOS FINAIS
energia. Como ela é realizada com seccionadores,
é importante que se faça uma análise do arco Conforme dito anteriormente, dentre as
elétrico a que eles estarão submetidos ao serem dificuldades encontradas na fase de
manobrados. Neste tipo de estudo, o resultado é implementação destacam-se a modelagem da rede
uma tabela mostrando os valores calculados e os interna e a combinação dela com o equivalente
limites para a corrente, o alcance e a potência do externo. O primeiro problema advém da baixa
arco (4)(5)(6). redundância de medidas na área de concessão da
CPFL, o que implica na utilização de um alto
É importante ressaltar que, para a índice de pseudo-medidas, deteriorando a
realização de uma transferência deste tipo, é qualidade do modelo em tempo real da rede
necessário programar a manobra. Desta forma, a interna. O segundo, aparece no instante do
implementação desta função em tempo real ganha “casamento de fronteira” do equivalente externo
importância, uma vez que ela pode (e deve) ser com o modelo da rede interna. Isto porque o
usada tanto na fase de programação, para equivalente externo é gerado a partir de um caso
estipulação de uma data e horário que satisfaçam base do GCOI atualizado quinzenalmente que,
as condições mínimas, como no instante da inevitavelmente, apresenta diferenças com relação
realização da manobra para a sua liberação ou à configuração do instante para o qual é gerado o
não. modelo da rede de interesse.
Uma vez que o operador pode simular as A utilização do METR para investigar os
manobras para diversos patamares de carga com efeitos de manobras e de contingências no sistema
enorme simplicidade, a realização do estudo de elétrico da CPFL tem trazido simplificações e
transferência sem pisca através do METR traz diminuição do tempo despendido para a
como benefício imediato a flexibilização de sua realização de estudos de curto prazo e
programação. Além disto, os estudos com o programação de manobras. Além disto, face à
METR trazem também como vantagens uma série facilidade de utilização, o METR poderá ser
de simplificações em relação àqueles realizados empregado com êxito no treinamento de novos
pela área de estudos de curto prazo. Dentre tais operadores e aplicado também na elaboração de
simplificações, destacam-se a eliminação de cursos de atualização do pessoal de operação.
vários passos no procedimento de estudo, como
por exemplo:

6. 6
Por ser executado no mesmo ambiente Systems, Vol. PAS-85, No. 9, pp. 1008-
computacional de operação do COS e devido à 1020, Sep 1966.
interface amigável de manuseio, o METR tem
estimulado o operador a utilizá-lo. A prática de (6) Transferência de Circuito de Alimentação de
simulações tem conferido ao operador, não apenas Subestação, Sem Pisca, Através de
uma melhor compreensão técnica da engenharia Seccionadores, nas Classes de Tensão 69 e
de sistemas de potência, aprimorando seu perfil de 138 kV. Orientação Técnica da Transmissão -
análise, mas também uma maior familiaridade OTT 020504, Companhia Paulista de Força e
com determinadas partes do sistema elétrico, Luz - CPFL, novembro, 1995.
especialmente no que diz respeito a solução de
problemas e preparação para emergências. (7) Relatórios 02, 03 e 04 do Aditivo 03,
Relatórios 02 e 04 do Aditivo 06 e Relatórios
Enfim, aliando todos esses benefícios, a 01 e 02 do Aditivo 07 do Convênio de
incorporação do METR ao Centro de Operação do Cooperação entre CPFL/UNICAMP, sobre
Sistema da CPFL, ferramenta tão almejada por Funções de Análise de Redes, Campinas,
todos que trabalham com operação e controle em 1990-1997.
tempo real, tem proporcionado um estimável
aumento da segurança operativa. (8) Zagari, E. N. F., Freire, M. L., Modelagem de
Ilhas Não Observáveis na Análise em Tempo
No futuro o METR poderá servir como Real. Relatório CPFL/OSE, Campinas
base para a implantação de um simulador para Junho/96.
treinamento de operadores.
6.0 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
(1) Ken Kato et al.. External Network Modeling -
Recent Practical Experience - A Report
Prepared by the External Network Modeling
Task Force, IEEE Transactions on Power
Systems, Vol. 9, No. 1, Feb 1994.
(2) Monticelli, A. J., Deckmann, S, Garcia, A.,
Stott, B.. Real-Time External Equivalents for
Static Security Analysis. IEEE Transactions
on Power Apparatus and Systems, PAS-98,
pp. 498-508, New York 1979.
(3) Monticelli, A. J., Felix, F. W.. A Method that
Combines Internal State Estimation and
External Network Modeling. IEEE
Transactions on Power Apparatus and
Systems, PAS-104, No. 1, pp. 91-99, Jan
1985.
(4) Andrews, F. E., Janes, L. R., Andersson, M.
A.. Interrupting Ability of Horn-Gap
Switches. AIEE Transactions, Vol. 69, pp.
1016-1027, 1950.
(5) IEEE Committee Report. Results of Survey on
Interrupting Ability of Air Break Switches.
IEEE Transactions on Power Apparatus and